Күн электр станциясы

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 69 бет
Таңдаулыға:

7

8

9

10

Аңдатпа

Бұл дипломдық жобада қуаты 20 МВт күн электр станциясын жобалау

жұмысы қарастырылады. Және де Күн электрстанцисының салудың негізгі

aртықшылықтaры мен кемшіліктері ескеріледі. Гaз турбиналы электр

стaнциясының жұмыс істеу принципі жане қондырғылaр жайлы қысқаша

мәлімет қарастырылған. Сонымен қатар тіршілік қауіпсіздігінің кейбір

түрлеріне жеке тоқталып өтемін. Қарастырылып отырған күн электр

станциясының құнын өтеу мeрзімі де eсeптeлeді.

Аннотация

Темой данного дипломного проекта является проектирование

солнечный электростанций с мощностью 20 МВт. При этом учитывaлись

главные минусы и плюсы строительства этих гелиостанции. Рaccмотрены

оcобенноcти гелиоэнергетики, доказаны экономическaя и стратегическая

целесообразность. Наряду с этим отдельно остановлюсь на некоторых

проблемах безопасности жизнедеятельности. Будeт определен эффeктивность

и срок окупaeмости инвeстиционного плaна.

Abstract

The theme of this diploma project is planning sunny power-stations with

power 20 MV . Thus main minuses and building pluses these the heliostations. At

the same of the along solar power engineering, economical and strategic expediency

is well-proven. Side by side with this separately I will be stopped for some problems

of safety of vital functions. There is certain efficiency and term payback period of

the investment plan.

11

Мазмұны

1 Кіріспе

2 Теориялық бөлім

2. 1 Гелиоэнергетика

2. 2 Күн энергетикасының жалпы түсінігі

2. 3 Күн энергетикасының даму қарқыны

2. 4 Гелиостанцияға негізделген электр энергияның құны

2. 5 Күн энергетикасының негізі

2. 6 Фотоэлектрлік әдістің ерекшелігі

2. 7 Фотоэлектрлік әдістің артықшылығы және кемшілігі

2. 8 Термодинамикалық әдістің ерекшелігі

2. 9 Күн коллекторлары

2. 10 Күн коллекторлары және оның ерекшеліктері

2. 11Күн сәулесінің параболалық концентратор сипаттамасы

2. 12 Біріккен немесе гибритті күн электр станциялары

2. 13 Біріккен фото-термодинамикалық күн электр станциясы

2. 14 Мұнара типті күн электр станциясы

2. 15 Станция құрылымының маныздылығы

2. 16 Жаңа үлгідегі мұнара типті күн электр станция тиімділігі

2. 17 Инвентор

3 Электрлік бөлім

3. 1 Қуат балансын есептеу

3. 2 Трансформаторларды таңдау

3. 3 Екі нұсқаның трансформаторларының электр энергиясының

жылдық шығынын есептеу

12

7

9

9

9

3. 4 Қысқа тұйықталу тоқтарын eceптеу

5 Экономикалық бөлім

6 Өмір тіршілік қауіпсіздігі

Қорытынды

Әдебиеттер тізімі

13

Кіріспе

Қазіргі тандағы энергетиканың ажырамас бір құрамдас бөлігі - күн

энергетикасы. Энергетика саласында энергияның сарқылатын және

сарқылмайтын энергия көздері бар. Сарқылатын энергия

көздеріне:мұнай, газ, көмір т. б жатады. Жалпы алғанда бұл энергия көздеріні

белгілі бір уақытта сарқылары анық. Сондықтанда қазіргі танда энергияны

алудың балама көздерін карастыруымыз қажет. Ал энергияның балама

көздерін энергетиканының сарқылмас бөлігі құрайды. Яғни оған

жататындар:күн сәулесі қуатын пайдалану, жел қуатын пайдалану т. б жатады.

Ал енді күн саулесінің күн сәулесінің артықшылықтарын тілге тиек ете

кетейік. Ең біріншіден күн сәулесі жер бетіндегі барлық физикалық

процестердің негізі болып отыр. Адамзат тарихында қолданған энергияның

барлығы күн сәулесімен тікелей байланысты деп саналады. Күн

ғаламшарымыздағы жұлдыздар жүйесінің орналасқан ең үлкен энергияның

көзі.

Күн сәулесінің энергиясын пайдалану жылдан жылға артып келеді, бұл

көңіл қуантатын жайт. Әлем бойынша қуаты үлкен 70-50 МВт-тан асатын аса

ірі күн электр станциялары салынуда. Қуаттылығы үлкен күн электр

станцияларының салынуы бұл саланың деңгейінің қаншалықты өскенін

көрсетеді.

