Энергосбережение и нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Мая 2013 в 07:56, монография

Описание работы

Проблема энеросбережения важнейшая из проблем поставленная современной наукой и практикой. Она является значительной для отрасли промышленного производства, основанных на теплотехнологии, также здесь не только заключены крупные резервы экономии топлива, теплоты, энергии, но и широки возможности их практической реализации.
Реализация этих резервов возможна только на базе научно-технического прогресса промышленного производства.

Содержание работы

1 Лекция №1.Метод предельного энеросбережения
2 Лекция №2. Аргументы и стимулы использования неисчерпаемых и возобновляемых энергетических ресурсов

3 Лекция №3. Ветер как энергоноситель, природа и основные свойства

4 Лекция №4. Ветроэнергетика состояние и тенденции развития

5 Лекция №5. Ветроэнергетические агрегаты и ветроэлектростанции

6 Лекция №6. Энергия Солнца. Солнечное электричество.

7 Лекция №7. Энергия Солнца, Энергия Солнца. Солнечное тепло.

8 Лекция №8. Гидроэнергетика

9 Лекция №9. Тепло Земли и биоэнергетические ресурсы

Список литературы

Скачать архив (360.67 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Файлы: 1 файл

Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.doc

— 840.50 Кб (Скачать файл)

Воздух окружающей среды и воздух удаляемый фабриками и заводами после технологического процесса, грунт и грунтовые воды являются источниками, подходящими для систем маленьких тепловых насосов. Другие источники источники тепла, такие как морская или речная вода, подходят для систем с мощными тепловыми насосами.

  • Вертикальный коллектор чаще всегоиспользуется, когда нету достаточного земельного участка либо, когда свайства грунта таковы, что вертикальный коллектор использовать экономичнее, чем горизонтальный. Пара труб в низу имеющих U форму, помещаются в канал. Скважины заполняются специальным раствором, чтобы обеспечить хороший контакт с грунтом.

 

  • Горизонтальный коллектор используется там, где свойства грунта обеспечивают экономичные земляные работы. Такой коллектор используется когда имеется земельный участок достаточной площади, так как он занимает больше места чем другие коллекторы. Чаше всего борозды бывают 1,5 м глубины, с трубами проложеными в несколько уровней. Чаще всего нужно прокладывать несколько сотен метров труб, но там, где свойства грунта это позволяют, такие коллекторы очень эффективны.

 

  • Открытые коллекторы – чаще всего вода с помощью насоса подается в геотермальный агрегат, а после – выпускается в дренажную систему или в близлежащий пруд. Геотермальный агрегат тепловую энергию берет из воды также как и в случае закрытого коллектора. Иногда воду можно пускать «на возврат», но тогда нужна более высокая надежность.

 

  • Водяной коллектор устанавливать всегда бывает очень выгодно. Если озеро или пруд имеют хотябы 2,5 м глубины, водяной коллектор уже может использовать тепловую энергию воды. Трубы скрученые в спираль помещаются в воду занимают около 2 м2. Для дома средней величины нужно примерно 275 м трубы. Для коллекторов этого типа характерны небольшая цена инсталяции и высокая эффективность.

 

Источник тепла 

Предельная  температура °C

   

Воздух окружающей среды 

10 - 15

Удаляемый воздух

15 - 25

Грунтовые воды

4 - 10

Вода из озера 

0 - 10

Вода из реки

0 - 10

Морская вода

3 - 8

Скалы

0 - 5

Земля

0 - 10

Удаляемая вода (очистные сооружения)

