close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

C Documents and Settings Ира Рабочий стол Конкурсные работы МРМК Гелиоэнергетика.docx

код для вставкиСкачать
Международный конкурс исследовательских проектов студентов колледжей и техникумов
Интернет - сообщество "Профобразование"
Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования "Минераловодский региональный многопрофильный колледж
Направление: Физико - математическое
Настоящее и будущее солнечной энергетики на Кавказских Минеральных Водах
Выполнил Самойлов Андрей Юрьевич,
специальность "Программирование в компьютерных системах"
студент 2 курса,
Руководитель Пономарева Анна Ивановна,
Содержание Введение 3
1.Что представляют собой солнечные электрические установки? 4
2.Настоящее солнечной энергетики на КМВ.5
3.Перспективы применения гелиоэнергетики на КМВ.6
4.Расчет стоимости и рентабельности солнечной электроустановки. 7
Заключение 9
Список использованных источников 10
Введение
Основным способом получения энергии сегодня является сжигание угля, нефти (мазута), природного газа, горючих сланцев на тепловых электрических станциях. Примерно 70% электроэнергии вырабатывается на ТЭС. Около 20 % - АЭС. 7% электроэнергии обеспечивают ГЭС. Запасы органического топлива не безграничны. Современные локальные войны показывают, насколько важно обладание месторождениями нефти. Но главная опасность - это угрожающая экологическая ситуация. Ученые прогнозируют: еще задолго до того, как будут использованы все мыслимые ресурсы, разразится экологическая катастрофа, которая превратит Землю в планету, совершенно не приспособленную для жизни человека.Загрязнение атмосферы, почвы, водоемов, истощение минеральных ресурсов - все это заставляет задуматься о более широком использовании источников альтернативной энергии. На сегодняшний день около 3% электроэнергии в мире получены за счет энергии Солнца, ветра, приливов и отливов, геотермальных вод.
Есть еще один "минус". Стоимость электроэнергии, вырабатываемой традиционными способами, постоянно растет в силу удорожания газа, бензина. Мы живем в богатой стране. Россия располагает огромными запасами полезных ископаемых, а также колоссальным потенциалом практически по всем возобновляемым источникам энергии, но, к сожалению, у нас еще мало применяют природные источники энергии.
Наши Кавказские Минеральные Воды являются особо перспективным регионом для развития и использования альтернативных источников энергии, в основном, солнца и ветра. Среднегодовой приход солнечной радиации у нас составляет 4-5 кВт∙ч/м² в день (этот показатель соизмерим с югом Германии и севером Испании - странах-лидерах по внедрению фотоэлектрических систем). Сейчас, наш регион активно развивается в промышленном плане, а это требует генерирование новых мощностей, и экологическая составляющая здесь является приоритетной для курортного региона.
Приступая к исследованию, я имел поверхностное понятие о том, как солнечная энергия превращается в ток, смутно представлял, насколько широко энергия Солнца может применяться, в чем преимущества и недостатки данного вида энергетики.Перед собой я поставил следующие задачи: выяснить, что представляют собой солнечные установки, каков уровень использования энергии солнца в нашем регионе, ближайшие перспективы в ее применении, решил произвести расчет целесообразности и рентабельности установки автономной фотоэлектрической станции у себя дома, выяснить с какими трудностями сталкивается житель нашего города, решивший установить фотоэлектрическую станцию. Начав свое исследование с изучения фундаментальной литературы, соответствующих статей интернет - сайтов и периодической печати, я со временем понял, что все - таки необходима и консультация специалиста - практика. Оказалось, что у нас, в регионе КМВ, продажей и установкой солнечных батарей занимается только одна фирма, офис которой находится в Пятигорске. К сожалению, со мной отказались сотрудничать.
1.Что представляют собой солнечные электрические установки?
