авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКА: ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ...»

-- [ Страница 5 ] --

В работе [3] убедительно показана возможность синтеза ультра дисперсных фаз системы C-N, в том числе ковалентного нитрида уг лерода. Однако продукт загрязнен плотными углеродными фазами, такими как многослойные углеродные нанотрубы MWCNT, ультра дисперсный алмаз, а также фазами на основе вольфрама. Если угле родные фазы могут быть удалены из продукта синтеза путем термиче ского воздействия [4], то очистка нитрида углерода от фаз на основе вольфрама представляется затруднительной.

Настоящая работа посвящена созданию конструкции КМПУ, генерирующего гиперскоростную струю электроразрядной плазмы без примесей материала центрального электрода. Предложено использо вание графитового наконечника центрального электрода в зоне фор мирования сильноточной плазменной структуры типа Z-пинч.

При проведении опытов 1-5 электропитание ускорителя осуще ствлялось от емкостного накопителя энергии при зарядном напряже нии Uзар=2,0 кВ и емкости конденсаторов С1=4,8 мФ. Основные энер-гетические параметры, а также амплитуды токов и напряжения при проведении опытов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Основные параметры серии опытов 1- № опы- W, W/V, U, кВ I, кА P, МВт та кДж кДж/см 1 1,22 37,5 40 7,5 1, 2 1,1 36,8 36,3 6,97 1, 3 1,26 36,8 37,7 7,24 1, 4 1,24 36,8 35,77 7,26 1, 5 1,22 37,5 40 7,5 1, Итогом проведения в каждом из опытов стало получение черно го ультрадисперсного порошка, осевшего на стенках камеры, с массой mп0,2г с включениями крупных (до 1 мм) кусков графита.

Синтезированный материал без какой-либо предварительной подготовки анализировался методом рентгеновской дифрактометрии (XRD). Анализ проводился на рентгеновском дифрактометре -излучение). На рис. 1 приведена дифрак Shimadzu XRD6000 (CuK то-грамма ультрадисперсного продукта.

Рис. 1. Рентгеновская дифрактограмма продукта синтеза Характер спектра типичен для многофазной системы кристал лических фаз. При этом на интервале 2=17…19 град. имеется широ кий перегиб интенсивности, что указывает на присутствие в продукте аморфного вещества. Этот факт обусловлен, как видимо, наличием в полученном порошке исходного материала – аморфного углерода в виде сажи.

Картина дифракции анализировалась при помощи программного пакета PowderCell 2.4 и базы структурных данных PDF4+. Результаты полнопрофильного анализа приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты полнопрофильного анализа рентгеновского дифракцион ного спектра ультрадисперсного продукта Параметр решетки, № Кристаллическая Содержание, ОКР, d/d· п/п фаза % (масс) nm эксп. PDF а =2,4320 2, gC 1 85,48 12,89 2, с =6,7377 6, P6-3mc {186} а =6,5543 6, C 3 N 2 11,83 10,16 5, с =4,7609 4, P31c {159} а =5,1247 5, Fe 3 O 3 0,96 12,75 2, с =13,6163 13, I 4/m 2/m 2/m {139} а =2,9000 3, FeC 4 1,73 9,68 4, с =3,0293 3, R-3 2/c {167} При этом рассматривались эталонные спектры фаз, образование которых возможно в рассматриваемой системе, а также расчетные спектры фаз гипотетического нитрида углерода C3N4.

Полученные данные показали наличие в продукте следующих кристаллических фаз: ультрадисперсный графит gC (пространствен ная группа P6-3mc {186});

нитрид углерода (пространственная группа aC3N4 P31c {159}), а также незначительное количество (2-3 % масс) фаз на основе железа - Fe3O3 (пространственная группа I 4/m 2/m 2/m {139}) и FeC (пространственная группа R-3 2/c {167}).

Доминирование графита в продукте вполне естественно ввиду частичного разрушения наконечника центрального электрода, выпол ненного из этого материала.

Причина наличия фаз на основе железа (Fe3O3 и FeC) выясни лась при разборке конструкции ускорителя. Оказалось, что между стальным хвостовиком центрального электрода и стволом в полостях неплотно прилегающих поверхностей корундового изолятора и гра фитового электрода происходило горение заряда. Это и обусловило электроэрозию металла.

Присутствие в продукте фазы гипотетического нитрида углеро да aC3N4 является вполне вероятным в рассматриваемой системе [3], а его низкое содержание обусловлено, как видимо, значительно низки ми относительно предыдущих опытов энергетическими параметрами плазменного выстрела [3].

Судя по средним значениям областей когерентного рассеяния (ОКР), все фазы нанодисперсны. Некоторые различия полученных значений параметров элементарных ячеек от эталонных (PDF4+) мо гут быть объяснены наличием микронапряжений Dd/d (таблица 2), а для фазы aC3N4 помимо этого – использованием расчетного спектра гипотетической фазы [5].

Таким образом, по данным XRD можно утверждать о синтезе ультрадисперсного графита, карбида и оксида железа, а также выдви нуть предположение о возможности синтеза a-фазы ковалентного нитрида углерода. Однако для получения более точных данных о на личии фазы aC3N4 в следующих опытах планируется провести повы шение энергетических параметров системы, а также канала формиро вания разряда между стальным хвостовиком центрального электрода и стволом.

ЛИТЕРАТУРА 1. Корсунский Б.Л., Пепекин В.И. На пути к нитриду углерода // Успехи химии. - 1997. Т. 66. - № 11. - С. 1003 - 1014.

2. Пат. 2150652 РФ. 7F41B 6100. Коаксиальный ускоритель / Сив ков А. А. Заявлено 24. 02. 1999;

Опубл. 10. 06. 2000.

3. Сивков А.А., Найден Е.П., Пак А.Я. Динамический синтез ульт радисперсных кристаллических фаз системы C-N. // Сверхтвер дые материалы, 2009, - № 5. - С. 22-30.

4. Sivkov A.A., Pak A.J., Rakhmatullin I.A., Tarbokov V.A. FTIR Studies of Ultradispersed C-N System’s Crystalline Phases //10th In ternational Conference on Modification of materials with Particle Beams and Plasma Flows: Proceedings - Tomsk, 2010. - Tomsk:

Publishing House of the IOA SB RAS, 2010. - С. 736-739.

5. Teter D.M., Hemley R.J. Low-Compressibility Carbon Nitrides // Science. 1996. V. 271. P. 53–55.

Научный руководитель: А.А. Сивков, д.т.н., профессор, ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

УМЕНЬШЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОГО ИЗНОСА СТВОЛА КОАКСИАЛЬНОГО МАГНИТОПЛАЗМЕННОГО УСКОРИТЕЛЯ ПРИ МЕТАНИИ МАКРОТЕЛ ЗА СЧЕТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СИСТЕМЫ ШУНТИРОВАНИЯ РАЗРЯДА И.И. Шаненков, Ю.Л. Колганова.

Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 7А Характерной особенностью кондукционных электродинамиче ских ускорителей с плазменным поршнем является сильная электри ческая эрозия поверхности электродов в ускорительном канале (УК) [1]. При электродинамическом ускорении электроэрозионной плазмы с целью получения порошкообразных материалов и нанесения раз личных функциональных покрытий, это явление носит позитивный характер [3]. При ускорении твердых тел это явление носит негатив ный характер, так как препятствует получению высоких, теоретически прогнозированных, скоростей метания из-за накопления и вовлечения в движение большой “паразитной” эродированной массы, а так же ис ключает повторное использование ствола 1. В связи с этим исследова ние и способов уменьшения электроэрозионного износа поверхности УК КМПУ является актуальной задачей.

ВФУ- i i C V i i K i K 8" i i 8' б) a) Рис. 1. Схема, устройство и принцип действия КМПУ: а) исходное состояние, б) работа ускорителя. 1.Центральный электрод. 2.Электрод-ствол.

3.Изолятор центрального электрода. 4.ЭВП. 5.Индуктор. 6.Метаемое тело.

7.Шунтирующий электрод. 8.Плазменная структура сильноточного разряда (8' плазменный жгут-Z пинч, 8"-круговая плазменная перемычка). ВФУ-1 -камера высоко-скоростной фотоустановки.

В данной работе рассматривается коаксиальный магнитоплаз менный ускоритель (КМПУ), имеющий более высокий к.п.д. преобра зования электромагнитной энергии в кинетическую энергию метаемо го тела (МТ). Принципиальная схема представлена на рис. 1, а прин цип действия ускорителя описан в [2].

В исходном состоянии вершина центрального электрода 1 (рис.

1) электрически соединена с цилиндрической поверхностью УК в начале ствола пучком электровзрывающихся проводников (ЭВП) 4.

Такая конструкция узла центрального электрода и фонтанообразная конфигурация пучка ЭВП обеспечивают формирование плазменной структуры сильноточного дугового разряда типа Z-пинч 8 (рис. 1б) с круговой плазменной перемычкой 8 Д яуи еи сатвйд н. л слн я троо и а мики, за счет использования электротермохимического механизма преобразования энергии, канал в изоляторе у вершины центрального электрода (рис. 1а) заполнялся водородонасыщенным газогенериру ющим веществом (ГГВ) - техническим вазелином или трансформа торным маслом.

б) U, кВ а) U, кВ 2.0 2. 1.0 1. t, мкс t2 t3 t1 t2 100 t,мкс 0 t 50 i, кА i, кА Рис. 2. Осциллограммы напряжения U(t) и тока i(t): а) при полном импульсе тока, б) с шунтированием разряда в УК.

В момент времени t=0 (рис. 1) замыкается цепь электропитания и по обозначенному стрелками контуру начинает протекать рабочий ток i(t) (рис. 2). В момент t1 происходит электровзрыв проводников, сопровождающийся электровзрывным импульсом напряжения. Этот момент принят за начало работы ускорителя. По мере формирования плазменной структуры разряда напряжение снижается до уровня ду говой стадии и происходит ограничение скорости нарастания тока.

