6916
.pdf
10
2.1.5 Раздел 5: Энергия геотермальных вод
Энергия геотермальных вод или геотермальная энергетика по сравнению со всеми остальными возобновляемыми источниками в данной работе имеет, пожалуй, самые большие ограничения по применению. Вся геотермальная энергетика направлена на получение электрической и тепловой энергии из энергии, содержащейся в недрах земли. Чем толще слой земной коры, тем сложнее добраться до наиболее нагретых частей земной породы. При современном развитии технологий бурения скважин экономически нерентабельными считаются скважины глубже 5 км. Это существенно сокращает область использования геотермальных источников до областей, где толщина земной коры меньше 5 км, то есть в районах с вулканической активностью, гейзерами и горячими источниками.
Примеры рассматриваемых на занятиях схем:
Рис. 7. Геотермальная паровая электростанция
Применение геотермальных вод не может рассматриваться как экологически чистое потому, что пар часто сопровождается газообразными выбросами, включая сероводород и радон - оба считаются опасными. На геотермальных станциях пар, вращающий турбину, должен быть конденсирован, что требует источника охлаждающей воды, точно так же как этого требуют электростанции на угле или ядерном топливе. В результате сброса как охлаждающей, так и конденсационной горячей воды возможно тепловое загрязнение среды. Кроме того, там, где смесь воды и пара извлекается из земли для электростанций, работающих на влажном паре, и там, где горячая вода извлекается для станций с бинарным циклом, воду необходимо удалять. Эта вода может быть необычно соленой (до 20% соли), и тогда потребуется перекачка ее в океан или нагнетание в землю. Сброс такой воды в реки или озера мог бы уничтожить в них пресноводные формы жизни. В геотермальных водах нередко содержатся также значительные количества сероводорода — обладающего резким неприятным запахом газа, опасного в больших концентрациях.
Несмотря на то, что Россия не является лидером в области применения геотермальной энергетики в мире, у нас также имеется опыт работы с этим источником энергии, например, на Мутновской ГеоАС, расположенной в юго-восточной части полуострова Камчатка.
11
2.1.6. Раздел 6:Управляем ый термоядерный синтез
Почему данное направление рассматривается многими исследователями в качестве «естественного» источника энергии в долгосрочной перспективе и в чем разница с «классической» ядерной энергетикой? Ответ на данный вопрос заключается в применяемом топливе, как уже ранее был о описано, для атомных электростанций используется уран, в то время как при УТС – во дород, запасы которого практически неисчерпаемы. Однако, под водородом здесь понимают не «классический» водород, а его изотопы – дейтерий и тритий.
Дейтерий это тя жёлый |
водород, |
обозначается символами D и 2H — |
стабиль- |
́ |
массой, |
равной 2. Ядро (дейтрон) состоит |
из одно- |
ный изотоп водорода с атомной |
|||
го протона и одного нейтрона. |
|
|
|
Тритий – это сверхтяжёлый водород, обозначается символами T и 3H — |
радиоак- |
||
́ |
|
|
|
тивный изотоп водорода. Ядро трития состоит из протона и двух нейтронов, его называют тритоном и обозначают t.
Источником такого топлива служит морская вода на любом побережье мира, что делает невозможным монополизацию топливных ресурсов одной или группой стран.
В отличие от ядерного топлива при использовании изотопов водорода отсутствуют продукты сгорания, а радиоактивные отходы имеют короткий период полураспада.
Управляемый тер моядерный синтез протекает в специальных тороидальных камерах с магнитными катуш ками (Токамак).
Примеры рассматр иваемых на занятиях схем:
Рис. 8. Схема принципиа льных узлов такомака
По сути реакции взаимодействия дейтерия и трития по ана логии с реакцией, происходящей в ядре Солнца только с разницей в развиваемой температуре в 10 раз, т.е. для создания управляемого термоядерного синтеза необходимо разогреть плазму до темпера-
туры 150000000 К.
2.1.7. Раздел 7:Энергия б иотоплива
12
Под биомассой или биоматерией понимают совокупную массу растительных или животных организмов, которые присутствуют в исторически связанном сообществе, тесно связанных между собой обменом веществ и энергии живой и неживой природы, называемой биогеоценозом.
Биодизель - это многокомпонентное жидкое топливо, состоящее из метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот, получаемых в результате химической реакции, в основном путем этерификации (реакции образования сложных эфиров при взаимодействии кислот и спиртов) растительных масел (рапсового, соевого, пальмового, подсолнечного, льняного и др.), а также путем реакции (переэтерификации) обмена структурных элементов животных и кормовых жиров.
С позиции возобновляемых источников энергии нас также интересует вещество, получаемое в результате водородного или метанового брожения биомассы – биогаз.
