Гідроенергетика, сонячна енергія, енергія вітру - конструктивні рішення

Kзнн =

Sфнн  ---------  Sнн

(27),

 

де Sвн, Sсн, Sнн - номінальна потужність обмоток високої, середньої та низької  напруги трансформатора, кВА;

DWP = DPхх Tп + (DPвн Kз2вн + DPсн Kз2сн + DPнн Kз2нн) Tр

(28);

 в) втрати  активної електроенергії, кВт.год. 

 

 г) втрати реактивної  електроенергії, кВАрг 

DWQ = DQхх Tп + (DQвн Kз2вн + DQсн Kз2сн + DQнн Kз2нн) Tр

(29).

 

 

 

 

 

 

2.Гідроенергетика,сонячна  енергія,енергія вітру-конструктивні  рішення

Відновлювальні  джерела енергії - це джерела вітрової, сонячної, геотермальної енергії, енергії хвиль та припливів, гідроенергії, енергії біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів. 
2.1.Гідроенергетика,конструктивні рішення

В умовах зростаючої загрози  виникнення енергетичної кризи, перед  багатьма країнами світу виникає  необхідність перегляду та зміни  енергетичної стратегії розвитку. Класична економічна невідповідність між  обмеженими ресурсами та необмеженими потребами людей знаходить свій прояв і в паливно-енергетичному  комплексі (ПЕК). Зокрема виробництво  електричної енергії має пряму  залежність від наявності мінеральних  ресурсів, запаси яких неухильно зменшуються, а вартість збільшується. Як можливий напрямок розв’язання даної проблеми є запровадження альтернативних «безпаливних» джерел енергії.

Згідно з прогнозами фахівців на найближчі 20 років, частка гідроелектростанцій (ГЕС) в структурі виробництва електроенергії має збільшитись в 1,5 рази. При чому 30% електроенергії буде вироблятись малими гідроелектростанціями (МГЕС), які мають багато переваг порівняно з традиційними ГЕС великої потужності. Тобто реалізація енергетичної безпеки та стабільності як окремого регіону, так і країни в цілому – може здійснюватись за рахунок раціонального використання малої гідроенергетики (МГЕ).

Поняття «мала  гідроенергетика» в сучасній науковій літературі, періодичній пресі, має  досить широке визначення, яке охоплює  різні галузі гідроенергетики. У  найбільш загальному розумінні МГЕ  – це сукупність невеликих ГЕС, які  працюють на малих та середніх річках .Не зважаючи на те, що саме в такому значенні в більшості випадків застосовується поняття МГЕ, воно піднімає ще декілька актуальних питань. Зокрема, які ГЕС варто вважати «невеликими», і які річки називають «малими»? Хоча малі річки є одним з найбільш поширених типів водних об’єктів, єдиного підходу до їх визначення не існує. В більшості випадків використовуються кількісні показники. За однією класифікацією площа водозбірного басейну має бути меншою 2000 км², а середній багаторічний стік не перевищувати 5 м³/с. В той же час згідно іншої систематики, площа водозбірного басейну малої ріки має бути меншою 200 км², а її довжина не перевищувати100 км. Також є приклади класифікацій, коли враховується можливість господарського використання малих річок .

Щоб з’ясувати, які ГЕС  вважаються невеликими, варто розглянути одну з найпоширеніших міжнародних  класифікацій гідроагрегатів за їх потужністю (норматив ООН): мікро-ГЕС – до 100 кВт; міні-ГЕС – 100-1000 кВт; малі ГЕС – 1000-30000 кВт; великі ГЕС – більше 30000 кВт.

Міні-ГЕС і більш потужні  малі ГЕС, зазвичай, використовують греблю, яка забезпечує запас води у водосховищі  і тиск води в гідротурбіні. Мікро-ГЕС  відзначаються великим різноманіттям  конструктивних рішень: вони можуть бути побудовані з використанням греблі; можуть бути дериваційного типу –  використовуючи напірний трубопровід (Выблов А.Н., Лукутин Б.В., Обухов С.Г., Шандарова Е.Б., 2005); можливий варіант  встановлення мікро-ГЕС на малих  річках без будь-яких гідротехнічних споруд – так звані ГЕС вільного потоку. Останні два типи мікро-ГЕС, за деякими оцінками [6], є найбільш перспективними конструктивними рішеннями  гідротехнічних установок класу  «мікро».

Підвищення частки МГЕ  в структурі виробництва електроенергії дасть змогу забезпечувати на локальному рівні як цілі господарства, так і окремих споживачів екологічно чистою енергією та зменшити їх залежність від центральної мережі і наявності  твердого палива. Можливим також є  використання гідроагрегатів малої  потужності для забезпечення електроенергією  регіонів, які віддалені від ліній  електропередач, а їх будівництво  є дорожчим ніж встановлення МГЕС.

