Постановка задачі

Курсова робота

«Техніко-економічна оцінка ефективності використання альтернативного джерела енергії»

Тема: Розрахунок ефективності використання когенераційної установки (сонячного колектору та теплового насосу), як альтернативного джерела теплової енергії, у порівнянні із традиційними джерелами енергії.

Постановка задачі

Визначити техніко-економічну ефективність переведення системи теплопостачання з природного газу на викристання когенераційної установки.

Максимально зимня теплопродуктивність системи теплопостачання наведена в таблиці 1. Прийняти, що влітку теплопродуктивність складає 10 % від максимально зимньої.

Таблиця 1 - Максимально зимня теплопродуктивність системи теплопостачання

№ вар	Теплопродуктивність, Qз, кВт	Місто	№ вар	Теплопродуктивніст, Qз, кВт	Місто
		Одеса			Черкаси
		Івано-Франківськ			Хмельницький
		Ужгород			Чернігів
		Симферополь			Харків
		Запоріжжя			Суми
		Луцьк			Рівне
		Житомір			Ужгород
		Київ			Симферополь
		Донецьк			Запоріжжя
		Рівне			Київ

Исходные данные:

- Место нахождения системы - г.;

- географические координаты объекта: широта =, град и долгота , град;

- климатические данные: среднесуточная температура воздуха , средняя скорость ветра , коэффициент солнечного сияния , длительность светового дня .

- базовые значения максимальной интенсивности солнечной радиации .

Эти значения представлены в таблице 5.

Таблица 5 - Исходные данные.

Месяц													Ср. за год
													-
	8,76	10,35	11,80	13,60	15,17	16,00	15,66	14,40	12,63	10,93	9,30	8,40	-

1.1. Расчет площади теплоулавливающего элемента гелиосистемы

1. Рассчитываем максимальное значение интенсивности солнечной радиации на 15 число каждого месяца в месте расположения объекта :

, - считаем 12 раз, для каждого месяца.

где , - географическая широта базы и региона,

Расчет сведен в таблицу 6.

Таблица 6 -Максимальное значение интенсивности солнечной радиации

месяц

2. Месячная удельная солнечная энергия с учётом коэффициента солнечного сияния составит:

,

где - число дней в данном месяце; (31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31).

- коэффициент солнечного сияния; (см. исходные данные)

- среднемесячная продолжительность светового дня. (см. исходные данные).

Расчет сведен в таблицу 7:

Таблица 7 -Месячная удельная солнечная энергия

месяц

Емес, МДж/(м2·мес)*

3. Расчет склонения солнца:

,

- порядковый номер дня в году. Расчет ведётся для 15-ых чисел каждого месяца (15,46,74,105,135,166,196,227,258,288,319,349)

Рассчитывается среднее значение .

Расчет сведен в таблицу 8.

Таблица 8 - Склонение солнца.

месяц

4. Угол установки коллектора:

Считают, что угол оптимальный когда:

= -

где - широта расчётного объекта.

5.Угол захода солнца для горизонтальной поверхности:

Расчет сведен в таблицу 9.

Таблица 9 - Угол захода солнца для горизонтальной поверхности.

месяц

6. Угол захода солнца для наклонной поверхности:

Для дальнейших расчётов принимаем

Расчет сведен в таблицу 10.

Таблица 10 - Угол захода солнца для наклонной поверхности.

месяц

7. Коэффициент, равный отношению между углом установления наклонной поверхности на суточное поступление солнечной радиации:

Расчет сведен в таблицу 11.

Таблица 11 - Коэффициент, представляющий собой отношение между углом установления наклонной поверхности на суточное поступление солнечной радиации

месяц

8.Конечный коэффициент перерасчёта угла установления наклонной поверхности:

где = 0,3

(для 1;2;3;12 месяца)=0,3

(для остальных месяцев)=0,21

(для 1;2;3;12 месяца)=0,7

(для остальных месяцев)=0,2

Расчет сведен в таблицу 12.

