Файл: Отчет по контрольной работе по дисциплине Нетрадиционные и возобновляемые источники электроэнергии.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Орский гуманитарно-технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего образования

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет инженерии, экономики и права
Кафедра машиностроения, энергетики и транспорта

ОТЧЕТ

по контрольной работе
по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники электроэнергии»
ОГУ 23.03.03.4019.560 О

Руководитель

старший преподаватель

МЭТ

__________ Котышев А.А.

«___» _________ 2022 г.
Исполнитель
студент З-19ТТ(б)ЭОП

__________ Кураев С.Н.

«___» _________ 2022 г.


Орск 2022

Содержание

Практическое задание 2

Задание 2

Определить скорость ветра и мощность ветроэнергетической установки (ВЭУ) при различных значениях высоты башни h₂ = 10; 40; 80; 120 м.

Другие данные выбрать из таблицы 1 в соответствии с вариантом. Построить график зависимости мощности горизонтальной ВЭУ от высоты башни.

Рассчитать наименьшую допустимую высоту башни ВЭУ и определить скорость ветра и мощность установки при этом значении высоты.. Сделать вывод по результатам работы.

Исходные данные:

Скорость ветра на высоте 10 м.: 8 м/с;

Температура воздуха: 20 ⁰С;

Диаметр ветроколеса: 4 м;

КПД ветроколеса: 0,77;

КПД электрооборудования: 0,83;

Тип самого высокого препятствия: здание;

Высота препятствия: 25 м;

Расстояние до препятствия: 130 м.

Справочные данные для выбора коэффициента градиента ветра приведены в табл. 1.

Расчет:

Площадь, отметаемая лопастями ветроколеса ВЭУ, определяется по формуле

---

F = πr² = πl², м²
при длине лопасти 2 метра:

F = π · (2)² = 12,57 м²

Плотность воздуха при рабочей температуре воздуха 20 °С определяется по формуле:

, кг/м³

= 1,228 кг/м³

где – барометрическое давлении, 10⁵Па,

Т – рабочая температура воздуха, 273+20=293К.

Минимальная высота башни ВЭУ, исходя из общих положений расчета ВЭУ, рассчитывается с учетом высоты самого высокого препятствия в радиусе 150 метров и диаметра ветроколеса:

h_2min = 25+10+2 = 37 м

Скорости ветра на различной высоте рассчитываются по формуле
= ^α
где ω₀ - скорость ветра, измеренная на высоте h1, м/с; h1 - высота, на которой известно значение скорости ветра, м; h2 - высота башни ВЭУ, на которой будет расположено ветроколесо, м; α – коэффициент градиента (увеличения) скорости ветра с увеличением высоты.

α = 0,3

= ^0,3 ω = 8 м/с

= ^0,3 ω = 11,85 м/с

= ^0,3 ω = 12,13 м/с

= ^0,3 ω = 14,93 м/с

= ^0,3 ω = 16,86 м/с

Массовый расход воздуха через площадь, отметаемую лопастями ветроколеса, рассчитывается по формуле:
m = ρ·ω·F, кг/с,
m = 1,228·8·12,57 = 123,42 кг/с

m = 1,228·11,85·12,57 = 182,75 кг/с

m = 1,228·12,13·12,57 = 187,07 кг/с

m = 1,228·14,93·12,57 = 230,31 кг/с

m = 1,228·16,86·12,57 = 260,1 кг/с
Энергия ветрового потока на различной высоте ветроколеса определяется по формуле
E = Вт,
E =

---

= 3949,46 Вт

E = = 12820,91 Вт

E = = 13752,81 Вт

E = = 25663,65 Вт

E = = 36965,94 Вт

η – КПД установки;

η = ηв · ηэ,

η = 0,77 · 0,83 = 0,639

где ηв – КПД ветроколеса; ηэ – КПД электрооборудования.

Электрическая мощность, развиваемая ВЭУ, рассчитывается по формуле:
N = η·ζ·E, Вт,
где ζ – коэффициент использования энергии ветра.

ζ = 0,45;

N = 0,639·0,45·3949,46 = 1135,84 Вт

N = 0,639·0,45·12820,91 = 3687,23 Вт

N = 0,639·0,45·13752,81 = 3955,24 Вт

N = 0,639·0,45·25663,65 = 7380,74 Вт

N = 0,639·0,45·36965,84 = 10631,19 Вт

Вывод: Мощность ветроэнергетической установки возрастает с увеличением высоты башни. Мощность установки при минимальной высоте башни (37 метра) составит N =3687,23 Вт = 3,6 кВт

Практическое задание 3

Задание 3

Определить расход геотермальной воды из скважины на отопление и горячее водоснабжение коттеджного поселка. Сделать вывод о классе скважины по степени водоотдачи.

Исходные данные:

Количество жилых домов: 200;

Площадь одного жилого дома: 36 м² ;

Количество жителей: 600 человек;

удельный расход теплоты на отопление одного м2 здания - 150 Вт/м2 ;

удельный расход теплоты на ГВС - 85 Вт/чел;

удельная теплоемкость воды - 4,19 кДж/кг*К.

КПД геотермальной установки: 0,9;

Температура воды, поступающей из геотермального источника: 98 °С;

Температура воды на выходе из системы: 56 °С.

