Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

Преподаватель: Моренко Константин Сергеевич, к.т.н.

Уровень образования: аспирантура

Цель подготовки

Цель подготовки в течение семестров – успешная сдача кандидатского экзамена.

В конце каждого семестра необходимо сдать:

реферат на каждого студента
конспект разделов один на всю группу в электронном виде

Каждый подготавливает свои вопросы, затем один студент (координатор, на усмотрение группы) составляет общий конспект. В конце последнего семестра будет готов полный конспект по всем вопросам кандидатского экзамена.

Распределение вопросов на текущий семестр высылаю письмом в начале занятий.

Реферат

Реферат оформляется из тех же вопросов, которые закреплены за студентом.

Требования к реферату

Объем реферата: 10–12 страниц.

Содержание:

Титульный лист
Оглавление
Основная часть
Заключение
Литература

В оглавлении должно быть минимум 3 раздела.

В списке литературы должно быть минимум 3 источника.

Оформление текста:

шрифт: 14
интервал: 1,5
отступ абзаца: 1,25 см

Ответы на вопросы

Ответ на вопрос:

(по центру) номер и название вопроса
(по центру) ссылка на источник по ГОСТ7.1–2003
(по ширине) содержимое ответа
- 300–500 слов
- 0–2 рисунка
- 0—3 формулы
- 0—1 таблица

Оформление:

шрифт: 12–14
интервал: 1–1,5

Можно добавлять схемы и рисунки, которые легко можно будет воспроизвести при ответе на экзамене. Фотографии бесполезны т.к. их нельзя воспроизвести на экзамене.

Список вопросов

Оригинальная программа-минимум

Раздел 1. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки на их основе

Раздел 2. Принципы использования солнечной энергии

Основные понятия и определения
Источники потенциала солнечной энергии.
Солнечная радиация: прямая и диффузная.
Спектры внеатмосферного и наземного, солнечного излучения.
Методы измерения солнечной радиации.
Методы расчета прихода солнечной радиации на горизонтальную и произвольно ориентированную площади на поверхности Земли в произвольно взятой ее точке.
Зависимость солнечной радиации от времени и широты местности.
Продолжительность дня с солнечным излучением, поглощение в атмосфере (оптическая масса).
Оптимальная ориентация приемника солнечного излучения.
Основные категории потенциала солнечной энергии и методы их расчета.
Кадастр солнечной энергии.
Современное состояние и перспективы использования солнечной энергии в мире
Основные виды солнечных энергоустановок (СЭУ) и систем наземного и космического назначения (станции СЭС).
Системы солнечного электроснабжения, горячего водоснабжения, отопления, охлаждения, сушки, опреснения, гидролиза и т. д.
Башенные СЭС.
Основная технологическая схема, ее компоненты и их энергетические характеристики.
Уравнение движения Солнца и гелиостатов.
Затенение и блокировка гелиостатов.
Коэффициент улавливания приемником солнечной радиации.
Тепловой приемник и методы его расчета.
Оптимизация системы «концентратор (гелиостаты) — приемник».
СЭС на основе солнечных прудов.
Технологическая схема преобразования энергии и ее компоненты.
Термальный градиент
Теплоаккумулирующая характеристика солнечных прудов.
Методы расчета основных параметров СЭС на основе солнечных прудов.
СЭС с параболическими и параболоцилиндрическими концентраторами: технологическая схема преобразования энергии и ее компоненты.
Эффект концентрации излучения.
Методы расчета основных параметров.
Фотоэлектрические СЭС
Фотоэлектрическая генерация энергии.
Структура солнечных элементов и принципы их работы.
Фотоэлектрические свойства цепи и нагрузки фотоэлементов.
Основные виды потерь энергии и факторы, влияющие на КПД фотоэлемента.
Конструкции солнечных элементов.
Основные технические требования к материалам солнечных элементов.
Жесткие и гибкие фотоэлементы.
Концентраторы излучения, их разновидности и особенности использования.
КПД основных типов фотоэлементов.
Фотоэлектростанции.
Солнечные коллекторы и их разновидности.
Принцип действия, основные конструктивные особенности, КПД солнечных коллекторов.
Расчет температурного поля «тепловых потерь, отвода тепла, оптического КПД
Селективные покрытия их разновидности и свойства.
Системы солнечного горячего водоснабжения и отопления.
Схемы и элементы.
Методы расчета систем солнечного теплоснабжения (ССТ).
Аккумуляция тепла в ССТ.
Краткосрочная и длительная аккумуляция тепла.
Методы расчета характеристик ССТ.
Принцип действия, конструктивные особенности и методы расчета подогревателей воды и воздуха, сушилок, кондиционеров, холодильников, опреснителей воды на базе ССТ.
Пассивные солнечные системы (ПСС).
Основные типы и их особенности.
ППС с непосредственным обогревом помещений (солнечные окна, оранжереи, теплицы, прозрачная крыша) и их энергетические характеристики.
ПСС с обогревом пассивного элемента вне помещения (стена Тромба, термопруды, контейнеры с водой на крыше зданий и т. д.)
Аккумуляция тепла элементами зданий и конструкций.
Использование пристроенных и встроенных теплиц в качестве приемников солнечного тепла.
Космические СЭС (КСЭС).
Основные схемы преобразования и концентрации солнечного излучения на КСЭС (фотоэлектрические, машинные и прямые преобразования энергии Солнца).
Достоинства и недостатки схем.
Проблемы сооружения КСЭС и передачи энергии на Землю.
Перспективные системы передачи энергии с КСЭС на Землю (СВЧ- излучение, лазерный луч).

