Нетрадиционные возбнавляемые источники энергии

ФГОУ ВПО  «Саратовский государственный аграрный университет имени Н. И. Вавилова»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

Тема: ____________________________________________________________________________________________________________________________________

 

 

 

Студент _3______ курса

Группа__ ______

_____________________

Выполнил

_

_____________________

Преподаватель: _______

 

__________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Саратов 2013г.

Содержание.

 

     Введение.                                                                                                       3

 

   Исходные данные солнечного коллектора.                                                 4

    Исходные данные БГУ.  5

    Исходные данные ВЭУ.  5

    Расчет плоского солнечного коллектора.  6

    Расчет биогазовой установки.                                                                        9

    Расчет ветродвигательной установки 16

    Список литературы  18

 

 

Введение.

В настоящее время  проблема энергосбережения становиться  приоритетным направлением в нашей  стране. Одним из эффективных путей экономии в сельском хозяйстве дефицитного органического топлива является использование возобновляемых и вторичных энергоресурсов.

Как известно проблема энергосбережения тесно связана с проблемами энергетики, экономики и экологии. Рассматривая нынешнее состояние Российской энергетики можно с уверенностью прогнозировать увеличение спроса на установки и устройства, которые используют не традиционные источники энергии. Использование возобновляемых и вторичных ресурсов наиболее приоритетны в сельском хозяйстве, т.к энергетические установки на базе нетрадиционных источников – это не только путь к экономии органического и другого вида топлива, но и возможность обеспечения энергией в районах отдаленных от источников централизованного энергоснабжения. Экологически чистые возобновляемые источники вторичные источники энергии способствуют уменьшению загрязнения окружающей среды, а в некоторых случаях и очистки местности от продуктов жизнедеятельность как органического, так и животного происхождения, что значительно может помочь в утилизации кефалиевых остатков, так и удалением м полей старой соломы, не методом его выжига, что значительно может повысить урожайность в растениеводстве. При этом получаемое дешевое топливо можно использовать не очищенном, так и из него производить другой вод топлива, например метанол из биогаза. Также создавать газовые хранилища, где газ храниться в сжиженном состоянии и также может быть использован как топливо в двигателях внутреннего сгорания, что значительно позволит сэкономить во время уборочной компании в летнее время.

 

 

Исходные данные.

Солнечный коллектор:

Расход горячей воды –  300 кг/сут

Номер схемы и назначение – 3 – для отопления помещений

Потребная температура воды – 95 ºС

Месяц – Июль

Угол наклона коллектора - 48 ºС

Коэффициент Ps – 0,84

Коэффициент теплорасхода ν – 4 Вт/м²К

Оптическая характеристика коллектора  θ – 0,53

Температура воды:

вход – t₁=10 ºС

выход – t₂=95 ºС

температура наружного воздуха – t_н= 5 ºС.

  

 

 

 

 

 

 

Исходные данные.

 БГУ:

Всего голов N_г=100

3 – 5 лет – 55%

1,5 – 1 год – 15%

1 – 0,6 лет – 30 %

Температура брожения – 36 ºС

Продолжительность брожения – 16 сут.

Температура:

воды – 12 ºС

биомассы – 18 ºС

режим процесса – непрерывный

система теплоснабжения – теплообмен.

 

 

 

Исходные данные.

ВЭУ:

Скорость ветра – v = 8,5 м/с

Поверхность, омываемая лопастями А = 23,4 м²

Аэродинамический коэффициент  С_х=0,85

Плотность воздуха ρ = 1,23 кг/м³

Температура окружающей среды  t = 16 ºС

Давление окружающей среды – P=1,013*10⁵Па

 

 

 

 

 

 
Расчет плоского солнечного коллектора и экономии топлива.

Площадь поглощающей  поверхности гелиоустановок при  наличии резервного источника теплоты:

A=1,16M_r(t_r – t_x)/η∑q_i

где  M_r – расход горячей воды в системе горячего водоснабжения или отопления, кг/сутки;q_i – интенсивность падающей солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м²;  ∑q_i – то же в сутки.

