VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Выбирая нетрадиционные источники энергии, задумываешься, стоит ли это того? Да стоит, т.к. область нетрадиционной энергетики является актуальной и развивающейся в данный период времени. Нетрадиционные источники энергии (или же Возобновляемые источники энергии) – это источники на основе постоянно существующих или периодически возникающих в окружающей среде потоков энергии. Нетрадиционная энергетика, по сравнению с традиционными источниками энергии, производит меньшее количество вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу. К нетрадиционным источникам энергии относятся:

1)Геотермальное тепло земли (Геотермальная энергетика) – направление, основанное на получении электрической энергии за счет энергии, содержащейся в недрах земли;

2)Испарение атмосферного воздуха (Гидроэлектростанции) – направление, основанное на получении электрической энергии за счет энергии водяного потока (напор воды), поступающей на лопасти гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию;

3)Движение атмосферного воздуха (Ветроэнергетические установки) – направление энергетики, специализирующееся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую и др. форму энергии;

4)Морские течения (Морские электростанции) – преобразование из кинетической энергии течения в электрическую энергию за счет вращения лопастей гидротурбины, которая приводит в действие генераторы, вырабатывающие электроэнергию;

5)Движение волн (Волновые электростанции) – установка, расположенная в водной среде, целью которой является получение электричества из кинетической энергии волн;

6)Таяние льдов (Ледниковые электростанции) – действуют по принципу гидроэлектростанции;

7)Фотосинтез (Электростанции на биомассе, Фотоэлектричество) – получение тепла и электроэнергии происходит за счет сжигания биомассы, в основном в виде дров, торфяные брикеты, растительные отходы ; 8)Приливы и отливы (Приливные электростанции) – особый вид гидроэлектростанции, использующий энергию приливов, а фактически кинетическую энергию вращения Земли;

В Тюменской области нашли применение солнечная и ветряная энергетика. В данной работе рассмотрено использование ветрогенератора и солнечной батареи, их совместное применение. Ветрогенератор – это устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращение ротора с последующим её преобразованием в электрическую. Солнечная батарея – это объединённые фотоэлектрические преобразователи (фотоэлементы) – полупроводниковых устройств, преобразующих солнечную энергию в постоянный электрический ток. Целью проекта было изучение возможности электроснабжения потребителей источниками нетрадиционной энергии (электростанции мощностью = 1МВт).

Определение времени окупаемости энергоустановок, базирующихся на нетрадиционных источниках энергии с тарифной стоимостью традиционных источников энергии (ТЭЦ).

Достоинства и недостатки использования СЭУ и ВЭУ

ВЭУ

Достоинства:

1. Не требует топлива. Использование энергии ветра требует затрат главным образом на установку и проведение ежегодных профилактических работ.

2. Работает постоянно. Ветряная система регулируется автоматически. Ее не нужно постоянно включать и выключать. В системах автономного электроснабжения электричество запасается на специальных аккумуляторах.

3. Возможность установки в широком диапазоне географических широт.

4. Увеличение производительности в зимний период. В отличие от солнечных панелей у ветрогенераторов в зимний период производительность не падает, а растет.

Недостатки:

1. Ветрогенераторы можно устанавливать только в местах с устойчивыми сильными ветрами. Любая преграда может снизить количество ветра или сделать его доступность сезонной.

2. Необходимость профилактического обслуживания. Не реже чем раз в год ветрогенератор следует снимать, разбирать, проверять контакты, проводить замену и смазку.

3. Установка ветрогенератора является трудоемкой.

СЭУ

Достоинства:

1. Не требует топлива. Использование энергии солнца требует затрат практически только на установку. В дальнейшем потребитель получает бесплатную энергию. Профилактических работ не требуется, кроме протирки от пыли и снега, хотя установка панели под углом в 70 градусов способствует тому, что на панелях не накапливается снег зимой.

2. Работает постоянно. Солнечная система регулируется автоматически, нет потребности во включении и выключении. Энергия запасается на аккумуляторах, поэтому энергия доступна для использования в любое время.

3. Бесшумность. При прямом преобразовании солнечной энергии в электричество отсутствует шум.

4. Длительный срок безаварийной службы. Качественные панели рассчитаны на работу в течении 40-50 лет. Только со временем происходит падение производительности ( в среднем 10-15% за срок службы).

5. Надежность. Солнечная система гарантировано вырабатывает электроэнергию каждый день от восхода до заката.

6. Общедоступность. Солнечное излучение есть практически везде и в это в некоторых случаях критическое преимущество солнечных панелей перед другими системами.

7. Возможность произвольно изменение мощности системы.

Недостатки:

1. Зависимость от погодных условий и времени суток. В зимнее время суток производительность солнечных батареи падает в полтора-два раза.

2. Необходимость аккумуляции.

3. Высокая стоимость конструкции.

4. Необходимость обслуживания.

5. Низкая эффективность для преобразования в отопительных системах. Солнечные панели нежелательно использовать для отопительных систем

6. Необходимость высокой энергоэффективности. Сравнительно высокая стоимость солнечных панелей делает их рентабельными лишь в случае, когда расход электроэнергии оптимально оптимизирован.

7. Необходимость достаточной интенсивности света.

В качестве материала создания батареи используется монокристаллический кремний. Для изготовления таких элементов кремний очищается, плавится и кристаллизуется в слитках, от которых отрезают тонкие слои. Внешне монокристаллические элементы выглядят как однотонная поверхность темно-синего или почти черного цвета. Сквозь кремний проходит сетка из металлических электродов. Эффективность такого элемента составляет от 16 до 19% в стандартных условиях тестирования (прямой солнечный свет, +25 °С).

