Жаңғыртылмайтын энергия көздері

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 51 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

Қ. И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті

Энергетика және машина жасау институты

Энергетика кафедрасы

Турсынбаев Саламат Мирбекұлы

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Тақырыбы «Қазақстанның электр жүйесінде жинақтау батареялардың жаңартылатын энергия көздерімен кешенді жұмысындағы рөлі»

6В07101-«Энергетика» мамандығы бойынша

Алматы 2023

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

Қ. И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті

Энергетика және машина жасау институты

Энергетика кафедрасы

ҚОРҒАУҒА ЖІБЕРІЛДІ

Кафедра меңгерушісі

PhD, қауымдастырылған профессор

Е. А. Сарсенбаев

«___ » 2023ж.

Дипломдық жұмысқа

ТҮСІНІКТЕМЕЛІК ЖАЗБА

Тақырыбы: «Қазақстанның электр жүйесінде жинақтау батареялардың жаңартылатын энергия көздерімен кешенді жұмысындағы рөлі»

6В07101-«Энергетика» мамандығы бойынша

Орындаған

Турсынбаев С. М

Орындаған:

Пікір беруші

«Энергетика» кафедрасының

қауымдастырылған профессоры

Қалиев Ж. Ж

(қолы)

«___ » 2023ж.

Турсынбаев С. М:

Ғылыми жетекші

«Энергетика» кафедрасының, аға оқытушысы

Ж. К. Бекболатова

(қолы)

«___ » 2023 ж.

Алматы 2023

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ ЖОҒАРЫ БІЛІМ МИНИСТРЛІГІ

Қ. И. Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті

Энергетика және машина жасау институты

Энергетика кафедрасы

6В07101-«Энергетика» мамандығы

«БЕКІТЕМІН»

Кафедра меңгерушісі

PhD, қауымдастырылған

профессор

Е. А. Сарсенбаев

«___ » 2023 ж.

Дипломдық жұмысты орындауға ТАПСЫРМА

Студент Турсынбаев Саламат Мирбеулы .

Тақырыбы :« Қазақстанның электр жүйесінде жинақтау батареялардың жаңартылатын энергия көздерімен кешенді жұмысындағы рөлі »

Институттың Ғылыми кеңесі бекіткен. №_408-п «28» қараша 2022 ж.

Аяқталған жұмысқа тапсыру мерзімі «15» мамыр 2023 ж .

Дипломдық жұмыста қарастырылған мәселелер тізімі:

а) Қазақстан Республикасы энергетика саласындағы мәселелерін шешудегі жаңартылатын энергия көздерінің рөлі;

б) Қазақстан аймағының климаттық факторлары және күн радиациясы;

в) Күн жол жүрісін бақылаушы жүйесінің басқару бөлігінің моделі;

Сызбалық материалдар тізімі: Сызбалық материалдарды слайдпен көрсетілген.

Ұсынылатын негізігі әдебиеттер: 22 атау

Дипломдық жұмысты дайындау

КЕСТЕСІ

Бөлімдер атауы, қарастырылатын мәселелер тізімі

Ғылыми жетекші мен кеңесшілерге көрсету мерзімдері

Ескерту

Бөлімдер атауы, қарастырылатын мәселелер тізімі: Негізгі бөлім

Ғылыми жетекші мен кеңесшілерге көрсету мерзімдері:

Ескерту:

Бөлімдер атауы, қарастырылатын мәселелер тізімі: Арнайы бөлім

Ғылыми жетекші мен кеңесшілерге көрсету мерзімдері:

Ескерту:

Бөлімдер атауы, қарастырылатын мәселелер тізімі: Экономика бөлімі

Ғылыми жетекші мен кеңесшілерге көрсету мерзімдері:

Ескерту:

Аяқталған жұмысқа қойылған

кеңесшілер мен норма бақылаушының

қолтаңбалары

Бөлім атауы

Кеңесшілер, аты, әкесінің аты, тегі (ғылыми

дәрежесі, атағы)

Қол қойыл- ған күні

Қолы

Бөлім атауы:

