05.14.08 — Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

ВведениеДанная программа составлена на основе дисциплин направлений«Энергомашиностроение» и «Электроэнергетика», связанных особенностями анализапринципов использования возобновляемых видов энергии, синтеза и оптимальногоиспользования энергоустановок на их основе.Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссииМинистерства образования Российской Федерации по энергетике, электрификации иэнергетическому машиностроении при участии Московского энергетического института(технического университета).1. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки на их основеИсточники возобновляемых видов энергии и их особенности.

Географияэнергоресурсов. Основные понятия и определения в практике исследования ииспользования возобновляемых видов энергии. Параметры возобновляемых видовэнергии и методы их измерении. Расчеты основных категорий потенциала. Современноесостояние и перспективы использования возобновляемых видов энергии.2. Принципы использования солнечной энергииОсновные понятия и определения.

Источники потенциала солнечной энергии.Солнечная радиация: прямая и диффузионная. Спектры внеатмосферного и наземного,солнечного излучения. Методы измерения солнечной радиации. Методы расчет приходасолнечной радиации на горизонтальную и произвольно ориентированную площади наповерхности Земли в произвольно взятой ее точке. Зависимость солнечной радиации отвремени и широты местности.

Продолжительность дня с солнечным излучением,поглощение в атмосфере (оптическая масса). Оптимальная ориентация приемникасолнечного излучения.Основные категории потенциала солнечной энергии и методы их расчета. Кадастрсолнечной энергии. Современное состояние и перспективы использования солнечнойэнергии в мире.Основные виды солнечных энергоустановок (СЭУ) и систем наземного икосмического назначения (станции СЭС).

Системы солнечного электроснабжения,горячего водоснабжения, отопления, охлаждения, сушки, опреснения, гидролиза и т.п.Башенные СЭС. Основная технологическая схема, ее компоненты и ихэнергетические характеристики. Уравнение движения Солнца и гелиостатов. Затенение иблокировка гелиостатов. Коэффициент улавливания приемников солнечной радиации.Тепловой приемник и методы его расчета. Оптимизация системы «концентратор(гелиостаты) – приемник».СЭС на основе солнечных прудов. Технологическая схема преобразования энергиии ее компоненты.

Термальный градиент. Теплоаккумулирующая характеристикасолнечных прудов. Методы расчета основных параметров СЭС на основе солнечныхпрудов.СЭС с параболическими и параболоцилиндрическими концентраторами:технологическая схема преобразования энергии и ее компоненты.

Эффект концентрацииизлучения. Методы расчета основных параметров.Фотоэлектрические СЭС. Фотоэлектрическая генерация энергии. Структурасолнечных элементов и принципы их работы. Фотоэлектрические свойства цепи инагрузки фотоэлементов. Основные виды потерь энергии и факторы, влияющие на КПДфотоэлемента. Конструкции солнечных элементов. Основные технические требования кматериалам солнечных элементов. Жесткие и гибкие фотоэлементы.

Концентраторыизлучения, их разновидности и особенности использования. КПД основных типовфотоэлементов. Фотоэлектростанции.Солнечные коллекторы и их разновидности. Принцип действия, основныеконструктивные особенности, КПД солнечных коллекторов. Расчет температурного полятепловых потерь, отвода тепла, оптического КПД. Селективные покрытия, ихразновидности 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 расчет подогревателей воды ивоздуха, сушилок, кондиционеров, холодильников, опреснителей воды на базе ССТ.Пассивные солнечные системы (ПСС). Основные типы и их особенности.Пассивные солнечные системы с непосредственным обогревом помещений (солнечныеокна, оранжереи, теплицы, прозрачная крыша), с обогревом пассивного элемента внепомещения (стена Тромба, термопруды, контейнеры с водой на крыше зданий и т.п.).Энергетические характеристики ПСС.

Аккумуляция тепла элементами зданий иконструкций. Использование пристроенных встроенных теплиц в качестве приемниковсолнечного тепла.Космические СЭС (КСЭС). Основные схемы преобразования и концентрациисолнечного излучения на КСЭС (фотоэлектрические, машинные и прямые преобразованияэнергии Солнца). Достоинства и недостатки схем. Проблемы сооружения КСЭС ипередачи энергии на Землю.