Күн сәулесі арқылы келетін энергиямен бүкіл адамзатты энергиямен

қамсыздандыруга болады. Гелиоэнергетиканы ғалымдардардын зерттеу

жүргізуі әліде толассыз ізденісті қажет етеді. Бұл дегеніміз гелиоэнергетика

саласы толассыз дамитынын, бұл салада жаналыктардың көп боларын

айғақтайды. Жылдан жылға гелиоэнергетиканы бәсекеге қабілеттілігінің

артып келе жатқанын байқау қиын емес.

Ал енди дипломдық жұмысыма қысқаша анықтама бере кетсем. Осы

уақытқа дейін жинаған акпараттарымды, күн энергетикасы жайлы

әдебиеттерден алған акпараттарды және осы саладағы қазіргі тандағы

жаналыктарды толық қамтуға тырысамын. Сонымен қатар жобалық үлгі

третінде күн электр станциясының үлгісін ұсынамын. Дипломдық жұмысты

жазу барысында алға қойған мақсаттарымды түсіндіре кетейін, олар:

Біріншіден: гелиоэенгериканың қазіргі бет бейнесін көрсету, жай күйін

саралау. Бұл саланың маңыздылығын далелдеу, бәсекеге қабілеттілігін

көрсету.

Екіншіден: күн сәулесін түрлендіру, өзгерту, пайдалану

Үшіншіден: күн электр станцияларының барлық параметрлерін

салыстыра отырып, тиімділігі ен жоғары жобалық жұмысты таңдап алу.

Төртіншіден: жобалауға қажетті барлық жағдаяттарды ескере отырып

жоспар құру, оның экономикалық экологиялық тиімділігін қарастыру, еңбек

қауіпсіздігін ескеру. Инвестициялық жоспарын құру арқылы, оның бәсекеге

қабілеттілігін көрсету және станцияның экологиялық санитарлық

нормалардың барлығына сәйкестігін көрсету арқылы дипломдық жобамды

14

аяқтау. Күн энергетикасы дүниежүзіндегі альтернативті энергияларының

қолайлы түрі болып саналады. Бұл дегеніміз альтернативті энергия көздерімен

толық жабдықталатын үйлер немесе салынған ғимараттарда осындай

станцияларды орнату келешекте үлкен мағынаға ие болады.

15

2 Теориялық бөлім

2. 1Гелиоэнергетика

Гелиоэнергетика - дәстүрлі емес энергетиканың бір құрамдас бөлігі.

Ол тікелей күн энергиясын қай түрде болмасын түрлендіруге бағытталған

сала. Күн энергетикасы экологиялық таза, яғни нәтижесінде зиянды

қалдықтар қалдырмайтын және сарқылмайтын энергия көзі.

Салыстырмалы түрде қараған күн энергетикасы энергия түрлендірудің

жаңадан дамып келе жатқан бaғыты. Бұл саланың қарқынды дамуы 2000

жылдың орта шегінде басталды. Әлемнің дамыған елдерінің, энергетика

тұрғысынан, дәстүрлі отын түрлеріне тәуелділігінен құрылуға деген

ұмтылысы, дәл осы саланың тез әрі қaрқынды дамуына негізі. Сонымен қатар

әлемдік экологиялық салдарлар, зиянсыз, қол жетімді энергия көзін тануға өз

пайдасын тигізді. Тек қана күн энергиясын пайдалану адамның электр

энергиясына деген бүкіл қажеттіліктерін қанағаттандырады.

Жылуды аккумулирлеу арқасында төзімді және электр энергиясының

жұқа көзі болады. Ол сенімділікті және электр энергиясын қажет кезде өңдеу

мүмкіндігіне ие. Нәтижесінде басқармалы электр энергиясы коммуналды

кәсіпорын үшін жоғары бағаға ие, өйткені құру мен жаңа электр

станцияларын пайдалану қажеттіліктерінің орнын жабады.

2. 2 Күн энергетикасының жaлпы түсінігі.

Күннің сәулеленуі - Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Оның

қуаттылығы Күн тұрақтысымен анықталатындығы белгілі. Күн тұрақтысы-

күн сәулесіне перпендикуляр болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде

өтетін күннің сәуле шығару ағыны. Бір астрономиялық бірлік қашықтығында

(Жер орбитасында) күн тұрақтысы шамамен 1370 Вт/м²-қа тең. Жер

атмосферасынан өткен кезде Күн сәулеленуі шамамен 370 Вт/м² энергияны

жоғалтады. Осыдан Жерге тек 1000 Вт/м²-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл

келіп түскен энергия әр түрлі табиғи және жасанды процесстерде

қолданылады. Күн сәулесі aрқылы тікелей жылытуға немесе фотоэлементтер

көмегімен энергияны қайта өңдеу арқылы электр энергиясын алуға не басқа да

пайдалы жұмыстарды атқаруға болады.