Қазақстан Республикасы энергетика саласындағы мәселелерін шешудегі жаңартылатын энергия көздерінің рөлі

Кеңесшілер, аты, әкесінің аты, тегі (ғылымидәрежесі, атағы):

Ж. К. Бекболатова

«Энергетика» кафедрасының,

аға оқытушысы

Қол қойыл- ған күні:

Қолы:

Бөлім атауы:

Электрлік жүктемелерді есептеу. Жарықтандыру жүктемесін есептеу

Кеңесшілер, аты, әкесінің аты, тегі (ғылымидәрежесі, атағы):

Ж. К. Бекболатова

«Энергетика»

кафедрасының, аға оқытушысы

Қол қойыл- ған күні:

Қолы:

Бөлім атауы:

Күн жол жүрісін бақылаушы жүйесінің басқару бөлігінің моделі

Кеңесшілер, аты, әкесінің аты, тегі (ғылымидәрежесі, атағы):

Ж. К. Бекболатова

«Энергетика» кафедрасының,

аға оқытушысы

Қол қойыл- ған күні:

Қолы:

Бөлім атауы:

Норма бақылау

Кеңесшілер, аты, әкесінің аты, тегі (ғылымидәрежесі, атағы):

Ә. О. Бердібеков

аға оқытушысы

Қол қойыл- ған күні:

Қолы:

Жоба жетекші /Ж. К. Бекболатовна /

(қолы)

Тапсырманы орындауға алған студент / С. М. Турсынбаев /

(қолы)

Күні «___ » 2023 ж.

АҢДАТПА

Айтылмыш дипломдық жобада «Қазақстанның электр жүйесінде жинақтау батареялардың жаңартылатын энергия көздерімен кешенді жұмысындағы рөлі» тақырыбы бойынша Қазақстанның энергетикалық саласының бар проблемаларын талдауға арналып жасалды. Күн сәулесінің радиациясы энергия көзі болып табылатынын зерттеп, күн сәулесін қазіргі кезде пайдаланудың маңыздылығын көрсету.

Есептеу нәтижелерін тәжірибелік мәліметтермен сәйкестендіре отырып, күн энергиясын тәжірибе жүзінде қолданудың мәселерін талдау үшін нақты математикалық модельге жарамдылығын анықтадық.

АННОТАЦИЯ

В дипломном проекте на тему «Роль накопителей в электроэнергетической системе Казахстана в комплексной работе аккумуляторных батарей с возобновляемыми источниками энергии». Исследуйте, как солнечное излучение является источником энергии, и покажите важность использования солнечного света сегодня.

Сопоставив результаты расчетов с экспериментальными данными, мы определили пригодность реальной математической модели для анализа задач практического использования солнечной энергии.

ANNOTATION

The said diploma project was created for the analysis of the existing problems of the energy sector of Kazakhstan on the topic "The role of storage in the electric system of Kazakhstan in the integrated operation of batteries with renewable energy sources". Investigate how solar radiation is a source of energy and show the importance of using sunlight today.

Matching the calculation results with experimental data, we determined the suitability of a real mathematical model for analyzing the problems of practical use of solar energy

МАЗМҰНЫ

Кіріспе. 7

Қазақстан Республикасы энергетика саласындағы мәселелерін шешудегі жаңартылатын энергия көздерінің рөлі 8Қазақстанда қалпына келетін энергия көздерін қолдаудың қазіргі күйі 9Қазақстан аймағындағы жаңғыртылатын энергия көздерінің қоры. . 10Күн сәулесінен электр және жылу энергиясын алу тәсілдері 14
Қайта жаңартылған энергия көздерін енгізу бойынша есептеу 18Қазақстан аймағының климаттық факторлары және күн радиациясы 18Күн радиациясының мөлшерін есептеудің эмпирикалық әдістері 19Күн радиациясының мүмкін мөлшерін теориялық есептеудің жалпы негіздері 21Радиациялық режимді есептеу 26
Жаңартылған энергия көздерінің жұмысының тиімділігін арттыру 32Күн жол жүрісін бақылаушы жүйесінің басқару бөлігінің моделі 32Күн фотомодулінің сипаттамаларын бақылаушы жүйесін зерттеу 37Күн коллекторларының әдістемелік есебі және жобалау 40Күнмен жылыту жүйесінің есебі және коллектордың сипаттамасын анықтау. Күн радиациясы қарқындылығының горизонтқа көлбей орналасқан күн коллекторының бетке түсуінің есебі 40Күн қондырғысының негізгі көрсеткіштері 42Күнмен жылыту жүйесінің есебі және коллектордың сипаттамасын анықтау 43Күн энергиясымен жылытатын гелиожүйелерінің жылулық сұлбалары 46Күнмен жылыту жүйенің есептеу 48Күн қондырғысының жылуөнімділігін және п. ә. к. -ін есептеу әдістемесі 50