Раздел 3. Энергия ветра и источники на ее основе

Основные понятия и определения.
Источники потенциала ветровой энергии.
Преобразования энергии ветра.
Ветроэнергетические установки (элементы аэродинамики).
Основные характеристики ветра и методы их определения.
Зависимость параметров ветра от высоты и во времени.
Характерные функции распределения ветра (распределение Рэлея, Вейбулла-Гудрича и т.д.).
Роза ветров.
Высота флюгера.
Географические факторы и местные расчетные параметры ветра.
Основные категории потенциала ветровой энергии и методы их расчета.
Кадастр ветровой энергии.
Основные технические схемы использования энергии ветра и их классификация.
Теория идеального и реального ветрового двигателя.
Основные положения и допущения.
Осевая или подъемная сила.
Рабочий момент и мощность.
Потери энергии ветродвигателя.
Методы получения энергетических характеристик ветроколеса.
Способы установки ветроколеса на ветер.
Силы, действующие на ветроколесо при его работе в косом потоке.
Гироскопический момент ветроколеса.
Способы регулирования частоты вращения ветроколеса и его и мощности.
Конструктивные особенности и энергетические характеристики основных элементов ветроэнергетической установки.
Режимы работы ветроколеса.
Быстроходность и его связь с коэффициентом мощности.
Подведенная и полезная мощность ветроэнергоустановки с вертикальной и горизонтальной осью.
Основные виды потерь энергии.
Ветроустановки, предназначенные для производства электроэнергии, тепла, механической энергии и их особенности.
Ветроустановки с горизонтальной осью вращения.
Основные элементы конструкции.
Одно- и многолопастные системы ВЭУ со стабилизаторами, без него или с дополнительным боковым колесом; с серводвигателем или с самоориентацией.
Особенности режимов работы разных видов ВЭУ.
Конструкции редуктора и генератора, их энергетические характеристики.
Баланс энергии в ВЭУ.
Основные энергетические характеристики.
Расчетные скорости: минимальная, рабочая, максимальная.
Концентраторы воздушного потока, их эффективность, особенности их конструкции.
Ветроустановки с вертикальной осью вращения.
Основные элементы конструкции.
Одно- и многоярусная система.
Преимущества и недостатки.
Основные типы ВЭУ.
Энергетические характеристики ВЭУ разного типа с вертикальной осью вращения.
Ветроэлектростанция (ВЭС) или ветропарк.
Основные принципы оптимального использования энергопотенциала ветра в заданном регионе.
Схемы оптимального размещения ВЭУ относительно друг друга и ветрового потока с учетом розы ветров в регионе.
Эффект затемнения в ветропарке.