Шындығында, қазіргі заманды электр энергиясынсыз мүлдем елестету

мүмкін емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз,

экологиялық таза көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып

отыр. Әлем бойынша электр энергиясын ең көп өңдіретін елдерге АҚШ,

Қытай жатады. Бұл елдерде электр энергиясының өндірісі әлемдік өндірістің

20%-ын құрайды. Соңғы кездері экологиялық проблемалар, пайдалы

қазбалардың жетіспеушілігі және оның географиялық біркелкі емес таралуы

салдарынан электр энергиясын өндіру желэнергетикалық құрылғыларды, Күн

батареяларын, газ генераторларын пайдалану арқылы жүзеге аса бастады.

16

Жалпы алғанда, Күн сәулеленуінен электр энергиясы мен жылу алудың

бірнеше әдістері бар. Олар:

1) Электр энергиясын фотоэлементтер көмегімен алу.

2) Күн энергиясын жылу машиналарының көмегі арқылы электр

энергиясына айналдыру (Жылу машиналарының түрлері: поршеньдік

немесе турбиналық бу машиналары. Стирлинг қозғалтқышы. ) .

3) Гелиотермальдық энергетика - Күн сәулелерін жұтатын беттің қызуы

мен жылудың таралуы және қолданылуы.

4) Термоәуелік электр станциялары (Күн энергиясының турбогенератор

арқылы бағытталып отыратын ауа ағыны энергиясына айналуы) .

5) Күн аэростаттық электр станциялары (аэростат баллоны ішіндегі су

буының аэростат бетіндегі күн сәулесі қызуы салдарынан

генерациялануы) .

Күн энергетикасының дамуының негізіне мыналар жатады:

•

•

•

Тәуліктік күн сағаты көп болу;

Жылдық шамада күнгей мерзімі ұзақ болу;

Күн сәулесінің түсу бұрышының жоғары болуы.

Ал күн энергетикасының әлеуметтік экономикалық дамуына:

•

•

•

•

Дәстүрлі энергия көздеріне тәуелділікті жоюға деген ұмтылыс

және дәстүрлі энергияны импортқа шығаруға тосқауыл қою;

Аталмыш саланы толық зерттеу үшін мелекеттік экономикалық

жағдайының жоғарының биік болуы;

Біртіндеп қуатты дәстүрлі энергия көздерін күн энергетикасы

және басқада дәстүрлі емес энергия көздерімен ауыстыру.

Мемлекет тарапынан аталмыш энергетика саласына деген

маңызды көмек көздерін бағыттау.

Жоғарыда тізбектелген табиғи факторларға мән берсек, күн электр

станциясын сaлудағы ең қолайды аймақтар ол тропиктік және субтропиктік

белдеудегі мемлекеттер.

Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр

энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы

фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика

ілімінде XIX ғaсырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы

Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы

фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең

жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43, 5%-ға дейін

жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не

жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне

электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына

негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект және ішкі фотоэффект

құбылыстaрынa

негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы: сыртқы

фотоэффектіге негізделгені электровакуумды фотоэлемент болса, ішкі

фотоэффектіге вентильді, жaртылай өткізгішті, жаппалы қабатты

фотоэлемент түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті

17

кремний кристалынaн жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті

15%-ға жуық) ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде

радиациялық құбылыстарды зерттеуде, т. б. жағдайларда да пайдаланылады.

Сондай-ақ бүгінгі кезде фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне -

қайықтарға, электромобильдерге, гибридті автокөліктерге, ұшақтарға,

дирижабльдерге, т. б. орнату мүмкіндігі бар. Италия мен Жапония сияқты

мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол поездарының шатырына

орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы Toyoto Prius гибридті

автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа қабыршақты

фотоэлементтерді сaтумен айналысады. Жұқа қабыршақты фотоэлементтердің

қалыңдығы 0, 6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің аэродинамикасына еш

әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен фотоэлементтерден бөлек Күн

энергиясын электр энергиясына айналдыратын адамзат ойлап тапқан

құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр станциялары, гелиожүйелер

т. б. жатады.

