Министерство образования Республики Беларусь

Учебно-методическое объединение вузов Республики Беларусь

по образованию в области энергетики и энергетического оборудования

НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

Учебная программа

для высших учебных заведений по специальности

1-43 01 06 Энергоэффективные технологии и энергетический

менеджмент 2

СОСТАВИТЕЛИ:

Ю.К. Кривошеее, доцент кафедры ЮНЕСКО «Энергосбережение и возоб­ новляемые источники энергии» Белорусского национального технического университета, кандидат физико-математических наук, доцент;

А.Б. Сухоцкий, доцент кафедры энергосбережения, гидравлики и теплотех­ ники учреждения образования «Белорусский государственный технологиче­ ский университет», кандидат технических наук, доцент.

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Кафедра энергофизики Белорусского государственного университета (протокол № 12 от 05.06.2009 г.);

А.Г. Трифонов, заведующий лабораторией 07 Государственного научного учреждения "Объединенный институт энергетических и ядерных исследова­ ний" Национальной Академии наук Беларуси, доктор технических наук

РЕКОМЕНДОВАНА К УТВЕРЖДЕНИЮ В КАЧЕСТВЕ ТИПОВОЙ:

Кафедрой ЮНЕСКО «Энергосбережение и возобновляемые источники энер­ гии» Белорусского национального технического университета (протокол № 6 от 05.01.2009 г.);

Кафедрой энергосбережения, гидравлики и теплотехники учреждения обра­ зования «Белорусский государственный технологический университет»

(протокол № 5 от 03.02.2009 г.);

Научно-методическим советом учреждения образования «Белорусский госу­ дарственный технологический университет» (протокол № 9 от 29.06.2009 г.);

Учебно-методическим объединением вузов Республики Беларусь по образо­ ванию в области энергетики и энергетического оборудования (протокол № 29 от 16.11.2009 г.) Ответственные за редакцию В.Г. Баштовой, В.И. Володин Ответственный за выпуск

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа разработана в соответствии с образовательным стандартом ОСРБ 1-43 01 06-2007 по специальности 1-43 01 06 «Энергоэффек­ тивные технологии и энергетический менеджмент».

1.1. Актуальность изучения учебной дисциплины и ее роль в профессиональной подготовке выпускников Важную роль в экономическом развитии Беларуси играет энергетика область промышленности, науки и техники, охватывающая энергетические ресурсы, производство, передачу, преобразование, аккумулирование, распре­ деление и потребление различных видов энергии. Поэтому подготовка спе­ циалистов с квалификацией инженер - энергоменеджер является актуальной народнохозяйственной задачей.

Собственная сырьевая база Беларуси не в состоянии удовлетворить те­ кущие и перспективные потребности народного хозяйства республики по то­ пливно-энергетическим ресурсам. Добываемая в РБ нефть, торф и древесное топливо обеспечивают около 15-17% необходимого потребления в топливе.

Остальное топливо импортируется и поэтому Беларусь имеет постоянную сырьевую зависимость от экспортных поставок, влияющую на стоимость и конкурентоспособность продукции белорусских предприятий. Таким обра­ зом, необходимым этапом подготовки инженера - энергоменеджера является изучение дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энер­ гии».

1.2. Цель и задачи изучения учебной дисциплины Цель изучения дисциплины заключается в формировании у студен­ тов знаний о технически возможном потенциале возобновляемых и нетради­ ционных источников энергии, о принципах работы устройств по преобразо­ ванию нетрадиционных энергоресурсов, о способах реализации энергоэф­ фективных технологий на их базе.

Основными задачами являются:

• изучение состояния и перспектив использования возобновляемых и не­ традиционных источников энергии и возможность их вовлечения в струк­ туру топливно-энергетического комплекса РБ;

• изучение конструкции устройств и систем преобразования нетрадицион­ ных и возобновляемых источников энергии.

1.3. Требования к уровню освоения содержания учебной дисципли­ ны.