Раздел 4. Использование энергии перемещения водных потоков

Основные принципы использования энергии воды.
Источники потенциала гидроэнергетики: естественные и искусственные водотоки и водохранилища, водохозяйственные и др. гидротехнические системы, ледники, подземные воды, приливы и отливы, волны и течения в морях и океанах
Традиционная и нетрадиционная (малая) гидроэнергетика и их особенности.
Основные гидравлические и энергетические параметры источников потенциала малой гидроэнергетики.
Методы измерения напора и расхода воды.
Гидрометрические характеристики источника потенциала малой гидроэнергетики (МГЭ).
Гидрологическая информация МГЭ и ее особенности по сравнению с традиционной гидроэнергетикой.
Использование детерминированных и вероятностных методов расчета в гидрологии МГЭ.
Особенности формирования стока водосборов водостоков в МГЭ.
Энергия морских волн и течений.
Источники потенциала и их особенности.
Поверхностные волны на глубокой и мелкой воде (основы теории волнового движения).
Энергия и мощность волны и методы ее использования.
Идеальные и реальные волны и методы их описания.
Энергетический спектр (распределение мощности волны) волн.
Методы использования энергии волн при непрерывном волновом движении.
География волн на Земле.
Энергия приливов
Источники потенциала и их особенности.
Влияние Солнца и Луны на приливы.
Прилив в открытом океане и вблизи берегов.
Приливная волна.
Энергетика приливных течений и методы ее расчета.
Основные характеристики приливной волны, методы их расчета и особенности их изменения во времени и от основных влияющих факторов
Лунный месяц.
География приливов.
Основные категории потенциала малой гидроэнергетики (включая волны и приливы) и методы их расчета.
Водноэнергетические кадастры гидроэнергетики.
Малые гидроэнергетические установки (ГЭУ) и гидроэлектростанции (ГЭС) различных типов, включая волновые энергоустановки (ВлЭУ) или электростанции (ВлЭС), а также приливные электростанции (ПЭС).
Малые ГЭС: классификационные признаки.
Основные методы и способы концентрации напора и расхода.
Основные типы и виды турбинного оборудования МГЭС.
Его энергетические характеристики, методы их получения и расчета.
Модельные и натурные испытания гидроагрегатов.
Нетрадиционные схемы и виды оборудования МГЭС.
Водоподводящие и водоотводящие сооружения МГЭС и их энергетические характеристики.
Основные типы гидрогенераторов МГЭС (на постоянном и переменном токе, синхронные и асинхронные).
Энергетические характеристики гидрогенераторов.
Методы выбора и обоснования основных параметров гидроагрегатов МГЭС.
Волновые электростанции (ВлЭС).
Основные типы и схемы ВлЭС: устройства, отслеживающие профиль волны, использование колеблющегося водяного столба; системы улавливающие волны; надводные и подводные устройства.
Методы расчета подведенной и полезной мощности ВлЭУ и ВлЭС.
Основные энергетические характеристики элементов ВлЭУ и методы их расчета.
Приливные электростанции (ПЭС).
Энергия и мощность приливных течений и приливного подъема-спада воды.
Методы расчета скорости и мощности приливных течений и приливного подъема-спада воды.
Сизигийный и квадратурный прилив.
Энергия прилива за лунный месяц.
Перспективные районы и схемы использования энергии приливов: одно- и многобассейновые; с обратимыми и необратимыми агрегатами; с гидравлической аккумуляцией энергии.
Методы выбора и обоснования основных параметров оборудования ПЭС.

Раздел 5. Источники на основе геотермальной энергии

Геотермальная энергия, основные понятия и определения.
Источники потенциала геотермальной энергии (ГеоТЭ).
Основы геофизики.
Тепловое поле Земли.
Методы излучения геотермальных ресурсов и их классификация.
Системы извлечения геотермальных ресурсов и их классификация.
Сухие скальные породы и естественные водоносные пласты (термальные воды и парагидротермы).
География геотермального тепла Земли.
Методы расчета теплосодержания глубинных пород Земли.
Потенциал геотермальной энергии и методы его расчета.
Современное состояние и перспективы использование геотермальной энергии в мире.
Геотермальные энергоустановки (ГеоТЭУ) и электростанции (ГеоТЭС).
Использования геотермальной энергии: возможности и потребности.
Техника извлечения тепла земли.
Основные схемы технологического процесса на ГеоТЭС: цикл с одним рабочим телом, цикл с двумя рабочими телами, прямой и паровой и двухконтурный цикл.
Схемы утилизации отработанного рабочего тепла ГеоТЭС.
Виды рабочего тела и их особенности.
Методы выбора и обоснования основных параметров оборудования ГеоТЭС.
Энергетические характеристики ГеоТЭС, методы их изучения и расчета.
Особенности энергетического оборудования ГеоТЭС.