2. 3 Күн энергетикасының әлемдегі даму қарқыны

Әлемдік қуатты күн электр станцияларының негізі фотоэлектрлік және

жылулық күн электр станцияларын құрайды. 1-де күн энергиясы тікелей

электр энергиясына айналдырады, ал 2-де күн энергиясы бірінші міндетті

түрде жылу энергиясына айналдырады және одан кейін оны электр

энергиясына немесе энергияның басқа түріне айналдыруга мүмкіндік береді.

Соңғы 2014 жылғы сараптама бойынша жалпы әлемдік күн электр

станцияларының жалпы көрсеткіші 100, 1 ГВт ты жетіп отыр. Бұл көрсеткіш

алдынғысына қарағанда 0, 2% ға жоғарылаған. Қорыта келгенде бұл

көрсеткіш әлемдік энергетиканың жалпы жиынының 2% ын қамтиды.

.

1 Сурет - Әлемдік гелиоэнергетиканың даму қарқыны

18

Ал фотоэлектрлік күн электр станциясының салынуы бәсендеген. Бұл

жағдай ең алдымен фотоэлектрлік күн электр станциясының пайдалы әсер

көэффициентінде (шамамен 30%) айқын көрінеді.

2014 жылғы зерттеу нәтижелері бойынша жалпы әлем бойынша 61, 2

млрд. кВт·сағ электр энергиясы пайдаланылған, әлемдік энергияның 0, 28%.

Сондықтан салыстырмалы түрде төмен көрсеткіш ретінде бағаланып отыр.

Қуатты фотоэлектрлік күн электр станциялары әлемнің дамуы елдерінде

орналасқан. 2013 жылы бірінші рет дамыған 7 мемлекет жалпы шаманың 80%

алатын көрсеткішке ие болды. Әрине гелиоэнергетиканың дамыған бағытын

Еуропа елдері құрады. Әлемдік орнатылған қуаттың 68% ы осы елдерге

тиесілі. Ал Еуропадағы осы сала бойынша ең алдынғы мемлекет Германия.

Оның еншісінде жалпы көрсеткіштің 33% бар. Бұл көрсеткіш әрине

мақтанарлық көрініс. Германиядан кейін Италия, Испания және Франция.

Ең қуаттылығы жоғары күн электр станциясы Италияда. Үстіміздегі

жылда Италияның Венеция қаласының жаныдағы Ровиго калашыгында

қуаттылығы 72МВт-қа жететін гелиостанция өз жұмысын бастады. Бұндай

үлкен қуатты күн электр станциясы, алғашқы салынуы, теңдесі жок электр

станциясының аумағы 850 мың шаршы шақырымды алып жатыр. Қазіргі

таңдағы күн знергисымен жұмыс істеп тұрған ауқымды электр

станцияларының бірі - Испанияда. Қуаты- 60МВт. Үшінші орында

қуаттылығы жөнінде күн электр станциясы Германияда, қуаты 50 МВт.

Италия станциясына жалпы тартылған инвестиция көлемі 200-250 млн

евроны құрайды. Электр энергиясын өніруді 2010 жылдың екші жартысынан

бастады. Ал толық қуатпен жұмыс істеуді сол жылдың соңына бастады.

Станция алғашқы жылының өзінде 17000 шанырақты электр энергиясымен

қамсыздандырды және 41 мың тонна көмір қышқыл газын ауаға таралуының

алдын алды.

2 Сурет-Италиядағы күн электр станциясы.

Үлкен өлшемді Күн батареялары Күн коллекторлары сияқты

тропикалық және субтропикалық аймақтарда бүгінде кеңінен қолданылуда.

19

Әсіресе, әдістің осы түрі Жерорта теңізі елдерінде көп тараған. Бұл елдерде

Күн батареяларын үй шатырларына орналастырады. Ал Испанияда 2007

жылдың наурыз айынан бастап

жаңадан салынған үйлер Күн су

жылытқыштарымен жабдықтала бастады. Ол ыстық суға деген сұранысты

30%-дан бастап 70%-ға дейін қамтамасыз ете алады.

2. 4 Гелиостанцияна негізделген электр энергияның құны.

Сарқылмас энергия көздерінің генерациясының ішінде күн электр

станциясының өзіндік құны салыстырмалы түрде биік. OpenEI Transparent

Cost Database ашық мәлімдемесі бойынша фотоэлектрлік күн электр

станциясының энергия өндіру құны басқалармен салыстырғанда өте жоғары,

атап айтқанда, жылулық күн электр станциясынан 1/3 есе, құрлықтық жел

электр станцияларынан 2 есе және басқа энергия көздерінен салыстырмалы

түрде 4-5 есе артық.

