Розрахунок геліоустановки

Курсова робота Розрахунок геліоустановки

Зміст сонячний геліоустановка водопостачання баштовий Завдання Вступ

1. Сонячні електростанції баштового типу

2. Розрахунок геліоустановки

2.1 Сумарна сонячна радіація, що надходить на горизонтальну і похилу поверхню

2.2 Денна питома теплопродуктивність геліоустановки

2.3 Місячна питома теплопродуктивність геліоустановки

2.4 Необхідна кількість енергії для нагрівання води за місяць

2.5 Необхідна площа геліоустановки у кожному місяці

2.6 Оцінка енергетичних показників системи гарячого водопостачання

2.6.1 Коефіцієнт використання потенційної енергії

2.6.2 Коефіцієнт використання енергії, яка виробляється геліоустановкою

2.6.3 Коефіцієнт забезпеченості споживача сонячною енергією

2.6.4 Коефіцієнт заміщення необхідної енергії

2.7 Оцінка економічної ефективності використання геліоустановки й визначення оптимальної площі

2.7.1 Кількість корисно вироблюваної енергії й зекономленого палива за сезон

2.7.2 Ефективність геліоустановки за енергетичними витратами Висновок Список використаної літератури

Завдання На курсову роботу з курсу «Нетрадиційні та поновлювані джерела енергії» (№ 10)

1. Сонячні електростанції баштового типу.

2. Вихідні дані для розрахунку геліоустановки

Початок роботи геліоустановки — 1 березня, завершення роботи — 10 жовтня Решту даних взяти з табл.3 методичних вказівок «Розрахунок геліоустановки «

Завдання склав доцент каф. ТТЕС М. Кузик.

Вступ Відомо, що щороку у світі споживається стільки нафти, скільки її утворюється в реальних умовах за 2 млн. років. І за різними оцінками запаси традиційної для нас нафти закінчаться через 40−50 років, газу й кам’яного вугілля трохи пізніше. І тоді виникне гостра необхідність у пошуку нових поновлюваних джерел енергії.

Поновлювані джерела енергії - це джерела енергії, безупинно поновлювані в біосфері Землі. До них належать: сонячна, вітрова, океанічна, гідроенергія рік, геотермальна енергія, енергія біомаси. Серед усіх поновлюваних джерел енергії сонячна найперспективніша за масштабами своєї поширеності. У підсумку можна сказати, що уся промисловість використовує енергію Сонця. Адже нафта, вугілля й навіть вітер — це теж продукти діяльності Сонця. Але на відміну від них сонячна енергія невичерпна. Уже в цей час поновлювальні джерела енергії розглядаються як серйозне доповнення до традиційних.

Багато країн приділяють велику увагу розвитку сонячної енергетики. Насамперед — це країни Європейського Союзу, Японія й США. У цей час одним із лідерів практичного використання енергії Сонця є Швейцарія, де побудовано близько 3000 геліоустановок на кремнієвих фотоперетворювачах потужністю від 1 до 1000 кВт і сонячних колекторних обладнань для одержання теплової енергії.

Потенціал сонячної енергії у світі становить більше 5000 млрд. тонн умовного палива в рік. Незважаючи не це, країни споживають переважно нафту й газ, частка видобутку яких сягає 79,4% від кількості всіх вироблених енергоресурсів, що веде до різкого скорочення викопних ресурсів. За останні сім років ресурси газу скоротилися на 4,5%, а нафти — на 15,7%.

Серед переваг сонячної енергії - її вічність і виняткова екологічна чистота. Сонячна енергія надходить на усю поверхню Землі, лише полярні райони планети страждають від її нестачі. Тобто фактично на усій земній кулі лише хмари та ніч заважають користуватися нею постійно. Така загальна доступність робить цей вид енергії неможливим для монополізації, на відміну від нафти і газу. Звичайно вартість 1 кВт•год. сонячної енергії значно вища, ніж отримана традиційним методом. Лише п’ята частина сонячного світла перетворюється в електричний струм, але ця частка дедалі зростає, завдяки зусиллям учених та інженерів світу.

Немаловажно й те, що геліоустановки можна розміщати на дахах і стінах будинків, на шумозахисних огородженнях автодоріг, на транспортних і промислових спорудженнях. Вони не вимагають для розміщення дорогої сільськогосподарської або міської території.