        η – КПД установки солнечного горячего водоснабжения.

Интенсивность падающей солнечной радиации для каждого дня

q_i=p_s∙I_s+p_d ∙I_d ,

где  p_s и p_d – коэффициент расположения солнечного коллектора соответственно для прямой и рассеянной радиации.

p_s  = 0,84

 , где   b – угол наклона коллектора к горизонту;

I_s – интенсивность падающей солнечной радиации, которая приходится на горизонтальную поверхность, Вт/м²:

 I_d – интенсивность рассеянной радиации, которая падает на горизонтальную поверхность, Вт/м²;

_{Данные Is и Id взяты из таблицы в справочнике.}

 

 

 

 

 

_{КПД гелиоустановки рассчитывается по формуле:}

 

где ν – приведенный коэффициент теплорасхода солнечного коллектора, Вт/(м²∙К);

Θ – приведенная оптическая характеристика коллектора;

t₁ и t₂ – температура воды на входе и выходе из коллектора соответственно;

t_H – средняя дневная температура наружного воздуха, ⁰С.

_{Тогда площадь поглощающей  поверхности равна:}

Принимаем площадь поглощающей  поверхности 1-го коллектора

А_к=2м², габаритные размеры 2 х 1 м.

Объем бака аккумулятора:

V = ( 0,06…0,08)A = 0,06·30,09 = 1,805 м³

Суточная интенсивность  падающей солнечной радиации:

_{Месячная интенсивность  падающей радиации:}

 

 

 

Количество теплоты, выработанной гелиоустановкой за месяц:

 

_{Переведем Qмес в МДж}

_{Количество условного  топлива сэкономленного благодаря использованию солнечной радиации:}

 

 

_{ηзам = 0,3 – КПД замененного источника теплоты,}

=29,33МДж/кг

 
Расчет биогазовой установки.

Суточный выход биомассы для  сбраживания в метантенке определяется по формуле:

где N_i количество животных определенной видовой и возрастной группы в ферме;

m_j – суточный выход навоза или помета от одного животного или птицы;

n – количество групп животных.

 

n = 3

N₁ = 100х0,55= 55гол.                           m₁ = 50 кг/сут

N₂ = 100х0,15=15 гол.                               m₂ = 35 кг/сут

N₃ = 100х0,3=30 гол.                            m₃ = 15кг/сут

m_сут = 55х50+15х35+30х15 = 3725 кг.

При ежедневной уборке чистого  навоза его влажность доходит до 95%. Если уборка осуществляется периодически, то в навозе содержится  12–18% подстилки (опилки, сухой песок, солома);  12–30% остатки корма; 18–20% грунта и других примесей. Для приближенных расчетов содержание прочих примесей учитывается коэффициентом К_п=1,3…1,6.

При этом в зависимости  от температуры окружающей среды  и содержания сухих примесей влажность  отходов снижается на 10–15% (за 3–5 дней).

C учетом коэффициента К_п суточный выход навозной массы определяется по формуле:

 

где К_п – принимаем равным 1,5.

кг = 5,58 т

Масса сухого вещества в  навозе m_с.в.:

;

где W,% – влажность навоза (для свежего навоза W_св=90–95%; для навозной массы через 3–5  дневного сбора W=80–85%; через неделю в бурте на открытом воздухе W=65–70%)

Если принять W=95%, тогда

 

Масса сухого органического  вещества m_сов:

где Р_с.о.в – содержание сухого органического вещества; в навозе составляет 77–85%, если принять Р_с.о.в=80%, тогда

 т.

Выход биогаза при неполной продолжительности  сбраживания, V_в.б.н.

V_пол.б.– выход биогаза при полном сбраживании. n₁ – степень сбраживания субстрата, n₁=60–70%.

Выход биогаза при полном сбраживании

n_с.к – средний выход биогаза с 1 кг органического вещества n_с.к≈0,315 м³/кг.

Выход биогаза при неполном сбраживании 

.

