Kitobni o'qish: «Возобновляемые источники электроснабжения»

Издание сертифицировано (№ 20016) и рекомендовано к использованию «Межрегиональным центром электронных образовательных ресурсов» – http://mceor.ru/

Утверждено на заседании

Методической школы им. О. И. Хомутова

Протокол № 2 от 2 марта 2020 г.

Рецензент: д.т.н., профессор

А. А. Багаев (АлтГАУ)

© Сташко Василий Иванович, 2020

1. Цели и задачи освоения дисциплины «Возобновляемые источники электроснабжения»

Дисциплина «Возобновляемые источники электроснабжения» предполагает ознакомление с возобновляемым источникам энергии, такими как солнечная и ветровая энергия, гидроэнергия больших и малых водотоков, а так же энергия биомассы. Наибольшее внимание при изучении данной дисциплины уделяется наиболее доступному, и динамично развивающемуся в настоящее время возобновляемому источнику энергии (ВИЭ) – энергии солнечного излучения.

При изучении дисциплины «Возобновляемые источники электроснабжения» закладываются основы и общие представление об альтернативных источниках энергии, которые в дальнейшем будут необходимы для формирования теоретического мышления при практической реализации систем электроснабжения с использованием ВИЭ.

Дисциплина «Возобновляемые источники электроснабжения» изучает методы, средства и организационные меры с целью обеспечения надежной и эффективной работы систем электроснабжения на основе использования ВИЭ. Целью курса является подготовка специалистов в области энергосбережения и повышения энергоэффективности производства, эффективной эксплуатации электрооборудования и систем электроснабжения.

Перечень планируемых результатов обучения по дисциплине «Возобновляемые источники электроснабжения», соотнесенных с индикаторами достижения компетенций, представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Результаты обучения и индикаторы достижения компетенций

В процессе изучения дисциплины «Возобновляемые источники электроснабжения» ставятся и решаются следующие основные задачи:

– студенты получают знаниями о характеристиках и особенностях возобновляемых источников энергии, о современных методах их использования, основных проблемах и перспективах развития возобновляемой энергетики;

– студенты осваивают методы построения и расчёта систем электроснабжения на основе использования ВИЭ для разработки и внедрения необходимых изменений в условиях реального производства с точки зрения повышения его энергоэффективности, экономической целесообразности и решения вопросов энергосбережения;

– у студентов формируется понимание основных тенденций и направлений в совершенствовании систем электроснабжения на основе использования возобновляемых энергоресурсов в отечественной и зарубежной практике, а также развиваются способности объективно оценивать характеристики доступных ВИЭ.

Изучение дисциплины проводится с применением средств современных образовательных технологий, с использованием ресурсов Интернет, а также ЭОС АлтГТУ ILIAS.

2. Содержание теоретического и практического курсов

2.1 Содержание курса лекций

Курс «Возобновляемые источники электроснабжения» состоит из шести основных разделов. Лекционная часть для студентов очного обучения составляет 12 часов, для заочного – 6 часов. Для практических занятий у студентов очной формы обучения отводится 24 часа, у заочной – 6 часов. Кроме того, для студентов заочной формы обучения предусмотрено выполнение контрольной работы.

Общее содержание дисциплины для очной и заочной форм обучения, представлено в таблицах 2.1 и 2.2.

Таблица 2.1

Содержание дисциплины для очной формы обучения

Таблица 2.2

Содержание дисциплины для заочной формы обучения

ТЕМА 1. Возобновляемые и невозобновляемые источники энергии. Основные понятия, термины и определения. Традиционные и нетрадиционные источники энергии. Энергетические переходы. Структура мирового энергопотребления. Динамика роста энергопотребления в мире и в России. Особенности топливно-энергетического баланса Алтайского края.

ТЕМА 2. Солнечная энергетика. Физические основы процессов преобразования солнечной энергии. Уровень инсоляции в зависимости от географических координат. Промышленное и хозяйственное использование солнечной энергии для получения тепла. Типы солнечных систем для выработки электроэнергии. Классификация солнечных электростанций (СЭС). Технико- экономические показатели СЭС.