Қорытынды 57

Пайдаланған әдебиеттер тізімі 59

КІРІСПЕ

Қазіргі таңда дүниежүзілік энергетика нарығындағы күн энергетикасының алатын үлесі өте аз шамада екені белгілі. Алайда, Қазақстан Республикасының территориясы географиялық 42-55 ⁰ С аралығындағы ендіктерді қамтуына байланысты, жылдық күн радиациясы шамамен 1300 - 1800 кВт. сағ/м ² мөлшерін құрайды. Континенттік климат аясында жылдық күндік уақыт шамасы 2200-3000 сағ дейін құрайды. Мұндай күн сәулесінің потенциалын ескере отырып, күн энергетикасының Қазақстанда тиімді дамуының мүмкіндігі өте жоғары екендігін белгілі.

Жұмыстың өзектілігі. Жер қойнауындағы қазба байлығын үнемдеу, болашақта энергия тапшылықты болдырмау бүгінгі күннің өзекті мәселесіне айналып отыр. Қазiргi заманғы қоғамда мемлекеттердiң индустриялық дамуының деңгейi олардың ресурстық мүмкiндiктерiмен және технологиялық қайта өңдеудiң төменгi деңгейлi өнiм өндiру мөлшерiмен ғана емес, технологиялық тұрғыдан ғылымды қажетсiнетiн, озық салалардың даму дәрежесiмен де анықталады.

90-жылдардың басынан бастап энергетикалық және экологиялық проблемалардың өсуiне байланысты экономикалық жағынан дамыған мемлекеттердiң үкiметтерi күн энергетикасын дамытуға елеулi қаржы сала бастады.

Күн санап жоғары қарқынмен дамып келе жатқан осы заманғы жоғары дәрежелі өнеркәсіптің өркендетілуі жылдан жылға бізді бір жағынан өркениетке жетелесе, екінші жағынан жаһандық проблемалар туындатуда. Соның бірі - энергия үнемділік. Бұл проблема ертеңгі күні кемел болашағымызға энергия ресурсының қай түрін, немесе қанша пайызын қалдыра аламыз, болашақта балама энергияның қай түрін өндіру зиянсыз және тиімді болмақ? Бүкіл әлем елдерінің маңызды сұрағына айналған энергияның балама көзі, Қазақстанның да өзекті мәселелерінің бірі.

Күнделік тіршілігінде технология жетістіктерін тойымсыз тұтынуға барынша бейімделген өркениет пенделерінің күннен күнге өсіп бара жатқан сұранысын қанағаттандыруға енді табиғат-ана да тарлық ете бастаған сыңайлы.

Жаһанды энергетикалық тапшылық қаупі буып барады. Осыны анық сезінген саналы өркениет өкілдері алғаш рет энергетикалық қауіпсіздік атты әлемдік проблеманы күн тәртібіне өткір қойып отыр.

Қауіп негізсіз емес. Бүгінгі күнге дейінгі барлық зерттелген болжамдар бойынша Жер қойнауында екі триллион баррель мұнай қоры бар. Алғашқы триллион баррель сарқылып бітті.

Жұмыстың мақсаты. Күн сәулесi энергиясын күнделiктi тұрмыста қолданудың үлгiсiн көрсетуды . Еліміздің тұрғындарын күнделікті тұрмысқа қажетті энергиямен қамтамасыз етудегі кейбір мәселелерге тоқталып, күн сәулесін пайдалану жолдарын қарастыру.