Расширение разогретых разрядом газообразных продуктов тер мического разложения ГГВ, задает начальную динамику ускорения круговой плазменной перемычки, за которой вытягивается токоведу щий плазменный жгут. На плазменную перемычку действует ускоря ющая электродинамическая сила Лоренца. Высокоэффективное уско рение МТ 6 (рис. 1) до гиперзвуковых скоростей происходит в режиме нарастающего тока (рис. 2). Выход МТ из ствола происходит в момент t2, установленный с помощью кадрированной высокоскоростной фо тосъемки на ВФУ-1.

Скорость МТ определялась двумя методами: с помощью рам мишеней и ВФУ-1. Типичная фотограмма выстрела КМПУ представ лена на рис. 3 Достаточно четкое изображение МТ, особенно после прохождения отсекателя 4, позволяет с достаточной точностью опре делять скорость МТ.

m, мг/мм 2. 1. -1. 400 ук, мм 0 100 200 Рис. 4. Эпюра эрозионного Рис. 3. Фотограмма выстрела КМПУ.

износа m(с). Номера эпюр 1-ствол, 2-МТ, 3-Шунтирующий соответствуют номерам электрод, 4-отсекатель. tk=17,4 мкс.

опытов в таблице.

Данные и результаты экспериментов, полученные на КМПУ приве-дены в таблице. Масса ГГВ (технический вазелин) составляла 0,5 г., емкость накопителя энергии С = 48 мФ, зарядное напряжение Uзар = 3,2 кВ, калибр ствола d = 19 мм, масса МТ, mт = 3,5 г.

Таблица 1 Сравнительные экспериментальные данные по электро эрозионному износу ствола.

Параметры / № опыта Ед.изм. 1 Шунтирующий контур + Длина ствола, с мм 491 Энергия ускорения, W 1-2 кДж 66.9 56. Подведенная энергия, W кДж 186 Скорость МТ, с км/с 2.65 2. Кинетическая энергия, W к кДж 12.3 11. КПД системы, % 18.4 19. Эродированная масса, m г 35.1 9. На рис. 4 приведены эпюры удельного дифференциального электроэрозионного износа поверхности УК по длине ствола m(). с Из сравнения результатов серии экспериментов (таблица) видно, что использование системы шунтирования обеспечивает уменьшение энерговыделения в УК и эрозионного износа ствола КМПУ при сохра нении динамических параметров МТ.

Из сравнения эпюр видно, что увеличение подводимой энергии приводит к увеличению эродированной массы. В [3] показано, что наиболее значимым фактором, определяющим величину эрозионного износа, является величина подведенной к ускорителю энергии. Из это го следует, что часть энергии, выделяемой после выхода МТ из ство ла, является “паразитной”, ее необходимо переключать в другую цепь.

Это можно реализовать с помощью системы шунтирования разряда в ускорителе, путем отсечки хвостовой части импульса тока (рис. 2б).

Видно, что система шунтирования обеспечивает быстрое переключе ние в параллельную цепь с меньшим сопротивлением.

Характер эпюр m() (р с 4) тк еси ееьтут нрв с и. аж вдтлсве о еа номерности износа по длине ствола [3]. Видно, что при увеличении подведенной энергии возрастает максимальное значение эрозионного износа и возрастает длина эродированного участка ствола. На эпюре имеются участки, на которых m п и и ат ти аеьы заеи.

р н м е орцтлн е нчн я Это свидетельствует о наслоении эродированного материала на по верхность ствола неподверженную эрозии. По-видимому, причиной тому является постоянное уменьшение времени прохождения плаз менной перемычкой единичной поверхности УК, что снижает величи ну энергии выделившейся на контактной поверхности УК и уменьша ет массу металла, перешедшую в фазу расплава в опорном пятне.

Кроме того, причиной снижения эрозии до нуля может быть умень шение плотности тока в ПС, вследствие деградации её устойчивого состояния и быстрого расширения под действием не скомпенсирован ного внутреннего газокинетического давления на выходе из зоны, охваченной соленоидом.

В режиме работу КМПУ при метании твердых тел необходимо использовать систему шунтирования разряда в УК, это позволяет уменьшить эрозионный износ ствола при сохранении динамических параметров МТ.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Материалы I Всесоюзного семинара по динамике сильноточного дугового разряда в магнитном поле / Под ред. чл.-корр. АН СССР М.Ф. Жукова. Н всб ркИ сиу тпо иииС оои и с: нттт елф зк О АН СССР, 1990. 350 с.

2. Сивков А.А. Гибридная электромагнитная система метания твер-дых тел // Прикладная механика и техническая физика. – 2001. – Т. 42. – № 1. – С. 3–12.

3. Сивков А.А., Герасимов Д.Ю., Цыбина А.С. Электроэрозионная наработка материала в коаксиальном магнитоплазменном уско ри-теле для нанесения покрытий // Электротехника. – 2005. – № 6. – С. 25–33.

Научный руководитель: А.А. Сивков, д.т.н., профессор, ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗОНАНСНЫХ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ В СИСТЕМАХ С ИЗОЛИРОВАННОЙ НЕЙТРАЛЬЮ И.С. Киргинцев Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группа 9М Электрические сети номинального напряжения 6,10,35 имеют протяжённость в России порядка 1,5 млн.км и являются основными распределительными сетями отечественной электроэнергетики.Очень часто эти электрические сети работают с изолированной нейтралью и при определенных аварийных ситуациях в них могут развиваться ре зонансные перенапряжения, величина которых может достигать (3 4)U Ф [1].

Для исследования резонансных явлений в указанных сетях со здана экспериментальная установка, электрическая схема которой представлена на рис.1.

Рис. 1. Общая схема для исследования резонансных перенапряжений в системах с изолированной нейтралью Схема содержит трехфазный регулятор напряжения типа TSGC, два трансформатора (питающий трансформатор и трансформатор нагрузки) типа ТТС-3 мощностью 3 кВА каждый с номинальным напряжением 300/6000 В. Для моделирования линий электропередачи используются набор конденсаторов различной емкости, что позволяет моделировать фазные и междуфазные емкости для линий различной длины. Фазная емкость меняется в следующем диапазоне: пФ;

10000 пФ;

12500 пФ;

17000 пФ;

33000 пФ;

50000 пФ;

100000 пФ.

Междуфазная емкость меняется в пределах: 2200 пФ;

4400 пФ;

пФ;

8800 пФ. При необходимости можно легко расширить диапазон используемых емкостей.

Для расчета величин возможных резонансных перенапряжений необходимо знать параметры вольтамперной характеристики транс форматора. Эта характеристика снята в нашей работе эксперимен тально по схеме, представленной на рис. Рис. 2. Схема экспериментальной установки для измерения вольтамперной характеристики трансформатора На рис.2 представлен испытуемый трансформатор Т на холо стом ходу, на который подается напряжение от автотрансформатора и измеряется ток в первичной обмотке амперметром А. Напряжение на высокой стороне трансформатора измеряется киловольтметром С-100.

Результаты измерения вольтамперной характеристики представлены в табл.1, а так же на рис. Таблица 1.

U;

кВ 1,67 2,5 2,93 3,13 3,3 3,47 4,07 5,7 6,7 7, I, А 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,1 0,2 0,3 0, Рис. 3. Вольтамперная характеристика трансформатора Для проверки правильности определения вольтамперной харак теристики трансформатора был произведен графоаналитический рас чет величины резонансных перенапряжений при обрыве провода с па дением его на землю со стороны питающего трансформатора при ве личине фазной емкости С 0 =0,05 мкФ В соответствии с рекомендация ми [[2]. Графоаналитический расчет представлен на рис.4.

Рис. 4. Графоаналитический расчет резонансных перенапряжений при обрыве провода с падением его на землю В эксперименте величина Uco контролировалась киловольтмет ром. Разница между расчетной величины Uco и измеренной не пре вышала 10%. Следовательно, полученная вольтамперная характери стика соответствует реальной характеристике используемого транс форматора.

На данной установке предполагается исследовать:

1. Влияние точки обрыва провода со стороны питающего транс форматора на возможную величину перенапряжений.

2. Влияние величины междуфазных емкостей на эти же перена пряжения.

3. Влияние длины ЛЭП на величину перенапряжений.

4. Изменение величины напряжения «опрокидывания» чередова ния фаз от параметров ЛЭП.

5. Провести исследование коммутационных перенапряжений в этих же режимах (пункты 1,2,3) 6. Повторить перечисленные выше пункты при обрыве провода с падением его на землю со стороны трансформатора нагрузки.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Защита сетей 6 – 35 кВ от перенапряжений // Ф. Х. Халилов, Г.

А. Евдокунин, В. С. Поляков, Г. В. Подпоркин, А. И. Таджиба ев.-С-П.:, Энергоатомиздат,2002.- 272 с.

2. Техника высоких напряжений // П. В. Борисоглебский, Л. Ф.

Дмоховская, В. П. Ларионов, Ю. С. Пинталь, Д. В. Разевиг, Е. Я.

Рябкова.-М.:Энергия, 1964.- 472 с.

Научный руководитель: Ю.И. Кузнецов, к.ф.-м.н., доцент, ЭСС, ЭНИН, ТПУ.

АБЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ОСАЖДЕНИЯ ПЛЁНОК АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ (GAAS) ДЛЯ СОЛНЕЧНОЙ ФОТОЭНЕРГЕТИКИ А.В. Баранов Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 9М В связи с возрастающим интересом к практическому использо ванию тонких плёнок и покрытий различного назначения, высокий интерес представляют исследования процессов осаждения тонких плёнок из абляционной плазмы формируемой мощным ионным пуч ком на мишени [1]. Не мене интересной является такая область при менения тонких плёнок, как солнечная фотоэнергетика. Метод преоб разования солнечной энергии в электрическую с помощью полупро водниковых солнечных элементов является наиболее разработанным в научном и практическом плане. Он широко используется в системах энергопитания космических аппаратов и получает всё большее рас пространение в наземных условиях для обеспечения электроэнергией автономных потребителей [2]. Для выработки необходимой для нор мального функционирования приборов электрической мощности необходимо собирать солнечное излучение с больших площадей, по крывая их дорогими полупроводниковыми солнечными элементами.

