Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

Спецификация.docx

ЭОП АПК-01-2Д-00-00 СБ
ЭОП АПК-01-2Д-00-00 ПЗ
Пояснительная записка
Брус деревянный 50x50
Лист металлический 3СП
Полоса металлическая 3СП
Угол металлический 3СП
Болт М8х44 ГОСТ 7798-70
Гайка М8 ГОСТ 5915-70
Шайба 8.65Г ГОСТ 6402-70
Шайба 8 ГОСТ 11371-78

Курсовая работа.docx

Исходные данные для расчёта биогазовой установки . 5
Расчет плоского солнечного коллектора и экономии топлива . .6
Исходные данные для расчёта биогазовой установки . 9
Расчет биогазовой установки ..10
Исходные данные для расчёта ветродвигательной установки .17
Расчет ветродвигательной установки .18
Список использованной литературы ..20
Производство энергии являющееся необходимым средством для существования и развития человечества оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. С одной стороны в быт и производственную деятельность человека настолько твердо вошла тепло- и электроэнергия что человек даже и не мыслит своего существования без нее и потребляет само собой разумеющиеся неисчерпаемые ресурсы. С другой стороны человек все больше и больше свое внимание заостряет на экономическом аспекте энергетики и требует экологически чистых энергетических производств. Это говорит о необходимости решения комплекса вопросов среди которых перераспределение средств на покрытие нужд человечества практическое использование в народном хозяйстве достижений поиск и разработка новых альтернативных технологий для выработки тепла и электроэнергии и т.д.
Рассматривая нынешнее состояние Российской энергетики можно с уверенностью прогнозировать увеличение спроса на установки и устройства которые используют не традиционные источники энергии. Использование возобновляемых и вторичных ресурсов наиболее приоритетны в сельском хозяйстве т.к энергетические установки на базе нетрадиционных источников – это не только путь к экономии органического и другого вида топлива но и возможность обеспечения энергией в районах отдаленных от источников централизованного энергоснабжения. Экологически чистые возобновляемые источники вторичные источники энергии способствуют уменьшению загрязнения окружающей среды а в некоторых случаях и очистки местности от продуктов жизнедеятельность как органического так и животного происхождения что значительно может помочь в утилизации кефалиевых остатков так и удалением м полей старой соломы не методом его выжига что значительно может повысить урожайность в растениеводстве. При этом получаемое дешевое топливо можно использовать не очищенном так и из него производить другой вод топлива например метанол из биогаза. Также создавать газовые хранилища где газ храниться в сжиженном состоянии и также может быть использован как топливо в двигателях внутреннего сгорания что значительно позволит сэкономить во время уборочной компании в летнее время.
Исходные данные для расчёта солнечного коллектора
Расход горячей воды – 5400 кгсут
Номер схемы и назначение – СНУ для питьевой воды на ферме
Потребная температура воды – 18 ºС
Угол наклона коллектора – сентябрь - 45º
Коэффициент расположения солнечного коллектора для прямой радиации ps – 135
Коэффициент теплорасхода – 8 Втм2К
Оптическая характеристика коллектора – 073
температура наружного воздуха – 14 ºС.
Расчет плоского солнечного коллектора и экономии топлива
Площадь поглощающей поверхности гелиоустановок при наличии резервного источника теплоты:
где Mг – расход горячей воды в системе горячего водоснабжения или отопления кгсутки;
q qi – то же в сутки.
– КПД установки солнечного горячего водоснабжения.
Интенсивность падающей солнечной радиации для каждого светового дня
где ps и pd – коэффициент расположения солнечного коллектора соответственно для прямой и рассеянной радиации.
где b – угол наклона коллектора к горизонту;
Is – интенсивность падающей солнечной радиации которая приходится на горизонтальную поверхность Втм2;
Id – интенсивность рассеянной радиации которая падает на горизонтальную поверхность Втм2;
Значение qi для солнечных коллекторов южной ориентации следует принимать в интервале с 8:00 до 19:00.