 

 

Для брожения влажность доводим  до 92%. Чтобы увеличить влажность  биомассы на 1%, на одну тонну навоза надо добавить 100 литров воды. При доведении влажности ежесуточного общего выхода навоза с 80% до 92% вес массы навоза составит:

Объём метантенка при полной загрузке:

_,

где , ρ_с принимаем 1 т/м³

, где К_з=0,9

Тепловой расчет реактора.

Потеря теплоты в  метантенке определяется по формуле:

Q_т.р.=Q_п+Q_о.с.+Q_мех.

где Q_п – потери теплоты на подогрев биомассы при температуре брожения;

Q_о.с. – потери теплоты в окружающую среду;

Q_мех – расход энергии на перемешивание биомассы в процессе брожения.

Количество теплоты, которая  расходуется на подогрев биомассы загруженной  на протяжении суток до температуры  брожения, МДж/сутки, равно:

m_сут – суточная загрузка биомассы доведенной до влажности 90–92%;

С_с – теплоемкость субстрата (принимается равной теплоемкости воды – 4,18•10^–3 МДж/(кг•К));

        t_з.м=18 ˚С

Теплопотери от метантенка в окружающую среду, Вт, определяется по формуле:

где k – коэффициент теплопередачи от биомассы находящейся в реакторе к окружающей среде, Вт/(м²•К).

F – площадь наружной поверхности реактора, м².

t_о.с – температура окружающей среды, °С ( t_о.с=7,1°С)

t_б – температура биомассы, °С.( t_б=18°С)

Для цилиндрических реакторов, принимая отношение высоты к диаметру H/D=0,9…1,3, по значению V_p находим F:

F=(πD²/4)·2+ πDH

Принимая H=1,2D, находим:

D= =4,7м.

H=1,2*4,7=5,64 м.

 

        F= (3,14*4,7²/4)*2+3,14*4,7*5,64=117,9 м²

 

Коэффициент теплоотдачи от биомассы в реакторе к окружающей среде, Вт/(м2•К)

;

 

α₁ и α₂  коэффициенты теплообмена на внутренней и наружной поверхностях метантенка, Вт/(м2•К). Учитывая, что скорость движения биомассы в процессе её механического перемешивания незначительна (0,5…1 м/мин) можно считать, что процесс теплообмена на внутренней поверхности метантенка происходит при условиях свободной конвекции. С небольшой погрешность то же самое можно принять для теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции к окружающей среде (в землю, воздух в закрытом помещении, теплоизоляционный слой и т.д.).

В общем случае критерий Нуссельта  (или ) при свободной конвекции является функцией критериев Прандтля  и Грасгофа и слабо зависит от формы тела.

Определяем коэффициент  теплоотдачи со стороны биомассы (или воды в водяной рубашке) по упрощенной формуле Нуссельта:

,

где В' рассчитывается по приближенной формуле:

В'=5700+56t_б–0,09t_б².

t_б – температура биомассы в реакторе (или воды в системе обогрева).

Зная, что температура  внутренней поверхности наружной обечайки реактора и биомассы (воды в системе  обогрева) могут отличаться очень  незначительно, температуру внутренней поверхности наружной обечайки   _{tст1  принимаем tст1=35,5 °С, Δt=tб - tст1=36–35,5=0,5 °С.}

h – высота реактора рассчитанная выше (h=5,64 м).

Тогда:

В'=5700+56•36–0,09•36²=7600.

 Вт/(м²*К).

После расчета В' и α₁ находим ориентировочную температуру стенки с наружной стороны (со стороны изоляции или земли).

 

Здесь – δ_ст – толщина стенки реактора. Для бетонных реакторов принимаем δ_ст=150мм,

λ_ст – коэффициент теплопроводности материала, для бетона                 λ_ст=1 Вт/м²•ч•град.

(δ/λ)_загр.– коэффициент загрязненности поверхности. Для бетонной поверхности покрытой битумом (δ/λ)_загр.=1/1500.

q – тепловое напряжение или тепловой поток, q=α₁• Δt.

Зная величины t_ст1, δ_ст, λ_ст, (δ/λ)_загр и q находим t_ст2.

q = α₁ х Δt=6775,2 х 0,5=3387,2 Вт/м²*ч.