МИНИCTEPCTBO ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Направление подготовки 140400.68 – Электроэнергетика и электротехника Профиль подготовки «Энергосбережение и энергоэффективность» Магистратура Ставрополь 2015 УДК 631.371(075.8) ББК 20 я73 Ч 85 Печатается по решению редакционно-издательского совета Северо-Кавказского федерального университета Ч 85 Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: учебное пособие / сост. <...> Для успешной профессиональной деятельности выпускников направления подготовки 140400.68 – Электроэнергетика и электротехника по программе «Энергосбережение и энергоэффективность» целесообразно освоить дисциплину «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». <...> В результате ее освоения студентами приобретаются знания основных видов источников нетрадиционной энергии, принципов их работы, навыки расчета таких систем, как солнечные батареи, ветроустановки, геотермальные электростанции и другие. <...> Традиционные и нетрадиционные источники энергии Из курса физики известно, что энергией называется способность материальных объектов (вещества или поля) производить работу. <...> Для получения тепла он использовал энергию, выделяемую при сгорании биомассы (вначале растительного, затем животного происхождения). <...> Вначале это была мускульная сила, затем энергия перемещаемой воздушной массы (в современной терминологии называемая энергией ветра). <...> А ископаемое топливо кроме преобразования в механическую энергию, могло использоваться и по прямому назначению – получению тепла. <...> Все без исключения страны в стадии индустриализации традиционно используют ископаемое углеводородное топливо для привода тепловых машин и получения тепла в широком диапазоне температур. <...> Другие <...>
Нетрадиционные_и_возобновляемые_источники_энергии.pdf
УДК 631.371(075.8)
ББК 20 я73
Ч 85
Печатается по решению
редакционно-издательского совета
Северо-Кавказского федерального
университета
Ч 85 Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии:
учебное пособие / сост. И. Ю. Чуенкова. – Ставрополь: Издво
СКФУ, 2015. – 148 с.
Пособие представляет курс лекций; составлено в соответствии
с ФГОС ВПО и программой дисциплины, содержит необходимый
для теоретического изучения материал, в котором рассмотрены
проблемы современной традиционной энергетики, приведены
сведения о нетрадиционных и возобновляемых источниках
энергии (НВИЭ), методах и способах их использования,
а также сведения об устройствах преобразования НВИЭ в другие
виды энергии.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению
140400.68 – Электроэнергетика и электротехника.
УДК 631.371(075.8)
ББК 20 я73
Составитель
д-р физ.-мат наук, профессор И. Ю. Чуенкова
Рецензенты:
д-р физ.-мат. наук, профессор А. Я. Симоновский,
канд. физ.-мат. наук, доцент М. С. Демин
© ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский
федеральный университет», 2015
2
Стр.2
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………….. 3
РАЗДЕЛ I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСТОЧНИКАХ
ЭНЕРГИИ……………………………………………………… 4
Лекция 1. Современное состояние энергетических ресурсов…. 4
1.1. Традиционные и нетрадиционные источники энергии….
4
1.2. Запасы и ресурсы источников энергии. Динамика
потребления и развития энергетического хозяйства………… 6
1.3. Развитие нетрадиционных источников энергии
в России…………………………………………………………. 13
РАЗДЕЛ II. ПРОБЛЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ…………………………. 19
Лекция 2. Преобразование солнечной энергии в тепло…… 19
2.1. Проблемы использования традиционных источников
энергии………………………………………………………… 19
2.2. Проблемы использования нетрадиционных источников
энергии…………………………………………………………. 26
2.3. Место нетрадиционных источников энергии
в удовлетворении энергетических потребностей человека…. 32
Лекция 3. Солнечные электростанции………………………. 36
3.1. Энергетические характеристики солнечного излучения….. 36
3.2. Физические основы преобразования энергии солнечного
излучения в тепло………………………………………………. 39
3.3. Солнечные коллекторы. Типы, принципы действия,
методы расчета............................................................................. 40
3.4. Оптимизация параметров ориентации солнечных
коллекторов……………………………………………………. 45
3.5. Аккумулирование тепла………………………………… 47
Лекция 4. Расчет параметров автономных солнечных
электростанций…………………………………………………. 51
4.1. Тепловые солнечные электростанции…………………… 51
4.2. Фотоэлектрическое преобразование солнечного
излучения……………………………………………………….. 57
4.3. Концентраторы и системы слежения……………………. 62
РАЗДЕЛ III. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ВЕТРА…… 78
Лекция 5. Теория использования энергии ветра……………. 78
5.1. Запасы энергии ветра и возможности ее использования.
Ветровый кадастр России……………………………………… 78
146
Стр.146
5.2. Ветроэнергетические установки. Типы и принципы
работы………………………………………………………….. 83
5.3. Теория идеального ветроколеса…………………………. 86
5.4. Теория реального ветроколеса…………………………… 89
Лекция 6. Ветроэлектростанции……………………………... 93
6.1. Устройство электростанций………………………………. 93
6.2. Расчет системных ветроэлектростанций………………… 102
6.3. Расчет автономных ветроэлектростанций………………. 104
6.4. Методы массовых расчетов автономных
ветроэлектростанций…………………………………………… 111
РАЗДЕЛ IV. ЭНЕРГИЯ ГЕОСФЕРЫ И ГИДРОСФЕРЫ
ЗЕМЛИ…………………………………………………………. 116
Лекция 7. Использование геотермальной энергии…………. 116
7.1. Тепловой режим земной коры……………………………. 116
7.2. Использование геотермального тепла в системах
теплоснабжения и производства электроэнергии……………. 117
7.3. Экологические показатели геотермальных ТЭЦ………... 120
Лекция 8. Использование энергии гидросферы…………….. 124
8.1. Энергетические ресурсы океана…………………………. 124
8.2. Энергетические установки, преобразующие энергию
океана…………………………………………………………… 127
РАЗДЕЛ V. ЭНЕРГИЯ ГИДРОСФЕРЫ И ГЕОСФЕРЫ
ЗЕМЛИ…………………………………………………………. 132
Лекция 9. Вторичные энергоресурсы………………………… 132
9.1. Понятие и анализ вторичных энергоресурсов…………… 132
9.2. Использование биомассы для получения тепловой
и электрической энергии………………………………………. 134
9.3. Получение газообразного и жидкого топлива…………… 136
Заключение…………………………………………………….. 141
Литература…………………………………………………... 144
147
Стр.147