По используемому принципу преобразования солнечной энергии, солнечные энергоустановки делятся: на фотоэлектрические, реализующие метод прямого преобразования солнечной энергии в электрическую, и термодинамические. В них лучистая энергия преобразуется сначала в тепло, которое, в термодинамическом цикле тепловой машины в свою очередь преобразуется в механическую энергию, а затем в генераторе в электрическую.
Солнечные элементы (фотоэлементы) - это электронные устройства, где за счет фотоэлектрического эффекта свет преобразуется в электроэнергию. Солнечные фотоэлектрические системы просты в обращении и не имеют движущихся механизмов, однако сами фотоэлементы содержат сложные полупроводниковые устройства. Совокупность таких элементов образует фотоэлектрическую панель, либо модуль. Фотоэлектрические модули, благодаря своим электрическим свойствам, вырабатывают постоянный, а не переменный ток. В простейших системах постоянный ток фотоэлектрических модулей используется напрямую. Там же, где нужен переменный ток, к системе необходимо добавить инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный.
Но поскольку электричество, вырабатываемое солнечными батареями, расходуется не постоянно в течение дня, к автономным солнечным системам обязательно нужно подключать аккумуляторы. Солнечная батарея вырабатывает постоянный ток и может напрямую отправлять его потребителям, но без автоматики всё равно не обойтись - она будет распределять потоки. Обязательно нужно установить контроллер заряда аккумуляторных батарей - он защитит их от глубокого разряда (если они полностью разрядятся, то выйдут из строя). Кроме того, он может напрямую передавать энергию, если в данный момент происходит достаточная её выработка и есть потребитель постоянного тока, и параллельно заряжать аккумулятор. Если нет потребителя, то электроэнергия идёт непосредственно на зарядку аккумулятора.
При условии появления излишков энергии её можно направить на подогрев воды, если установить накопитель с тэнами, тогда электроэнергия будет преобразовываться в тепловую.
Таким образом, электрическая сеть, источником энергии в которой являются солнечные батареи, состоит из: самих солнечных панелей, аккумулятора, контроллера заряда и инвертора.
КПД производимых в промышленных масштабах фотоэлементов в среднем составляет 16%, у лучших образцов до 25%. В лабораторных условиях уже достигнут КПД 43,5 % .
Термодинамической солнечной энергоустановкой была первая и последняясоветская гелио электростанция, запущенная в 1986 г, в Крыму. Конструкция СЭС-5 состояла из концентратора - поля солнечных гелиостатов, солнечного парогенератора, турбины, генератора, системы автоматического слежения за Солнцем и системы теплового аккумулирования.
После нагрева воды в котле при помощи зеркал, сфокусировавших на нем солнечное излучение, пар из котла подавался на турбину, которая вращала ротор генератора. Так солнечная энергия превращалась вэлектрическую.
2.Настоящее солнечной энергетики на Кавказских Минеральных Водах
Повторюсь, что Россия располагает колоссальным потенциалом практически по всем возобновляемым источникам энергии, в том числе по гелиоэнергетике. Потенциал солнечной энергии, поступающей на территорию России в течение трех дней, превышает энергию всего годового производства электроэнергии в нашей стране. Последние 3 года, мы стали свидетелями того, что использование энергии Солнца на КМВ сдвинулось с мертвой точки.
Среди бюджетных организаций первой в Ставропольском крае к использованию альтернативной энергии перешла Минераловодская станция скорой помощи. Это произошло в начале 2010 г. Станция, всего за месяц, была оснащена 50 солнечными коллекторами общей производительностью 62 кВт·ч, а также 14 фотоэлектрическими установками общей мощностью 2,1 кВт·ч. Солнечные установки располагаются на крыше здания и полностью обеспечивают работу системы горячего водоснабжения и работают в автоматизированном режиме. Затраты на альтернативный источник энергии потянули почти на 11 миллионов рублей. Но зато, годовая экономия станции "Скорой помощи" составит 600 тысяч рублей. Проект полностью окупит себя в течение семи лет. При этом срок эксплуатации солнечных коллекторов - не менее полувека.