ші тарау. Қазақстан Республикасы энергетика саласындағы мәселелерін шешудегі жаңартылатын энергия көздерінің рөлі

Энергетикалық жүйенің жағдайы кез келген елдің өміріне айтарлықтай әсер етеді. Базалық саладағы проблемалар экономиканың дамуын тежеп, азаматтардың және тұтастай алғанда мемлекеттің өмірін қамтамасыз ету жүйелеріне қауіп төндіреді. Сол кезде сенімді және серпінді дамып келе жатқан электр энергетикасы елге қазіргі уақытта жайлы өмір сүруге және болашақты сенімді жоспарлауға мүмкіндік береді, энергияны көп қажет ететін өндірістерді дамытады, бұл өз электр энергетикасымен бірге экономиканың бәсекеге қабілеттілігін айтарлықтай арттырады және қолайлы жағдай туғызады. ұзақ мерзімді инвестициялар [1] .

Қазіргі уақытта Қазақстанның энергетика саласында бірқатар проблемалар бар, олар өз кезегінде республика экономикасы мен экологиясына әсер етеді. Оларға мыналар жатады:

Қазақстан экономикасы энергияны өте қажет етеді, бұл объективті және субъективті жағдайларға байланысты. Қиын табиғи жағдайлар және халықтың тығыздығы өте төмен үлкен қашықтық жолаушылар мен жүктерді тасымалдауға айтарлықтай отын шығындарын алдын ала анықтайды.
Қазақстанның электр энергетикасы негізгі қорлардың едәуір бөлігінің тозуымен сипатталады. Электр станцияларында құрал- жабдықтардың 65 пайызы 20 жылдан асқан, 31 пайызы 30 жылдан асқан. Электр желілері жабдықтарының тозуы 60 - 80% құрайды.
Батыс өңірінде электр энергиясының сыртқы жеткізіліміне тәуелділіктің күшеюі, сондай-ақ Оңтүстік өңірде электр энергиясының тапшылығы
Ашық, ең арзан кен орындарының игерілуі кең аумақтарда бұзылған жерлердің пайда болуына әкеледі.
Мұнай, газ, көмірді қарқынды өндіру, сондай-ақ отын-энергетикалық кешеннің жұмыс істеуі мен дамуы табиғи ресурстардың ұдайы өндірісіне де, қоршаған ортаға да өте үлкен және тұрақсыздандыратын әсер етеді.

Жоғарыда аталған мәселелерді шешудің, сондай-ақ халықты электр энергиясымен қанағаттандырудың негізгі жолдарының бірі жаңартылатын энергия көздері (ЖЭК) болып табылады. Осыны ескере отырып, 2009 жылы

«Жаңартылатын энергия көздерін пайдалануды қолдау туралы» заң қабылданды, ол елімізде жаңартылатын энергия көздерін дамытудың заңнамалық негізі болады [2-3] .

Қазақстан Республикасын президентінің жарлығымен бекітілген үдемелі индустриялық-инновациялық дамытудың 2010-2014 жылдарға арналған мемлекеттік бағдарламасында « жасыл энергетиканы » дамытудың эталоны белгіленген. Оған сәйкес екі нысаналы индикаторға қол жеткізу күтілуде: 2014 жылы жаңартылатын энергия көздері бойынша өндірілген электр энергиясының көлемін жылына 1 млрд кВт/сағ ұлғайту және электр

энергиясын тұтынудың жалпы көлеміндегі жаңартылатын энергия көздерінің үлесін 1 млрд. % болу [4] .

Қазақстан Республикасы индустрия және жаңа технологиялар министрлігінің деректері бойынша республика аумағы үшін жаңартылатын энергия көздерінің келесі түрлері ең перспективалы болып табылады:

Жел энергиясы;
Су энергиясы (шағын су электр станциялары) - 25 МВт-тан аз болу;
Күн энергиясы.

Әр дереккөзді бөлек қарастырайық.