Таблица 12 - Конечный коэффициент перерасчёта угла установления наклонной поверхности

месяц

9. Конечная среднесуточная мощность солнечной радиации:

,

Расчет сведен в таблицу 13.

Таблица 13 - Конечная среднесуточная мощность солнечной радиации

месяц

10. Суммарное годовое поступление солнечной энергии:

11. Площадь тепловоспринимающего элемента гелеоколлектора:

,

где =0,75

0,18

Q- заданная тепловая мощность, Вт

При установке нашего коллектора на приусадебном участке размерами 10 соток принимаем площадь, равную 1000

Тогда зная площадь, При установке нашего коллектора на приусадебном участке размерами 10 соток,находим из формулы:

Затем находим [кВт] для новой площади 1000 из выражения:

Количество модулей:

, штук

Площадь одного модуля 15x1 м: 1,5x1=1,5 .

Количество модулей для приусадебного участка размером 10 соток составит:

12.Построение гистограммы.

1.3. Расчет срока окупаемости когенераційної установки

1. Экономия энергии в день рассчитывается по формуле:

где - среднегодовой уровень излучения,

Экономия энергии в день в летний период составит:

=

Весь перечень городов представлен в таблице 15 ниже.

Таблица 15 - Средний месячный уровень солнечной радиации в городах Украины (кВтч/m²/день).

Средний показатель за последние 22 года													Средне-годовой
г.Киев, Широта 50.5 N, Долгота 30.5 E	10.69	20.56	30.15	30.49	40.71	40.19	40.48	40.40	30.14	20.44	10.39	10.44	3.10
г.Львов, Широта 49.5 N, Долгота 24 E	10.66	20.49	20.90	30.23	30.96	30.81	30.90	40.06	30.01	20.34	10.48	10.34	2.85
г.Харьков, Широта 49.59 N, Долгота 46.13 E	10.19	20.18	30.42	40.48	50.65	50.89	50.83	50.05	30.71	20.24	10.27	00.93	3.49
г.Одесса, Широта 46.30 N, Долгота 30.46 E	10.08	10.78	20.68	30.87	50.40	50.70	60.39	50.63	30.96	20.45	10.06	00.87	3.41
г.Тернополь, Широта 49.33 N, Долгота 25.5 E	10.09	10.86	20.85	30.85	40.84	50.00	40.93	40.51	30.08	10.91	10.09	00.85	2.99
г.Ялта, Широта 44.29 N, Долгота 34.9 E	10.27	20.06	30.05	40.30	50.44	50.84	60.20	50.34	40.07	20.67	10.55	10.07	3.58
г.Ужгород, Широта 48.37 N, Долгота 22.18 E	10.13	10.91	30.01	40.03	50.01	50.31	50.25	40.82	30.33	20.02	10.19	00.88	3.16
г.Хмельницкий, Широта 49.25 N, Долгота 27.00 E	10.09	10.86	20.87	30.85	50.08	50.04	40.58	30.33	30.14	10.98	10.10	00.87	3.06
г.Днепропетровск, Широта 48.36 N, Долгота 34.58 E	10.21	10.99	20.98	40.05	50.55	50.57	50.70	50.08	30.66	20.27	10.20	00.96	3.36

2. Экономию средств в день рассчитываем с учетом стоимости энергии, полученной на основе энергоносителя, в нашем случае ПГ по формуле:

где - среднегодовой уровень излучения,

-стоимость энергии, полученной на основе энергоносителя, в нашем случае ПГ, которая равна 0,12 грн.

Экономия средств в день в летний период составит:

Все энергоносители представлены в таблице 16 ниже.

3.Срок окупаемости установки находим по формуле:

где -стоимость коллектора, принимаем 250$ за 1кВтч.

- среднегодовая экономия средств в год, грн.