Стоимость получаемой таким образом электроэнергии значительно превосходит стоимость электроэнергии вырабатываемой традицион ными методами. Именно это является основной причиной, сдержива ющей развитие крупномасштабной солнечной фотоэнергетики. Один из путей решения данной проблемы – снижение стоимости полупро водниковых материалов [2, 3]. Для определения возможных путей снижения затрат на материалы необходимо рассмотреть в первую очередь существующие методы осаждения и выращивания тонкоплё ночных материалов: осаждение из паровой фазы, вакуумное испаре ние, молекулярно-лучевая эпитаксия, импульсные методы осаждения тонких плёнок (импульсное лазерное осаждение, импульсное ионное осаждение). В последние годы успешно развивается метод осаждения из абляционной плазмы, формируемой импульсным ионным пучком.

Метод осаждения имульсным мощным ионным пучком аналогичен более известному импульсному лазерному осаждении, но ему харак терен более высокий общий энерговклад в мишень, приводящий к ускоренным скоростям осаждения и большим площадям, также поз воляет осаждать любые вещества, независимо от их отражающей спо собности, что делает его наиболее перспективным из импульсных ме тодов получения тонких плёнок [2, 4].

Воздействие мощного ионного пучка наносекундной длительно сти с плотностью мощности P 107 – 108 Вт/см2 на твердотельную мишень сопровождается образованием высокоплотной абляционной плазмы [4], которая может быть использована для высокоскоростного осаждения тонких плёнок. Использование абляционной плазмы для осаждения тонких плёнок имеет ряд особенностей: высокая скорость осаждения плёнки 0,1 – 1 см/с;

конгруэнтное осаждение многоком понентных пленок;

узкая угловая направленность движения плазмы;

возможность получения пленок на большой площади 20 – 100 см2, однородных по толщине [4].

С конца 50-х годов арсенид галлия привлек к себе внимание как полупроводниковый материал, способный в будущем заменить крем ний в технологиях микроэлектроники и солнечной энергетики. Это объясняется таким его особенностями, как:

• почти идеальная для однопереходных солнечных элементов ши рина запрещенной зоны 1,43 эВ, которая близка к величине 1, эВ, рассматриваемой как оптимальная для преобразования сол нечной энергии в электрическую;

• повышенная способность к поглощению солнечного излучения:

требуется слой всего в несколько микрон;

• высокая радиационная стойкость.

• относительная нечувствительность к нагреву батарей на основе GaAs;

• характеристики сплавов GaAs с алюминием, мышьяком, фосфо ром или индием дополняют характеристики GaAs, что расширя ет возможности при проектировании солнечных элементов. [5] Главное достоинство арсенид галлия и сплавов на его основе – широкий диапазон возможностей для проектирования солнечных эле ментов. Фотоэлемент на основе GaAs может состоять из нескольких слоев различного состава. Кроме того, GaAs имеет высокую фоточув ствительность в видимой и УФ областях спектра, т.е. при энергии фо тонов больше ширины его запрещенной зоны. Вследствие более вы сокого уровня поглощения солнечного излучения, определяемого прямыми оптическими переходами в GaAs, высокие КПД фотоэлек трических преобразователей на их основе могут быть получены при значительно меньшей по сравнению с кремнием толщине фотоэлек трического преобразователя. [1] Основной недостаток использования арсенида галлия в солнеч ных элементах – высокая стоимость, включающая и стоимость оса ждения пленок. Тонкие пленки GaAs для солнечных элементов полу чают в основном методами химического осаждения из паров металл органических соединений и химическим осаждением из парогазовой фазы [6] Развитие импульсных методов осаждения характеризующих ся низкими удельными энергозатратами и потенциально высокой про изводительностью может в значительной степени снизить стоимость получения полупроводниковых плёнок [1].

Для проведения прикладных исследований, связанных с воздей ствием импульсных мощных ионных пучков на материалы, было со здано семейство ускорителей типа «Темп», ориентированных на ис пользование в технологических процессах [1]. Ускорители построены по каскадной схеме, включающей в себя микросекундный генератор импульсных напряжений, и генератор импульсов наносекундного диапазона.

В работах [1, 2, 6] исследованы оптические, электрофизические и фотоэлектрические свойства пленок GaAs на поликоре, полученных из абляционной плазмы, формируемой мощным ионным пучком. Оп тические, электрофизические и фотоэлектрические свойства пленок арсенид галлия, полученного таким образом зависят от условий их синтеза. На основе выполненных исследований разработан метод осаждения пленок GaAs на диэлектрические и полупроводниковые материалы, который позволяет значительно снизить себестоимость получения полупроводниковых пленок и создать в перспективе сол нечные фотоэлементы.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Ли Цзень Фень. Осаждение пленок GaAs из абляционной плаз мы, формируемой импульсным мощным ионным пучком : дис сертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : спец. 05.09.02 : спец. 01.04.04 / Ли Цзень Фень;

Научно исследовательский институт высоких напряжений (НИИВН);

науч. рук. Г. Е. Ремнев. — Защищена 3.07.2006 г. — Томск :

Б.и., 2006. — 130 л. : ил. — Библиогр.: с. 123-130 (91 назв.).

2. Салтымаков М.С. Импульсное осаждение полупроводниковых пленок GaAs и InP из абляционной плазмы, формируемой мощ ным ионным пучком : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук : спец. 01.04.07 / М. С. Салтымаков ;

Томский политехнический университет (ТПУ) ;

науч. рук. Г. Е.

Ремнев. — Томск, 2010. — 102 л. : ил. — Библиогр.: с. 94- (97 назв.).

3. Андреев В.М., Грилихес В.А., Румянцев В.Д. Фотоэлектриче ское преобразование концентрированного солнечного излуче ния/ Л.: Наука, 1980. – 310 с.

4. Ремнев Г.Е. Модификация материалов с использованием мощ ных ионных пучков // Известия Томского политехнического университета. - 2000. - Т. 303, Вып. 2. - С. 59-70].

5. Арсенид галлия. Получение, свойства и применение. Под ред.

Ф.П. Кесаманлы и Д.Н. Наследова, монография. Главная редак ция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973.

С. 471.

6. Кабышев А.В., Конусов Ф.В., Ложников С.Н., Ремнев Г.Е., Сал тымаков М.С. Фотоэлектрические свойства пленок высокоомно го GaAs, осажденных из абляционной плазмы, формируемой мощным импульсным ионным пучком // Известия вузов. Физи ка, 2008 – Т.51 - №11/2. – С. 15-19.

Научный руководитель: А.В. Кабышев, д.ф.-м.н., профессор, ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

ПРИМЕНЕНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ДЕФЕКТНЫХ ИЗОЛЯТОРОВ ВОЗДУШНЫХ ЛЭП ДО 35 КВ О.А. Лоскутова, А.Р. Рамазанова Томский политехнический университет ЭНИН, ЭСС, группы 9М253, 9М Воздушные линии электропередачи являются наименее надеж ными элементами энергосистем. Поэтому задача определения мест повреждения на воздушных линиях электропередачи крайне важна для обеспечения скорейшего восстановления питания в случае неис правностей и аварий. Диагностика мест повреждения и восстановле ние поврежденных участков линий является сложной и длительной технологической операцией. Особо остро проблема диагностики ли ний электропередач стоит для линий напряжением 6-35 кВ, составля ющих основу распределительных сетей. На данный момент существу ет немалое количество методик определения мест повреждения линий, но универсальной методики пока не существует.

Одним из наиболее перспективных методов определения мест повреждений считается импульсный метод [1]. В данной работе рас смотрен метод высоковольтного импульсного зондирования. Целью работы является разработка переносного устройства для дистанцион ного определения места повреждения изоляторов воздушных линий электропередач, применение которого дало бы возможность опреде лять любые повреждения изоляции, в том числе и изоляторов с высо кой остаточной электрической прочностью.

На рисунке (1) представлена структурная схема переносного устройства для дистанционного определения места повреждения изо ляторов воздушных линий.

Рис. 1. Структурная схема переносного устройства Переносное устройство для дистанционного определения места повреждения изоляторов воздушных линий состоит из блока форми рования зондирующего сигнала напряжения (БЗС) и измерительной части (ИЧ). Блок формирования зондирующего сигнала напряжения (БЗС) включает в себя зарядное устройство (ВЗУ) на 40 кВ, высоко вольтный конденсатор (Сн) и коммутирующий разрядник (Р). Изме рительная часть (ИЧ) устройства состоит из делителя напряжения R1 R2 и электронного осциллографа (ЭО) Tektronix.

В результате разряда высоковольтного накопительного конден сатора Сн при коммутации на силовую линию высоковольтное зонди рующее напряжение с максимальной амплитудой от 100% фазного до 50% испытательного напряжения изоляции линии, распространяясь по линии, вызывает электрический пробой изоляции. Важно, что элек трический пробой происходит как в изоляции с остаточной электри ческой прочностью, так и с малым переходным сопротивлением («ме таллическое» замыкание), что позволяет выявить повреждения изоля ции, в том числе неустойчивого характера и, в свою очередь, позволит повысить эффективность процесса определения дефектных изолято ров линии. При этом в линии возникает сложный колебательный про цесс, включающий «медленный» и «быстрый» волновой процессы и не зависящий от величины переходного сопротивления в месте по вреждения. Период «медленного» колебательного процесса зависит от расстояния до места пробоя, так как суммарная индуктивность коле бательного контура прямо пропорциональна расстоянию до места расположения дефектных изоляторов, что позволяет дистанционно определить место повреждения дефектных изоляторов. С помощью делителя напряжения R1-R2 колебательный процесс фиксируется на электронном осциллографе.