Выбор территории для строительства СЭУ и ВЭУ

Выбор для СЭУ определялся по карте России с указным количеством солнечного сияния часов в год (рис. 1). После исследования карты, было принято решение о строительстве СЭУ возле города Ишима, т.к. он попадает в территорию с более 2000 час/год солнечного сияния.

Выбор для места строительства ВЭУ определялся по карте России с указанием силы ветра (рис.2). Так же по исследованию карты оптимальным решением для строительства ВЭУ была выбрана территория вблизи города Салехард, в которой среднегодовая скорость ветра превышает более 5м/с.

Рис. 1.

Рис.2.

Характеристики установок

ВЭУ

Ветроэнергетическая установка HFHW - 20.Максимальная мощность – 30 КВт.Диаметр лопастей – 12 м.Количество лопастей – 3 шт.Материал изготовления лопасти – стекловолокно.Длина лопасти – 6 м.Номинальное число оборотов - 120 об/мин.Оптимальная скорость ветра - 12 м/сек.Выходное напряжение – 380 В.Начальная скорость ветра -3 м/сек.Рабочая скорость ветра – 3 - 30 м/сек.Максимальная скорость ветра - 50 м/сек.Полная масса – 700 кг.

Срок службы – 20 лет.

СЭУ

Солнечная батарея HM-260

Мощность – 260 Вт.Размеры панели - 1640×992×50 мм.Вес - 19,6 кг.Сила тока (максимальная) – 8,18 А.Напряжение (максимальное) - 31.8 В.Срок службы штатной мощности – 35 лет.

Модуль высокой мощности (255Вт~260Вт) с квадратными ячейками 156мм с КПД преобразования солнечной энергии 14.8%~15.7%.

Расчеты затрат на строительство

Перед нами стояла многокритериальная задача. Выбрали ряд основных критериев, по которым были проведены расчеты:

• Цена установки и каждой комплектующей в отдельности

• Количество требуемых установок для выработки 1МВт энергии

• Доставка установки к месту ее сбора

• Цена земли за 1 Га

• Количество требуемой земли для застройки

• Покупка земли, на которую монтируется система

• Прочие расходы

Исходя из цели, требовалось разработать установку с мощностью 1 МВт.

Общая сумма затрат складывалась из выше представленного списка

ΣQ=Q₁+Q₂+Q₃+…..+Qn

Стоимость одной установки ветрогенератора составила 2600тыс.руб., а вырабатываемая ей энергия составляла 20кВт, следовательно для получения нужной мощности потребуется 50 установок, общая сумма которых равна

Q₁=2600*50=130000тыс.руб.

Q₂=440000руб. – это исходя из расстояния и веса груза.

Цена 1 Га составляла 500тыс.руб. Площадь, требуемая под ВЭУ рассчитывалась из габаритов каждой установки и в общем составила S=1,8 Га

Q₃=500000*1,8= 9000тыс.руб.

На прочие расходы, такие как обслуживание, охрана, проводка мы выделили:

Q₄= 1860 тыс.руб.

Сумма всех затрат составила:

ΣQ=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄=130000+440+9000+1860=141300тыс.руб

В то время как стоимость одной установки солнечной батареи составила 13900руб. с мощностью 260Вт.Инвертор+ контроллер стоимостью 484тыс.руб. в количестве 50 шт. и аккумуляторы 20500руб. 5000шт. Для требуемой мощности нам потребуется 5000 солнечных батарей

Q₁=16900*5000+484,44*50+20500*5000=211222тыс.руб.

Q₂=72000руб. – это исходя из расстояния и веса груза.

Цена 1 Га составляла 500тыс.руб. Площадь, требуемая под ВЭУ рассчитывалась из габаритов каждой установки и в общем составила S_об=S₁*количество =(1,640м*0,922м)*5000=0,81 Га

Q₃=500000*0,81= 406,72тыс.руб.

На прочие расходы, такие как обслуживание, охрана, проводка мы выделили:

Q₄= 1600тыс.руб.

Сумма всех затрат составила:

ΣQ=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄=211222+72+406,72+1600=213301 тыс.руб

Расчет окупаемости установок

Q- затраты на строительствоq_t – стоимость 1МВт электроэнергии в год T – время окупаемости энергоустановок

При использовании ветрогенераторов:

При использовании солнечных батарей:

С возможностью роста цен на электроэнергию окупаемость может произойти раньше вычисленного срока.

Заключение

Мы изучили возможность электроснабжения потребителей источниками нетрадиционной энергии и пришли к тому, что использование альтернативных источников энергии возможно. Результаты проведенных расчетов показали, что строительство энергоустановок с использованием нетрадиционных источников энергии можно считать рентабельным при их долгосрочном использовании. При этом, если сравнивать нетрадиционные источники энергии с традиционными источниками энергии (ТЭЦ), нетрадиционные являются более актуальными, потому что это неисчерпаемый источник энергии, главным преимуществом которого является его экологическая чистота, а недостатком затраты на строительство.

Литература

1. В.Г.Лабейш. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Учеб. пособие. – Спб.: СЗТУ, 2003. – 79 с.

2. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. – Л.: Наука,1990. – 214 с.

3. Himin Solar -крупнейший производитель солнечного оборудования в мире.http://svetdv.ru/sun/HG-240S-260S_rus_.pdf

4. http://svetdv.ru/

5. https://ru.wikipedia.org

6. http://www.portal-urfo.ru/tumen/about/resourses/climat

7. http://admtyumen.ru/ogv_ru/about/cities/tyumen/geography.htm

Код для цитирования: Скопировать