Примеры рассматриваемых на занятиях схем:
Рис. 9. Схема получения биоэтанола из водорослей
Биотопливо это широчайшая область возобновляемых источников энергии, включающая в себя с одной стороны самую привычную и традиционную технологии использования дров в качестве источника энергии, и заканчивая еще экспериментальными, но уже зарекомендовавшими себя с положительной стороны биореакторами с водорослями. Биотопливо определенно займет свою нишу как возобновляемый источник энергии, причем в промышленных масштабах. Это касается не только заводов по производству жидкого или газообразного биотоплива, но и использование, например, в автомобильной технике.
Пожалуй, самая большая проблема использования биотоплива это сроки окупаемости данных установок при первоначально высокой стоимости (в том числе и получение лицензии на подобный род деятельности) и т.д. Например, использование свалочного газа в России весьма проблематично, поскольку практически во всех городах отсутствует сортировка мусора, в отличии, скажем, от Финляндии, где эта технология процветает.
13
2.1.8 Раздел 8:Низкопотенциальные источники энергии
Если задаться вопросом, какой из возобновляемых источников энергии самый популярный, то еще не известно выйдет ли на первый план солнечная энергетика, поскольку в последнее время огромное распространение получили низкопотенциальные источники теплоты – тепловые насосы.
Термодинамически тепловой насос представляет собой обращенную холодильную машину и, по аналогии, содержит испаритель, конденсатор и контур, осуществляющий термодинамический цикл. Основные типы термодинамических циклов - абсорбционный и, наиболее распространенный, парокомпрессионный. Если в холодильной машине основной целью является производство холода путем отбора теплоты из какого-либо объема испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе складывается иная ситуация. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель - теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.
Примеры рассматриваемых на занятиях схем:
Рис. 9. Схема работы компрессионного теплового насоса.
Наряду с солнечными коллекторами тепловые насосы все чаще появляются на страницах русифицированных каталогов компаний по производству различного теплотехнического оборудования. Более того – есть уже весьма успешные реализованные проекты по применению тепловых насосов на территории нашей страны. Определенно эта технология имеет огромные перспективы, несмотря на достаточно высокую базовую стоимость оборудования, во многом за счет индивидуальных потребителей, которые хотят создавать энергоэффективные и независимые системы энергоснабжения для своих сооружений.
14
2.1.9 Раздел 9: Вторичные энергетические ресурсы
Вторичные энергоресурсы, образующиеся в технологических агрегатах (установках, процессах) - энергетический потенциал отходов, побочных и промежуточных продуктов, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергосбережения в других агрегатах. Под энергетическим потенциалом понимается имеющийся в перечисленных продуктах определенный запас энергии в виде химически связанной теплоты, физической теплоты, потенциальной энергии избыточного давления. В соответствии с этим определением, вторичными энергоресурсами не является, в частности, физическая теплота продуктов или отходов, возвращаемая в агрегат – источник ВЭР – с помощью рекуператоров, экономайзеров и других утилизационных устройств. При использовании ВЭР в других агрегатах расход топлива или другого энергоносителя в технологическом агрегате – источнике ВЭР - практически не меняется, вследствие чего достигается экономия топлива, снижение эксплуатационных затрат в замещаемых энерготехнологических установках.
По виду заключенной в них энергии ВЭР подразделяется на три основные группы: Горючие – горючие отходы технологических процессов химической и термохимической переработки, углеродистого и углеводородного сырья: горючие, городские и сельскохозяйственные отходы; углеводородные отходы (отработанные масла и растворители)
машиностроительных и других предприятий; Тепловые – практически любые теплоносители, имеющие температуру выше тем-
пературы окружающей среды и способные при определенных условиях выделять определенное количество теплоты для последующего использования;
ВЭР избыточного давления – газы и жидкости, покидающие технологические агрегаты под избыточным давлением и способные передать часть накопленной потенциальной энергии перед их использованием и сбросом в окружающую среду;
Примеры рассматриваемых на занятиях схем:
Рис. 10. Схема газопаровой установки.
15
4. Методические указания по организации самостоятельной работы
4.1 Общие рекомендации для самостоятельной работы
Самостоятельная работа студентов является основным способом овладения учебным материалом в свободное от обязательных учебных занятий время.
Целями самостоятельной работы студентов являются:
-систематизация и закрепление полученных теоретических знаний и практических умений студентов;
-углубление и расширение теоретических знаний;
-формирование умений использовать нормативную, правовую, справочную документацию и специальную литературу;
-развитие познавательных способностей и активности студентов:
-формирования самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, самосовершенствованию и самореализации.
Самостоятельная работа выполняется в два этапа: планирование и реализация. Планирование самостоятельной работы включает:
-уяснение задания на самостоятельную работу;
-подбор рекомендованной литературы;
-составление плана работы, в котором определяются основные пункты предстоящей подготовки.
Составление плана дисциплинирует и повышает организованность в работе.
На втором этапе реализуется составленный план. Реализация включает в себя:
-изучение рекомендованной литературы;
-составление плана (конспекта) по изучаемому материалу (вопросу);
-взаимное обсуждение материала.
Необходимо помнить, что на лекции обычно рассматривается не весь материал. Оставшаяся восполняется в процессе самостоятельной работы. В связи с этим работа с рекомендованной литературой обязательна.
Работа с литературой и иными источниками информации включает в себя две группы приемов: техническую, имеющую библиографическую направленность, и содержательную. Первая группа – уяснение потребностей в литературе; получение литературы; просмотр литературы на уровне общей, первичной оценки; анализ надежности публикаций как источника информации, их относимости и степени полезности. Вторая – подробное изучение и извлечение необходимой информации.
Для поиска необходимой литературы можно использовать следующие способы:
-поиск через систематический каталог в библиотеке;
-просмотр специальных периодических изданий;
-использование материалов, размещенных в сети Интернет.
Для того, чтобы не возникало трудностей понимания текстов учебника, монографий, научных статей, следует учитывать, что учебник и учебное пособие предназначены для студентов и магистрантов, а монографии и статьи ориентированы на исследователя. Монографии дают обширное описание проблемы, содержат в себе справочную информацию и отражают полемику по тем или иным дискуссионным вопросам. Статья в журнале кратко излагает позицию автора или его конкретные достижении в исследовании какой-либо научной проблемы.
В процессе взаимного обсуждения материала закрепляются знания, а также приобретается практика в изложении и разъяснении полученных знаний, развивается речь.
При необходимости студенту следует обращаться за консультацией к преподавате-
лю.
16
Составление записей или конспектов позволяет составить сжатое представление по изучаемым вопросам. Записи имеют первостепенное значение для самостоятельной работы студентов. Они помогают понять построение изучаемого материала, выделить основные положения, проследить их логику.
Ведение записей способствует превращению чтения в активный процесс. У студента, систематически ведущего записи, создается свой индивидуальный фонд подсобных материалов для быстрого повторения прочитанного. Особенно важны и полезны записи тогда, когда в них находят отражение мысли, возникшие при самостоятельной работе.
Можно рекомендовать следующие основные формы записи: план, конспект, тезисы. План – это схема прочитанного материала, краткий (или подробный) перечень вопросов, отражающих структуру и последовательность материала. Подробно составленный
план вполне заменяет конспект.
Конспект – это систематизированное, логичное изложение материала источника. Объем конспекта не должен превышать 10 страниц. Шрифт Times New Roman, кегль 14, интервал 1,5. Список литературы должен состоять из 5-8 источников, по возможности следует использовать последние издания учебных пособий и исследований.
Тезисы — это последовательность ключевых положений из некоторой темы без доказательств или с неполными доказательствами. По объему тезисы занимают одну страницу формата А4 или одну – две страницы в ученической тетради. В конце тезисов студент должен сделать собственные выводы.
4.2 Темы для самостоятельного изучения по разделам
1. Введение Федеральный закон об энергосбережении и его основные статьи. 2. Солнечная энергетика
Сравнительный анализ работы плоских коллекторов и вакуумных коллекторов различного типа. Солнечная печь. Солнечный парус.
3. Ветровая энергетика Сравнительный анализ работы ветрогенератора с горизонтальной осью вращения и
ветрогенератора с вертикальной осью вращения. 4. Энергия океана
Схемы установок по преобразованию энергии океанических течений.
5.Энергия геотермальных вод Схемы отечественных установок.
6.Управляемый термоядерный синтез
Перспективы применение и дальнейшее развитее данной отрасли. 7. Энергия биотоплива Оценка применения когенерационных установок на биотопливе.
8. Низкопотенциальные источники энергии Сравнительный анализ работы различных видов тепловых насосов. 9. Вторичные энергетические ресурсы
Конструктивные особенности различных теплообменников, не рассмотренных на занятиях.
4.3 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
Приводится в конце пособия – список рекомендуемой литературы.
17
5. Методические указания по выполнению курсовой работы
Выполнение курсовая работа занимает несколько этапов:
1.выбор возобновляемого источника энергии;
2.выбор области применения данного источника:
По заданию преподавателя или по рекомендации научного руководителя студент рассматривает конкретный возобновляемый источник энергии. При необходимости, могут быть рассмотрены два и более источника, например комбинация ветроэнергетики с солнечной или солнечной энергетики с тепловыми насосами.
Далее происходит сбор материала по тематике и составляется подробное описание данного источника (5-10 стр.).