В качестве физической модели линии используются три ячейки, каждая из которых состоит из 5 конденсаторов емкостью 1 нФ и ка тушки индуктивности (0,94мГн). Расстояние до дефектного изолятора определяется по периоду колебательного процесса Тх напряжения или тока, возникающих при высоковольтном зондировании, с использова нием удельных параметров линии и расчетных выражений, получен ных на основе исходных соотношений для частоты свободных коле баний колебательного контура.

Определение расстояния в предлагаемом способе реализуется на основе следующих соотношений:

а) для колебательного контура без потерь и известной удельной индуктивности петли «фазный провод - земля»:

Tx 2 (1) lx = L0 Cн б) для колебательного контура с учетом потерь и известных удельных индуктивности и активного сопротивления петли «фазный провод - земля»:

lx =, 2 2 r 2 (2) L0 Cн + Tx 4 L где l x - расстояние до места повреждения, м;

T x - период колебаний переходного процесса;

L 0 - удельная индуктивность разрядной петли «фазный провод земля»;

C н - емкость накопительного конденсатора;

r 0 - активное сопротивление разрядной петли «фазный провод земля», определяемое с учетом поверхностного эффекта на частоте колебательного процесса.

Определение расстояния до дефектного изолятора можно про извести с использованием отношения периода колебаний переходного процесса T x при пробое дефектной изоляции на расстоянии l x и пери ода колебаний переходного процесса T, предварительно снятого при зондировании неповрежденной фазы линии или используя отношение временных интервалов с одинаковой кратностью указанных периодов колебания переходного процесса. Определение расстояния в этом случае реализуется на основе формулы:

T = x l, lx (3) T где T x - период колебаний переходного процесса;

T - период колебаний переходного процесса при искусствен ном пробое в конце ВЛ;

l - полная длина ВЛ, которую можно упрощенно задать топо графической длиной ВЛ или более точно определить с учетом провеса провода, а также путем предварительного замера способом импульс ной рефлектометрии или другим способом [2].

На рисунке (2) приведены осциллограммы, полученные в ходе эксперимента на физической модели линии. При суммарной длине линии 1,7 км обнаружено повреждение изоляторов на расстоянии 0, км (рис. 2,а) и 1,09 км (рис.2,б).

а) б) Рис. 2. Осциллограммы напряжения при дефектном изоляторе в конце первой ячейки линии (а), в конце второй ячейки линии (б).

Таким образом, использование разработанного устройства для определения мест повреждения изоляции ВЛ 6-35 кВ позволит вы явить дефектные изоляторы, в том числе с остаточной электрической прочностью, которые практически невозможно определить другими известными способами, за исключением проведения комплекса непо средственных испытаний изоляторов. Преимуществом данного метода является возможность создания высоковольтного зондирующего напряжения, достаточного для пробоя ослабленной изоляции незави симо от ее электрической прочности, что позволяет дистанционно определять расстояние до дефектных изоляторов.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Скляров П.А., Березкин Е.Д., Быкадаров В.Ф. Применение вы соковольтного зондирования для определения места поврежде ния воздушной линии электропередачи // Изв. Вузов. Электро механика. – 2008. – Спецвыпуск. – С. 46-47.

2. Пат. 89245 РФ, МПК G01R 31/08. Переносное устройство для дистанционного определения мест повреждения изоляторов воздушных линий (варианты)/Быкадаров В.Ф., Пирожник А.А., Скляров П.А. – Опубл. 2009, Бюл. №33.

Научный руководитель: М.Т. Пичугина, к.т.н., доцент, ЭСС, ЭНИН, ТПУ.

СЕКЦИЯ 5. РАЦИОНАЛЬНОЕ ЭНЕРГОИСПОЛЬЗОВАНИЕ АВТОНОМНАЯ ГИБРИДНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ КОТТЕДЖА А.В. Мелешкин Новосибирский государственный технический университет ФЭН, СЭСП, группа Эн2- Рассмотрен дом с автономной гибридной системой электро снабжения на базе возобновляемых источников энергии и его основ ные элементы. Такая система может содержать в своем составе до трех источников, имеющих разную природу исходной энергии, кото рые преобразуются в данной системе в электрическую энергию.

Введение В зависимости от географического положения дома зависит со став гибридной системы, то есть выбираются те источники энергии, преобразование которых экономически выгодно.

Рис. 1. Внешний вид автономного гибридного дома Виды источников возобновляемой энергии и возможности их использования [1] Существуют множество видов возобновляемой энергии: сол нечная, ветряная, биомассы, морские приливы, гидроэнергия и другие виды. При расчете электроснабжения зачастую используют ветровую, солнечную и гидроэнергию, из-за большой доступности этих источ ников. Для конкретной местности определяются энергетические ха рактеристики этих ресурсов. Установки, преобразующие эту энергию могут иметь разную мощность и габаритные размеры. Например, фо тоэлектрические панели (ФЭП) можно разместить на крыше дома, важно при этом расположить его по оси восток-запад, чтобы ФЭП находились на южном скате крыши, для большего восприятия свето вого потока и произвести ориентацию к солнцу, чтоб солнечные лучи падали перпендикулярно ФЭПу, для максимальной выработки энер гии (фэп). Рентабельно ставить ФЭП при среднегодовой интенсив ности светового потока свыше 500 Вт/м2.

Ветроустановку желательно расположить на участке удаленном от дома, из-за создаваемого шума. Её можно ставить при среднегодо вой скорости ветра 5 м/с. Для исходной местности расположения дома производиться ветроэнергетический расчет с помощью функции рас пределения Релея и определяется вероятность повторяемости скоро сти ветра на годовом интервале времени. Из полученных данных и определяется сколько энергии выработает ветроустановка (вэу).

МикроГЭС ставиться в том случае, если коттедж расположен вблизи от гидроресурса, также проводится водноэнергетический рас чет для определения выработанной энергии (мгэс) в течение года.

В системах, использующие технологии возобновляемой энерге тике, выбор генерирующих мощностей осуществляется по энергии, так как потребление может превышать генерацию энергии в некото рые моменты времени. Для этого считается годовое потребление потр = вэу + фэп + мгэс + дэс энергии нагрузкой (нагр) и подбираются генерирующие мощности:

(1) Недастоющию энергию будет вырабатывыть резервный генера тор, таким образом можно определить количество необходимого топ лива..

Гибридная система электроснабжения и ёе основные эле менты [2] Изменение погодных условий очень сильно влияет на генериру емую мощность, поэтому желательно ставить несколько источников возобновляемой энергии, так как они будут дополнять друг друга.

Еще один существенный минус характеризуется непостоянством мощности во времени, причём график изменения этой мощности мо жет не совпадать с графиком её потребления. Эта проблема решается путём установки в систему аккумуляторных батарей, которые будут накапливать энергию и выдавать её в нужное время. Ёмкость аккуму ляторных батарей рассчитывается таким образом, чтобы коттедж мог получать электрическую энергию баз подзарядки, в экономичном ре жиме не менее трех суток. Существует множество видов аккумулято ров, но для гибридной системы самыми лучшими являются литио ионные, единственный минус этих аккумуляторов является их цена.

Для нормальной работы аккумуляторов необходимо создать опти мальные условия, например, при низкой температуре аккумуляторы быстро разряжаются, следовательно, их необходимо поместить в спе циальное помещение, в котором будет поддерживаться нужный уро вень температуры. Глубина разряда – параметр аккумулятора, кото рый необходимо соблюдать для нормальной эксплуатации, иначе ак кумулятор выйдет из строя раньше времени. Вручную контролировать процесс разряда и заряда невозможно, для управления этими процес сами ставится контроллер заряда. Он отвечает за контроль разряда и заряда аккумулятора от источников, а также за вводимое на аккумуля торы напряжение. Гибридная система вырабатывает энергию на по стоянном токе, а всё оборудование в доме работает на переменном.

Для этого ставиться инвертор, который преобразует постоянный ток в переменный, и является одним из самых дорогих элементов гибрид ной системы. Его мощность рассчитывается таким образом, чтобы че рез него запитывать пик графика нагрузки в доме. Чтобы удешевить инвертор можно сделать в доме вторую разводку на постоянном токе для освещения, которое использует светодиодные лампы, которые мо гут работать на постоянном токе, это значительно удешевит их, т.к.

высокая цена на светодиодные лампы определяется выпрямителем, который нужен чтобы они работали от обычной сети. Эта разводка также дает плюс в энергосбережение, т.к. на второй разводке не будет потерь при прохождение через инвертор (10%). Естественно такая си стема не может обойтись без резерва, и этим резервом является гене ратор, работающий на топливе. Он включается тогда, когда накоплен ной мощности не хватает, для покрытия нагрузки. Также, чтобы он работал с максимальным КПД, во время вынужденной работы генера тора можно заряжать аккумуляторные батареи. Резервный генератор рассчитывается так, чтобы его мощности (дэс) хватило для покры тия пика нагрузки. Если вырабатываемая мощность, выше чем по требляемая, и аккумулятор заряжен до максимума, излишнюю энер гию можно использовать для электрического подогрева воды в баке накопителе, которая дальше идет на теплоснабжение. Управление си стемой осуществляет контроллер, который отслеживает генерируе мую энергию и управляет режимами работы. Гибридную систему можно подключить к сети, для этого достаточно поставить два счет чика, один на вход, другой на выход. Такое подключение позволит продавать излишки электроэнергии, выработанные системой в сеть, и покупать, при её недостатке.

Рис. 2. Принципиальная схема для гибридной системы Преимущества гибридной системы электроснабжения [3]:

Разовые затраты на монтаж системы, независимость от роста 1.

цен на энергоносители;

Полная автономность (не требует подключения в электросеть и 2.

дополнительной подзарядки);

также возможно дополнение ею обычных систем (выполнение функции системы бесперебойного электроснабжения);

Надежность и долговечность (современные системы позволят 3.

получать электроэнергию независимо от времени года и погод ных условий в течение длительного периода);

Экологичность;

4.