Енергія Сонця перетворюється за допомогою різних типів геліоустановок в електричну або теплову енергію, а також в електричну і теплову одночасно. Для перетворення сонячної енергії в електричну застосовуються турбогенераторні установки або напівпровідникові фотоелементи, які сьогодні найбільше поширені.

1. Сонячні електростанції баштового типу Дані електростанції засновані на принципі отримання водяної пари з допомогою сонячної радіації. У центрі станції стоїть вежа заввишки від 18 до 24 метрів (залежно від потужності та інших параметрів висота може більше або менше), на вершині якої резервуар із водою. Цей резервуар покритий чорним кольором для поглинання теплового випромінювання. Також у цієї вежі перебуває насосна група, що доставляє пару на турбогенератор, які перебувають поза вежею. По колу від вежі на деякій відстані розташовуються геліостати. Геліостат — дзеркало площею кілька кв. метрів, закріплене на опорі і підключене до спільної системи позиціонування. Тобто, залежно від становища сонця, дзеркало змінюватиме свою орієнтацію у просторі. Основне та трудомістке завдання — це позиціонування всіх дзеркал станції так щоб будь-якої миті часу усі відбиті промені від нього потрапили на резервуар. У ясну сонячну днину температура в резервуарі може становити 700 градусів. Такі температурні параметри використовуються у більшості традиційних теплових електростанцій, для отримання енергії використовуються стандартні турбіни. Фактично на станціях подібного типу можна отримати порівняно великий ККД (близько 20%) і високі потужності.

На сьогоднішній час в різних країнах задіяно 7 експериментальних СЕС електричною потужністю від 0,5 до 10 МВт. Найбільшими проектами є СЕС Solar-1 в Барстоу (Каліфорнія, США) потужністю 10 МВт і вітчизняна СЕС-5 (в 1985 р. приведений в дію пусковий комплекс). Розглянемо деякі із них.

СЕС Solar-1

Організацію будівництва здійснювало міністерство енергетики США з участю компанії Southern California Edison (США) і департаменту водопостачання і енергетики Лос-Анджелеса. Будівельно-монтажні роботи були завершені в жовтні 1981 р., а 14 квітня 1982 р. станція була приведена в дію.

Першопочаткове її будівництво оцінювалось в 120 млн. доларів, кінцева вартість її спорудження становила 141 млн. доларів. Solar-1 має номінальну потужність 10 МВт і побудована за схемою СЕС баштового типу. Башта висотою 91 м з приймачем сонячного випромінювання оточена полем геліостатів. Загальний вигляд Solar-1 приведений на рис. 1.

Рис. 1. Загальний вигляд Solar-1.

Площадка Solar-1 займає земельну ділянку площею 0,31 км² у формі еліпса з осями 685 і 585 м. Безпосередньо під геліостати відведена ділянка площею 0,28 км². Площа приблизно 0,03 км² зайнята будівлями і технологічним обладнанням, розташованим біля основи башти, а також транспортними шляхами, прокладеними на полі геліостатів.

Дзеркальна система Solar-1 складається з 1818 геліостатів загальною площею 73,2 тис. м². Середній коефіцієнт заповнення земельної ділянки дзеркалами складає kзап=0,26.

Для розміщення геліостатів прийнята радіально-кругова шахова компановочна схема. Ця схема була визнана оптимальною після довгого циклу розрахункових досліджень, проведених в університеті м. Хьюстона в 1973;1980 рр. Кожний геліостат виробництва фірми Martin Marietta Aerospace (США) складається з 12 дзеркальних фацет з високою відбивальною здатністю с=0,90.

Приймач станції має форму циліндричної мішені висотою 13, діаметром 7,2 м і площею опромінених панелей 294 м². Температура його поверхні досягає 520 °C.

СЕС-5

Перша вітчизняна експериментальна сонячна електростанція СЕС-5 розташована в Криму поблизу с. Щолкіно. Комплекс науково-технічних і конструкторських робіт, проектування і будівництво СЕС-5 здійснювались організаціями Міненерго СРСР. В 1985 р. задіяний пусковий комплекс станції. Вартість технологічних споруджень станції разом з розробкою і виготовленням обладнання складає 26 млн руб. Максимальна електрична потужність СЕС-5 дорівнює 5 МВт, розрахункова середньоексплуатаційна за год. приблизно 3,5 МВт.

Загальний вигляд СЕС-5 приведений на рис. 2.

Рис. 2. Загальний вигляд СЕС-5.

