«Дәстүрлі емес және жаңаратын энергия көздері»

Дәріс 4

1. Жел энергеткалық қондырғылардың артықшылықтары

2. Жел энергеткалық қондырғылардың кемшіліктері

3. Желэлектрлік станциялар

Жел қондырғысының тағы бір кемшілігі интенсивті инфрадыбыстық шуды шығарудың қайнар көзі болып табылады, ол адам ағзасына кері әсерін тигізеді, әрдайым еңсенің түсуі мен себепсіз қолайсыздыққа әкеледі. АҚШ-та жел қондырғысының үлкен мөлшердегі эксплуатациясы кезінде, осы шуға төзе алмай станция орналасқан аудандардағы құстар мен аңдар орын ауыстырады, бұдан жел станциясы орналасқан территория адамға да, құстарға да, аңдарға да өмір сүруге қолайсыз болып келеді деп тұжырым жасалынады.

Бірақ осы энергия түрінің негізгі кемшілігі жел жылдамдығының өзгергіштігі – бұл төмен интенсивтілік, яғни жел қондырғысын орнату үлкен территорияны қажет етеді. Мамандардың есептеуі бойынша, қолайлы жел дөңгелегінің диаметрі 100 м болуы керек. Осындай геометриялық өлшемде және Жел дөңгелегінің аудан бірлігіндегі энергия тығыздығы 500 Вт/м² (жел жылдамдығы 9,2 м/с) болғанда жел ағынынан 1 МВт-қа жуық электр қуатын алуға болады. 1 км² ауданға 2-3 қондырғы орнатылады және олар бір-бірінің жұмыс эффектілігін төмендетпеу үшін, әрқайсысының арақашықтығы өзінің биіктігінен үш есе үлкен болуы керек.

Бағалау үшін 1 км² ауданда 3 қондырғы орнатылған және 1 км² ауданнан 3 МВт электр қуаты алнады деп алайық. Бұдан шығатыны, электр қуаты 1000 МВт болатын жел станциясын салу үшін 330 км²-қа тең аудан керек. Бір жылдағы жел элекртостанциясын жылу электростанциясымен салыстырсақ 2-3 есе кіші болады. Салыстыру үшін қуаты 4000 МВт болатын Курск АЭС-н алсақ, оның ауданы қосымша құрылыстарымен, су айдыны - салқындатқышымен, тырғындар ауданымен қоса алғанда 30 км², яғни электр қуаты 1000 МВт-қа 7,5 км² сәйкес келеді. Басқа сөзбен айтсақ 1000 МВт-тағы жел станциясын қазіргі заманғы АЭС екі реттік санға озып отыр.

Келтірілген қуатты жел электростанциясын құруға кеткен жер ресурстарының шығынының бағасы, біріншіден, қондырғыны орнату аймағын мұқият таңдау, ол үшін ауылшаруашылығына жарамсыз, керексіз тастанды жерлерді пайдалану; екіншіден, шағын адандар немесе тұқрғындық пунктерінде энергияны тұтыну үшін аз қуатты жел станцияларын құру сұрағын қою. Мұндай электростанцияларды құру жекелеген ауылдарды және әртүрлі ауылшаруашылық жұмысын энергиямен қамтамасыз етуде тиімді болып келеді.

Осындай кемшіліктерге қарамастан, ғалымдар желэнергетикасын үлкен масштабта дамыту керек деген көз қарасты ұстануда. Біздің елімізде соғысқа дейін колхоздар мен совхоздарда 8000-нан артық желқондырғылары жұмыс жасаған. 1930 жылы ЦАГИ желқозғалтқыш базасы бөлімінде Орталық желэнергетикалық институт құрылды, 1938 жел энергетикалық қондырғылады құрастыру бюросы ұйымдастырылды. Соғысқа дейінгі және соғыстан кейінгі жылдары да үлкен мөлшерде (10 мың данаға жуық) жел қондырғылары құрастырылды және шығарылды. Жел энергиясын пайдаланудың интенсивті жұмысы шет елдермен жүргізіледі.

Сонымен, жел энергиясының артықшылығы мен кемшілігі келесідей: Жер атмосферасындағы жылу балансына байланысының болмауы, отегін пайдаланып, көмірқышқыл газын және тағы басқа ластаушылардың шығарып, әртүрлі энергия түрлеріне (механикалық, жылулық, электрлік) айналуы мүмкін, бірақ жел дөңгелегінің ауданына келетін энергия тығыздығы төмен болады; күндік және мезгілдік жел жылдамдығын болжай алмау, жел станциясының немесе өндірілген энергияна аккумуляциялаудың резервтелуіне әкеледі; адамның және жануардың тіршілік ортасына, теледидар байланысына және құстардың мезгілдік келуіне кері әсерін тигізеді. Отандық және шет елдік тәжірибе бойынша үлкен қуаттағы жел энергетика қондырғысының техникалық жүзеге асырылуы және эксплуатациясы аграрлық сектордағы үлкен жайылымдарды және ауылдарды жоюға мүмкіндік береді.
Желэлектрлік станциялар
Желэлектрлік станция – желдің кинетикалық энергиясын электр энергиясына айналдыратын қондырғы. Ол жел қозғалтқышынан, электр тогы бар генератордан, жел қозғалтқышының және генератордың жұмысын басқаратын автоматты қондырғыдан, оларды құрушы және қызмет көрсетуші құрылыстарынан тұрады. Жел энергетикалық станцияларда желсіз кезеңге арналған резервті жылу қозғалтқыш болады. Қанатты жел қозғалтқыштары жел энергиясын қолдану коэффициенті 0,48-ге дейін әткеншекті, қолдану коэффиценті 0,15-тен жоғары роторлы және дабылды болып бөлінеді. Жел энергетикалық қондырғыларында жел агрегаттарынан тұратын, энергияны аккумуляциялайтын немесе қуатты резервтейтін, автоматты жүйесін басқаратын және қондырғының жұмыс режимін реттейтін жел қозғалтқыштары қолданылады. Жел энергетикалық қондырғылары арнайы тағайындалуы (сорапты немесе су көтергіш, электрлі зарядтық, диірмендік, суды тұщыздандырғыш) және кешенді қолданысы бойынша (жел күшті және жел электрлік станция) ажыратылады. Жел энергетикалық қондырғының қуаты – 10-нан 1000 Вт-қа дейін.

43-суретте қанатты көпқалақшалы жел қозғалтқышы және жылу резервті қозғалтқышы бар жартылай автоматты желэлектрлік станция Д-20 көрсетілген.

1. Жел энергеткалық қондырғылардың артықшылықтары қандай?

2. Жел энергеткалық қондырғылардың кемшіліктері қандай?

3. Желэлектрлік станциялар қалай жұмыс істейді?

1. А.М. Магамедов «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии». Махачкала Издательско-полиграфическое объединение «Юпитер», г. Махачкала1996. –б. 245.

2. В.А.Агеев «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» курс лекции.

3. Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та. 1991. 343 с.

4. Ахмедов Р.Б. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. - М.:О-во «Знание», 1988.

Дәріс 5

1. Гелиожүйенің негізгі элементтері мен бөлінуі

2. Шоғырландырғыш гелиоқабылдағыштар

3. Күн коллектор

4. Күн абсорберлары

Күн сәулелі жылыту жүйелері деп жылу көзі ретінде күн радиациясының энергиясын қолданатын жүйелерін айтады. Басқа төмен температуралы жылу беру жүйелерінен сипаттамалық айырмашылығы – арнайы гелиоқабылдағыш элементтің қолданылуы болып табылады. Гелиоқабылдағыш күн радиациясын қабылдауға және оны жылу энергиясына түрлендіруге арналған.

Күн радиациясын қолдану тәсіліне байланысты төмен температуралы жылу берудің күн сәулелі жүйесі пассивті және активті болып бөлінеді.

Пассивті деп күн сәулелі жылыту жүйесі аталады, онда күн радиациясын қабылдайтын және оны жылуға түрлендіретін элемент ретінде ғимараттың өзі немесе оның жеке қоршаулары қызмет етеді (ғимарат-коллектор, қабырға-коллектор, шатыр-коллектор және т.б. (8 - сурет)).

1 – күн сәулелері; 2 – мөлдір-сәулелі экран; 3 - ауалы жапқыш; 4 – қыздырылған ауа; 5 – бөлмеден суытылған ауа; 6 – қабырға сілемінің (массив) өзіндік ұзын толқынды жылу сәлеленуі; 7 – қабырғаның қара сәуле сіңіргіш беті; 8 – терезе жапқыш (жалюзи).

8 – сурет. «Қабырға-коллектор» күн сәулелі жылыту пассивті төмен температуралы жүйесі.

• 
  белгіленуі бойынша (ыстық сумен жабдықтау жүйелері, жылыту, аралас жүйелер жылу-суықпен қамту мақсаты үшін);
  
• 
  жылу тасығыштың қолданылу түрі бойынша (сұйықты – су, антифриз және ауалы);
  
• 
  жұмыс істеу ұзақтылығына байланысты (жыл бойғы, мезгілдік);
  
• 
  сызба нұсқаның техникалық шешімі бойынша ( бір-, екі-, көпконтурлы).
  

Су жылу сыйымдылықты және қолайлы жылутасығыш болып табылады. Бірақ, 0ºС-тан төмен температура кезінде оған қатпайтын сұйық қосу керек. Одан басқа, оттегімен қаныққан су құбыр және аппараттардың тат басуын туғызуын ескеру қажет. Бірақ, сулы гелиожүйелерде металл шығыны айтарлықтай төмен, бұл оны кең қолдануға ықпал етеді.

Мезгілдік ыстық сумен жабдықтау гелиожүйелері әдетте бір контурлы, жазғы және өтпелі айларда, сыртқы ауаның оң температурасы кезеңінде жұмыс істейді. Оларда қосымша жылу көздері болады, немесе қызмет етілетін объектінің тағайындалуына байланысты жылу көздерінсіз - ақ жұмыс істей алады.

Ғимаратты жылытудың гелиожүйелері екі контурлы немесе көп жағдайда көп контурлы, сонымен қатар әртүрлі контурларға әртүрлі жылутасымалдағыштар қоланылу мүмкін (мысалы, гелиоконтурда – қатпайтын сұйықтардың сулы ерітінділері, аралық контурларда – су, ал тұтынушы контурында - ауа).

Ғимаратты жылу - суықпен қамту мақсатындағы жыл бойлық әрекетті аралас гелиожүйелер көп контурлы. Органикалық отынмен немесе жылу трансформаторымен жұмыс істейтін дәстүрлі жылу генераторы түріндегі қосымша жылу көзінен тұрады.

Активті күн сәулелі жүйенің негізгі элементтері гелиоқабылдағыш, жылу аккумуляторы, қосымша қайнар көзі немесе жылу трансформаторы (жылу насосы), оның тұтынушысы (ғимараттың жылу беру және ыстық сумен қамту жүйелері) болып табылады. Әрбір нақты жағдайда элеметтерді таңдау және құрастыруы климаттық фактормен, объектінің белгіленуімен, жылуды тұтыну режимімен, экономикалық көрсеткіштермен анықталады.

Қабылдау және күн сәулелі радиацияны түрлендіру процестерін жоғары тиімділікті қамтамасыз ету үшін шоғырландырғыш гелиоқабылдағыш әрдайым міндетті түрде Күнге бағытталады. Осы мақсатта гелиоқабылдағышта қадағалау жүйесімен жабдықталады, ол (қадағалау жүйесі) күнге бағыттау датчигінен, сигналдарды түрлендірудің электронды блогынан, екі жазықтықта гелиоқабылдағыш конструкциясын қайталауға арналған редукторы бар электроқозғалтқыштан тұрады.

10 – суретінде параболоцилиндрлік концентратты және сұйықты жылу аккумуляторы бар күн сәулелі жылытудың сұйықты аралас екі контурлы төмен температуралы жүйесінің принципиалды сызбанұсқасы көрсетілген. Гелиоқабылдағыштың контурында жылутасығыш ретінде – антифриз, ал жылыту жүйесінің контурында – су қолданылады.

а – параболалық шоғырлағыш (концентратор); б – параболоцилиндрлік шоғырлағыш; 1 – күн сәулелері; 2 – жылуқабылдағыш элемент (күн сәулелі коллектор); 3 – айна; 4 – қадағалау жүйесінің келтіру механизмі; 5 – жылутасығышты әкелетін және әкететін құбырлар.

9 – сурет. Шоғырландырғыш гелиқабылдағыштар

1 – параболоцилиндрлі шоғырлағыш; 2 – сұйықтықты жылуаккумулятор; 3 – қосымша жылу көзі; 4 – термометр; 5 – жылу беру жүйесінің контуры, 6 – реттегіш вентиль; 7 – айналымды насос.