Расчет:

Тепловая нагрузка на отопление жилых зданий рассчитывается по формуле:
Qoт=q0 · Fо · n, Вт,
где q0 –удельный расход теплоты на отопление, Вт/м² ;

F – площадь одного жилого дома;

n – количество домов
Qот = 150 · 200·36 = 1080000 Вт=1080 кВт

Средняя тепловая нагрузка на горячее водоснабжение жилых зданий определяется по формуле:
Qгв ср =gгв ·N · c ·(tгв-tхв)/(24·3600), Вт,
где

где qгв –удельный расход горячей воды, кг/чел-сут ;

N – количество жителей, чел;

c- теплоемкость воды - 4190Дж/кг*К.

tгв – температура воды, подаваемая на горячее водоснабжение, 60 ⁰С

tхв – расчетная температура холодной воды, 5 ⁰С
Qг ср = 85 · 600 · 4190 · (60-5)/(24 · 3600) = 136029,5 Вт = 136 кВт.

Требуемая тепловая мощность источника теплоснабжения определяется по формуле:
Q тр=η₁·Qот+ η₂·Qгв, Вт,
где А и В – коэффициенты потерь мощности в установке.

---

При расчетах принимать η₁= 1,02, η₂ = 1,05

Q тр = 1,02 · 1080 + 1,05 · 136 = 1244,4 кВт.

Расход воды из геотермальной скважины на отопление и горячее водоснабжение определяется по формуле:
Gгв = , кг/c,
где η – КПД геотермальной установки, доли;

С – удельная теплоемкость воды, кДж / кг·К;

ΔТ – перепад температур геотермальной воды на входе в систему и на выходе из неѐ, К.

Gгв = = 7,86 кг/c

Плотность воды при температуре 98 °С составляет 959 кг/м3, поэтому объемный расход воды из скважины составляет:

Vгв = = = 0,00819 м³/c

Вывод: скважину можно отнести по классу водоотдачи к среднедебитным.

Практическое занятие 4

Задание 4 ветроэнергетический геотермальный мощность

Определить объем реактора биогазовой установки, суточный выход биогаза из реактора и суточное количество теплоты, которое может быть получено от его сжигания.

Исходные данные:

Тип биомассы: навоз КРС;

Количество биомассы, поступающей на переработку: 53,52 т/сут;

Плотность навоза: 1025 кг/м³ ;

Температура процесса анаэробного сбраживания: 35 °С

При расчетах принимать:

1) содержание органического вещества в навозе - 7 %;

2) содержание сухого вещества – 11 %;

3) концентрация метана в биогазе - 60 %;

4) предельный выход метана за сутки на 1 кг органического вещества (В₀) = 0,35 м³ /сут·кг;

5) низшая теплота сгорания биогаза - 23 МДж/м³.

Расчет:

Минимальное время полного обмена жидкости в реакторе (Θ) составляет 12 суток.

Максимальная скорость роста микроорганизмов зависит от температуры процесса и определяется по формуле:

μ_м/о = 0,013·Т – 0,129, сут ^-1,

μ_м/о = 0,013·35 – 0,129 = 0,326 сут ^-1.

Концентрация органического вещества на выходе из реактора вычисляется по формуле
S₀ = , кг/м³
и зависит от суточного расхода сухих веществ и объема биомассы.

Суточный объем биомассы определяется по формуле: Wб = Gб/ρб, м³ /сут,

Wб = 53520/1025 = 52,21 м³/сут.

Суточный выход сухих веществ вычисляется по формуле: Gсух = Gб· Cсух, кг/сут,

Gсух = 53520 · 0,11 = 5887,2 кг/сут.

Концентрация органического вещества на выходе из реактора:

---

S₀ = = 7,89 кг/м³

Кинетический коэффициент для навоза КРС определяется по формуле:

К = 0,8 + 0,0016·е^0,06·Sо ;

К = 0,8 + 0,0016·е^0,06·7,89 = 0,803.

Удельный суточный выход метана рассчитывается по формуле:

L₀ СH4 = = = 0,0122 м³/сут· м³

где Во – предельный выход метана за сутки с 1 кг органического вещества, м³/сут·кг;

Sо – концентрация органического вещества на выходе, кг/м³ ;

Θ – время полного обмена жидкости в реакторе, сут. Минимальный срок выдержки навоза – 12 суток;

К – кинетический коэффициент; μ_м/о – максимальная скорость роста микроорганизмов, сут ^-1.

минимальный объем реактора:

V min реакт = Wб 52,21 · 12 = 626,58 м³.

Суточный выход метана из реактора при загрузке реактора на 90 % в соответствии с формулой (14) составит:

LCH4 = = = 8,52м³/ сут

kз – коэффициент заполнения реактора. Реактор должен быть заполнен не более чем на 90 %.

Суточный выход биогаза из реактора:

Lбг = LCH4/C CH4 = 8,52/60 = 14,2 м³/ сут

Количество тепла от сжигания биогаза:

Qсут = LБГ · Qi r = 4,2 · 23 = 326,52 МДж/сут,

где Qi r – низшая теплота сгорания биогаза, МДж/м3.

В результате мезофильного анаэробного сбраживания навоза КРС в количестве 8,52 м³/ сут может быть получено до 326,52 МДж тепла в сутки. Эта тепловая энергия может быть использована для отопления производственных и административных помещений сельскохозяйственного предприятия в холодные периоды года.

Практическое занятие 5

Задание 5

На солнечной электростанции башенного типа установлено п гелиостатов, ка­ждый из которых имеет поверхность F_г м². Гелиостаты отражают солнечные лучи на приемник, на поверхности которого зарегистрирована максимальная энергетиче­ская освещенность Н

---