Оптична система СЕС-5 представляє собою кругове кільцеве поле геліостатів з внутрішнім і зовнішнім радіусами кільця 79 і 213 м відповідно. В кільцевому полі

розміщено 1600 геліостатів сумарною площею 40 тис. м². Геліостати згруповані в 20 кільцевих кругових рядів з перемінним кроком по радіусу між рядами. Розміщення геліостатів в сусідніх рядах шахове. Середній коефіцієнт заповнення земельної ділянки дзеркалами kзап=0,32. Ділянка землі, відведена під геліостати, має площу 0,12 км². Загальна площа забудови складає 0,15 км².

Проектування СЕС-5 так же, як і проектування ряду зарубіжних експериментальних СЕС, велось паралельно з розробкою обґрунтувань майбутніх промислових СЕС. Для СЕС-5 такою перспективою являється проект СЕС-200 (пізніше СЕС-320), розрахований на умови Криму. СЕС-5 розроблялася як модель одного із чотирьох модулів 50 МВт станції СЕС-200.

При підготовці цих проектів в 1977;1981 рр. проводилось математичне моделювання роботи дзеркальних систем СЕС, розглядалися різноманітні форми дзеркального поля і структури розміщення геліостатів.

Оптимальною, як і в дослідженнях зарубіжних авторів, визнана радіально-кругова шахова компоновка зі змінним радіальним кроком між концентричними рядами. Відмінність оптичної системи СЕС-5 від Solar-1 полягає в тому, що глобальна форма поля представляє собою правильне кругове кільце, а не еліпс.

Розрахунок дзеркального поля СЕС-5 проведений ЭНИНом і НПО «Солнце» АН ТССР. Конструкція геліостатів СЕС-5, які складаються із 45 дзеркальних фацет і мають площу 25,5 м², розроблена Проектно-конструкторським бюро Главэнергостроймеханизации і виготовлена Чеховським оптичним заводом Гідростальконструкція Міненерго СРСР з участю заводів Мінстанкопрому і Мінхіммашу. Відбивальна здатність дзеркал складає 0,71.

Башта з приймачем розташована в геометричному центрі кільцевого поля дзеркал. Висота башти складає 89 м. Приймальна поверхня у вигляді циліндра висотою 7 м і діаметром 7 м розміщена між відмітками висот 71 і 78 м. Номінальна температура теплоносія в приймачі 250 °C.

СЕС THEMIS

Будівництво експериментальної СЕС THEMIS організовано Electricite de France і Національним центром наукових досліджень. Будівництво велось з 1979 р. і обійшлось в 128 млн. фр., пуск станції відбувся в 1982 р.

СЕС THEMIS розрахована на номінальну електричну потужність 2,5 МВт. Загальний вигляд THEMIS представлений на рис. 3.

Рис. 3. Загальний вигляд СЕС THEMIS.

Дзеркальне поле складається з 201 геліостата загальною площею 10,8 тис м², розташоване на ділянці землі в 0,07 км². На відміну від усіх інших експериментальних проектів СЕС THEMIS розташована не на плоскій площадці, а на південному склоні, яким має нахил 15° до горизонту. Геліостати THEMIS розроблені фірмою Cethel (Франція), мають площу 53,7 м² і відбивальну здатність 0,90.

Приймач станції порожнинного типу з квадратним вхідним отвором 4 м х 4 м і глибиною 3,5 м розташований на відмітці 80 м башти загальною висотою 101,5 м. Плоскість вхідного отвору приймача нахилена на 30° від вертикалі в сторону дзеркального поля. Температура поверхні опромінених поверхонь приймача досягає 505 °C. В якості теплоносія використовують розплавлені солі.

СЕС Eurelios

СЕС Eurelios побудована поблизу Адрано на о. Сицилія (Італія). В її будівництві брали участь фірми Франції, Італії і ФРН під керівництвом комісії Європейського економічного товариства. Вартість будівництва — 11 млн. доларів. Станція введена в травні 1981 р.

Електрична потужність СЕС Eurelios 1 МВт. Дзеркальне поле цієї станції (рис. 4) має секторну форму і складається із геліостатів двох типів. В лівій (від башти) частині сектору розміщено 70 геліостатів фірми Cethel, кожен по 53,7 м². В правій частині сектору розміщено 112 геліостатів фірми МВВ (ФРН) по 21,8 м² кожен. Відбивальна здатність дзеркал геліостатів Cethel і МВВ складає, відповідно, 0,77 і 0,85.

