Автореферат (1143331), страница 8
Текст из файла (страница 8)
кВт×час. электроэнергии ежегодно.Использование мГЭС в составе мКС ВИЭ в случае наличия водохранилища возможно и эффективно в Уральском регионе в течение года, а при наличии пруда илиреки – в период с мая по октябрь.В разделе 5 главы 4 представлено исследование биоэнергетического потенциала Свердловской области на основе использования отходов сельскохозяйственных животноводческих комплексов. В основу расчетов биоэнергетического потенциала легли теоретические и экспериментальные разработки известных российских специалистовПанцхавы Е.С., Ковалева А.А.
и др..Было проведено экспериментальное исследование эффективности биогазовой установки в составе мКС ВИЭ длянужд удаленного сельского дома.Для исследований эффективности режимов метангенерации, в УрФУ была смонтирована БГУ-1,5 (рис. 30), которая использовалась на полигоне нетрадиционных и возобновляемых источников энергии УралЭНИН.Пуск опытной биогазовой установки физическим объемомметантенка1,5 куб. м был осуществлен в УрФУ в июлеРисунок 30. Фото БГУ1,5 УрФУ.
На перед2002 г. при поддержке специалистов ВИЭСХ.нем плане – блокИсходное сырье – жидкий навоз КРС, доставлялось к биореаквспомогательныхтору из ЗАО «Тепличное» (г. Екатеринбург) в контейнерах емустройствкостью по 50 л каждый и очищалось от посторонних включес системой управленияний, в основном, подстилочной соломы.В результате исследований было показано, что использование биогазовых технологий в РФ на территориях с высоким уровнем ГСОП требует создания специальныхконструкций биогазовых установок с рекуперацией тепла воды и высокой степеньютепловой защиты. Достоинство БГУ в составе мКС ВИЭ заключается в отсутствиистохастичности обеспечения сырьем (пометом) при условии стабильной работы с/хфермы (форс-мажором может быть забой скота по предписанию санитарных служб).В целом, анализ биоэнергетического потенциала Свердловской области показал,что птицепром, насчитывающий около 15 млн.
голов птицы (второй в РФ), может покрыть собственные энергетические нужды хозяйств за счет отходов животноводческого производства на них.28Тепловая нагрузка, кВтТепловая нагрузка, кВткВтткВкВтЕсли же рассматривать биогазовые технологии с позиции экологии, нейтрализациии обезвреживания отходов животноводческих ферм, то их использование, несмотряна низкие коэффициенты энергетической эффективности в зимний период (ввидуподдержания мезофильного режима метангенерации), оправдано в течение всего года.В разделе 6 главы 4 представлены результаты исследований эффективности использованиятеплового насоса в составе мКС ВИЭ.В основу расчетов по использованию геотермального тепла легли теоретические работы известных российских специалистов АлексеенкоС.В., Поварова О.А., Томарова Г.В., НизовцеваМ.И.
и др..Схема размещения грунтового зонда для использования теплового насоса на удаленномРисунок 31. Разрез по линии размещениядецентрализованном объекте «Энергоэффеквертикальных зондов испарительных канативный дом» представлена на рис. 31.лов теплонасосной установки «ЭнергоэфГрафики тепловой нагрузки одной квартирыфективного дома» для одной квартиры«Энергоэффективногодома» по месяцам года и(Глубина скважины для зонда – 70-100 м; теппо продолжительности в течение года предлосъем с 1-го п.м. скважины - 30-45 Вт/час)ставлены на рис. 32.Продолжительность, месРисунок 32.