Перспективные системы передачи энергии с КСЭС на Землю(СВЧ- излучение, лазерный луч).3. Энергия ветра и источник на ее основеОсновные понятия и определения. Источники потенциала ветровой энергии.Преобразования энергии ветра. Ветроэнергетические установки (элементыаэродинамики). Основные характеристики ветра и методы их определения. Зависимостьпараметров ветра от высоты и времени. Характерные функции распределения ветра(распределение Рэлея, Вейбулла-Гудрича и др.). Роза ветров. Высота флюгера.Географические факторы и местные расчетные параметры ветра.

Основные категориипотенциала ветровой энергии и методы их расчета. Кадастр ветровой энергии. Основныетехнические схемы использования энергии ветра и их классификация.Теория идеального и реального ветрового двигателя. Основные положения идопущения. Осевая и подъемная сила. Рабочий момент и мощность. Потери энергииветродвигателя. Методы получения энергетических характеристик. ветроколеса. Способыустановки ветроколеса на ветер. Силы, действующие на ветроколесо при его работе вкосом потоке. Гироскопический момент ветроколеса. Способы регулирования частотывращения ветроколеса и его мощности.

Конструктивные особенности и энергетическиехарактеристики основных элементов ветроэнергетической установки. Режимы работыветроколеса. Быстроходность и ее связь с коэффициентом мощности. Подведенная иполезная мощность ветроэнергоустановки с вертикальной и горизонтальной осями.Основные виды потерь энергии.Ветроустановки, предназначенные для производства электроэнергии, тепла,механической энергии, и их особенности.Ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Основные элементыконструкции. Одно- многолопастные системы ВЭУ со стабилизаторами, без него или сдополнительным 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. Расчетныескорости: минимальная, рабочая, максимальная. концентраторы воздушного потока, ихэффективность, особенности их конструкции.Ветроустановки с вертикальной осью вращения. Основные элементы конструкции.Одно- многоярусные системы. Преимущества и недостатки. Основные типы ВЭУ.Энергетические характеристики ВЭУ разного типа с вертикальной осью вращения.Ветроэлектростанция (ВЭС), или ветропарк. Основные принципы оптимальногоиспользования энергопотенциала ветра в заданном регионе. Схемы оптимальногоразмещения ВЭУ относительно друг друга и ветрового потока с учетом розы ветров врегионе. Эффект затемнения в ветропарке.4.

Использование энергии перемещения водных потоковОсновные принципы использования энергии воды. Источники потенциалагидроэнергетики: естественные и искусственные водотоки и водохранилища,водохозяйственные и другие гидротехнические системы, ледники, подземные воды,приливы и отливы, волны и течения в моря и океанах.

Традиционная и нетрадиционная(малая) гидроэнергетика и их особенности. Основные гидравлические и энергетическиепараметры источников потенциала малой гидроэнергетики (МГЭ). Методы измерениянапора и расхода воды. Гидрометрические характеристики источника потенциала МГЭ.Гидрологическая информация МГЭ и ее особенности по сравнению с информациейтрадиционной гидроэнергетики.

Использование детерминированных вероятностныхметодов расчет в гидрологии МГЭ. Особенности формирования водосборов и водостоковв 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 иметоды их описания. Энергетический спектр (распределение мощности волны) волн.Методы использования энергии волн при непрерывном волновом движении. Географияволн на Земле.Энергия приливов.

Источники потенциала и их особенности. Влияние Солнца иЛуны на приливы. Прилив в открытом океане и вблизи берегов. Приливная волна.Энергетика приливных течений и методы ее расчета. Основные характеристикиприливной волны, и особенности их изменения во времени и от основных влияющихфакторов, методы их расчета, Лунный месяц. География приливов. Основные категориипотенциала малой гидроэнергетики (включая волны и приливы) и методы их расчета.Вводно-энергетические 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.