Простота в эксплуатации.

5.

ЛИТЕРАТУРА 1. Удалов С.Н. Возобновляемые источники энергии. Учебник. Но восибирск: Изд-во НГТУ,2007.

2. http://www.solarhome.ru 3. http://www.umniydom.org Научный руководитель: С.Н. Удалов, к.т.н., доцент, СЭСП, НГТУ.

АНАЛИЗ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ СЕЛЬСКИМ ХОЗЯЙСТВОМ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ И.С. Лихолат Томский политехнический университет ЭНИН, ЭПП, группа 9М Среди других регионов Томская область характеризуется пока зателями социально-экономического развития близкими к среднерос сийскому уровню. Ведущие отрасли промышленности Томской обла сти - топливная, цветная, химическая и нефтехимическая, машино строение и металлообработка, электроэнергетика, деревообрабатыва ющая и пищевая.

Что касается агропромышленного комплекса, это одна из важ ных составляющих хозяйства области. Он объединяет все отрасли экономики по производству сельскохозяйственной продукции, ее хра нению, переработке и доведению до потребителя. К основным его направлениям относятся мясомолочное животноводство, зверовод ство, растениеводство (картофелеводство, овощеводство, выращива ние зерновых культур).

Сельскохозяйственная отрасль является социально значимой для региона. В АПК области занято 28-29% трудоспособного населе ния.

Одним из приоритетных направлений политики развития АПК является его переход к этапу устойчивого и динамичного развития.

Немаловажными факторами, его определяющими, являются топливно-энергетический баланс АПК, удельные показатели потреб ления топливно-энергетических ресурсов на единицу произведенной продукции, пахотных площадей и т.д., анализ которых будет приведен далее.

Так, основные показатели деятельности АПК приведены в табл. 1[1]:

Таблица 1.

Основные показатели деятельности сельского хозяйства Год 10236, 12338, 16527, 16249, 5089, 5533, 6074, 7313, 8533, 9094, Продукция с/х млн. руб (в тек.ценах) Посевные 364,9 486, 363,8 470, 338,1 432, 332,9 401, 399, 300,1 388, 309,8 393, 335,4 388, 332,7 388, 343,4 398, тыс. Га площади Поголовье тыс.

скота голов 381, 407, 285, 310, 369, 319, 281, 408, 397, Зерно тыс. т 219, 192, 325, 317, 264, 261, 216, 233, 237, Картофель тыс. т 81, 80, 79, 82, 91, 97, 97, 84, 85, 85, Овощи тыс. т 187, 182, 168, 162, 161, 156, 152, 172, 161, 162, Молоко тыс. т Число заня- тыс.

31, 27, 29, 20, 16, 14, 15, тых в с/х чел.

Динамика потребления топливно-энергетических ресурсов в сельском хозяйстве представлено в табл. 2:

Таблица 2.

Топливно-энергетический баланс АПК, тыс. т у.т Год ЭЭ 65 50 41 35 33 22 27 42 45 ТЭ 82 72 69 67 57 42 35 43 48 Нефть 14 16 11 6 13 4 4 1 18 Газ природный 39 38 36 35 25 21 30 33 40 Уголь 21 18 19 20 16 9 2 1 15 Дрова 4 - - - 3 7 5 5 10 Нефте 46 4,3 4 3 63 31 31* 31* 26 продукты Всего 271 198,3 180 166 210 136 136 155 202 Примечание: * - так как данные за 2006 и 2007 гг. отсутствуют, принимаем их равными 2005 году.

По данным таблиц можно сделать вывод, что объем произве денной продукции в сельском хозяйстве в период 2000-2009 гг. в те кущих ценах значительно увеличился (в 3,2 раза), в то время как по требление электроэнергии уменьшилось на 34%. Общее потребление ТЭР уменьшилось с 271 до 205 тыс. т у.т. (см. рис. 1).

Сум.

Потребление ТЭР Потребление тыс.т у.т млн.руб ЭЭ Потребление проч. ТЭР Объем пр-ва Год Рис. 1. Динамика производства с/х продукции и потребления ТЭР На рис.2 показана динамика энергоемкости производства единицы сельскохозяйственной продукции.

кг у.т/1000руб 2000 2002 Год Рис. 2. Расход ТЭР на 1000 рублей сельскохозяйственной продукции Из данного графика видно, что энергоемкость на единицу с/х продукции с 2000 по 2009 гг. снижается, что не требует разработки программ повышения энергетической эффективности предприятий АПК. Это связано с тем, что анализ проведен для объемов с/х продукции, выраженых в текущих ценах, которые учитывают уровень инфляции. Если аналогичный анализ провести в сопоставимых условиях, то получим картину, представленную на рис.3.

кг.у.т/1000 руб Год Рис. 3. Расход ТЭР на 1000 рублей сельскохозяйственной продукции (в сопоставимых ценах) Рост энергоемкости подтверждает также динамика расхода ТЭР на 1 занятого в с/х производстве. Согласно данным Территориального органа федеральной службы государственной статистики по Томской области [2] расход ТЭР на 1 человека, занятого в с/х изменялся сле дующим образом:

кг у.т./чел.

Расход ТЭР на занятого Расход ЭЭ на занятого Год Рис. 4. Расход ТЭР на 1 занятого в с/х человека Расход ТЭР с 2000 по 2009 год увеличился почти в 1,6 раза.

Результаты проведенного анализа говорят о том, что, несмотря на разработку в области в период с 1995-2010 гг. 6 программ повыше ния энергетической эффективности с энергосберегающими мероприя тиями, в том числе и в сельском хозяйстве, программы реализовыва лись не в запланированном объеме.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Статистический ежегодник: Стат. сб. /Томскстат-Т.,2010:

- 340с.

2. Районы Томской области: Стат. сб. /Томскстат-Т.,2008:

- 260с.

Научный руководитель: Г.Н. Климова, доцент, к.т.н., ЭПП, ЭНИН, ТПУ.

ГРУНТОВЫЙ АККУМУЛЯТОР Ю.В. Жираткова Новосибирский государственный технический университет Грунтовый зонд зарекомендовал себя как зрелое и надёжное решение для хранения тепла. Земляной зонд представляет собой си стему трубопроводов, опущенных в скважину, по которым циркули рует жидкость. Земляные зонды получают тепловую энергию благо даря геотермическому потоку тепла (из внутренностей земли к по верхности) и потоку грунтовых вод. Глубина и количество скважин зависит от мощности теплового аккумулятора и коэффициента тепло проводности грунтового слоя. Чем влажнее почва, тем выше эта мощ ность.

В данной работе будет произведена оценка мощности и потерь грунтового аккумулятора для энергоэффективного ресурсосберегаю щего дома, построенного в поселке Новониколаевске, Новосибирской области. Отапливаемая площадь данного дома составляет 190 кв.м.

Аккумулятор должен покрывать 50%-70% нагрузки.

Для расчета будут использоваться следующие данные: грунт на глубине шести метров - ИГЭ-3 суглинок тяжёлый, пылеватый, по лутвёрдый, ненабухающий, непросадочный, незасоленный, средней степени водонасыщения с прослоями тугопластичностии супеси;

влажность 0,163-0,204;

плотность 1,74 г/см3 - 1,93 г/см3. Материал труб - металлопластик или сшитый полиэтилен. Теплоносителем яв ляется вода, которая прокачивается при помощи насосов. Известно, что тепловые потери дома за отапливаемый сезон составляют кВт·час. Аккумулятор представляет собой трубы расположенные в вертикальных скважинах на глубине до десяти метров, всего 6 рядов по 7 труб в каждом.

Изначально рассмотрим вариант существующего аккумулятора, а затем поварьируем некоторые значения, для оценки возможности увеличения КПД. Расстояние между трубами, L труб =Х=0,84м, между рядами это расстояние увеличено в два раза L ряда =2· Х.

При данной влажности суглинка теплоемкость С=1660Дж/(кг·К), а коэффициент теплопроводности=1,31 Вт/(м·К) [1], нагрев грунта производится водой нагреваемой солнечным кол лектором, при начальной температуре насыпи, принимаемой Т стен ки =20С, а температуру теплоносителя считаем равной Т вх =80 С. Ра диус трубки составлял r=0,015м, а плотность суглинка =1,8·103кг/м3.

Расчет производится по следующему алгоритму:

Время прогрева (зарядки аккумулятора) принимали 150 суток или Т сезона =12960000с.

Скорость закачивания и выкачивания воды V воды =10 м/с, а ки нематическая вязкость воды =10-6м2/с. Число Прандтля для воды Pr=1,7, теплопроводность воды =0,6Вт/м·К.

Поскольку Re 2400, это означает, что режим турбулентный [2].

Критериальное уравнение для теплоотдачи при турбулентном = 0,021 0,43 ;

0, течении жидкости для прямых гладких труб:

= 0,021 (3 10 5 )0, 1,7 = 635, 0, (4) Считаем, что теплоотдача происходит из труб в окружающую среду, причем температура вдоль плоскости, проходящей через ряд труб, устанавливается достаточно быстро. Поэтому будем считать, что тепловой поток в реальной конструкции будет эквивалентным тепло вому потоку в идеальной конструкции, состоящей из нагретых плос костей, от которых распространяется тепло вглубь рабочего тела. То гда из реального коэффициента теплоотдачи в трубе получим коэф фициент теплоотдачи от плоскости. Эффективный коэффициент будет пропорционален половине площади труб, приходящихся на один Тбио = грунт = = 2,031.

Тсезонное 4,384107 квадратный метр плоскости.

ряда 20, (8) Для критерия В i = 4,784 по графику соответствует T + = 0,1 средняя температура рабочего тела аккумулятора:

Рис. 1. Безразмерные температура в центре, средняя температура и температура поверхности пластины для различных чисел В i [2].