Рис. 4. СЕС Eurelios

Загальна площа дзеркальної поверхні рівна 6,2 тис. м². Структура поля утворена прямолінійними рядами геліостатів (по лінії схід-захід). Крок між рядами підібраний відповідно розмірам кожного типу геліостатів і збільшується від башти до периферії поля.

Висота башти складає 55 м. На її вершині встановлений порожнинний приймач в формі циліндричної порожнини з вхідним отвором діаметром 1,5 м, плоскість якого нахилена на 20° від вертикалі в сторону поля геліостатів. Приймальна поверхня утворена спіральним трубчастим екраном, температура якого сягає 512 °C.

СЕС CESA-1

В Альмерії (Іспанія) створений центр геліотехнічних досліджень в склад якого входять три СЕС малої потужності. Дві з них, CESA-1 і CRS — баштового типу, третя DSC — модульного типу з параболоциліндричними концентраторами.

СЕС CESA-1 має потужність 1,2 МВт. Її будівництво обійшлось в 38 млн. марок ФРН і було організовано міністерством промисловості і енергетики. Керівництво проектом здійснював Інститут космічних досліджень і випробовувань ФРН. Спочатку ввід CESA-1 був запланований на кінець 1982 р., але через технічні неполадки в системі приймача був здійснений лише в 1984 р.

Дзеркальне поле CESA-1 (рис. 5) складається з 300 геліостатів фірми Martin Marietta Aerospace по 38 м² кожен з відбивальною здатністю 0,87, має сумарну площу дзеркальної поверхні 11,4 тис. м² і секторну форму. Геліостати розміщені прямолінійними рядами, як і в полі дзеркал Eurelios. Порожнинний приймач з площею вхідного отвору 11,6 м² встановлений на башті висотою 60 м і має температуру 520 °C.

Рис. 5. СЕС CESA-1.

СЕС CRS

СЕС CRS баштового типу має електричну потужність 0,5 МВт. Ця станція входить в склад Центру геліотехнічних досліджень, а Альмерії (рис. 6). Її будівництво обійшлось в 37 млн. марок ФРН. Станція була введена 21 вересня 1981 р.

Станція CRS має невелике дзеркальне поле, яке складається лише з 93 геліостатів по 39 м², із загальною площею дзеркальної поверхні 3,7 тис. м² і відбивальною здатністю 0,91. Поле має секторну форму і радіально-кругову шахову структуру розміщення геліостатів.

Порожнинний приймач з вхідним отвором 9,7 м² розміщений на башті висотою 43 м і виконаний у вигляді вертикально вигнутої циліндричної поверхні з кутом захвату 120°. Температура приймача складає 530 °C. Відмінна особливість проекту полягає в застосуванні двоконтурної теплової схеми з рідкометалічним натрієм в якості теплоносія, а першому контурі.

Рис. 6. СЕС CRS.

2. Розрахунок геліоустановки

2.1 Сумарна сонячна радіація, що надходить на горизонтальну і похилу поверхню а) величина сонячної енергії, що надходить на горизонтальну поверхню, у середньому за день місяця:

Н=Н0•(а+b•)•S•3,6•103,

Н — сумарна енергія на горизонтальній поверхні; Н0 — еталонне значення сумарної енергії, Н0=1360; S i S0 — дійсна й можлива тривалість сонячного сяйва відповідно, год.; а і b — сталі коефіцієнти.

Таблиця 2.1.1

Вихідні дані для розрахунків геліоустановки

За даними табл. 2.1.1 розраховуємо рівень сонячної енергії по місяцях, враховуючи, що 1 кВт•год=3,6 МДж. Результати записуємо у табл. 2.1.2.

Нб=1,36•103(0,3+0,5•)•5,9•3,6•103=16

Нк=1,36•103(0,33+0,54•)•7,8•3,6•103=24,1

Нт=1,36•103(0,36+0,59•)•9,3•3,6•103=32,5

Нч=1,36•103(0,38+0,59•)•10•3,6•103=36,1

Нл=1,36•103(0,39+0,61•)•9,9•3,6•103=36,6

Нс=1,36•103(0,37+0,58•)•9,4•3,6•103=32,7

Нв=1,36•103(0,33+0,54•)•7,2•3,6•103=22,2

Нж=1,36•103(0,29+0,51•)•5,7•3,6•103=15,8

Таблиця 2.1.2

Рівень сонячної енергії по місяцях,

б) рівень сонячної енергії, що надходить на похилу поверхню в середньому за день даного місяця:

Нт=Н•Rц

Rц — відношення середньомісячних денних приходів сумарної енергії на похилу й горизонтальну поверхні за певного кута нахилу (табл. 2.1.3).