После изучения дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые ис­ точники энергии» выпускник должен - физические процессы, лежащие в основе использования возобновляе­ мых источников энергии;

- технически возможный потенциал возобновляемых источников энер­ - принципы работы нетрадиционных энергоисточников;

- принципы работы, достоинства и недостатки систем солнечного отопле­ ния и горячего водоснабжения;

- принципы работы, достоинства и недостатки солнечных электробатарей и систем естественного освещения помещений;

- принципы работы, достоинства и недостатки малых гидроэлектростан­ ций;

- принципы работы, достоинства и недостатки ветроустановок;

- принципы работы, достоинства и недостатки термохимической, биохи­ мической и агрохимической переработки биомассы;

- принципы работы, достоинства и недостатки геотермальных устройств утилизации тепла;

- принципы работы, достоинства и недостатки аккумулирующих систем, применяемых в большой энергетике, - осуществлять выбор нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для замещения невозобновляемых энергоресурсов;

- производить расчеты устройств, обеспечивающих использование возоб­ новляемых источников энергии;

- оценивать эффективность внедренных технических решений и перспек­ тивность их применения на конкретных объектах;

- рассчитывать термодинамические характеристики гелиоколлектора;

- определять рабочие параметры солнечного элемента;

- рассчитывать энергетические параметры турбины и ветроустановки;

- рассчитывать основные параметры газогенератора и метантенка;

- рассчитывать термодинамические характеристики термосифона;

- рассчитывать основные параметры аккумулирующих систем.

1.4. Характеристика методов обучения Реализация данной программы предусматривает широкое использова­ ние знаний студентов, полученных при изучении предшествующих дисцип­ лин: математики, физики, химии, гидрогазодинамики и термодинамики с ис­ ключением дублирования, и предполагает эффективное использование сле­ дующих видов учебного процесса: лекции, практические занятия, лаборатор­ ные работы, а также ведение самостоятельной работы студентов во всех ви­ дах учебного процесса.

1.5. Структура содержания учебной дисциплины Изучение дисциплины «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» максимально рассчитано на 189 часов. Для специализаций 1-43 01 06 01, 1-43 01 06 03, 1-43 01 06 04, 1-43 01 06 06 предусмотрено аудиторных часов, в том числе лекций - 52 часа, практических занятий - часов, лабораторных занятий - 16 часов. Для специализаций 1-43 01 06 02, 1-43 01 06 05 предусмотрено 84 аудиторных часа, в том числе лекций - часов, практических занятий - 18 часов, лабораторных занятий -16 часов.

ПРИМЕРНЫЙ ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ДИСЦИПЛИНЫ

«НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИ­

КИ ЭНЕРГИИ» ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОСТИ

1-43 01 06 «Энергоэффективные технологии и энергетический менеджмент»

СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА

Раздел 1 Введение. Основные понятия и определения Источники энергии. Основные понятия. Современное состояние топлив­ но-энергетического комплекса РБ. Потенциал местных ископаемых энерго­ ресурсов РБ. Особенности использования возобновляемых источников энер­ гии.

Солнечное излучение и его основные параметры. Воздействие земной ат­ мосферы на солнечное излучение. Парниковый эффект. Определение направ­ ления солнечного излучения.

Направления использования солнечной энергии. Тепловое направление.

Пассивные и активные системы солнечного отопления. Виды теплоносителя и способы его циркуляции. Типы гелиоколлекторов. Тепловой баланс гелиоколлектора. Конструкции поглощающих панелей коллектора. Селективные поверхности. Концентрирующие гелиоколлектора. Расчет максимальной температуры концентрирующего теплоприемника. Типы гелиосистем. Сол­ нечный абсорбер. О целесообразности применения гелиосистем в РБ. Другие тепловые способы использования солнечной энергии: сушка зерна и охлаж­ дение воздуха.

Фотоэлектрическая генерация. Токи р-n перехода. Вольт-амперная харак­ теристика солнечного элемента. Конструкция и недостатки солнечных эле­ ментов. Потери энергии и методы повышения эффективности солнечных элементов. Материалы солнечных элементов. Использование солнечной энер­ гии в космосе.

Прямое использование солнечной энергии. Световод.(**) Биологический и химический способы использования солнечной энергии.