Для сентября в Саратове с 8:00 до 19:00:
Is= 22+80+138+197+232+244+232+221+185+127+69+11=1758 Вт м2
Id=36+69+116+138+163+174+174+163+138+116+69+36=1392 Вт м2.
qi=135*1758+0854*1392=27733+1188768=356145 Вт м2.
КПД гелиоустановки рассчитывают по следующей формуле:
где – приведенный коэффициент теплорасхода солнечного коллектора Вт(м2К);
– приведенная оптическая характеристика коллектора;
t1 и t2 – температура воды на входе и выходе из коллектора соответственно;
tH – средняя дневная температура наружного воздуха 0С.
Объем бака аккумулятора:
V=(006÷008)A=006·33=2 м3.
Количество теплоты выработанной гелиоустановкой за месяц Qмес Дж:
где qмес – месячная сумма падающей солнечной радиации Джм2.
где qсут – суточная сумма падающей солнечной радиации Джм2. Т.к. qсут=qi=356145 (Втм2) то нужно перевести в Джм2:
Zдн – количество дней в месяце.
qмес=154*30=4620 МДжм2.
Qмес=043*4620*33=65007 МДж.
Количество условного топлива сэкономленного благодаря использованию солнечной радиации условного топлива тгод:
где зам – КПД замененного источника теплоты;
(электрический зам=э=03)
Исходные данные для расчёта биогазовой установки
Температура брожения – 32 ºС
Продолжительность брожения – 16 сут.
режим процесса – цикличный
система теплоснабжения – теплообмен.
Расчет биогазовой установки
Суточный выход биомассы для сбраживания в метантенке определяется по формуле:
mj – суточный выход навоза или помета от одного животного или птицы;
n – количество групп животных.
Всего 80 голов КРС из них 48 гол. (60 %) животных в возрасте 3 лет и выше 16 гол. (20 %) – от 1 до 15 лет 16 гол. (20 %) – от 06 до 1 года тогда n = 3 N1 = 48 N2 = 16 N3 = 16.
mсут = 48*50+16*35+16*20 = 3280 кг.
Т.к. уборка осуществляется периодически то в навозе содержится 12–18% подстилки (опилки сухой песок солома); 12–30% остатки корма; 18–20% грунта и других примесей. Для приближенных расчетов содержание прочих примесей учитывается коэффициентом Кп=13–16.
При этом в зависимости от температуры окружающей среды и содержания сухих примесей влажность отходов составляет 80-85% (за 3–5 дней).
С учетом коэффициента Кп суточный выход навозной массы определяется по формуле:
где Кп – принимаем равным 15.
Масса сухого вещества в навозе mс.в.:
где W – влажность навоза (для свежего навоза Wсв=90–95%; для навозной массы через 3–5 дневного сбора W=80–85%; через неделю в бурте на открытом воздухе W=65–70%)
Если принять Wсв=85% тогда
Масса сухого органического вещества mсов:
где Рс.о.в – содержание сухого органического вещества; в навозе составляет 77–85% если принять Рс.о.в=80% тогда
Выход биогаза при неполной продолжительности сбраживания Vв.б.н.
где Vпол.б.– выход биогаза при полном сбраживании;
n1 – степень сбраживания субстрата n1=60–70%.
Выход биогаза при полном сбраживании:
Vпол.б.=mc.o.в*nск=787*0315=248 м3.
nс.к – средний выход биогаза с 1 кг органического вещества nс.к0315 м3кг.
Выход биогаза при неполном сбраживании:
Для брожения влажность доводим до 92%. Чтобы увеличить влажность биомассы на 1% на одну тонну навоза надо добавить 100 литров воды. При доведении влажности ежесуточного общего выхода навоза с 85% до 92% вес массы навоза составит:
Объём метантенка при полной загрузке:
где сут – доля объема реактора загружаемого за сутки. Принимаем 4 бака по четырех дневному сбору сут = 025;
ρ – плотность субстрата кгм3. Учитывая плотность навозной массы (при её влажности 90-92%) равной плотности воды принимаем ρ = 1000 кгм3.
Рабочий объем метантека рассчитывается:
где Кз – коэффициент загрузки реактора Кз =075 09.
Дальше проводим тепловой расчет биогазовой установке.