З огляду на сучасний стан технічного та технологічного забезпечення, наявності  природних водних ресурсів варто  в загальних рисах окреслити  можливі два основні напрямки розвитку МГЕ в Україні:

• відновлення та повторне введення в експлуатацію частково зруйнованих або з певних причин не працюючих на даний момент малих ГЕС;
• запровадження в широке використання міні і мікро-ГЕС, що дозволить раціонально реалізувати енергетичний потенціал малих річок та водотоків.

На території України  в недалекому минулому (60–70-і рр.) через нерентабельність було зупинено роботу багатьох малих гідроелектростанцій. В багатьох випадках від них залишилися бетонні греблі та приміщення ГЕС. За умов інвестиційних капіталовкладень в галузь, є можливість відновити  та повторно ввести в експлуатацію занедбані та непрацюючі малі ГЕС. Даний  напрямок розвитку МГЕ є потенційно можливим, але мало перспективним, з  огляду на те, що не надто велика кількість  непрацюючих малих ГЕС ще може бути відновленою. Також є причини  суто технічні. Для кожної малої  ріки ГЕС проектується індивідуально  в залежності від гідрологічних  параметрів (витрати води, перепаду висот), що значно ускладнює випуск стандартних гідроагрегатів. Це, в свою чергу, обумовлює підвищення вартості реалізації проектів МГЕ внаслідок неможливості закупівлі серійного обладнання. Зазначені вище причини «розтягують» окупність капіталовкладень в МГЕ до 8-12 років ,що робить галузь менш інвестиційно привабливою.

Другий шлях, який передбачає запровадження міні- і, особливо, мікро-ГЕС, в енергетику, є більш перспективним ніж попередній. Це пов’язано в першу чергу з високою різноманітністю конструктивних рішень даного типу ГЕС (наявність наплавних, дериваційних) і, як наслідок, можливістю індивідуального підбору для різних гідрологічних умов річки конкретного типу гідроагрегату. Також значними перевагами мікро-ГЕС є простота принципів роботи, низька собівартість (виробництво турбін є порівняно мало витратним), надійність при експлуатації і досить висока енергетична ефективність (коефіцієнт корисної дії складає 85-90%) .

Різноманітність конструктивних рішень МГЕС дає можливість оптимізувати реалізацію гідроенергетичного потенціалу рівнинних річок. З огляду на наявність  розгалуженої гідрографічної мережі, в Кіровоградській області доцільним  є впровадження МГЕ. Перед початком ведення робіт в даному напрямку необхідно визначити пріоритетні  шляхи розвитку галузі. Безумовно, відновлення  непрацюючих на даний час МГЕС є важливою справою, яка потребує уваги, але більш перспективним (з економічної точки зору та у зв’язку з наявністю природних ресурсів) є впровадження таких конструкційних рішень МГЕС, які б максимально відповідали наявному гідроенергетичному потенціалу. Серед великого різноманіття конструкцій МГЕС оптимальними в умовах Кіровоградщини є застосування міні-ГЕС, а особливо мікро-ГЕС. Враховуючи переваги останніх, є можливим використання енергії малих річок без відчутного впливу на навколишнє середовище, але для цього першочергово необхідно здійснити детальне вивчення гідрографічних та гідрологічних особливостей річкової мережі даного регіону. На даний час вже проводяться дослідження гідрографії, здійснюється підготовка каталогу водних об’єктів Кіровоградської області з подальшим створенням карти гідрографічної мережі. Зазначені вище заходи дозволять отримати детальні відомості про гідроенергетичний потенціал регіону та створити умови для розвитку МГЕ на теренах області.

 

 

2.2.Сонячна енергія

У сучасному світі сонячна енергія  широко використовується для теплопостачання, включаючи гаряче водопостачання і  опалення, а також для холодопостачання, кондиціювання повітря, висушування  та в інших технологічних процесах.

Системи сонячного теплопостачання  класифікуються наступним чином:

• системи «активного»  сонячного теплопостачання, що використовують «активні» установки на основі сонячних колекторів з циркуляцією теплоносія, в якості якого можуть застосовуватися  рідина (вода, розчини солей) і газ (повітря);

• системи «пасивного»  сонячного опалення, в яких різні  конструкційні елементи споруд використовуються в ролі теплоприймачів сонячної енергії;

• комбіновані системи  сонячного теплопостачання, в яких використані елементи «пасивного»  і «активного» сонячного теплопостачання.