Характеристики электрического поля Земли. Технологии использования электрического поля Земли.(**) Особенности использования и потенциал гидроэнергетических ресурсов Республики Беларусь. Конструкция ГЭС. Режимы работы и принципиальные схемы малых ГЭС. Типы и основные энергетические параметры гидравличе­ ских турбин. Турбина Пельтона, расчет ее максимальной мощности и основ­ ных размеров. Типы реактивных турбин. Основное энергетическое уравнение турбины. Основы теории подобия турбин. Коэффициент быстроходности.

Особенности эксплуатации гидравлических турбин. Выбор типа турбины.

Гидравлический таран. Явление гидравлического удара. Теория гидравли­ ческого тарана. Технические параметры гидротаранной установки. Пределы применения таранных установок.(**) Происхождение и типы ветровых потоков. Конструкция ветроустановки и ее основные технические параметры. Типы ветроколес, коэффициент быст­ роходности. Теория идеального ветроколеса (коэффициент торможения, ко­ эффициент использования мощности). Работа поверхности при действии на нее ветра. Работа крыльчатого ветрового колеса. Классификация ветродвига­ телей по принципу работы. Причины недостаточного использования ветро­ вой энергии, аэродинамические потери. Способы повышения эффективности работы ветроустановок. Эффект Магнуса. Целесообразность использования энергии ветра в РБ.

Классификация биотоплива. Фотосинтез и круговорот биомассы в приро­ де. Характеристики топлива. Способы переработки биотоплива. Источники и способы утилизации биотоплива (древесного топлива, энергетического топ­ лива, сельскохозяйственных и животноводческих отходов, промышленных и бытовых отходов, торфа) и сланцев. Энергетические фермы, их преимущест­ ва и недостатки.

Технологии сжигания биотоплива. Основные виды топочных процессов (слоевые и камерные). Особенности процесса сжигания древесного топлива.

Неглубокая переработка древесного топлива - получение щепы, древесных брикетов и гранул. Сжигание соломы и торфа.

Пиролиз. Схема установки для осуществления пиролиза. Процесс газифи­ кации топлива. Продукты пиролиза. Конструкции газогенераторов (слоевые, вихревые, с твердым теплоносителем), достоинства и недостатки. Другие термохимические способы переработки топлива. Целесообразность промыш­ ленного освоения торфа и горючих сланцев в РБ.

Анаэробное и аэробное сбраживание. Конструкция метантенков и расчет их технических параметров. Получение биогаза в метантеках. Целесообраз­ ность утилизации животноводческих отходов.

Спиртовая ферментация, виды сырья для получения спиртов и технология их подготовки.

Тепловой режим земной коры. Источники геотермального тепла. Исполь­ зование геотермальной энергии для теплоснабжения.

Тепловая труба: принцип действия, конструкция, области работы. Расчет термосифона.

Цели и задачи аккумулирования энергии. Типы аккумуляторов и области их применения. Классификация тепловых аккумуляторов. Энергетический баланс аккумулятора. Тепловое аккумулирование. Химическое, электрохими­ ческое и механическое аккумулирование энергии. Системы аккумулирования.

Способы использования энергии сжатого природного газа Энергия волн. Волновое движение. Энергия и мощность волны. Устрой­ ства для преобразования энергии волн. Энергия приливов. Причины возник­ новения приливов. Мощность приливных течений. Преобразование тепловой энергии океана.

Водород и его свойства. Общие понятия о топливном элементе и элек­ трохимическом генераторе. Основные характеристики топливных элементов.

Типы топливных элементов.

Раздел 11. Экологические и экономические проблемы нетрадиционной Воздействие объектов энергетики на окружающую среду. Экономические аспекты создания оборудования для эксплуатации нетрадиционных и возоб­ новляемых источников энергии.

Последствия развития солнечной энергетики, биоэнергетических устано­ вок, гидроэнергетики, ветроэнергетики и геотермальной энергетики.

ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

1. Направление прямого солнечного излучения. Параметры пассивной системы солнечного отопления.

2. Тепловой баланс гелиоколлектора и способы циркуляции теплоносите­ ля в системе солнечного отопления.

3. Расчет коэффициента тепловых потерь солнечного коллектора.

4. Фотоэлектрическая батарея.

5. Активные гидравлические турбины.