Раздел 6. Биомасса как источник энергии

Энергия биомассы.
Основные понятия и определения.
Источник потенциала биомассы и ее география.
Классификация биотоплива.
Влага, плотность и содержание углерода в биомассе.
Основные типы энергопроцессов, связанных с переработкой биомассы: термохимические, биологические, агрохимические.
Производимое биотопливо из биомассы.
Технология преобразования: сжигание, пиролиз, сбраживание, анаэробное разложение и т.д.
Удельная потенциальная величина урожайности биомассы различных культур.
Основы фотосинтеза.
Современное состояние и перспективы использования энергии биомассы в мире.
Биоэнергетические установки (БиоЭУ).
Классификация БиоЭУ по типу энергетических процессов, связанных с переработкой биомассы.
Основные элементы технологического процесса, их энергетические характеристики и методы их получения и расчета.
Технологические процессы переработки биомассы, основанные на термохимичеких методах.
Сжигание топлива для получения тепла, приготовление пищи и обогрев жилищ, сушка технических культур, сжигание отходов, производство тепла и электроэнергии.
КПД установок.
Пиролиз или сухая перегонка сырья для пиролиза и его ресурсы.
КПД пиролиза.
Твердый остаток (древесный уголь).
Сепарация жидкостей и газов (газификация).
Другие термохимические процессы: гидрогенерация; гидрогенерация с применением СО и пара; гидролиз под воздействием кислот и ферментов; метиловый спирт в качестве топлива.
Технологические процессы, основанные на биохимических методах.
Спиртовая ферментация или брожение.
Методы получения этилового спирта (этанола) из сахарного тростника, сахарной свеклы, растительного крахмала, целлюлозы.
Выход этанола из различных культур.
Этанол в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания.
Анаэробное сбраживание или разложение.
Необходимые условия реализации.
Биогаз, как смесь СН4 и СО2.
Основное уравнение анаэробного сбраживания.
Методы расчета основных параметров биогазогенераторов и его энергетические характеристики.
Агрохимические методы получения топлива в процессе жизнедеятельности растений.
Недостатки и достоинства методов.

Раздел 7. Использование низкотемпературного тепла земли, воды, воздуха

Основные понятия и определения.
Источники потенциала и география.
Тепловой баланс Земли.
Естественные источники и поглотители теплоты.
Производство теплоты в мире.
Рассеивание теплоты: механизмы теплопередачи.
Прямоточное охлаждение.
Градирни.
Методы утилизации сбросной теплоты.
Качество теплоты и ее транспорт.
Потенциал низкотемпературного тепла земли, воды и воздуха в мире и методы его расчета.
Основные влияющие факторы.
Современное состояние и перспективы использования низкотемпературного тепла Земли, воды и воздуха в мире.
Океанические тепловые электростанции (ОТЭС).
Принцип работы ОТЭС.
Допустимая разность температур.
Технологическая схема ОТЭС Энергетические характеристики ОТЭС.
Теплонасосные установки (ТНУ).
Тепловые насосы, принципы их работы и использования.
Источники низкотемпературного тепла: воздух окружающей среды, вентиляционный воздух, тепло грунта, стоячие воды, промышленные сбросы, подземные воды, озерная, морская и речная вода и другие источники нетрадиционного тепла.
Основные компоненты технологического цикла ТНУ: системы сбора тепла, испаритель, компрессор, конденсатор, расширитель.
Баланс энергии ТНУ.
Коэффициент преобразования тепла.
Направления и области применения ТНУ.
Экологически чистые рабочие тела ТНУ, их особенности и перспективы использования.
Энергетические характеристики компонентов ТНУ.
Использование ТНУ для получения тепла в системах индивидуального и коллективного использования энергии.

Раздел 8. Аккумуляция и транспорт энергии

Основные понятия и определения.
Назначение аккумуляторов энергии и принципы аккумулирования: биологическое, химическое, тепловое, электрическое, механическое.
Основные характеристики аккумуляторов.
Транспорт первичной и вторичной энергии.
Основные способы передачи энергии, их особенности и характеристики.
Трубопроводы, кабельная сеть, линии электропередачи, контейнерные перевозки и т. д.
Энергоаккумулирующие установки (ЭАкУ) и станции (ЭАкС).
Гидроаккумулирующие, тепловые, индуктивные, водородные и другие виды аккумуляции энергии.
Технологические циклы ЭАкУ и принцип их действия.
КПД аккумуляции.
Основные энергетические характеристики, методы их получения и расчета.
Глубина и скорость заряда-разряда.
Длительность цикла аккумуляции.
Гарантированное число циклов заряда-разряда.
Преобразователи энергии ЭАкУ

Раздел 9. Основные технические схемы преобразования возобновляемых видов энергии (ВВЭ)