Таблиця 2.1.3

Значення величини Rц

За даними табл. 2.1.3 розраховуємо середній щоденний рівень сонячної енергії, що відповідає кожному куту нахилу по місяцях. Результати заносимо у табл. 2.1.4.

Таблиця 2.1.4

Інтенсивність сонячної енергії на похилій поверхні в середньому за день місяця,

2.2 Денна питома теплопродуктивність геліоустановки

Q=FR•(Hi•(фб)•Rцi-UL•S•(Твх-Т0)•3,6•10−3),

де FR — коефіцієнт, пов’язаний з ефективністю перенесення тепла від пластини колектора до рідини, що відводить тепло, FR=0,89; (фб) — наведена поглинальна здатність, що враховує результуючий вплив оптичних властивостей матеріалів колектора, (фб)=0,7; UL — коефіцієнт теплових втрат, що враховує можливі сумарні втрати з одиниці площі колектора, UL= 6; S — дійсна тривалість сонячного сяйва; Т0 — температура навколишнього повітря; Твх — температура на вході в колектор:

Твх=,

Тб — температура води в баку-акумуляторі до кінця дня, Тб=358 К.

Твх==320,5 К Твх==325,5 К Твх==320,5 К Твх==325,5 К Твх==323 К Твх==323 К Твх==325,5 К Твх==320,5 К

Проводимо розрахунки денної питомої теплопродуктивності геліоустановки для кутів нахилу 20, 30, 40, 50 і 60 градусів і зводимо результати у табл. 2.2.1:

ц=20°

Q=0,89(16•0,7•1,22−6•5,9(320,5−283)3,6•10−3)=7,91

Q=0,89(24,1•0,7•1,12−6•7,8(320,5−283) 3,6•10−3)=11,19

Q=0,89(32,5•0,7•1,02−6•9,3(323−288) 3,6•10−3)=14,39

Q=0,89(36,1•0,7•0,99−6•10(325,5−293) 3,6•10−3)=16,02

Q=0,89(36,6•0,7•1−6•9,9(325,5−293) 3,6•10−3)=16,62

Q=0,89(32,7•0,7•1,07−6•9,4(325,5−293)3,6•10−3)=15,93

Q=0,89(22,2•0,7•1,19−6•7,2(323−288) 3,6•10−3)=11,61

Q=0,89(15,8•0,7•1,4−6•5,7(320,5−283) 3,6•10−3)=9,67

ц=30°

Q=0,89(16•0,7•1,29−6•5,9(320,5−283)3,6•10−3)=8,61

Q=0,89(24,1•0,7•1,16−6•7,8(320,5−283) 3,6•10−3)=11,79

Q=0,89(32,5•0,7•1,01−6•9,3(323−288) 3,6•10−3)=14,19

Q=0,89(36,1•0,7•0,96−6•10(325,5−293) 3,6•10−3)=15,34

Q=0,89(36,6•0,7•0,98−6•9,9(325,5−293) 3,6•10−3)=16,16

Q=0,89(32,7•0,7•1,08−6•9,4(325,5−293)3,6•10−3)=16,13

Q=0,89(22,2•0,7•1,25−6•7,2(323−288) 3,6•10−3)=12,44

Q=0,89(15,8•0,7•1,56−6•5,7(320,5−283) 3,6•10−3)=11,25

ц=40°

Q=0,89(16•0,7•1,33−6•5,9(320,5−283)3,6•10−3)=9

Q=0,89(24,1•0,7•1,18−6•7,8(320,5−283) 3,6•10−3)=12,09

Q=0,89(32,5•0,7•1,01−6•9,3(323−288) 3,6•10−3)=14,19

Q=0,89(36,1•0,7•0,95−6•10(325,5−293) 3,6•10−3)=15,12

Q=0,89(36,6•0,7•0,97−6•9,9(325,5−293) 3,6•10−3)=15,93

Q=0,89(32,7•0,7•1,09−6•9,4(325,5−293)3,6•10−3)=16,33

Q=0,89(22,2•0,7•1,26−6•7,2(323−288) 3,6•10−3)=12,58

Q=0,89(15,8•0,7•1,59−6•5,7(320,5−283) 3,6•10−3)=11,54

ц=50°

Q=0,89(16•0,7•1,36−6•5,9(320,5−283)3,6•10−3)=9,30

Q=0,89(24,1•0,7•1,2−6•7,8(320,5−283) 3,6•10−3)=12,39

Q=0,89(32,5•0,7•1,01−6•9,3(323−288) 3,6•10−3)=14,19

Q=0,89(36,1•0,7•0,94−6•10(325,5−293) 3,6•10−3)=14,89

Q=0,89(36,6•0,7•0,96−6•9,9(325,5−293) 3,6•10−3)=15,70

Q=0,89(32,7•0,7•1,09−6•9,4(325,5−293)3,6•10−3)=16,33

Q=0,89(22,2•0,7•1,28−6•7,2(323−288) 3,6•10−3)=12,86

Q=0,89(15,8•0,7•1,61−6•5,7(320,5−283) 3,6•10−3)=11,74

ц=60°

Q=0,89(16•0,7•1,4−6•5,9(320,5−283)3,6•10−3)=9,70

Q=0,89(24,1•0,7•1,21−6•7,8(320,5−283) 3,6•10−3)=12,54

Q=0,89(32,5•0,7•1,01−6•9,3(323−288) 3,6•10−3)=14,19

Q=0,89(36,1•0,7•0,94−6•10(325,5−293) 3,6•10−3)=14,89

Q=0,89(36,6•0,7•0,95−6•9,9(325,5−293) 3,6•10−3)=15,48

Q=0,89(32,7•0,7•1,1−6•9,4(325,5−293)3,6•10−3)=16,54

Q=0,89(22,2•0,7•1,31−6•7,2(323−288) 3,6•10−3)=13,27

Q=0,89(15,8•0,7•1,63−6•5,7(320,5−283) 3,6•10−3)=11,94

Таблиця 2.2.1

Денна питома теплопродуктивність геліоустановки,

Для вибору оптимального кута нахилу розраховуємо місячну питому теплопродуктивність.

2.3 Місячна питома теплопродуктивність геліоустановки

Q= Q•N•(p)S, ,

де N — кількість днів даного місяця; (p)S — забезпеченість (імовірність) сонячного сяйва у даний місяць. Дані розрахунків заносимо у табл. 2.3.1.

Таблиця 2.3.1

Місячна питома теплопродуктивність геліоустановки,

Отже, оптимальним кутом буде кут 60°, оскільки теплопродуктивність за сезон при цьому куті найбільша.

2.4 Необхідна кількість енергії для нагрівання води за місяць

Q= Q•N, МДж, де Q — необхідна кількість енергії для нагрівання води за місяць; Q — необхідна кількість енергії для нагрівання води у день, Q=260; N — кількість днів у місяці. Результати обрахунку заносимо у табл. 2.4.1.

Q=260•31=8060 МДж Q=260•31=8060 МДж

Q=260•30=7800 МДж Q=260•31=8060 МДж

Q=260•31=8060 МДж Q=260•30=7800 МДж

Q=260•30=7800 МДж Q=260•10=2600 МДж Таблиця 2.4.1

Необхідна кількість енергії для нагрівання води за місяць,

2.5 Необхідна площа геліоустановки у кожному місяці

А=

де — А площа геліоустановки, м²;

Qнеобхідна кількість енергії для нагрівання води в день, ;

Qденна питома теплопродуктивність геліоустановки, .

Розраховуємо необхідну площу геліоустановки у кожному місяці за оптимального кута нахилу.

Результати заносимо у табл. 2.5.1.

Аб==26,8 м² Ал==16,8 м²

Ак==20,7 м² Ас==15,7 м²

Ат==18,3 м² Ав==19,6 м²

Ач==17,5 м² Аж==21,8 м²

Таблиця 2.5.1

Необхідна площа геліоустановки у кожному місяці, м²

За необхідною площею геліоустановки визначаємо кількість сонячних колекторів, приймаючи, що один колектор опалювального устаткування має площу S=1,2 м². Приймаємо парну кількість колекторів для сполучення їх за паралельно-послідовною схемою.

Результати зводимо у табл. 2.5.2.