Полная площадь аккумулятора и энергия:

а=n·X=6·0,84=5,04м;

(9) b=m·2· X=10· 0,84=8,4м;

(10) S аккум. =(a·b+b·c·2+c·a·2)=(9,24·8,4+8,4·10+10·9,24·2)=334,992м ;

(11) Q аккум. =1,8· 103· 9,24· 1660· 8,4· 10· (44-10)=9,445· 1010Дж. (12) потерь = суглинка аккум. вх Х Тсезонное (13) (Т Т ) Оценка потерь через тепловой поток Х По результатам расчета можем сделать вывод, что такие пара метры аккумулятора, приведут его работу к неудовлетворительным результатам.

Попытка расчета с другими параметрами, а именно, при увели чении количество трубок в ряду в два раза дала следующие результа ты:

S аккум. =478,128м2;

Q аккум. =1,754·1011Дж;

Q потерь =1,204·1011Дж;

Q аккум-потерь =5,501·1010Дж.

Этот шаг привел к незначительному увеличению площади акку мулятора, но ощутимому увеличению энергии.

В следующем варианте расчета, было увеличено количество ря дов на два и получены следующие данные:

S аккум. =521,472м2;

Q аккум. =1,619·1011Дж;

Q потерь =1,313·1011Дж;

Q аккум-потерь =3,06·1010Дж.

Такой прием оказался наиболее не эффективным, площадь уве личилась значительно, а количество энергии осталась практически без изменения.

Вывод: таким образом, на основании расчетов можно сделать вывод о том, что соотношение между выработкой аккумулятора и по терями оптимально будет при следующих параметрах: расстояние между трубками 0,84 м, количество трубок в ряду 14, а количество рядов 6.

Существующий аккумулятор, будет подключен весной этого го да. По предварительным расчетам, приведенным выше, с теми пара метрами, по которым он построен - количество энергии, вырабатыва емое им, не будет удовлетворять заявленным требованиям к данной конструкции.


Если бы данный аккумулятор был построен непосредственно под домом, то это существенно могло бы увеличить эффективность его работы.

Список используемых источников.

1. http://www.skonline.ru/doc/861.html 2. Справочник по теплообменникам: В 2-х т.. Под ред. О. Г. Мар тыненко и др.-М.: Энергоатомиздат,1987. -352 с.

Научный руководитель: С.М. Коробейников, д.ф.-м.н., доцент, НГТУ.

ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ ПУНКТ – КАК СРЕДСТВО ЭКОНОМИИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ А.С. Зейнетдинов Казанский государственный энергетический университет ФЭМ, ЭХП, ЭХП- Постоянный рост тарифов на энергоносители ставит на перво очередной план решение вопросов не их прямой экономии, а энер гоэффективного использования. Энергоэффективность потребления тепловой энергии в условиях централизованного теплоснабжения – это в первую очередь технологический процесс её оптимального ис пользования при обязательном соблюдении требуемой комфортности в помещениях здания. В качестве альтернативы при решении данных вопросов нужно рассматривать замену нерегулируемых тепловых уз лов зданий на автоматизированные индивидуальные тепловые пункты – как основной инструмент достижения требуемых показателей энер гоэффективности.

Целью данной работы является изучение оборудования индиви дуального теплового пункта (ИТП), а также рассмотрение энергоэф фективности потребления тепловой энергии от внедрения ИТП в об щественные, производственные здания.

Тепловой пункт — комплекс устройств, расположенный в обособленном помещении, состоящий из элементов тепловых энерго установок, обеспечивающих присоединение этих установок к тепло вой сети, их работоспособность, управление режимами теплопотреб ления, трансформацию тепловой энергии, регулирование параметров теплоносителя и распределение теплоносителя по потребителям.

К основным задачам ИТП относятся:

• Учет расхода теплоты и теплоносителя • Преобразование параметров теплоносителя или его вида;

• Распределение расходов теплоносителя по системам потребле ния теплоты;

• Регулирование отпуска теплоты теплопотребляющим системам;

• Заполнение, подпитка теплопотребляющих систем;

• Защита систем теплопотребления теплоты от опорожнения и аварийного превышения параметров теплоносителя;

• Контроль параметров теплоносителя.

Решение задач массового внедрения современных энергосбере гающих технологий на базе индивидуальных тепловых пунктов тре бует и соответствующих современных подходов к их конструктивным компоновкам, во многом определяющих их экономическую целесооб разность на всех стадиях внедрения – проектирование, изготовление, монтаж.

Схема подключения ИТП 1*-Циркуляционный контур системы ГВС;

2*-Циркуляционный контур системы отопления;

3*-Система регулирования и защиты;

1–Тепловой ввод;

2–Водопроводный ввод;

3–Теплообменник системы отопления;

4–Первая ступень ГВС;

5–Вторая ступень ГВС;

6–Насос подпитки системы отопления;

7–Насос циркуляции отопле ния;

8–Насос ХВС;

9–Насос ГВС.

Основные факторы экономии:

• Снижение температуры воздуха в помещениях в часы отсут ствия там людей – выходные дни и ночное время (для админи стративных и производственных зданий).

• Снятие вынужденных «перетопов» в переходные, межсезонные периоды (как для жилья, так и для административных и произ водственных зданий).

• Высокодинамичное управление параметрами теплоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха с учетом инер ции тепловых сетей и индивидуальной тепловой инерционности здания.

• Экономический эффект за счет применения индивидуального графика качественного регулирования и поддержания постоян ства расхода в системе отопления (как для жилья, так и для ад министративных и производственных зданий).

• Управление теплоснабжением здания с коррекцией по темпера туре воздуха в бытовых помещениях.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети: учебник для ву зов. — 8-е изд., стереот. / Е.Я. Соколов. — М.: Издательский дом МЭИ, 2006. — 472 с.: ил.

2. СНиП 41-01-2003. Отопление, вентиляция икондиционирование.

3. СНиП 2.04.07-86 Тепловые сети (изд. 1994 с изменением 1 БСТ 3-94, изменением 2, принятым постановлением Госстроя России от 12.10.2001 N116 и исключением раздела 8 и приложений 12 19). Тепловые пункты.

4. СП 41-101-95 «Своды правил по проектированию и строитель ству. Проектирование тепловых пунктов»

Научный руководитель: Л.В. Фетисов, к.т.н., доцент, КГЭУ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ ДЛЯ НУЖД ЖКХ Т.Г. Семенов Казанский государственный энергетический университет Целью работы является экономическое обоснование целесооб разности применения солнечных батарей в системах горячего водо снабжения(ГВС) и освещения мест общего пользования.

Несмотря на то, что возможность использования солнечной энергии для нужд потребителей жилых зданий существовала доста точно давно, актуальность свою она стала приобретать с момента су щественного подорожания традиционных энергоносителей (прежде всего - газа).

Принцип действия солнечных батарей состоит в прямом пре образовании солнечного света в электрический ток. При этом генери руется постоянный ток. Энергия может использоваться напрямую, за пасаться в аккумуляторных батареях для последующего использова ния или покрытия пиковой нагрузки, а также преобразовываться в пе ременный ток напряжением 220В для питания различных потребите лей переменного тока.

Виды солнечных батарей:

1. Гелиоэлектростанции (ГЕЭС) - это солнечные установки, кото рые используют сконцентрированное солнечное излучение как источник энергии для приведения в действие тепловых агрега тов.

2. Солнечные коллекторы (СК) - это основанные на действии сол нечной энергии низкотемпературные нагревательные конструк ции.

3. Фотоэлектрические преобразователи (ФЭП) - они представляют собой полупроводниковые устройства, которые непосредствен но преобразуют энергию солнца в электрическую.

Недостатки:

• Сравнительно высокая цена • Необходимость площадки для размещения солнечных панелей • Необходимость резерва мощности для покрытия пусковых то ков • Преимущества:

• Экологичность • Отсутствие шума • Независимость от топлива • Длительный срок службы • Возможность гибко наращивать мощность и производство энер гии Типичная схема солнечной установки для нужд горячего водо снабжения (ГВС) на базе солнечного коллектора, представлена ниже:

Принципиальная схема солнечной установки для нужд горячего водоснабжения (ГВС) Принцип ее работы заключается в следующем: Нагретая солн цем в коллекторе химически подготовленная вода под действием насоса поступает в емкость (бак-аккумулятор), где через теплообмен ные поверхности отдает свое тепло водопроводной холодной воде, идущей на нужды горячего водоснабжения. Догрев воды до необхо димой потребителю температуры обычно осуществляется с помощью встроенного в бак-аккумулятор ТЭН-а (электрокотла). Блок управле ния солнечной установкой автоматически поддерживает все необхо димые потребителю воды параметры.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Андреев С.В. Солнечные электростанции- М.:Наука 2. Авезов Р.Р., Орлов А.Ю. Солнечные системы отопления и горя чего водоснабжения Ташкент: Фан 1988 г 3. Лидоренко Н.С., Евдокимов В.М., Стребков Д.С. Развитие фото электрической энергетики. -М., Информэлектро, Научный руководитель: Л.В. Фетисов, к.т.н., доцент, КГЭУ.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАЧЕСТВЕ БАЛЛАСТНОЙ НАГРУЗКИ НАКОПИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ М.М. Гаммершмидт Томский политехнический университет ЭНИН, кафедра ЭСПП Для современной энергетики важное значение приобретают ин тенсивные формы развития, которые предъявляют повышенные тре бования к качественным показателям электроустановок. При этом возрастает роль преобразователей энергии, позволяющих решать за дачи по накоплению, распределению, реализации оптимальных режи мов работы энергооборудования.

Н Г Т СУВ БН Рис. 1. Структурная схема микрогэс с фазовым управлением Для рассматриваемой схемы микрогэс с фазовым управлением в качестве балластной нагрузки предлагается использовать накопитель энергии. Применение данного устройства позволит накапливать элек трическую энергию и использовать ее по мере необходимости, тем самым добиваясь более рационального использования энергоресур сов. Под «балластной» нагрузкой понимается некоторая полезная нагрузка, и это подразумевает автоматическое перераспределение электрической мощности между потребителями, часть из которых до пускает снижение величины питающего напряжения или его отклю чение.