Потеря теплоты в метантенке определяется по формуле:
Qт.р.=Qп+Qо.с.+Qмех.
где Qп – потери теплоты на подогрев биомассы при температуре брожения;
Qо.с. – потери теплоты в окружающую среду;
Qмех – расход энергии на перемешивание биомассы в процессе брожения.
Количество теплоты которая расходуется на подогрев биомассы загруженной на протяжении суток до температуры брожения МДжсутки равно:
где mсут – суточная загрузка биомассы доведенной до влажности 90–92%;
Сс – теплоемкость субстрата (принимается равной теплоемкости воды – 418*10–3 МДж(кг*К));
tб – температура брожения биомассы tб = 32 С
tз.м – температура загруженной биомассы tз.м = 16 С.
Qп=8364*418*10-3*(32-16)=219 МДжсут.
Теплопотери от метантенка в окружающую среду Вт определяется по формуле:
где k – коэффициент теплопередачи от биомассы находящейся в реакторе к окружающей среде Вт(м2*К).
F – площадь наружной поверхности реактора м2.
tо.с – температура окружающей среды °С (tо.с=71°С)
tб – температура брожения °С (tб=32°С)
Площадь реактора находим из рабочего объема. Форму реактора принимаем формой прямоугольного параллелепипеда со сторонами основания a=b=3 м. Тогда из рабочего объёма Vр=45 м3 найдем высоту реактора:
Площадь параллелепипеда в основании которого лежит квадрат рассчитывается:
Коэффициент теплоотдачи от биомассы в реакторе в окружающую среду Вт(м2*К)
αв и αн – коэффициенты теплообмена на внутренней и наружной поверхностях метантенка Втм2*К. Учитывая что скорость движения биомассы в процессе её механического перемешивания незначительна (05 1 ммин) можно считать что процесс теплообмена на внутренней поверхности метантенка происходит при условиях свободной конвекции. С небольшой погрешность то же самое можно принять для теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции к окружающей среде (в землю воздух в закрытом помещении теплоизоляционный слой и т.д.).
В общем случае критерий Нуссельта (или ) при свободной конвекции является функцией критериев Прандтля и Грасгофа .и слабо зависит от формы тела.
Определяем коэффициент теплоотдачи со стороны биомассы (или воды в водяной рубашке) по упрощенной формуле Нуссельта:
где В' – рассчитывается по приближенной формуле:
В'=5700+56tб–009tб2.
tб – температура биомассы в реакторе (или воды в системе обогрева). Δt=tб–tст1. Зная что температура внутренней поверхности наружной обечайки реактора и биомассы (воды в системе обогрева) могут отличаться очень незначительно температуру внутренней поверхности наружной обечайки tст1 принимаем tст1=155 °С (при обогреве биомассы водяной рубашкой) Δt=tб–t ст1=16–155=05 °С.
h – высота реактора рассчитанная выше (h=5 м).
Тогда: В'=5700+56*16–009*162=6573.
После расчета В' и α1 находим ориентировочную температуру стенки с наружной стороны (со стороны изоляции или земли).
где ст – толщина стенки реактора. Для стальных реакторов ст=5 мм
λст – коэффициент теплопроводности материала для стали λст=40 Втм2* град.
(λ)загр.– коэффициент загрязненности поверхности. Для стальной поверхности покрытой битумом (λ)загр.=11500.
q – тепловое напряжение или тепловой поток q=α1 Δt.
Зная величины tст1 ст λст (λ)загр и q находим tст2.
q = α1* Δt=6011*05=3006 Втм2*°С.
Для расчета коэффициента теплоотдачи от поверхности изоляции к наружному воздуху или земле α2 необходимо знать температуру tст3. т.е. температуру наружной поверхности изоляции что рассчитывается по формуле:
Однако здесь необходимо знать искомую α2. Для приближенных расчетов при tст150°C можно принять .
Δtизол. – перепад температуры или тепловое сопротивление изоляции который примерно составляет Δtизол.=(09 095)* tст2.
Δtизол.=095*tст-tос=095*13-71=525 °С.