Энергию Солнца понемногу начинают использовать и в других населенных пунктах Кавминвод. В 2009 году, в Пятигорске в подъезде жилого дома организована система горячего водоснабжения за счет солнечной энергии. Солнечный коллектор расположен на крыше с южной стороны дома и полностью удовлетворяет потребности проживающих в доме в горячей воде. Это первый в Ставропольском крае опыт использования солнечной энергии для бытовых нужд. Стоимость эксперимента составила 300 тыс. руб.
Вакуумный солнечный коллектор площадью 4 м² состоит из вакуумных трубок, накапливающих солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Батарея поглощает инфракрасное излучение, поэтому для ее работы необязательна ясная погода. Накопленная тепловая энергия греет воду в баке емкостью 500 л. С учетом оборота воды в баке автоматически поддерживается постоянная рабочая температура около 65°С. Если из-за длительного отсутствия солнечных дней и большого водозабора мощности батареи не будет хватать, автоматически включится электрический тэн, который поддержит температуру.
Жильцы этого же дома, радуются еще одной "солнечной" инновации - два фонаря во дворе тоже работают на солнечных батареях. Четыре подобных фонаря поставили в 2012 году на федеральной трассе "Кавказ", около поселка Бородыновка, на пешеходном переходе.
Новые технологии уже успели оценить жители 9 многоквартирных домов станицы Ессентукской Предгорного района. Для достижения экономии ресурсов в этих домах были установлены датчики движения, которые позволят обеспечить снижение потребления электрической энергии до 50% в местах общего пользования. Автоматическое управление освещением в подвалах, подъездах и на чердаках в зависимости от уровня внешней освещенности стало возможным за счет использования солнечных модулей, аккумуляторных батарей, автоматических устройств контроля заряда, реле и светодиодных светильников. Общий объем средств, затраченных на работы, составил 34,8 миллиона рублей. Экономия средств собственников составляет до двух тысяч рублей в месяц. А в год - до 24 тысяч.
3.Перспективы применения гелиоэнергетики на КМВ
Пока, это только начало. В условиях роста цен на энергоносители и коммунальные услуги желающих сэкономить расходы наверняка будет больше. И смогут себе это позволить не только владельцы элитного жилья.
По мере того, как стоимость фотоэлементов будет снижаться, а технология - совершенствоваться, откроется несколько потенциально огромных рынков фотоэлементов. К примеру, фотоэлементы, встроенные в стройматериалы, будут осуществлять вентиляцию и освещение домов. Коммунальные предприятия также смогут находить все новые способы применения фотоэлементов для удовлетворения потребностей населения.
Например, в Пятигорске начинается реализация целевой муниципальной программы по повышению энергоэффективности и энергосбережения, в рамках которой предстоит масштабное переоснащение всех энергетических узлов городского хозяйства. В перспективе, установление солнечных коллекторов и фотоэлементов в дошкольных учреждениях.
В Минеральных Водах оснащают фотоэлементами здание городской поликлиники. В перспективе - строительство первой в России модульной солнечной электростанции. Она появится в Кисловодске, в ближайшее время, так как в этом районе в течение всего года наблюдается высокая солнечная активность. На сочинском форуме проект получил высокую оценку. Уже готова необходимая документация, отведен земельный участок, внесены изменения в план развития муниципального образования, найден инвестор. Согласно проекту, это будет комбинированная солнечная электростанция, оснащенная фотоэлектрическими установками для выработки электроэнергии и солнечными коллекторами для обеспечения горячего водоснабжения. Вырабатываемая СЭС электроэнергия будет передаваться в основную сеть, тепловая энергия - на близлежащие объекты, в частности на теплицы. На базе Кисловодской солнечной электростанции планируется разместить и научно-исследовательский центр по изучению солнечной энергетики.