Важным моментом также является поиск исходных данных, максимально приближенным к реальным, например, в проекте может быть рассмотрено горячее водоснабжение коттеджа с предварительно рассчитанной тепловой нагрузкой для этих нужд.
Для выбора оборудования рекомендуется использование актуальных каталогов продукции различных компаний, таких как rucelf, viessmann и т.д. В пояснительную часть также выносятся характеристики оборудования, взятые из технических паспортов.
После сбора данной информации начинается расчет данной установки и по окончанию расчета обязательно стоит отметить – может ли данное сооружение считаться автономным, и, если нет, то какой альтернативный традиционный источник может быть применен в данных условиях.
Помимо пояснительной записки студенты выполняют чертеж на формате А1, на который выносятся схема с использованием данного возобновляемого источника энергии, планы и разрезы рассматриваемого объекта с размещением основного и вспомогательного оборудования, а также иные виды, схемы, фотографии установок выбранного возобновляемого источника энергии, которые необходимо для полного раскрытия рассматриваемой тематики.
18
Литература
1.Альтернативная энергетика [Электронный ресурс] : [сайт]. – Режим доступа : http://www.vikertherm.ru/.
2.Аронов, И. З. Контактные газовые экономайзеры / И. З. Аронов. – Киев : Техника, 1964. – 176 с.
3.Баскаков, А. П. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии : учеб. пособие : в 2 ч. / А. П. Баскаков. – Екатеринбург : УГТУ-УПИ , 2008. – 95 с. : ил.
4.Вальехо, М. Энергосберегающие технологии и альтернативная энергия : учеб. пособие / М. Вальехо. – Москва : РУДН, 2008. – 204 с.
5.Велихов, Е. П. Термоядерная энергетика. Статус и роль в долгосрочной перспективе [Электронный ресурс] : докл. от 22.10.1999, выполн. в рамках Energy Center of the World Federation of Scientists / Е. П. Велихов, С. В. Путвинский. – Режим досту-
па : http://thermonuclear.ru/rev.html.
6.Вершинский, Н. В. Энергия океана / Н. В. Вершинский. – Москва : Наука, 1986. – 152 с. : ил. – ( Наука и технический прогресс).
7.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения / Г. М. Климов. – Нижний Новгород :
ННГАСУ, 2012. – 48 с. : ил.
8.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения: вторичные энергетические ресурсы / Г. М. Климов. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2012. – 38 с. : ил.
9.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения (биогаз из различных видов биомассы) / Г. М. Климов. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2013. – 37 с. : ил.
10.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения: энергия воды океанов, морей и рек / Г. М. Климов. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2013. – 43 с. : ил.
11.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения: энергия ветра / Г. М. Климов. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2013. – 50 с. : ил.
12.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения: использование с применением тепловых насосов / Г. М. Климов, Е. Н. Цой, М. Г. Климов. – Нижний Новгород :
ННГАСУ, 2013. – 50 с. : ил.
13.Климов, Г. М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения (свалочный биогаз, экологические проблемы использования) / Г. М. Климов. – Нижний Новгород : ННГАСУ, 2013. – 52 с.
14.Марков, В. А. Работа дизелей на нетрадиционных топливах / В. А. Марков. – Москва : Легион-Автодата, 2008. – 464 с.
15.Накоряков, В. Е. Энергетическая эффективность комбинированных отопительных установок на базе тепловых насосов с электроприводом / В. Е. Накоряков, С.
Л. Елистратов // Промышленная энергетика. – 2008. – № 3. – С. 28-33.
16. Николаев, Ю. Е. Определение эффективности тепловых насосов, использующих теплоту обратной сетевой воды ТЭЦ / Ю. Е. Николаев, А. Ю. Бакшеев // Промышленная энергетика. – 2007. – № 9. – С. 14-17.
17.Патрахальцев, Н. Н. Повышение экономических и экологических качеств двигателей внутреннего сгорания на основе применения альтернативных топлив : учеб. пособие / Н. Н. Патрахальцев. – Москва : РУДН, 2008. – 248 с.
18.Получение биоэтанола [Электронный ресурс] : [сайт о «зеленых автомобилях»]. –
Режим доступа : http://autoeco.info/makebe.php.
19
19.Прохоров, С. Г. Утилизация вторичных энергоресурсов в котельных установках : учеб. пособие / С. Г. Прохоров. – Пенза : Пенз. инженер.- строит. ин.-т, 1989. – 56 с.
20.Развитие технологий ветроэнергетики в мире информационная : справка, окт.
2013 / Аналит. центр при Правительстве Рос. Федерации. – Москва : [б. и.], 2013. –
12 с.
21.Соколов, М. М. Возобновляемые источники энергии [Электронный ресурс]: учебн. пособие / М. М. Соколов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т. – Н. Новгород:
ННГАСУ, 2016. – 99 с.