График тепловой нагрузки одной квартиры ЭЭД по месяцам и по продолжительностиТепловой насос за счет использования «бесплатного» низкопотенциального теплагрунта, воды, воздуха в 3,5–4 раза выгоднее прямого электрообогрева и по итогамзимних периодов 2013–2017 гг. (впервые с 2005 г.) показал 1,5-кратное преимуществопо сравнению с эксплуатационными затратами штатного газового котла (за счетсущественного повышения тарифов на газ с 01.07.2013 г.).Кроме того, скважины с грунтовыми зондами для использования низкопотенциального тепла в летнее время могут «реабилитироваться», выполняя функциюконденсатора для сброса тепла от теплового насоса, переведенного (используяреверсивную функцию) в режим кондиционера. В пики солнечной энергии фотоэлектрические преобразователи в составе мКС ВИЭ могут направлять все излишкиэнергии на компрессор ТН для функционирования «бесплатной» системы кондиционирования. Применение ТН в составе мКС ВИЭ позволяет использоватьнизкопотенциальное тепло и повышать эффективность энергосистемы в целом.В главе 5 рассматривается влияние инновационных решений и разработанных на ихоснове устройств для повышения эффективности мКС ВИЭ.Энергетические нагрузки, создаваемые ВИЭ, в сравнении с генерацией втрадиционных энергетических системах (ТЭС, АЭС, ГРЭС, ГЭС), существенноменьше.
Это обстоятельство определяет «борьбу» за энергосбережение, повышение29эффективности использования каждого Вт×ч, рост к.п.д.ВИЭ, повышениетеплоотдачи и требует разработки новых способов и устройств для их реализации.Для демонстрации эффективности мКС ВИЭ не только на стадии производства, нои при передаче тепловой энергии, в главе приведены экспериментальные результатыисследований запатентованных автором способов повышения энергетической эффективности теплообменного оборудования.На экспериментальном стенде (рис. 33) исследовалось влияние наложения низкочастотных колебаний на теплоотдачу от нагреваемой поверхности к гравитационнойпленке жидкости, стекающей по плоской стенкеимитатора солнечного коллектора.Результаты экспериментов показали, что воздействие на расход жидкости с частотой 3–7 Гц повышают теплоотдачу на 12–25% (рис. 34, 35).
Указанный эффект может быть использован для повышения эффективности солнечных коллекторовсо стекающей пленкой, в том числе в составе мКСВИЭ.Рисунок 33. 1 – Исследовательский канал-плоская стенка (имитатор солнечного коллектора);2 – термостат; 3 – насос; 4 – задвижка; 5 – эл. ротаметр; 6 – щелевоераспределительноеустройство; 7 – пульсатор; 8 –редуктор; 9 – кривошип; 10 – эл.двигатель; 11 – нагреватель;12 – теплоизоляция; 13 – датчиктолщины пленки; 14 – эл.
мост;15 – осциллограф; 16 – самописец; 17 – вторичный прибор;18 – частотомер; 19 – эл. двигатель мешалки; 20 – холодильник;21 – кипятильник; 22 – мешалкаРисунок 34. Экспериментальные зависимости интенсивностей (дисперсий) флуктуаций толщины пленки и теплоотдачиот частоты наложенных возмущенийВ качестве устройства,создающегоколебания Рисунок 35. Зависимость относительной теплоотдачи от относистекающей жидкости стельной частоты наложенных колебаний стекающей пленки.указанной частотой, былвыбран, экспериментально апробирован и запатентован роторный пульсатор. Основными достоинствами указанного типа пульсатора явились малое энергопотреблениепри создании пульсаций и простота конструкции. Недостатком –необходимость механического (электрического) привода.30Практическая реализация эффекта влиянияналоженных колебаний пленочного теченияна повышение теплообмена в солнечномколлекторе представлена на рис.
36. Колебания стекающей пленки создаются в солнечном коллекторе посредством стационарных(пассивных) волнообразователей, расположенных в шахматном порядке (поз. 4).Использование данной конструкции солнечного коллектора позволяет на 15–25 % снизитьрасход теплоносителя при достижении тех жехарактеристик по теплоотдаче.Далее в главе 5 рассмотрен вопрос повышения энергетической эффективности системРисунок 36. Солнечный коллектор со стекатеплообмена за счет применения активных иющей пленкой жидкости (1 – корпус СК; 2 –щелевое распределительное устройство; 3 –пассивных устройств при течении теплоносивход теплоносителя; 4 – волнообразователи;теля в трубопроводах с учетом проблематики5 – поверхность СК; 6 – накопитель; 7 – выходгидродинамики неоднородных потоков в поленагретой воды; 8 – конфузор; 9 – стекло; 10 –действия объемных и стационарных сил. Двухтеплоизолятор; 11 – задняя стенка корпуса)фазное течение в трубопроводах энергетического оборудования реализуется в виде различных гидродинамических структур и проявляется в форме пульсаций основных параметров потока в геотермальных и теплонасосных системах.
Максимальный уровень пульсаций газосодержания, скорости и давлениясоответствует снарядному режиму с прерывистой структурой потока, что служит причиной опасных вибраций трубопроводов.Одной из задач исследований в рамках данного раздела главы являлся поиск способов и разработка устройств пассивного управления структурой газо-жидкостногопотока, возникающего, например, на выходе добычных скважин геотермальных ЭСили в системах низкопотенциального тепла, подающегося на испаритель тепловогонасоса.В ходе экспериментальных исследований эффективности вставок-завихрителей были опробованы конструкции различных пассивных устройств (рис. 37).Экспериментальные исследования эффективностивоздействия различных типов вставок-завихрителей,относящихся к пассивным средствам снижения вибраций трубопроводов, показали, что использование вставок с эвольвентными поверхностными канавками является перспективным и обладает определенным преимуществом по сравнению с устройствами закруткипотока по всему сечению трубопровода с помощьювставок, перекрывающих всю ширину канала.Исследования влияния закрутки двухфазного потокас помощью вставок-завихрителей проводились на гидродинамическом стенде с воздухо-водяным потоком, циркулирующим в замкнутом контуре из труб диаметром 40Рисунок 37.
Конструкции вста- мм с прозрачными секциями из оргстекла для визуализавок – завихрителей различной ции режимов течения (рис. 38).внутренней геометрииПодача воды осуществлялась из бака емкостью 2,0 м3центробежным насосом с расходом воды до 30 м3/час и напором до 0,5 МПа. Воздухподавался из компрессора с тем же предельным расходом и давлением до 1,0 МПа.31В состав основной измерительной аппаратуры входили расходомеры типа Сапфир-22 DD, манометры, виброанализаторСД-12М для сбора и статистического анализа вибраций. Управление частотнорегулируемыми электроприводами насосаи компрессора вместе с измерительной аппаратурой осуществлялось микропроцессорной системой специально разработанного программного комплекса.На рис.
39 представлены фото вставокзавихрителей с различной внутренней геометрией завихряющих канавок. Размерыканавок составляли 2х2 мм при длине всейвставки 200 мм, причем угол закрутки канавок равнялся φ =650 для всех вставок.Интенсивность закрутки потока определялась числом канавок на внутренней поверхности вставок, равным 3, 6, 9, 12, 22 и30.В качестве энергетической характериРисунок 39. Завихрители с эвольвентными канав- стики интенсивности закрутки использоками (3, 6, 9, 12) и углом закрутки 1800валось соотношение между кинетической энергией закрученной части потока и энергией поступательного (осевого) потока на выходе из завихрителя:ε = (tg φ)2 nf/F0; tg φ = Uφ/U0(12)Рисунок 38. Экспериментальный стенд дляисследований эффективности вставокзавихрителейгде n – число канавок завихрителя; f и Fo – значение суммарной площади поперечного сеченияканавок и цилиндрического канала; Uφ и Uo – тангенциальная и осевая скорости потока.Гидравлические характеристики вставок-завихрителей находились по измерениямперепада давления в уравнении Дарси-Вейсбаха для однофазного потока:ξ = 2 (d / L) (Δp/ρUо2)(13)где ξ – коэффициент гидравлического сопротивления (КГС) вставки; d и L – гидравлический диаметр и длина вставки.На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