Жел энергиясын пайдалану перспективалары тиісті жел энергиясы ресурстарының болуымен анықталады. Аумақтың шамамен 50% желдің орташа жылдық жылдамдығы 4-5 м/с, ал бірқатар аудандарда - 6 м/с немесе одан да көп, бұл пайдаланудың өте жақсы перспективаларын алдын ала анықтайды. Сарапшылардың пікірінше, Қазақстан жел энергетикасын дамытуға ең қолайлы жағдайлары бар әлем елдерінің бірі.

Қазақстандық мамандар Германиядан келген халықаралық мамандармен бірлесіп, келесі факторларды ескере отырып, ауа-райы деректерін талдау негізінде жел электр станцияларын салудың перспективалық орындарын анықтады:

электр қуатын шығару үшін электр желілері мен қосалқы станциялардың болуы;
ауданның жер бедері мен теңіз деңгейінен биіктігі;
көліктік коммуникациялардың болуы;
энергия тұтынушыларының болуы;
жел электр станциясын салу мүмкіндігі;
жел электр станцияларын салу бойынша алдын ала зерттеулердің болуы.

1. 1 Қазақстанда қалпына келетін энергия көздерін қолдаудың қазіргі күйі

Ғылыми техникалық прогресстің осы кездегі деңгейінде энергия өндірудің болашағы тек органикалық отындарға (көмір, мұнай, газ т. б. ) тәуелді емес, оны ЖЭК негізделген энергетикалық қондырғылардың көмегімен алуға болатын жолдармен де шешуге болады.

Көптеген зерттеулердің нәтижесі бойынша органикалық отындар 2050 жылға қарай әлемдік энергетиканың сұраныстарының тек ішінара ғана бөлігін қанағаттандыра алатындығы айқындалып отыр. Ғалымдар тек энергия қолданудың қалған бөлігін ЖЭК есебінен қанағаттандырылады деп санайды.

ЖЭК - қоршаған ортада табиғи түрде пайда болатын энергия ағындарына негізделген қорлар. Ол адамның белгілі мақсатқа бағытталған

әрекетінің салдары болып табылмайды, бұл оның айырықша ерекшілігі болып табылады [5] .

Жаңғыртылмайтын энергия көздері - бұлар адамның энергия өндіруге қолданыла алатын органикалық материалдар мен заттардың табиғи қоры, оларға жататындар: ядролық отын, көмір, мұнай, газ т. б. ЖЭК-пен салыстырғанда дәстүрлі энергия көзі табиғатта байланысқан күйде болады және адамның белгілі бір мақсатқа бағытталған әрекеттерінің нәтижесінде туындайды (1. 1-кесте) .

1. 1-кесте. Әлемдік энергетикалық қордың жалпы сипаттамасы

№

Энергия көздері

10 кВт·сағ энергия мөлшері

№:

Жаңғыртылмайтын энергия көздері

№:

1

Энергия көздері:

Органикалық отын көздерінің энергиясы

10 кВт·сағ энергия мөлшері:

55364

№:

2

Энергия көздері:

Атом энергиясы

10 кВт·сағ энергия мөлшері:

547000

№:

Жаңғыртылатын энергия көздері (жылдық энергиясы)

№:

1

Энергия көздері:

Күн энергиясы

10 кВт·сағ энергия мөлшері:

667800

№:

2

Энергия көздері:

Жел энергиясы

10 кВт·сағ энергия мөлшері:

17360

№:

3

Энергия көздері:

Мұхит және теңіздің толқын энергиясы

10 кВт·сағ энергия мөлшері:

3

№:

4

Энергия көздері:

Мұхит суларының құйылу және қайту

энергиясы

10 кВт·сағ энергия мөлшері:

7

№:

5

Энергия көздері:

Су энергиясы

10 кВт·сағ энергия мөлшері:

18

Жаңғыртылатын энергия көздерінің түрлері және олардың басқа түрге жіктелуі 1. 1-суретте келтірілген.