В общем виде под накопителем энергии понимается устройство, позволяющее накапливать энергию какого-либо типа в течении вре мени заряда tз, а затем передавать запасенную энергию подключенной нагрузке за время разряда tр. Взаимосвязь между процессами заряда разряда можно выразить через закон сохранения энергии:

Р t =Р t (1) зз рр где Р р и Р з мощность процессов разряда и заряда накопителя энергии соответственно, – КПД накопителя.

Все известные накопители энергии можно классифицировать следующим образом:

1. Емкостные накопители 2. Молекулярные накопители 3. Индуктивные накопители 4. Сверхпроводящие индуктивные накопители 5. Емкостно-кинетический накопитель энергии.

Использование емкостных накопителей становится эффектив ным в связи с разработкой за рубежом и в России конденсаторов с двойным электрическим слоем, получившими название в России им пульсные конденсаторы сверхвысокой энергоемкости (ИКЭ). Они в наибольшей степени отвечают требованиям по плотностям энергии и мощности, предъявляемым к накопителям электроэнергии для транс портных средств.

Отличительными признаками емкостно-кинетического накопи теля по сравнению с известными накопителями являются:

• конденсаторная батарея собрана из последовательно параллельно соединенных ИКЭ;


• ИКЭ закреплены на периферической поверхности маховика;

• выводы соответствующей полярности конденсаторной батареи подключены к контактным кольцам;

• каждое контактное кольцо установлено на валу маховика и снабжено щеточно-контактным аппаратом для включения в цепь электрической машины.

При этом повышается плотность аккумулированной электро энергии (кДж/кг) за счет увеличения энергозапаса накопителя, так как суммируются количество энергии маховика и конденсаторной батареи и снижается их суммарная масса,поскольку ИКЭ с энергозапасом 40 60 кДж и более являются, как правило, материалоемкими и составля ют ощутимую долю в массе оборудования транспортного средства, совмещаются с маховиком и участвуют в накоплении кинетической энергии маховиком. Подключение выводов конденсаторной батареи соответствующей полярности к контактным кольцам, установленным на валу маховика и снабженные щеточно-контактным аппаратом, поз воляет осуществить включение конденсаторной батареи в цепь ем костно-кинетического накопителя с наименьшими потерями.

Рис.2 показана принципиальная Рис.3 вариант конструктивного электрическая и конструктивная схемаобъединения маховика с конденсаторной емкостно-кинетического накопителя батареей.

Накопитель содержит электрическую машину постоянного тока независимого возбуждения или с постоянным магнитом 1, вращаю щуюся с частотой вращения n 1, механическую передачу 2, муфту сцепления 3, маховик 4, на периферической поверхности которого установлены конденсаторы 50 собранные в конденсаторную батарею (на рис.2 представлен вариант с батареей из 6 конденсаторов). На валу маховика 4, вращающегося с частотой n 1, установлено контактное кольцо 6 положительной полярности с щеточно-контактным аппара том 9. Выводы 10 и 11 накопителя служат для его подключения в электромеханическую систему, где требуется аккумулирование элек трической и кинетической энергии. Для расширения функциональных возможностей электрическая схема накопителя содержит также вы ключатели 12 и 13. Выводы конденсаторов 5 одноименной полярно сти 14 соединены шинами 15 в батарею, каждый вывод 16 которой подсоединен к соответствующему контактному кольцу 6 и 8.

При подключенных к электромеханической система выводах и 11 и замкнутых выключателях 12 и 13 электрическая машина 1 ра ботает в режиме двигателя и при сопряженных с помощью механиче ской передачи 2 и муфты 3 валах машины 1 и маховика 4 раскручива ет его до частоты вращения n 2, заряжая его кинетической энергией.

Одновременно, при замкнутом выключателе 13, происходит заряд конденсаторной батареи от источника энергии электромеханической системы по электрической цепи через щеточно-контактный аппарата.

При изменении режима работы электромеханической системы, когда электрическая машина 1 переходит в режим генератора, проис ходит отдача энергии (разряд) конденсаторной батареи по той же электрической цепи как машине 1, так и электромеханической систе ме. Одновременно накопленная кинетическая энергия маховика пре образуется с помощью машины 1 в электрическую и возвращается электромеханической системе.

Емкостно-кинетический накопитель имеет более широкие функциональные возможности по сравнению с отдельно взятыми ма ховиком и конденсаторной батареей. Так при разомкнутом ключе или муфте 3 маховик неподвижен и функционирует в качестве нако пителя только конденсаторная батарея. С другой стороны, при разо мкнутом ключе 13 не функционирует в качестве накопителя конден саторная батарея. Таким образом, в зависимости от алгоритма работы электромеханической системы возможно оптимальное (в том числе порционное) использование аккумулируемой энергии.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Лукутин Б.В., Обухов С.Г., Шандарова Е.Б. Микрогидроэнерге тика.-Томск.:SST,Томск, 2001,120с.

2. Лукутин Б.В. Энергоэффективность преобразования и транс портировки электроэнергии. – Томск.:Изд. ТПУ, 200, 100с.

Научный руководитель: Б.В. Лукутин, д.т.н, зав. кафедрой ЭСПП, ЭНИН, ТПУ.

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ НА ФЕРМЕ КРС С.Р. Калачева, Н.Х. Ильясов Казанский государственный энергетический университет ИТЭ, ПТС, группа ПТС-05м Основная причина, определяющая необходимость развития воз обновляемых источников энергии (ВИЭ) – это быстрое истощение природных ресурсов и загрязнение окружающей среды, примером ко торой является энергетический кризис 1973г. и Чернобыльская ката строфа 1986г., что заставило большинство стран пересмотреть свою энергетическую политику в отношении темпов и перспектив исполь зования ВИЭ.

В нетрадиционной энергетике особое место занимает перера ботка биомассы (органических сельскохозяйственных и бытовых от ходов) метановым брожением с получением биогаза, содержащего около 70% метана, и обеззараженных органических удобрений. Чрез вычайно важна утилизация биомассы в сельском хозяйстве, где на различные технологические нужды расходуется большое количество топлива и непрерывно растет потребность в высококачественных удобрениях. Всего в мире в настоящее время используется или разра батывается около 60-ти разновидностей биогазовых технологий.[3] Для развития биоэнергетики с целью получения биогаза и высо кокачественных удобрений необходимо создание экономического ме ханизма, стимулирующего научно-технические работы в данной обла сти, производство и внедрение соответствующего оборудования.

Поэтому, основная цель проделанной работы заключается в рас смотрении проблем связанных с применением биоэнергетических установок и биореакторов, перспективы их развития и усовершен ствования.

Биогазовая отрасль производит не один конечный продукт, а целый спектр дорогих и важных продуктов и без ущерба экологии:

• Тепло – от охлаждения генератора или от сжигания биогаза. По лученное тепло используют для обогрева помещений.

• Электричество – из 1 м биогаза можно выработать около 2 кВт электроэнергии.

• Биогаз – можно сжимать, накапливать, перекачивать излишки, продавать. Существуют модели автомобилей, которые исполь зуют в качестве топлива газ. Эти машины могут без дополни тельной адаптации заправляться биометаном. Сейчас появляют ся первые заправочные биогазовые станции. В Швеции и Швей царии биометан уже долгое время используется в городских ав тобусах (Volvo, Skania) и грузовых машинах.

• Удобрения – удобрения, получаемые в виде переброженной массы являются экологически чистыми.

• Утилизация органических отходов – биогазовые установки мо гут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, что повышает санитарно-гигиеническое состояние этих предприя тий.

• Решение экологических проблем – производство биогаза позво ляет предотвратить выбросы метана в атмосферу, снизить при менение химических удобрений, сократить нагрузку на грунто вые воды.[1] Биогазовые установки, работающие периодически или циклич но, загружаются полностью до рабочего уровня и герметически за крываются, в течение некоторого промежутка времени установка ак тивно выделяет биогаз, после полной переработки биомассы установ ка разгружается и рабочий цикл повторяется. Для повышения выхода биогаза из установки применяется дополнительное оборудование:

1. Фекальные насосы применяются для откачки переработанной биомассы и значительно облегчают обслуживание биогазовой установки.

2. Циркуляционные насосы применяются в системе отопления установки и позволяют поддерживать рабочую температуру с меньшими энергозатратами.

3. Перемешивающие устройства применяются для перемешивания перерабатываемой биомассы внутри реактора.

4. Обратный клапан, устанавливаемый в систему газоотвода, не обходим для предотвращения попадания воздуха в биореактор.

5. Газовый котел отопления, подключается к системе отопления установок и работает на выделяемом биогазе и потребляет до 5% от всего колличества газа.[2] Существуют классические схемы биоэнергетических комплек сов для фермерского хозяйства. В предложенном проекте соединены все лучшие качества известных установок. Определены необходимые изменения в крепежных и соединительных системах всех агрегатов с учетом климатических и местных условий. Предложенная схема не требует глобального перестроения существующего хозяйства, но вме сте с тем включает в себя работы по озеленению, свободная от за стройки и твердого покрытия, озеленяется посадкой высокоствольных деревьев, кустарника, посевами многолетних трав.

Рис. 1. Схема биогазовой установки для сельского хозяйства Состав биогазовой установки:

1- участок хранения биоотходов, 2 - система загрузки биомассы, 3 - реактор, 4 - реактор дображивания, 5 – субстратер, 6 - система отопления, 7 - силовая установка, 8 - система автоматики и контроля, 9 - система газопроводов.

Объектом для расчета была выбрана ферма КРС в Апастовском районе Республики Татарстан на 2080 голов. Был изучен генплан хо зяйства и проведены исследования по его правке в соответствии с из менениями прогнозируемыми при внедрении биогазовой установки.