ТЕМА 3. Использование энергии ветра, воды и биомассы. Потенциал энергии ветра. Ветровой кадастр России. Общие характеристики и типы ветроэнергетических установок (ВЭУ). Энергия малых рек и работа водяного потока. Схемы концентрации напора. Идеальная и реальная мощность гидротурбин. Энергия биомассы. Энергия биомассы, фотосинтез, биотопливо. Классификация процессов производства биотоплива. Биоэнергетические установки и комплексы.

ТЕМА 4. Накопители энергии. Специфические проблемы аккумулирования и передачи энергии от ВИЭ. Электрохимические аккумуляторы. Электрические, механические и гравитационные накопители энергии. Гидроаккумулирующие электростанции. Топливные элементы. Химическое аккумулирование с помощью водорода и аммиака.

ТЕМА 5. Распределённая энергетика на основе ВИЭ. Технологии энерджинет. Принципы построения «умных» сетей Smart Grid. Системы микрогенерации и автономного электроснабжения. Использование ВИЭ в системах электроснабжения промышленных предприятий, городов, сельских населённых пунктов и удалённых от энергосистемы объектов.

ТЕМА 6. Водород – возобновляемый источник электроснабжения. Перспективы водородной энергетики в мире и в России. Технологии промышленного производства водорода. Инфраструктура для транспортировки и хранения водорода. Конверсия тепловых электростанций с угля на водород. Перспективы водородной энергетики в Алтайском крае.

2.2 Содержание курса практических занятий

ЗАНЯТИЕ 1. Расчет мощности солнечного излучения. Солнечное излучение в космосе и на Земли. Мощность солнечной радиации. Тепловой баланс и энергетические потоки в атмосфере и на поверхности Земли. Расчет интенсивность излучения у земной поверхности в зависимости от географических координат.

ЗАНЯТИЕ 2. Расчет основных параметров фотоэлектрических систем. Использование энергии солнца для получения электрической энергии. Мощность и вольт-амперная характеристика (ВАХ) солнечных элементов. Точка максимальной мощности и КПД солнечных панелей.

ЗАНЯТИЕ 3. Ветроэнергетика. Ветроэнергетические ресурсы. Основные характеристики ветроэнергетического кадастра. Расчет ветроэнергетического кадастра. Удельная мощность и энергия ветрового потока. Разработка структурной схемы ветроэнергетической установки.

ЗАНЯТИЕ 4. Малая гидроэнергетика. Энергетика потоков воды. Расчет водноэнергетического кадастра водотока. Расчет потенциала водного потока для малой энергетики. Параметры гидротурбины и водяного колеса. Электроэнергия из сточных вод.

ЗАНЯТИЕ 5. Расчет основных параметров солнечной электростанции. Выбор типа солнечной электростанции (СЭС). Автономные, сетевые и гибридные СЭС. Расчет параметров СЭС для электроснабжения различных производственных процессов и систем уличного освещения. Расчет параметров СЭС объектов микрогенерации.

ЗАНЯТИЕ 6. Расчет основных параметров накопителей энергии. Основные типы и характеристики аккумуляторов. Технологии изготовления аккумуляторов. Расчет числа и емкости аккумуляторных батарей для систем электроснабжения на основе использования ВИЭ. Расчет параметров источников бесперебойного питания (ИБП). Гибридные накопители энергии и накопители на основе ионисторов (суперконденсаторов).

2.3 Задание на контрольную работу

В процессе изучения курса «Возобновляемые источники электроснабжения», студенты заочной формы обучения, в течении семестра выполняют контрольную работу. Задание на контрольную работу выдается преподавателем каждому студенту индивидуально, в начале семестра. Выбор темы контрольной работы зависит от конкретной профессиональной деятельности студента, уровня его теоретической подготовки и квалификации.

Задание на контрольную работу может быть согласовано с темой будущей выпускной квалификационной работой.