Таблиця 2.5.2

Необхідна кількість колекторів у кожному місяці

2.6 Оцінка енергетичних показників системи гарячого водопостачання Для вибору оптимальної площі робимо оцінку енергетичних показників кожного варіанта, тобто розглядаємо енергетичні показники для кожної площі, рекомендованої в табл. 2.5.2.

2.6.1 Коефіцієнт використання потенційної енергії

Цей коефіцієнт необхідний для оцінки оптимального кута нахилу геліоустановки. Оскільки кут нахилу прийнятий з умови максимального вироблення теплової енергії, то за оптимізації площі геліоустановки використання потенційної енергії не досліджуємо. Однак оцінюємо частку потенційної енергії, яка використовується геліоустановкою за прийнятого оптимального кута нахилу:

К=,

де — сума інтенсивностей сонячної енергії на похилій поверхні за оптимального кута нахилу в середньому за день місяця у проміжку березень-жовтень; - сума інтенсивностей сонячної енергії на похилій поверхні за найближчого до оптимального кута нахилу в середньому за день місяця у проміжку березень-жовтень.

К= =1,01

Отже, за прийнятого нами оптимального кута нахилу (60°) енергія буде повністю використовуватися геліоустановкою.

2.6.2 Коефіцієнт використання енергії, яка виробляється геліоустановкою К= ,

де Qкор — корисна енергія, яка використовується. Її ухвалюємо з умов:

Qкор = ,

де Qв — вироблена енергія геліоустановки, МДж;

Q — необхідна енергія, Q=260 МДж.

Qв = А• Q

Якщо Q? Qв, то коефіціент К=1, тому що уся вироблювана енергія використовується споживачем.

Цей коефіцієнт і вироблену енергію геліоустановкою розраховуємо для кожного місяця за різної площі геліоустановки. Розрахунки заносимо у табл. 2.6.1.

Таблиця 2.6.1

Вироблена енергія і коефіцієнт використання енергії, яка виробляється геліоустановкою

Згідно наших розрахунків найбільший коефіцієнт використання енергії, яка виробляється геліоустановкою становить 0,99 для площі 16,8 м². Отже, ця площа за цим критерієм буде оптимальною.

2.6.3 Коефіцієнт забезпеченості споживача сонячною енергією К==• К Розрахунки також проводимо для кожного місяця за різної площі геліоустановки. Результати розрахунків зводимо у табл. 2.6.2.

Таблиця 2.6.2

Коефіцієнт забезпеченості споживача сонячною енергією

Згідно наших розрахунків найбільший коефіцієнт забезпеченості споживача сонячною енергією становить 0,99 для площі 26,4 м². Отже, за цим критерієм ця площа буде оптимальною.

2.6.4 Коефіцієнт заміщення необхідної енергії

Використання сонячної енергії унеможливлює повністю замінити традиційне джерело енергії й відмовитися від органічного палива через нерівномірне надходження енергії. Коефіцієнт заміщення для кожного місяця за різної площі геліоустановки розраховується з урахуванням ймовірності сонячного сяйва:

ѓгу= К• рі(S),

де рі(S) — забезпеченість тривалості сонячного сяйва в місяці;

К — коефіцієнт забезпеченості споживача сонячною енергією для кожного місяця. Результати розрахунків зводимо у табл. 2.6.3.

Таблиця 2.6.3

Коефіцієнт заміщення необхідної енергії

Згідно наших розрахунків найбільший коефіцієнт заміщення необхідної енергії становить 0,56 для площ 21,6 м² і 26,4 м² і тому з точки зору економії під час покупки і розмірів геліоустановки оптимальною площею, згідно з цим критерієм, ми приймаємо площу 21,6 м². Отже, енергетичні показники геліоустановки дають змогу об'єктивно оцінити можливості використання сонячної енергії з урахуванням її режимів надходження й вимог, які пред’являє споживач. Ці показники — основні, але не достатні чинники для оптимізації параметрів системи сонячного теплопостачання. Остаточне технічне рішення слід приймати на основі порівняльного аналізу економічних показників різних варіантів використання геліоустановки.

2.7 Оцінка економічної ефективності використання геліоустановки й визначення оптимальної площі

Для визначення оптимальної площі геліоустановки порівняємо економічні показники і її ефективність за сезон за різної площі геліоустановки.