Общая стоимость проекта составляет 1,5 - 3 млрд. руб. Максимальный срок окупаемости станции - 10 лет.
По оценкам специалистов института "Ростовтеплоэлектропроект", за счет экономического потенциала солнечной энергии в Южном федеральном округе возможно обеспечить получение более 400 млрдкВт·ч/год, а суммарная пиковая мощность станции предварительно будет составлять 12,3 МВт.
4.Расчет стоимости и рентабельности электроустановки
Чтобы рассчитать количество необходимого оборудования для фотоэлектростанции, я определил суммарную потребляемую мощность всех приборов переменного тока за неделю - 19 880 Вт. Далее я определил нагрузку постоянного тока для питания инвертора. КПД полезного действия принимается 80%, поэтому: 19 880∙1,2=23 856Вт∙ч. Входное напряжение, выбранного мной инвертора 24 В. Разделив 23 856/24=994А∙ч, получил полную нагрузку переменного тока в неделю. Далее подсчитал нагрузку постоянного тока в неделю( люминесцентные лампы, зарядное устройство) - 4000 Вт∙ч. Определил общее количествоА∙ч в неделю потребляемое нагрузкой постоянного тока: 4000/24 В=166,7 А∙ч. Общее количествоА∙ч потребляемое в неделю всей нагрузкой 994+166, 7=1160,7А∙ч или это 27,9кВт∙ч в неделю.
Разделив на 7 дней, получимА∙ч в неделю 1160,7/7=165,8А∙ч или это около 4 кВт∙ч в сутки.
Расчет аккумуляторной батареи (АБ): считаю, что максимальное число дней автономного электроснабжения без подзарядки равно 2, тогда АБ способна запасти 165,8∙2=331,6А∙ч. Глубина разряда не должна превышать более 30% (коэффициент 0,3) 331,6/0,3=1105,4А∙ч. Для нашего региона можно выбрать коэффициент 1,2, учитывающий снижение емкости при снижении температуры. Тогда полная емкость батареи 1105,4∙1,2=1326,5А∙ч. Я выбрал аккумуляторные батареи емкостью 200 А∙ч, тогда количество батарей можно рассчитать 1326,5/200=7. Разделив номинальное напряжение системы 24 В на напряжение АБ - 12 В 24/12=2, получил число батарей соединенных последовательно. Общее количество батарей подсчитывается 7∙2= 14.
Расчет количества фотоэлектрических модулей: потребляемая мощность 4 кВт∙ч. Чтобы учесть потери на заряд-разряд АБ, необходимо 4∙1,2(рекомендуемый коэффициент для стартерных батарей)=5,2кВт∙ч. Коэффициент инсоляции для нашего региона 4-5. Я взял 4. Если 5,2/4=1,15кВт, то получится требуемая мощность солнечной батареи. Если мощность одного фотоэлектрического модуля 160 Вт, то для определения количества фотоэлектрических модулей надо 1150/160=7,2. Округляю до 8 ФЭМ.
Стоимость всех элементов фотоэлектрического модуля различна, и зависит от страны производителя, использованных материалов и т. д. Для своих расчетов я брал средние значения: фотоэлектрический модуль(160 Вт, 24 В)- 30 000∙8= 240 000 рублей, аккумуляторные батареи 12В, 200А∙ч-13 500∙14=189 000 рублей, инвертор 12/24/220 В, 2,5к Вт - 60 000 рублей, контроллер заряда 12 В, Ж/К-дисплей -28 600 рублей. Итого -517 600 рублей.
Стоимость соединительной арматуры около - 1521 рубль. Стоимость монтажа потребует от 10 до 20% от стоимости оборудования - от 51 760 до 103 520 рублей. Итого, вместе с установкой -от 569 369 до 622 641рублей.