Алайда соңғы жылдары фотоэлектрлік күн электр станцияларының

өзіндік құнының төмендегені анық корінеді. Осыған орай Күн энергиясын

электр энергиясына айналдыратын құрылғыларды пайдалану деңгейі жылдан-

жылға өсіп келеді. Мысалы: 2005 жылы жұқа қабыршақты фотоэлементтер

нарықтың 6%-ын құраса, 2006 жылы бұл көрсеткіш 7%-ға жетті, ал 2007

жылы 8%-ға, ал 2009 жылы 16, 8%-ға дейін өсті. Яғни 1999 жылдан 2006

жылға дейін жұқа қабыршақты фотоэлементтер өндірісі жыл сайын орташа

есеппен 80%-ға өсіп отыр. Ал Күн энергиясының Еуропа елдерінде

қолданылуына шолу жасасақ, 2010 жылы Германияда электр энергиясының

2%-ы фотоэлектрлік құрылғылардан алынса, Испанияда бұл көрсеткіш 2, 7%-

ды құрайды. Ол тікелей станция құрылысына керек негізді құралымдардың

сатылу бағасының төмендегенімен түсіндіріледі. Ал ол өз кезегінде

энергетика нарығындағы дәсекелестікпен көрсетіледі.

Кесте 1 - Өзіндік құнның салыстыру көрсеткіштері. (2011-2014 жыл,

долл. /кВт·сағ)

Нақты айтатын болсақ 2008-2014 жылдар арасында көрсеткіш

минималды түрде 0, 21 ден 0, 14 долл. /кВт·сағ. дейін төмендеген. Бұл әрине

күн энергетика саласының қарқында дамып жатқанын көрсетеді. Осының

салдарынан 2025 жылға қарай әлемдiк энергетикалық теңгерiмдегi

энергияның жаңғыртылатын көздерiнiң үлесi қазiргi 5%-дан 10%-ға дейiн, ал

20

2050 жылға қарай 50%-ға дейiн өседi, 2010 жылға қарай ЕО елдерiнде бұл

үлес 12%-ға дейiн (2000 жылғы 6%-ға қарағанда), ал жалпы электр энергиясы

өндiрiсiнде 22%-ға дейiн ұлғаяды.

2. 5 Күн энергетикасының негізі

Күн энергиясын электр энергияна түрлендіретін үш негізгі

түрлендіргіштерді құрайды. Олар:

Фотоэлектрлік түрлендіргіш - яғни жартылай өткізгішті құрылғы. Күн

энергиясын тікелей электр энергиясына бар. бірнеше

бірккен фотоэлектр түрлендіргіштер күн батареяларын .

Гелиоэлектр станциясы - бұл негізінде жылулық немесе басқа да электр

машиналарын жұмысқа келтіру үшін жоғары концентрацияланған күн

сәулесін қолданатын электрлік құрылғы.

Күн электрстанциясы түнде жұмыс жасамайды, таңғы және кешкі

уақыттарда жеткілікті тиімді жұмыс істемейді.

Күн коллекторлары - аз температураға негізделген қыздырушы

құрылғы.

Қазіргі уақытта көбіне екі типті күн электр салынып жатыр:

Мұнара типті күн электр станциясы

Модульді күн электр станциясы

Күн электр станциясы

Күн радиациясын электр энергиясына түрлендіруге мүмкіндік беретін

инженерлік қондырғы. Дәл осы түрлендірулердің бірнеше түрлері бар және

олар станция құрылымына байланысты.

Күн электростанциялары күн сәулесінің энергиясын электр энергиясына

түрлендіреді. Ол келесі түрде болады:

Фотоэлектрлік әдіс

фотоэлектрлік генератор көмегімен күн

энергиясын электр энергиясына тікелей түрлендіреді.

Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр

энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы

фотоэффект құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика

ілімінде XIX ғасырдың аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы

Александр Столетов жасап шығарған. Өндірістік масштабтардағы

фотоэлементтердің пайдалы әсер коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең

жақсы үлгілердікі - 25%, ал лабораториялық жағдайларда 43, 5%-ға дейін

жетеді. Фотоэлементтің жұмыс істеу принципі металдан (калий, барий) не

жартылай өткізгіштен жасалған электродтың (фотокатод) бетіне

электормагнит сәуле түсіргенде фотоэффект құбылысының пайда болуына

негізделген.

Термодинамикалық әдіс - күн энергиясын алдымен жылу энергиясына,

одан кейін электр энергиясына айналдырады . Ал бірақ фотоэлектрлік әдіске

21

қарағанда термодинамикалық әдіс арқылы

электростанциялардың қуаты жоғары болып есептеледі.

3 Сурет - Фотоэлемент құрылысы