2.7.1 Кількість корисно вироблюваної енергії й зекономленого палива за сезон

Q= Q• ѓгу, МДж, де Q — корисна енергія, яка використовується за сезон, МДж;

Q — необхідна енергія за сезон, МДж;

ѓгу — коефіцієнт заміщення необхідної енергії. Результати розрахунків зводимо у табл. 2.7.1.

Таблиця 2.7.1

Кількість корисно вироблюваної енергії, МДж

?ВТ=, т у.п.,

де ?ВТ — кількість зекономленого палива, т у.п.;

Q — теплотворна здатність умовного палива, Q= 29 330 ;

зек — експлуатаційний коефіцієнт корисного використання палива, для рідкого палива зек=0,4. Результати розрахунків заносимо у табл. 2.7.2.

Таблиця 2.7.2

Кількість зекономленого палива, т у.п.

2.7.2 Ефективність геліоустановки за енергетичними витратами Витрачена кількість енергії на створення геліоустановки певної площі:

Егу= Е•А=5700•А, МДж, де Е — загальні енергетичні витрати на 1 м² площі геліоустановки; Е=5700; площа геліоустановки м².

Ефективність енерговитрат:

r==

Період окупності геліоустановки:

Т=, років Результати розрахунків зводимо у табл. 2.7.3.

Егу=5700•16,8=95 760 МДж r==2,43

Егу=5700•19,2=109 440 МДж r==2,28

Егу=5700•21,6=123 120 МДж r==2,1

Егу=5700•26,4=150 480 МДж r==1,74

Т==0,41 року Т==0,44 року Т==0,48 року Т==0,57 року Таблиця 2.7.3

Енергетичні показники геліоустановки

Зробивши оцінку економічної ефективності і використання геліоустановки вибираємо оптимальну площу геліоустановки. Найбільша кількість корисної енергії, яка використовується за сезон становить 262 080 МДж для площі 26,4 м², також для цієї площі найбільша кількість зекономленого палива за сезон — 22,34 т. Але на створення геліоустановки такою площею потрібно затратити найбільше енергії, а саме 150 480 МДж. Ефективність енерговитрат для цієї площі найменша — 1,74 і найбільший період окупності - 0,57 року.

Натомість площа 21,6 м² має непогані характеристики. Кількість корисної енергії, яка використовується за сезон для неї становить 258 585,6 МДж, що не дуже відрізняється від попередньої площі. Також не дуже відрізняється кількість зекономленого палива — 22,05 т. На створення геліоустановки такою площею треба затратити меншу кількість енергії, а саме 123 120 МДж, ефективність енерговитрат у неї краща — 2,1 і менший період окупності - 0,48 року.

Отже, врахувавши все вище перелічене і попередньо розраховані критерії вибираємо оптимальною площею геліоустановки площу 21,6 м².

Висновок В даній курсовій роботі було проведено розрахунок геліоустановки, яка призначена на роботу протягом певного періоду, а саме з 1 березня по 10 жовтня. Необхідна кількість енергії для гарячого водопостачання становить 260 МДж на добу.

Ми розрахували сумарну кількість сонячної енергії, що надходить на горизонтальну й похилу поверхню у середньому за день даного місяця, денну і місячну питому теплопродуктивність геліоустановки для різних значень кутів нахилу, а пізніше вибрали оптимальний кут нахилу, значення якого 60°. Також обчислили необхідну кількість енергії для нагрівання води за місяць.

Далі розрахували необхідну площу геліоустановки у кожному місяці і отримали 4 варіанти площ, серед яких пізніше вибрали одну оптимальну, зробивши оцінки енергетичних показників системи гарячого водопостачання і економічної ефективності використання геліоустановки. В результаті вибрали оптимальну площу геліоустановки, яка становить 21,6 м².

Список використаної літератури

1. Ахмедов Р. Б., Баум И. В., Пожарнов В. А., Чаховский В. М. Солнечные электрические станции, 2008. — 121 с.

2. Харченко Н. В. Индивидуальные солнечные установки. — М.: Энергоатомиздат, 2010. — 208 с.

3. Константиновский Ю. А., Рабинович М. Д., Ферт А. Р. Использование солнечной энергии для теплоснабжения зданий / под ред. Э. В. Сарнацкого. — К.: Будивэльник, 1985. — 104 с.

4. Авезов Р. Р., Орлов А. Ю. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. — Ташкент: Фан, 2008. — 288 с.

5. Валов М. И., Казанджан Б. И. Системы солнечного теплоснабжения. — М.: МЭИ, 2011.