У сучасних низькоі середньотемпературних  системах теплопостачання (до 100°С), що використовуються для перетворення сонячної енергії в низькопотенційне тепло для гарячого водопостачання, опалення та інших теплових процесів, основним елементом є плоский  колектор, який являє собою геліоприймальний абсорбер з циркулюючим теплоносієм, конструкція плоского сонячного  колектора теплоізольована з  тильної сторони і засклена з  лицьової сторони. Особливістю плоского колектора є те, що він вловлює  як пряму, так і розсіяну сонячну  радіацію. Об’єми таких систем розраховуються в квадратних метрах сонячних колекторів.

Активне використання сонячної енергії може бути здійснене за допомогою  сонячного ставка. Такі ставки є  добрими акумуляторами сонячної енергії. Завдяки тому, що густина  сольового розчину в нижніх шарах  у порівнянні з верхніми значно вища, у таких ставках практично  відсутній конвекційний тепломасообмін, в результаті чого у придонній  зоні ставка створюється шар води з високою температурою. Така властивість  соляних ставків може бути використаною для отримання електричної енергії.

На активному використанні теплової дії сонячних променів базуються  сонячні енергетичні печі, обігрівання  басейнів, опріснення морської і засоленої  води, отримання дистильованої води, сонячні побутові печі, висушування  сільськогосподарських продуктів  тощо.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.Енергія вітру

Цей вид джерела енергії  є непрямою формою сонячної енергії, і тому належить до відновлюваних джерел енергії. Використання енергії вітру є одним із найдавніших відомих способів використання енергії із навколишнього середовища,і було відоме ще в давні часи.Вітроелектростанції існують у всьому світі. Вони ідеально підходять для потреб країн, що розвиваються, з їхніми потребами у швидкому введенні в експлуатацію нових потужностей. Вони можуть бути введені в дію і підключені до енергомережі за більш короткий термін, і з меншими витратами, в порівнянні з введенням великих електростанцій, котрим необхідна складна інфраструктура з виробництва та передачі електроенергії. Тому, країни, що розвиваються, мають великий інтерес до вітроенергетичного ринку.

Зазвичай найбільший вітровий потенціал спостерігається на морських узбережжях, на пагорбах та в горах. Тим не менш, існує ще багато інших  територій з потенціалом вітру, достатнім для його використання у вітроенергетиці. Як джерело енергії, вітер є менш передбачуваним на відміну  від, наприклад, Сонця, однак у певні  періоди наявність вітру спостерігається  протягом цілого дня.На вітрові ресурси  впливає рельєф Землі та наявність  перешкод, розташованих на висоті до 100 метрів. Тому вітер більшою мірою  залежить від місцевих умов, ніж  енергія Сонця. У гірській місцевості, наприклад, дві ділянки можуть володіти однаковим сонячним потенціалом, але  цілком можливо, що їх вітровий потенціал  буде різний, в першу чергу через  відмінності в рельєфі та напрямках  вітрових потоків. У зв’язку з  цим планування місця під ВЕУ  має проводитись більш ретельно, ніж при інсталяції сонячної системи.

Важливо, також, пам’ятати, що кількість енергії, виробленої за рахунок вітру, залежить від щільності  повітря, від площі, охопленої лопатями вітротурбіни, і швидкості вітру. Через те, що взимку повітря більш щільне, вітряна установка буде виробляти взимку більше енергії, ніж влітку, за однакової швидкості вітру. На території, розташованої високо над рівнем моря, наприклад, в горах, атмосферний тиск менше і, відповідно, менше густина повітря, але це цілком компенсується підвищеною швидкістю вітру. Висота щогли, також, може значно вплинути на продуктивність вітроенергетичної установки.

 Обґрунтування конструктивних  рішень вітроелектричного 

обладнання, зокрема обґрунтування  його регулювальних якостей, необхідно 

проводити з врахуванням  залежності потужності вітродвигуна від 

характеристик потужності навантаження.

Конструктивне виконання  вітроелектричних зарядних агрегатів

повинно передбачати можливість автоматичної зміни схеми з'єднання 

акумуляторних батарей в  залежності від вітроенергетичного потенціалу в місцірозташування агрегату. За середньорічної швидкості вітру 6 м/с та вище

доцільно застосовувати  зарядні агрегати з двохступінчатим  автоматичним

регулюванням навантаження, що дає можливість завантажувати вітродвигун в зонах економічних частот обертання, в результаті чого річний виробіток

електроенергії агрегатом  збільшується на 27...50 % (в залежності від 

середньорічної швидкості  вітру) в порівнянні з нерегульованим

вітроелектричним зарядним агрегатом.