Количество биомассы при одной загрузке реактора около 100 м или mб.м. = 102 тонн биомассы влажностью 92%. Плотность биомассы составляет б.м. = 1020 кг/м3 или 1,02 тонн/м3. Удельная теплоемкость биомассы влажностью 92%, Ср б.м. = 4, 06 кДж/(кг°С).

Из одной тонны биомассы КРС влажностью 92% при полном анаэробном сбраживании, протяженностью 20-25 дней, выделяется 25м3 биогаза. В классической биоэнергетической установке один цикл, то есть процесс полного аэробного брожения, проходит за 20- дней. При полной загрузке реактора и сжигании биогаза выделится тепловая энергия в размере 56250 МДж. Так как процесс происходит без перерыва, почасовое сжигание товарного биогаза составит МДж, что составляет 651 кВт/час. Это связано с тем, что 1 кВт/час ра вен 3,6 МДж.

Площадь коровников и других помещений нуждающихся в теп ловой энергии составляет 16270 м2. Для коровников и помещений не обходимое тепловая энергия составляет 8,82 кВт/час. Остаток тепло вой энергии 644 кВт/час возможно реализовать населению или про дать, что приведет к дополнительным доходам.

Получение биогаза экономически оправдано и является предпо чтительным при переработке постоянного потока отходов (стоки жи вотноводческих ферм, скотобоен, растительных отходов и т. д.). Эко номичность заключается в том, что нет нужды в предварительном сборе отходов, в организации и управлении их подачей;

при этом из вестно, сколько и когда будет получено отходов. Получение биогаза, возможное в установках самых разных масштабов, особенно эффек тивно на агропромышленных комплексах, где существует возмож ность полного экологического цикла. Биогаз используют для освеще ния, отопления, приготовления пищи, для приведения в действие ме ханизмов, транспорта, электрогенераторов.

Воспользовавшись программой 2G Bio-Energietechnik был под считан экономический эффект применения классической биоэнерге тической установки используя исходные данные работы.

В результате выполненного исследования и проведённого рас чёта использования биоэнергетической установки на ферме КРС, бы ли получены данные подтверждающие экономическую выгоду ис пользования установки, после года использования БГУ можно сэко номить до 30% газа и около 15% электроэнергии. В настоящее время разработаны рабочие чертежи биогазовой установки, внедрение кото рой планируется на фермерских хозяйствах Республики Татарстан.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Грызлов, Б. В. Российская энергетика: в поисках альтернативы / Б. В. Грызлов // Эксперт. 2008. № 31. - С. 30-32.

2. Дурдыбаев С.Д., Данилкина В.С., Рязанцев В.П. Утилизация от ходов животноводства и птицеводства // ВНИИТЭИ Агропром.

Обзорная информация. – М.: 1989.

3. Калачева С.Р. Экспериментальная установка для метанового сбраживания органических отходов. Энергетика: Экология, надежность, безопасность: Труды XII Всероссийского студенче ского научно-технического семинара: в двух томах - Томск, 20 23 апреля 2010г. – Томск: ТПУ, 2010-IIтом Научный руководитель: А.Е. Кондратьев, к.т.н., доцент, зам. зав.

каф. ПТС по НР, КГЭУ.

МЕСТО ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ С.В. Емельянова Томский политехнический университет ЭСС, ЭНИН, группа 9А Производство энергии, являющееся необходимым средством для существования и развития человечества, оказывает воздействие на природу и окружающую человека среду. Производство энергии пред полагает ее получение в виде удобном для использования, а само по лучение - только преобразование из одного вида в другой. Одной из важных проблем в энергетике, кроме получения энергии, является обеспечение возможностей ее хранения и передачи.

Основой энергетики сегодняшнего дня являются топливные за пасы углеводородного сырья (угля, нефти и газа). Из этого материала человечество получает около 90% энергии. Сегодня наиболее пер спективным является природный газ, но его широкое использование связано с проблемами экологии. Могут быть и другие материалы и средства для получения энергии.

Назовем их "нетрадиционные" возобновляемые источники энер гии (НВИЭ). Отметимглавное отличие углеводородного материала от нетрадиционного для человечества материала получения энергии исчерпаемость. Потому ныне перед всеми учеными мира стоит про блема нахождения и разработки новых альтернативных источников энергии. Mалая и альтернативная (нетрадиционная) энергетика – энергетика будущего. Ее неисчерпаемость, автономность, безопас ность, экономичность служат гарантией этого утверждения.

Энергетика была бы небольшой частной составляющей общего развития общества, и уж, конечно, не оказалась бы в центре внимания мировой политики, если бы современное производство электроэнер гии, преимущественно основанное на использовании огневых (сжига ние) и атомных технологий:

• не было связано с неравномерно распределенными на планете (и ограниченными) ресурсами, • не сказывалось на состоянии атмосферы и гидросферы, • не изменяло бы облик целых регионов добычей нефти, газа, уг ля, урана, • если бы не было связанных с энергетикой катастроф, затраги вающих жизни миллионов и стоящих обществу сотен миллиар дов долларов (как Чернобыльская и Саяно-Шушенская аварии), • если бы за энергоресурсы не велись войны, и цены на энергоно сители не были бы командирами развития мировой экономики.

Однако реальность такова, что именно энергетические пробле мы оказываются пружиной принятия большинства решений, меняю щих облик нашей планеты и оказывающих влияние на жизнь и здоро вье любого человека.

Экономика России базируется на не возобновляемых углеводо родных топливно-энергетических ресурсах, причем, в большей степе ни, чем в большинстве промышленно развитых стран мира.

Таблица 1.

Соотношение не возобновляемых и возобновляемых источников энергии в топливно-энергетических балансах России и некоторых за рубежных стран (2000 год), %.

Страны Традиционные Ядер- Возобновляемые источники углеводородные ное энергии(*) ресурсы топливо Всего Газ Всего Гидроэнергия Герма- 83,6 21,2 13,0 3,4 0, ния Дания 88,7 22,9 0,0 11,3 0, Канада 76,0 29,4 7,5 16,5 12, Норве- 50,4 13,3 0,0 49,6 44, гия Россия 91,0 51,8 5,6 3,4 2, США 85,9 23,7 9,1 5,0 0, Финлян- 56,9 10,6 18,2 24,9 3, дия Франция 52,3 13,4 41,1 6,6 2, Швеция 35,3 1,5 31,7 33,0 14, МИР 79,8 20,8 6,7 13,5 2, (*) – без учета торфа. Торф учитывается в традиционных угле водородных ресурсах.

Применение возобновляемых источников энергии в России при наличии колоссальных возможностей практически отсутствует, в от личие от большинства промышленно развитых государств. Обуслов лено это не столь развитой инфраструктурой и низкой плотностью за селения, а также относительно низкими ценами на природный газ.

Основные причины, указывающие на важность скорейшего пе рехода к АИЭ:

• глобально-экологические: сегодня общеизвестен и доказан факт пагубного влияния на окружающую среду традиционных энер годобывающих технологий (в т.ч. ядерных и термоядерных).

• политические: та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику, способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены на топливные ресур сы;

• экономические: переход на альтернативные технологии в энер гетике позволит сохранить топливные ресурсы страны для пере работки в химической и других отраслях промышленности.

Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтер нативными источниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, да и сроки окупаемости строи тельства альтернативных электростанций существенно короче.

Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную - растут;

Таблица 2.

Сравнительный анализ стоимости электроэнергии, полученной от раз личных источников энергии на электростанциях стран ЕС ( в центах за кВт·ч).

Электростанции на орга- Электростанции на возобновляемых ис ническом и ядерном топ- точниках энергии, цент/кВт·ч ливе, цент/кВт·ч Станции на газе – 6,4 Гидроэлектростанции – 4, Геотермальные электростанции – 7, Станции на угле – 5,2 Ветроэлектростанции – 6, Геотермальные станции – 6, Атомные электростанции Станции на отходах деревообработки – – 12 6, Солнечные фотоэлектрические станции – 28, • социальные: численность и плотность населения постоянно рас тут. При этом трудно найти районы строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно и безопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологиче ских и других тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС, предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимый гигантскими рав нинными ГЭС, - всё это увеличивает социальную напряжен ность.

• эволюционно-исторические: в связи с ограниченностью топлив ных ресурсов на Земле, а также экспоненциальным нарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планеты существующая традиционная энергетика представляется тупи ковой;

для эволюционного развития общества необходимо не медленно начать постепенный переход на альтернативные ис точники энергии.

Наибольшее применение получил самый изменчивый и непо стоянный вид энергии - ветер. Суммарная мировая установленная мощность крупных ВЭУ и ВЭС, по разным оценкам, составляет от до 20 ГВт.

Второе место по объему применения занимает геотермальная энергетика. Суммарная мировая мощность ГеоТЭС составляет не ме нее 6 ГВт.

Далее следует солнечная энергия. Она используется в основном для производства низкопотенциального тепла для коммунально бытового горячего водоснабжения и теплоснабжения.

Не менее интенсивно развивается использование энергии био массы. Последняя может конвертироваться в технически удобные ви ды топлива или использоваться для получения энергии путем термо химической (сжигание, пиролиз, газификация) и (или) биологической конверсии. При этом используются древесные и другие растительные, а также органические отходы, в том числе городской мусор, отходы животноводства и птицеводства.

Указанные источники энергии имеют как положительные, так и отрицательные свойства. К положительным относятся повсеместная распространенность большинства их видов, экологическая чистота.

Эксплуатационные затраты по использованию нетрадиционных ис точников не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.

Отрицательные качества - это малая плотность потока (удельная мощность) и изменчивость во времени большинства НВИЭ. Что же касается «бесплатности» большинства видов НВИЭ, то этот фактор нивелируется значительными расходами на приобретение соответ ствующего оборудования.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Безруких П. Возобновляемая энергетика: сегодня – реальность, завтра – необходимость. Москва, 2007.

2. Наука в Сибири, №50(2536).

3. Ведяпин M., Степанов M. Экономическая география России.

Москва, 2002.



Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 8 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.