6. Реактивные гидравлические турбины.

7. Ветродвигатели.

8. Газогенератор и метантенк.

9. Термосифон.

10.Тепловые и механические аккумуляторы

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

Преобразование солнечной энергии в тепловую Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую Определение коэффициента полезного действия световода** Определение коэффициента полезного действия гидравлического тарана Преобразование энергии воздушного потока в электрическую Исследование подъемной силы лопасти ветряка** Исследование состава генераторного газа Определение термодинамических параметров термосифона Изучение работы тепловой трубы(*).

Изучение пневмоаккумуляторов.

Основы водородной энергетики. Топливный элемент.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Ермашкевич, В.Н. Возобновляемые источники энергии Беларуси:

прогноз, механизмы реализации. Учебн. пособие / В.Н. Ермашкевич, Ю.Н.

Румянцева. - Минск: НО ООО «БИП-С», 2004. - 121 с.

2. Твайделл, Дж. Возобновляемые источники энергии / Дж. Твайделл, А. Уэйр. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 392 с.

3. Калашников, Н.П. Альтернативные источники энергии / Н.П. Калаш­ ников. - М.: О-во «Знание», 1987.

4. Коваленко, Э.П. Возобновляемые источники энергии и возможности их использования в Беларуси / Э.П. Коваленко. - Минск, 1995. - 137 с.

5. Магомедов, A.M. Нетрадиционные возобновляемые источники энер­ гии / A.M. Магомедов. - Махачкала: ИПО «Юпитер», 1996. - 245 с.

6. Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.

Курс лекций / abes.ime.mrsu.ru/studies/nrps/nrps.htm 7. Республиканская программа энергосбережения на 2006-2010 годы (Утверждена Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от февраля 2006 г. № 137) 8. Государственная комплексная программа модернизации основных про­ изводственных фондов Белорусской энергетической системы, энергосбережения и увеличения доли использования в республике собственных топливноэнергетических ресурсов на период до 2011 года. (Утверждена Указом Пре­ зидента Республики Беларусь от 15 ноября 2007 г. № 575) 9. Бринкворт, Б. Солнечная энергия для человека /Б. Бринкворт. Пер. с англ. В.Н. Оглоблева. Под ред. и предисл. Б.В. Тарнижевского. - М.: Мир, 1976.-291 с.

10. Андреев, В.М. Фотоэлектрическое преобразование концентрирован­ ного солнечного излучения / В.М. Андреев, В.А. Грилихес, В.Д. Румянцев. Л.: Наука, 1989.-310 с.

11. Бойлс, Д. Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки / Д.

Бойлс. -М.: Агропромиздат, 1987.

12. Головков, СИ. Энергетическое использование древесных отходов / СИ. Головков, И.Ф. Коперин, В.И. Найденов. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. с.

13. Лямин, В.А. Газификация древесины / В.А. Лямин. - М.: Лесн. промсть, 1967.-263 с.

14. Вавилов, А.В. Малая энергетика на биотопливе / А.В. Вавилов, Г.И.

Жихар, Л.П. Падалко и др. - Мн.: УП «Технопринт», 2002. - 248 с.

15. Государственная программа «Торф» на 2008-2010 годы и на период до 2020 года (Утверждена Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 23 января 2008 г. № 94).

16. Карелин В.Я. Сооружение и оборудование малых гидроэлектростан­ ций / В.Я. Карелин, В.В. Волшаник - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 200 с.

17. Шефтер, Я.И. Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты / Я.И.

Шефтер, И.В Рождественский. - М.: Колос, 1967. - 376 с.

18. Коробков, В.А. Преобразование энергии океана / В.А. Коробков. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1991. - 343 с.

19. Берман, Э. Геотермальная энергия / Э. Берман. Пер. с англ. - М.: Мир, 1978.-192 с.

20. Бекман, Г. Тепловое аккумулирование энергии: Пер. с англ. / Г. Бекман, П. Гилли. - М.: Мир, 1987. - 272 с.

21. Гюнтер, Л.И. Метантенки / Л.И. Гюнтер, Л.Л. Гольдфарб. - М.:

Стройиздат, 1991. - 129 с.