1.4 Розрахунок екологічної ефективності використання альтернативного джерела енергії

Для оцінки екологічної ефективності реконструкцій, нижче приводиться розрахунок екологічного критерію ефективності використання альтернативного джерела енергії, як показник питомого зниження викидів парникових газів при заміні первинного палива :

де і – абсолютні величини викидів парникових газів при роботі на викопному паливі і альтернативному джерелі енергії, відповідно, ;

– витрата палива, при використанні альтернативного джерела енергії, кг/год;

– теплота згоряння палива, при використанні альтернативного джерела енергії,Дж/м³.

Виразив витрату палива через ККД котельного агрегату і нижчу теплоту згоряння палива питоме зниження викидів парникових газів визначатиметься:

,

де ; .

- відношення ККД роботи котлів, що працюють при використанні альтернативного джерела енергії і первинного палива.

На підставі методики визначення показника емісії парникових газів в умовах України, були розраховані значення показників емісії парникових газів для:

– природного газу змінюється в діапазоні 1714÷1908 ;

– їх відношення змінюється в діапазоні 0,00018 ÷ 0,073.

Переводимо витрату природного газу в умовне паливо:

В_пг^ум= , кг/рік

Таким чином, річне зниження викидів парникових газів при заміні первинного палива альтернативним джерелом енергії складає:

Δе_со2 = е_со2∙ В_пг^ум, т_{со2 екв}/рік

Вывод:

Таблица 16 -Сравнение стоимости 1 кВт·ч энергии, полученной на основе использования различных энергоносителей.

Генерирующая система	Удельная теплота сгорания, кДж (на м3 или кг)	Тепловая мощность, кВт·ч	КПД системы	Стоимость единицы ресурса, грн.	Стоимость 1 кВт·ч	Затраты, грн.на 1 человека* (на семью из 5 человек)
сутки	месяц 30 суток	год
ГАЗОВАЯ
природный газ, м3		9,31	0,90	0,98	0,12	00,21 (1,05)	66,3 (31,5)	76,65 (383,25)
сжиженный газ, м3		12,56	2,00	0,18	00,32 (1,6)	99,6 (48)	116,8 (584)
ЖИДКОТОПЛИВНАЯ
дизель, л (плотность: 0,70)		9,33	0,85	6,70	1,21	22,12 (10,6)	63,60 (318)	773,8 (3869)
бензин, л (плотность: 0,75)		9,28	6,20	1,05	11,84 (9,2)	55,2 (276)	671,6 (3358)
керосин, л (плотность, 0,80)		12,08	7,00	0,85	11,49 (7,45)	44,7 (223,5)	543,85 (2719,45)
ТВЁРДОТОПЛИВНАЯ
кокс, кг		8,14	0,70	2,25	0,39	0,68 (3,4)	0,4 (102)	248,2 (1241)
уголь каменный, кг		7,50	0,70	0,13	0,23 (1,15)	66,9 (34,5)	83,95 (419,75)
уголь бурый, кг		3,61	0,40	0,16	0,28 (1,4)	88,4 (42)	102,2 (511)
торф, кг		3,36	0,23	0,10	0,18 (0,9)	55,40 (27)	65,7 (328,5)
дрова, кг		3,44	0,30	0,12	0,21 (1,05)	66,3 (31,5)	76,65 (383,25)
ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ
электричество, кВт • час			0,99	0,2436	0,25	0,44 (2,2)	13,2 (66)	160,6 (803)
* Усреднённое потребление горячей воды 1 человеком в сутки: 50 л (без учёта принятия ванн). Температура исходной воды для нагрева: 15 ˚С. Температура горячей воды: 45 ˚С. Для нагрева 1 л воды на 1 ˚С необходимо затратить 4,19 кДж. Необходимое количество энергии для обеспечения потребностей 1 человека (нагрев 50 л воды на 30 ˚С): 50л • 30˚С • 4,19 кДж = 6285 кДж. При: 1 кВт • ч = 3600 кДж, получаем: 6285 кДж / 3600сек = 1,75 кВт • час. Для семьи, состоящей из 5 человек: 1,75 кВт • час • 5 = 8,75 кВт • час.