>10


  • Воздух окружающей среды свободно доступен и его использование не требует финансовых расходов. Это самый элементарный источник тепла. Однако коэффициент полезности тепловых насосов, источник тепла которых воздух в среднем на 10-30% ниже чем у тепловых насосов, которые используют водные источники тепла. Это потому что в первом случае мощность и продуктивность уменьшается вместе с падающей температурой воздуха, из-за относительно большой разницы температур в испарителе, также требуется энергия для гарантированной защиты от замерзания и для функционирования вентиляторов. 
  • В зонах мягкого и влажного климата иней на поверхности испарителя формируется притемпературе 0-6°С, это уменьшает мощьность и эффективность системы. Предотвратить замерзание системы можно пустив в обратном направлении цикл теплового насоса или другими, энергетически менее эфективными принципами. Если увеличить частоту противозамораживающей процедуры, потребность энергии увеличится и общий коеффициент полезности насоса уменьшится.
  • Удаляемый (вентиляционный) воздух удобный источник тепла для тепловых насосов в жилых домах и комерческих строениях. Тепловой насос берёт тепло из удаляемого воздуха и с его помощью нагревает воду и отапливает дом. Нужно, что бы такая вентиляционная система работала весь отопительный сезон или весь год. Некоторые модели тепловых насосов сконструированы так, что могут использовать вместе удаляемый воздух и воздух окружающей среды. В больших строениях тепловые насосы используют систему удаляемого воздуха вместе с рекуперационной системой воздух-воздух.
  • Достоинство грунтовой воды в том, что её температура стабильна: 4-10°С. При использовании этого источника тепла используются закрытые и открытые системы. В открытых системах вода поднимается (с помощью помпы), охлаждается (берётся тепло) и возвращается в другую скважену или в водоёмы на поверхности земли. Проектируя открытые системы необходимо обратить внимание и избежать такие проблемы как замораживание, коррозия и загрязнение. Закрытые системы могут бытькак с прямыми расширительными системами с подземными трубами теплообмена, где испаряется жидкость, так и с системой засола. Из-за разницы внутренних температур, системы с внутренним кольцом засола имеют меньшую мощность, но такие системы легки в эксплуатации.
  • Земляные системы используется в отопительных системах жилых домов и комерческих учереждениях и имеют похожие достоинства как и грунтовые системы, т.е. имеют достаточно высокую годовую температуру. Тепло берётся из грунта используя коллектор труб, который может быть расположен горизонтально или вертикально (горизонтальные/вертикальные земляные коллекторы). Обе системы могут могут могут быть как системами прямого расширения, так и закрытыми система “засола”. Температура грунта изменяется из-за колличества влаги и изменений климатических условий. В регионах с низкой температурой большая часть энергии берётся как латентное тепло, когда грунт замерзает. Однако летом солнце нагревает грунт и возвращает его состояние в начальную стадию.
  • Грунт (скалы) можно использовать в тех регионах, где нету или очень мало грунтовых вод. Глубина типичной скважины от 100 до 200 метров. Если надо получить большое колличество тепла, скважену можно бурить с уклоном, для достижения большего объёма грунта. Тепловые насосы такого типа подключены к системе “засола” с соединёными пластмассовыми трубами, которые которые добывают тепло из скважины.
  • Вода из озера или реки является хорошим тепловым источником, единственный недостаток его - низкая температура зимой (около 0°С), поэтому надо обратить внимание на проблему замерзания испарителя.
  • Морская вода в некоторых условиях является отличным источником тепла и чаще всего используется с тепловыми насосами средней и большой мощности. Достоинство такого источника тепла в том, что на глубине 20-50 метров температура воды постоянная (5-8°С) и формирование льда не достовляет никаких проблем (температура замерзания –1-2°С). Обе системы могут использоваться как с прямой системой расширения , так и с системой засола. Важно использовать устойчивые против коррозии теплообменники и насосы, также не допустить органического загрязнения окружающей среды.
  • Удаляемый воздух круглый год имеет достаточно высокую и стабильную температуру. Единственное неудобство- это большое расстояние до потребителя и меняющееся колличество тепла. Возможен вариант - сливаемая вода, технологическая вода от производства, охладительная вода из энерго генератора.   

ПЕРСПЕКТИВНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НЕТРАДИЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ:

 
     Современное сельскохозяйственное  производство невозможно представить  без механизации производственных  процессов. Использование механизированных и автоматизированных технологий требует больших затрат энергии, недостаток которой мы испытываем сейчас во всех отраслях народного хозяйства. Существенную долю затрат энергии в сельском хозяйстве составляет также ее расход на горячее водоснабжение производственных и бытовых помещений, отопление.  
 
     В условиях Крыма энергия солнца и ветра, а также низкопотенциальные источники тепла способны покрывать значительную часть энергии, необходимой для сельскохозяйственного производства. Особенно это относится к животноводству и переработке продукции.  
 
     В животноводстве энергозатраты составляют около 35% электроэнергии и около 30% топлива от их количества, расходуемого в сельском хозяйстве. По расчетам, удельное потребление электроэнергии в год на одну корову в условиях молочно-товарной фермы составляет в среднем 450-1359 кВт./ч. Потребление энергии в свинарниках-откормочниках на одну голову составляет 130-190 кВт./ч.  
 
     Таблица 
Распределение затрат энергоносителей на выполнение механизированных работ на молочно-товарных фермах в расчете на одну голову

№

Вид выполнения механизированных работ

Расход электроэнергии, кВт.ч

Топливо, кг

1

Приготовление и раздача кормов

25-45

45-60

2

Водоснабжение и поение

18-40

 

 

3

Теплоснабжение и микроклимат 

150-850

95-135

4

Доение коров 

180-250

 

 

5

Первичная обработка молока

50-90

 

 

6

Уборка навоза из помещений и  его переработка 

18-55

15-18

Всего

444-1330

155-213


 
     Использование гелиоустановки  для нагрева воды на животноводческих комплексах позволяет сократить тепловую энергию, получаемую по традиционной схеме, на 50-55% в октябре, 25-30% - в марте. Погодно-климатические условия Крыма позволяют получать тепловую энергию солнца и в другие месяцы года, в том числе зимой.  
 