Так как потребляемая мощность около 4 кВт в сутки, за год выходит 4∙365, 6 =1462,4 кВт. Сейчас, 1 кВт стоит 3 рубля, а 1462,4∙3=4387,2 рубля. Если еще прибавить за коммунальное освещение 4387,2+70=4457,2 рубля. Понадобиться 569 369/4457,2=128 лет или 622 641/4457,2=140 лет, чтобы окупить затраты.
Заключение
Выполнив данную работу, я получил ясное представление о том, из каких основных частей состоит автономная фотоэлектрическая станция, назначение и роль этого оборудования в установке. Изучая стоимость оборудования, оказалось, что она заметно меняется, в зависимости от представленных характеристик, использованных материалов, страны - изготовителя и т.д., и на этом этапе необходима консультация специалиста.
Солнечные батареи имеют сравнительно низкий коэффициент полезного действия и очень дороги. Произведенные мною расчеты стоимости автономной фотоэлектрической станции - от 569 369 до 622 641 рублей и сравнение их с расчетами, представленными на различных сайтах (от 300 000 до 1 500 000 рублей), показали, что частное лицо, вряд ли, без поддержки государства, сможет установить фотоэлектрическую установку. Да и зачем это, например, моей семье, если затраты фактически невозможно окупить. Очевидно, что выгодно устанавливать солнечные установки учреждениям или нескольким собственникам жилья.
Есть еще одна проблема в нашем регионе - небольшой выбор в сфере продаж и установки солнечных батарей. Например, установку всех гелиосистем на КМВ, о которых я рассказывал в своем исследовании, осуществляла одна компания ООО "Феникс - 9", офис которой находится в городе Ставрополе. Как я уже рассказывал в введении, в ходе работы у меня возникла необходимость в консультации по расчетам необходимого оборудования и его стоимости, а также я хотел узнать о трудностях с которыми сталкиваются представители фирмы, их мнение о рынке солнечных батарей. Я обратился в единственную, разрекламированную фирму в городе Пятигорске, но сотрудничества не получиласьи меня отослали к интернет - сайтам. У нас не разработана до конца законодательная база. Необходима программа помощи государства в установке солнечных электростанций, как организациям, так и частным лицам. Можно использовать опыт, например, Германии: где гражданам выдается кредит на установку ФЭМ, а расплачиваются они полученной электроэнергией. В настоящее время на Кавказских Минеральных Водах используется лишь ничтожная часть солнечной энергии, несмотря на неоспоримые преимущества: неисчерпаемость и безопасность для окружающей среды.
Не следует сразу отказываться от практически неистощимого источника чистой энергии: по утверждениям специалистов, гелиоэнергетика могла бы одна покрыть все мыслимые потребности человечества в энергии на тысячи лет вперед. Перед гелиоэнергетикой встает множество трудностей с сооружением, размещением и эксплуатацией гелиоэнергоустановокна тысячах квадратных километрах земной поверхности. Поэтому общий удельный вес гелиоэнергетики был и останется довольно скромным, по крайней мере, в обозримом будущем.
И, все же, по сравнению с другими видами производства электроэнергии за счет возобновляемых источников, солнечная энергетика обладает наибольшим потенциалом долгосрочного роста. Список использованных источников
Литература
1.Жуков Г.Ф. Общая теория энергии.//М: 1995, с. 11-25
2.Тимошкин С. Е. Солнечная энергетика и солнечные батареи. М., 1966, с. 163-194
Web-sites
3. http://www.solarhome.ru/ru/pv/pvsizing.htm
4. http://www.stroyca.ru
5. http://www.astro.alfaspace.net
6. http://www.bestreferat.ru/referat-215688.html
7. http://www. solbat.narod.ru/1.htm
8. http://www. sunenergy.4hs.ru
9.http://solar-battery.narod.ru
2
Автор
profobrazovanie
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
175
Размер файла
322 Кб
Теги
ол_конк, settings_и, c__documents, або, мк_гелио, and, ика, docx
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа