Стафиевская В.В. Методы и средства энерго - и ресурсосбережения. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА

ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ

Банк тестовых заданий в системе UniTest

Учебная программа дисциплины

Учебное пособие

Терминологический словарь

Методические указания по лабораторным работам

Методические указания по практическим занятиям

Методические указания по самостоятельной работе

Красноярск

ИПК СФУ

2008

Электронный

учебно-методический комплекс

УДК 620.9

ББК 31.27

С78

Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине «Методы и средства

энерго- и ресурсосбережения» подготовлен в рамках инновационной образовательной

программы «Создание инновационного центра подготовки специалистов мирового

уровня в области автоматизированных электротехнологических комплексов для цвет-

ной металлургии и машиностроения», реализованной в ФГОУ ВПО СФУ в 2007 г.

Рецензенты:

Красноярский краевой фонд науки;

Экспертная комиссия СФУ по подготовке учебно-методических комплексов дис-

циплин

С78 Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Версия 1.0 [Электронный

ресурс] : метод. указания по лаб. работам / сост. : В. В. Стафиевская,

А. М. Велентеенко, В. А. Фролов. – Электрон. дан. (3 Мб). – Красноярск : ИПК

СФУ, 2008. – (Методы и средства энерго- и ресурсосбережения : УМКД № 10-

2007 / рук. творч. коллектива В. В. Стафиевская). – 1 электрон. опт. диск

(DVD). – Систем

. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор дру-

гих производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 3 Мб свободного

дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft

Windows 2000 SP 4 / XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогич-

ный продукт для чтения файлов формата pdf).

ISBN 978-5-7638-1035-6 (комплекса)

Номер гос. регистрации в ФГУП НТЦ «Информрегистр» 0320802553

от 02.12.2008 г. (комплекса)

Настоящее издание является частью электронного учебно-методического ком-

плекса по дисциплине «Методы и средства энерго- и ресурсосбережения», включаю-

щего учебную программу, учебное пособие, терминологический словарь, методиче-

ские указания по практическим занятиям, методические указания по самостоятельной

работе, контрольно-измерительные материалы «Методы и средства энерго- и ресур-

сосбережения. Банк тестовых заданий», наглядное пособие «Методы и средства энер-

го- и ресурсосбережения. Презентационные материалы».

Приведены лабораторные работы по основным разделам дисциплины.

Предназначено для студентов направления подготовки магистров 140200.68

«Электроэнергетика и электротехника» укрупненной группы 140000 «Энергетика».

Рекомендовано к изданию

Инновационно-методическим управлением СФУ

Редактор Л. И. Злобина

Разработка и оформление электронного образовательного ресурса: Центр технологий элек-

тронного обучения информационно-аналитического департамента СФУ; лаборатория по разработке

мультимедийных электронных образовательных ресурсов при КрЦНИТ

Содержимое ресурса охраняется законом об авторском праве. Несанкционированное копирование и использование данного про-

дукта запрещается. Встречающиеся названия программного обеспечения, изделий, устройств или систем могут являться зарегистрирован-

ными товарными знаками тех или иных фирм.

Подп. к использованию 01.09.2008

Объем 3 Мб

Красноярск: СФУ, 660041, Красноярск, пр. Свободный, 79



Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Метод. указания по лабораторным работам

-3-

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ................................................... 5

ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ........................ 6

ГРАФИК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ .. 7

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ........................................... 8

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ........................................ 9

Лабораторная работа № 1. ИЗУЧЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ

ВЕТРА В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ .................................................... 9

Краткие теоретические сведения ............................................................................. 9

Принцип действия и классификация ВЭУ ............................................................ 10

Экспериментальная установка ............................................................................... 13

Порядок выполнения работы ................................................................................ 13

Обработка экспериментальных данных .............................................................. 14

Контрольные вопросы ............................................................................................ 15

Библиографический список (рекомендуемый) ................................................... 15

Лабораторная работа № 2. ПРЯМОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ

СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ. ИССЛЕДОВАНИЕ

ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ЭНЕРГИИ −

СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ ............................................................................. 16

Краткие теоретические сведения ........................................................................... 16

Экспериментальная установка ............................................................................... 20

Порядок выполнения работы ................................................................................ 21

Исследование характеристик холостого хода солнечного элемента ................. 21

Определение вольт-амперной характеристики солнечного модуля .................. 21

Контрольные вопросы ............................................................................................ 22

Библиографический список (рекомендуемый) ................................................... 22

Лабораторная работа № 3. Исследование сравнительных

характеристик электрических источников света ................................ 23

Краткие теоретические сведения ........................................................................... 23

Электрические источники света, их конструкции и параметры ........................... 24

Снижение потребления энергии при повсеместном внедрении

люминесцентных ламп ............................................................................................ 25

Экспериментальная установка ............................................................................... 25

Порядок выполнения работы ................................................................................ 25

Контрольные вопросы ............................................................................................ 26

Библиографический список (рекомендуемый) ................................................... 27

Лабораторная работа № 4. ИСПЫТАНИЕ СЧЕТЧИКА

ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ..................................................................................... 27

ОГЛАВЛЕНИЕ



Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Метод. указания по лабораторным работам

-4-

Краткие теоретические сведения ........................................................................... 27

Экспериментальная установка ............................................................................... 35

Порядок выполнения работы ................................................................................ 36

Обработка экспериментальных данных .............................................................. 38

Контрольные вопросы ............................................................................................ 39

Библиографический список (рекомендуемый) ................................................... 39

Лабораторная работа № 5. Использование энерго-

и ресурсосберегающих технологий в цветной металлургии ............. 39

Краткие теоретические сведения ........................................................................... 39

Экспериментальная установка ............................................................................... 42

Порядок выполнения работы ................................................................................ 45

Обработка экспериментальных данных .............................................................. 46

Контрольные вопросы ............................................................................................ 47

Библиографический список (рекомендуемый) ................................................... 47

Лабораторная работа № 6. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ

ПЛОСКОГО СОЛНЕЧНОГО КОЛЛЕКТОРА .............................................. 47

Краткие теоретические сведения ........................................................................... 47

Конструкция плоских солнечных коллекторов ...................................................... 47

Испытания солнечных коллекторов....................................................................... 49

Методика выполнения лабораторной работы .................................................... 50

Порядок выполнения работы ................................................................................ 52

Содержание отчета ................................................................................................... 53

Контрольные вопросы ............................................................................................ 53

Библиографический список (рекомендуемый) ................................................... 53

Лабораторная работа № 7. ТЕМПЕРАТУРНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ

ТЕПЛОПОТЕРЬ ЧЕРЕЗ НАРУЖНЫЕ СТЕНЫ ЗДАНИЙ .......................... 54

Краткие теоретические сведения ........................................................................... 54

Порядок выполнения работы ................................................................................ 56

Контрольные вопросы ............................................................................................ 59

Библиографический список (рекомендуемый) ................................................... 59

Лабораторная работа № 8. ПРИЕМО-СДАТОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ............................................................. 59

Краткие теоретические сведения ........................................................................... 60

Экспериментальная установка ............................................................................... 64

Порядок выполнения работы ................................................................................ 64

Содержание отчета ................................................................................................... 66

Контрольные вопросы ............................................................................................ 66

Библиографический список (рекомендуемый) ................................................... 67



Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Метод. указания по лабораторным работам

-5-

Данные методические указания предназначены для выполнения лабо-

раторных работ по дисциплине «Методы и средства энерго- и ресурсосбере-

жения» подготовки магистров направления 140200.68 «Электроэнергетика

и электротехника» (укрупненная группа 140000 «Энергетика»). В методиче-

ских указаниях даны структура, задания и методика реализации лаборатор-

ных работ в соответствии с рабочей программой.



Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Метод. указания по лабораторным работам

-6-

Целью проведения лабораторных занятий является закрепление знаний,

полученных при изучении теоретического курса, а также знакомство с обо-

рудованием, методикой проведения эксперимента. Общая трудоемкость ла-

бораторных занятий составляет 34 часа.

Наименование и трудоемкость лабораторных работ приведены в таблице.

Таблица

№

п/п

Номер модуля

дисциплины

Наименование лабораторных работ,

трудоемкость (часы)

1 2 Изучение преобразования энергии ветра в электрическую энер-

гию (4 часа)

2 2 Прямое преобразование солнечной энергии в электрическую

энергию. Исследование фотоэлектрического преобразователя

энергии – солнечной батареи (4 часа)

3 3 Исследование сравнительных характеристик электрических ис-

точников света (4 часа)

4 3 Испытания счетчика электроэнергии (4 часа)

5 3 Использование энерго- и ресурсосберегающих технологий

в цветной металлургии (4 часа)

6 4 Гидравлические испытания плоского солнечного коллектора

(4 часа)

7 5 Тепловое и/или температурное обследование теплопотерь через

наружные стены зданий (6 часов)

8 3 Приемо-сдаточные испытания силового трансформатора (4 часа)



Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Метод. указания по лабораторным работам

-7-

График выполнения лабораторных работ приведен в графике учебного

процесса и самостоятельной работы по дисциплине «Методы и средства энерго-

и ресурсосбережения» (см. учебную программу).



Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Метод. указания по лабораторным работам

-8-

Выполнение лабораторных работ направлено на выработку навыков

и умений владения методиками планирования, управления и контроля энер-

го- и ресурсоносителей. Перед выполнением лабораторных работ необходи-

мо ознакомиться с техникой безопасности. На занятия студенты должны

приходить уже подготовленными к проведению эксперимента с изученной

теоретической базой. Отчеты по лабораторным работам представляют пре-

подавателю в виде машинописного (или рукоп

исного) текста, оформленного

в соответствии с общими требованиями, изложенными в СТО 4.2-07–2008.



Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Метод. указания по лабораторным работам

-9-

№

Цели работы:

1. Изучить принцип преобразования энергии ветра в электрическую

энергию, устройство ветроколеса.

2. Определить коэффициент мощности ветроэнергетической установки.

Ветер представляет собой движение воздушных масс земной атмосфе-

ры, вызванное перепадом температуры в атмосфере из-за неравномерного на-

грева ее Солнцем. Таким образом, используемая энергия ветра является пре-

образованной в механическую энергией Солнца.

Устройства, преобразующие энергию ветра в полезную механическую,

электрическую или тепловую виды энергии, называются ветроэнергетиче-

скими установками (ВЭУ) или ветроустановками.

Энергия ветра в механических установках, например на мельницах

и в водяных насосах, используется уже несколько столет

ий. После резкого

скачка цен на нефть в 1973 году интерес к таким установкам резко возрос.

Большая часть существующих ветроустановок построена в конце 1970-х–

начале 1980-х годов на современном техническом уровне при широком ис-

пользовании последних достижений аэродинамики, механики, микроэлек-

троники для контроля и управления ими.

Основные направления использования ветроэнергетических ресурсов

на ближайший период предусматрив

ают их применение для привода насос-

ных установок и в качестве источников энергии для электродвигателей авто-

номного обеспечения. Эти области применения характеризуются минималь-

ными требованиями к качеству электрической энергии, что позволяет резко

упростить и удешев

ить ветроэнергетические установки.

При правильной организации использования ветроэнергетики такой

дешевый и неиссякаемый источник энергии, как ветер, может удовлетворить

большую часть потребностей в любой отрасли промышленности. Установки,

преобразующие энергию ветра в электрическую, тепловую и механическую,

могут обеспечить:

автономное энергоснабжение различных локальных объектов (ороси-

тельные системы, механизмы животноводческих ферм, вентиляцию, устрой-

ства микр

оклимата и т. п.);

горячее водоснабжение, отопление, энергообеспечение холодильных

агрегатов;

подъем воды для садовых участков, на пастбищах и т. п.;

откачку воды из систем вертикального и горизонтального дренажа

и прочих систем.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

Лабораторная работа № 1. ИЗУЧЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВЕТРА В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ



Методы и средства энерго- и ресурсосбережения. Метод. указания по лабораторным работам

-10-

По сравнению с другими видами источников энергии ветроэнергетиче-

ские установки имеют следующие преимущества:

отсутствие затрат на добычу и транспортировку топлива;

снижение более чем в 10 раз трудозатрат на сооружение ветроэнерге-

тической установки по сравнению со строительством тепловых или атомных

станций;

широкий технологический диапазон прямого использования энергии вет-

роустановок (автономность или совместная работа с централизованными сетя-

ми, совместимость с другими источ

никами возобновляемой энергетики и т. п.);

минимальные сроки ввода мощностей в эксплуатацию;

улучшение экологической обстановки за счет снижения уровня загряз-

нения окружающей среды.

В ветроэнергетических установках энергия ветра преобразуется в ме-

ханическую энергию их рабочих органов. Первичным и основным рабочим

органом ВЭУ, неп

осредственно принимающим на себя энергию ветра и, как

правило, преобразующим ее в кинетическую энергию своего вращения, явля-

ется ветроколесо.

Вращение ветроколеса под действием ветра обусловливается тем, что

в принципе на любое тело, обтекаемое потоком газа со скоростью u

, дейст-

вует сила F, которую можно разложить на две составляющие: 1 – вдоль ско-

рости набегающего потока, называемую силой лобового сопротивления F

и 2 – в направлении, перпендикулярном скорости набегающего потока, назы-

ваемую подъемной силой F

(рис. 1.1).

Рис. 1.1. Силы, действующие на тело, обтекаемое потоком газа

Величины этих сил зависят от формы тела, ориентации его в потоке га-

за и от скорости газа. Действием этих сил рабочий орган ветроустановки

(ветроколесо) приводится во вращение.

Ветроустановки классифицируют по двум основным признакам – гео-

метрии ветроколеса и его положению относительно направления ветра.