     Опыт использования гелиоустановок в топливных котельнях МТФ есть на птицефабрике "Южная" Симферопольского района, колхозе "Россия" Белогорского района. Гелиоприставка, апробированная на птицефабрике "Южная", выполнена по двухконтурной схеме и позволяет нагревать до 50oC ежедневно около 5 м3 воды. Догрев аккумулированной воды до 80oC осуществляется серийными котлами.  
 
     Для повышения эффективности поглощения солнечного излучения жидкостным гелиоколлектором следует применять селективные покрытия. Удельный расход металла на жидкостный гелиоколлектор составляет 30-35 кг/м2 при использовании алюминия. Дневная производительность 1 м2 жидкостного гелиоколлектора при солнечной радиации 700 Вт/ м2 составляет 70-100 л воды с температурой нагрева 55-70oC. КПД такой гелиоустановки достигает в летнее время 0,5-0,55.  
 
     Кроме того, для использования солнечной энергии целесообразно применять и пленочные гелиоколлекторы, которые представляют собой секции цилиндрических элементов, сгруппированных параллельно и соединенных входной частью с распределителем воздуха, а выходной - с приемником теплоносителя с помощью переходников. Секции выполняются по схеме "труба в трубе", причем внутреннюю трубу меньшего диаметра следует изготовлять из черной пленки, наружную - из прозрачной. Испытания подобной гелиоустановки в Крымском сельскохозяйственном институте показали, что гелиоколлектор площадью 150 м2 повышает температуру воздуха в среднем на 20-25oC ( в летний период). Такая установка может с успехом использоваться при сушке трав для приготовления сена.  
 
     Использование солнечной энергии для получения электрического тока может осуществляться с помощью фотоэлектрических модулей на основе кремниевых фотоэлектрических элементов. Возможность наращивания их мощности непосредственно у потребителя без строительства линий электропередач, составляющих до 70% себестоимости производства и распределения электроэнергии в централизованных энергосистемах, может обеспечить их конкурентоспособность в условиях удаленных неэлектрифицированных объектов с малой плотностью нагрузки - 0,1-1,5 кВт/км2 (пастбища, горные массивы и т.п.).  
 
     Для нужд животноводства может быть использована и энергия ветра. Энергию ветра, в первую очередь, целесообразно использовать для привода водоподъемников и насосов в системах пастбищного животноводства, а также для электро- и теплоснабжения автономных сельскохозяйственных потребителей малой мощности. Использование ветроэнергетических установок (ВЭУ) для подъема воды в 1,5-2,0 раза снижает стоимость 1 м3 подъема воды по сравнению с водоподъемниками, имеющими двигатель внутреннего сгорания, а общие затраты на поение животных в условиях пастбища сокращаются в 3 раза.  
 
     Опыт использования ветроустановок в животноводческих целях накоплен в колхозе им. Калинина Первомайского района, в колхозе "Россия" Белогорского района. Указанные установки используются для преобразования энергии ветра в электрическую и снабжения потребителей, удаленных от централизованных источников энергоснабжения, при средней скорости ветра более 5 м/с. Вырабатываемая энергия используется для отопления и горячего водоснабжения молочно-товарных ферм.  
 
     Один из способов получения энергии нетрадиционным способом - анаэробное сбраживание отходов, в частности, животноводства. Применение анаэробной переработки отходов животноводства позволит ускорить их разложение в десять раз и более по сравнению с обычным подогреванием в буртах.  
 
     В результате переработки отходов животноводства решается одновременно три проблемы: агрохимическая (получение органических удобрений), экологическая (обеззараживание патогенной микрофлоры), энергетическая (получение биогаза). Наиболее целесообразно применение подобных установок для переработки жидкого навоза и стоков, имеющих высокую влажность, - более 85%, получаемых при использовании гидравлических систем удаления навоза.  
 
     Классификация нетрадиционных источников энергии и установок для их использования дается на схеме.

 
Классификация нетрадиционных источников энергии и установок для их использования

 
     Использование НИЭ на перерабатывающих предприятиях  
 
     Предприятия перерабатывающей отрасли потребляют значительное количество энергии, которая идет на обеспечение тепловых процессов, работу стационарных машин и агрегатов, подачу воды и удаление отходов. В этой энергоемкой отрасли есть практически неограниченные возможности использования нетрадиционных источников, в частности солнечной, ветровой энергии, термальных вод и т.п.  
 
     Использование указанных выше солнечных коллекторов дает возможность подавать на технологические процессы предварительно подогретую воду до 55-60oC. Таким образом, для получения пара в стерелизационных установках, пастеризаторах, бланширователях необходимо затрачивать тепловой энергии на 30-40% меньше.  
 
     Важно отметить, что НИЭ в первую очередь необходимо использовать в прогрессивных отраслях консервного производства: в антисептическом консервировании, сушке (в т.ч. методом сублимаци



Информация о работе Энергосбережение и нетрадиционные и возобновляемые источники энергии