Қазақстан аймағындағы жаңғыртылатын энергия көздерінің

қоры

Күн энергиясы. Энергияның қуатты көзі - Күн энергиясы. Күннің жер бетіне түсетін энергиясы күн сайын әлемнің барлық электр стансалары өндіретін электр энергиясынан мыңдаған есе көп. Қазақстан аймағына түсетін күн энергиясының жылдық потенциялы 340 млрд. т. ш. о. мен бағаланады. Жердің бетіне түсетін күн энергиясының 15% адамдардың тіршілік әрекетін қамтамасыз етуге жеткілікті деп саналады. Бұл үлес 63000 млрд мВт·сағ немесе ш. О. 7700 млрд. тоннаға тең. Оның жылдық энергетикалық қуаты жер қойнауында жатқан отыннан алынатын энергияның барлығынан дерлік бірнеше есе көп. Күн энергиясын пайдалану мақсатында үлкен жұмыстар АҚШ, Франция, Германия, Жапония, Индия, Канада және басқа да елдерде қарқынды жүргізіліп келеді.

1. 1-сурет. Жаңғыртылатын энергия көздерінің түрлері және олардың басқа энергия түріне түрленуі

Қазақстанның географиялық орналасуы және климаттық жағдайы қоңыр салқын, бұл аймақ жер белбеуінің орталық жане оңтүстік ендіктерінде, және де субтропикке ауысу жолағында орналасқан (40 және 50 с. ж. ш. аралығында, батыстан шығысқа 2995 км және солтүстіктен оңтүстікке 1600 км созылып жатыр), сондықтан күн энергиясын пайдалануға үлкен мүмкіндік береді. Қазақстанның территориясында күнің сәулелену ұзақтығы өте жоғары (3100 сағ дейін) жалпы сәулеленудің бақыланатын аймақғы 1900, 5 мың км құрайды.

Жел энергиясы. Қазіргі уақытта әлемде жел энергиясын пайдалану үлкен жолға қойылып отыр, оның көшбасшысы АҚШ, мұнда жел энергетикалық қондырғылардың (ЖЭҚ) саны шамамен 18 мың, қуаты 1500 МВт құрайды.

Қуаттылығы бірнеше кВт жел электр станциялары (ЖЭС) АҚШ, Дания, Ұлыбритания, Канада, Германия, Швеция, Нидерланды және Франция салынған.

Қазақстан территориясында жел ресурстары бар аймақтар жеткілікті. Кейінгі мәліметтерге қарағанда Жонғар Алатауы және Қаратау аймақтарында желдің энергетикалық рессурстары өте жоғары. Міне, осы салады ғылыми-

техникалық ізденіс жұмыстарын кеңінен жүргізілетін болса, болашақта Қазақстанның энергетикалық тәуелділігін төмендетуге және экологиялық мәселесін шешуге толық мүмкіндік бар. Еуропалық жел станциялары желдің орташа жылдамдығы 4-5 м/с болғанда жұмыс істей бастайды, ал Қазақстанда орташа жел жылдамдығы 8-10 м/с болатын 10 аймақ бар.

Жоңғар қақпасындағы жел тұратын аймақтың ұзындығы 20 км және ені 10 - 15 км болатын тауаралық алқапты құрайды. Күшті және ұзаққа созылған дауылдар көбінесе жылдың суық кезеңінде байқалады. Жекелеген дауылдың ұзақтығы 50-100 сағ, кей жағдайларда 250 - 300 сағ дейін жетеді, желдің максималды жылдамдығы 40-60 м/с дейін барады.

Басқа болашақ аудандарға Ерментауды (Ақмола облысы) 3700 кВт·с/м ² , Форт-Шевченко 4300кВт·с/м ² (Каспий теңізі жағалауы), Қордай - 4000 кВт·с/м ² (Жамбыл облысы) және тағы басқа аймақтарды жатқызуға болады (1. 2-кесте) .

Жамбыл облысындағы Бурылғы кентіндегі Шақпақты желді алқабында, желдің орташа жылдамдығы 24 м/с, бұл қуаты 5 МВт болатын бірқатар сериялы жел станцияларын салуға мүмкіндік туғызады. Жел энергиясының техникалық пайдалану мүмкіндігі Қазақстанда 3 млрд. кВт/сағ тең.