Для определения α2 пользуемся тем же упрощенным методом т.е. сначала определяем B’затем зная Δt и H α2:
B’=5700+56*775-009*7752=6129;
При расчете k входящие в формулу значения при толщине стальной стенки 1=5 мм толщине изоляции 2=100 мм λалебастр=149 Втм2*К) величина k равна:
Тепловые потери от метантанка в окружающую среду определяют для самых холодного и теплого периодов.
tср.г=tср(+)+tср(-)=138+(-67)=71 oC.
Qо.с=kF(tб-tо.с-Δtизол)
Qо.с=15*78*(32-71)=29133 Вт =2517 МДжсут.
Расход энергии на перемешивание субстрата в метантенке определяют по формуле:
где gнорм – удельная нагрузка на механическую мешалку. В зависимости от размеров и угла наклона лопастей gнорм=(50 80) Втм3*ч.
Vп.з – объём реактора заполненный субстратом м3. Vп.з=34 м3;
tz – продолжительность работы мешалки.
За сутки tz=tz'*n' где tz' – продолжительность перемешивания за один раз tz'=3–5 минут; n' – число перемешиваний n'=6–12 раз.
Принимаем tz'=5 мин n'=12 получим:
tz=5*12 = 60 минут =1 час.
Qмех=50*34*1=1700 Вт = 147 МДжсут.
Итак Qт.р будет равно:
Qт.р.= 219+2517+147=2883 МДжсут
Тепловая энергия получаемая из биогаза выделившегося за сутки:
а) При полном брожении:
Нuб.г– низшая теплота сгорания биогаза Нuб.г=21 28 МДжм3.
Qб.г=24825=6200 МДжсут
б) При неполном брожении субстрата:
Vв.б.н. =Vпол.б*n1100
Vв.б.н. = 24870100=174 м3
Общая суточная выработка энергии БГУ МДжсут:
EБ.Г.У=Qб.г – Qт.р =Qб.г – (Qп + Qо.с + Qмех).
EБ.Г.У=6200-2883=3317 МДжсут.
Коэффициент товарности биогазовой установки %:
Считая что БГУ в год останавливается на техническое обслуживание и ТР не более 20 дней экономию условного топлива за счет полученного в течение года биогаза можно рассчитать по формуле:
Исходные данные для расчёта ветродвигательной установки
Скорость ветра – = 15 мс
Поверхность омываемая лопастями А = 15 м2
Аэродинамический коэффициент Сх=085
Плотность воздуха ρ = 123 кгм3
Температура окружающей среды t = 16 ºС
Давление окружающей среды – 1013*105Па
Расчет ветродвигательной установки
Действие F силы ветра на лопасти ветродвигателя определяется по уравнению:
где А – площадь поперечного сечение лопастей перпендикулярных к направлению скорости воздушного потока;
Сх – аэродинамический коэффициент определяемый по графикам в данном случае Сх=085;
ρ – плотность воздуха кгм3;
-u – относительная скорость набегающего ветра где – скорость ветра u - скорость вращения лопасти ветроколеса.
где n – число оборотов ветроколеса мин-1;
R – радиус окружности очерчиваемой вращающимися лопастями. Она рассчитывается относительно площади поперечного сечение лопастей – А:
Если принять n=30 мин-1 то:
Коэффициент использования энергии ветра определяется:
Тогда мощность двигателя:
Диаметр ветроколеса:
Быстроходность ветродвигателя Z:
Список использованной литературы
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Практикум (методические разработки курсовая работа лабораторно-практические занятия) для студентов специальности 101602 – «Энергообеспечение предприятий АПК» Сост.: А.М. Эфендиев; ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ». Саратов 2005.
Алексеев В.В. Чекарев К.В. Солнечная энергетика. №12. - М.: Знание 1991.
Кононов Ю.Д. Энергетика и экономика (проблемы перехода к новым источникам энергии). – М.: Наука 1981.
Малтинский М. Энергию приносит ветер. №1.Наука и жизнь 2005.
Усковский В.М. Возобновляющиеся источники энергии. - М.:Россельхозиздат 1986.

Солнечный колектор.cdw