Технологический процесс преобразования энергии в электроустановках на базе ВВЭ.
Основные энергетические характеристики этапов преобразования энергии и всей установки в целом.
Методы расчета и измерения основных параметров и характеристики в установившихся и переходных режимах.
Влияние энергетических объектов на базе ВКЭ на окружающую среду.
Океанические тепловые электростанции (ОТЭС).
Принцип работы ОТЭС.
Допустимая разность температур.
Технологическая схема ОТЭС Энергетические характеристики ОТЭС.
Энергетические комплексы (ЭК) и электротехнологические комплексы (ЭТК) с установками на базе ВВЭ и ЭАкУ.
Основные схемы ЭК и ЭТК и принципы их использования для обеспечения энергией автономного потребителя и электрической системы.
Достоинства и недостатки различных схем ЭК и ЭТК.
Методы расчета основных энергетических параметров ЭК и ЭТК с аккумуляторами энергии разного вида.
Транспорт первичной и вторичной энергии. Энергетические характеристики. КПД.
Основные этапы проектирования схем установок и станций на базе ВВЭ.
Исходная информация, методы ее получения и хранения.
Основные энергетические параметры энергоустановок и станций на базе ВВЭ и методы их расчета.
Использование систем автоматизированного проектирования (САПР) при выборе и обосновании параметров энергоустановок и станций на базе ВВЭ при их работе на изолированного потребителя и энергосистему.
Разработка элементов САПР, их информационного и программного обеспечения.
Расчеты краткосрочных и длительных режимов энергоустановок на базе разных ВВЭ с целью обоснования их основных проектных параметров.
Учет наличия аккумуляторов энергии и традиционных видов электростанций и энергоустановок.
Водно-энергетические расчеты режимов традиционных и малых ГЭС, НС, ГАЭС, ПЭС и других типов ГЭУ в условиях проектирования для детерминированной, вероятностной и неопределенной информации для установившихся и неустановившихся режимов работы.
Особенности постановки задачи, методы решения, основные допущения.
Особенности решения каскадной задачи с ГЭУ разного типа.
Особенности проектирования малых ГЭУ, работающих на автономного и объединенного потребителя.
Оптимизация структуры генерирующих мощностей локальных, региональных и объединенных энергосистем с энергоустановками на базе ВВЭ.
Работа энергоустановок на базе разных ВВЭ на автономного и локального потребителя.
Особенности исходной информации и методы решения задачи.
Методы оптимального управления и организации эксплуатации схем, установок и станций на базе ВВЭ.
Автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ) в энергетике.
Структура и система управления энергообъектами в электроэнергетике.
Разработка элементов АСДУ, их информационного и программного обеспечения.
Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) энергообъектов на базе ВВЭ и их особенности.
Информационное и программное обеспечение.
Разработка элементов АСУ ТП, их информационное и программное.

Учебные материалы

Литература и ссылки по теме

Книги:

Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии. Пер. с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.: илл.
Валов М. И., Казанджан Б. И. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения. – М.: Изд-во МЭИ, 1991. – 140 с.: илл.
Андреев В. М., Грилихес В. А., Румянцев В. Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. – Л.: Наука, 1989. – 202 с.: илл.
Грилихес В. А. Солнечные космические энергостанции. – М.: Наука, 1986. – 236 с.: илл.
Дьяков А. Ф., Перминов Э М., Шакарян Ю. Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 220 с.: илл.
Гидроэнергетика. Под ред. В. И. Обрезкова, – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 512 с. илл.
Гидроэлектрические станции. Под ред. В. Я. Карелина и Г. И. Кривченко. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 300 с. илл.
Васильев Ю. С., Виссарионов В. И., Кубышкин Л. И. Решение гидроэнергетических задач на ЭВМ. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 200 с.: илл.
Использование водной энергии. Учебник для вузов. Под ред. Ю. С. Васильева. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1995. – 608 с.: илл.
Приливные электростанции. Под ред. Л. Б. Бернштейна. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 296 с.: илл.
Использование волновой энергии. Учебное пособие. Под ред. В. И. Виссарионова. – М.: Изд-во МЭИ, 2002. – 144 с. илл.
Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. /Коллектив авторов/ – С-Пб.: Наука, 2002. – 314 с.: илл.
Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. – М.: Мир, 1987. – 408с.: илл.
Виссарионов В. И., Золотов Л. А. Экологические аспекты возобновляемых источников энергии. – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 156 с.: илл.
Накопители энергии. Под ред. Д. А. Бута. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 400 с. илл.

Вопросы и ответы

Почему здесь так много вопросов, а в вопросах к билетам их гораздо меньше?: Это очень подробная программа, многие вопросы в билетах объединяются в более крупные, поэтому их меньше по количеству, но не по объему. Многие вопросы сгруппированы и разделены интервалами.

Обратная связь

В случае затруднений по отдельным вопросам отвечаю на них в ходе ближайшего занятия.

Любая обратная связь со мной: vim@konstantin-morenko.ru.

Ссылка сюда

qr-code