Возобновляемая энергия — Введение

Возобновляемая энергия — это термин, используемый для обозначения форм энергии, которые естественным образом получены из окружающей среды и из источников, которые могут быть пополнены естественным путем. К ним относятся солнечная энергия, энергия ветра, геотермальная энергия, гидроэнергия и биомасса.

Термин возобновляемая энергия не следует путать с альтернативной энергией, которая описывает источники энергии вне обычных форм, таких как бензин, которые считаются более безопасными для окружающей среды или менее вредными.

Преимущества возобновляемой энергии

Преимущества использования возобновляемых источников энергии —

• Меньшие затраты на техническое обслуживание, так как большинство источников влечет за собой мало движущихся частей или вообще не имеет их, следовательно, меньше механических повреждений.

• Они экономичны и могут сократить расходы на ископаемое топливо.

• Они выделяют мало или вообще не выбрасывают в окружающую среду.

• Возобновляемые источники энергии не истощаются. Поэтому у них есть лучшая перспектива на будущее.

Меньшие затраты на техническое обслуживание, так как большинство источников влечет за собой мало движущихся частей или вообще не имеет их, следовательно, меньше механических повреждений.

Они экономичны и могут сократить расходы на ископаемое топливо.

Они выделяют мало или вообще не выбрасывают в окружающую среду.

Возобновляемые источники энергии не истощаются. Поэтому у них есть лучшая перспектива на будущее.

Источники солнечной энергии

Этот урок объясняет пять основных источников возобновляемой энергии. Каждый источник будет кратко рассмотрен, хотя подробное обсуждение будет дано в последующих главах.

• Солнечная энергия — энергия Солнца называется солнечной энергией. Солнечная энергия может использоваться как активная солнечная или пассивная солнечная. Активная солнечная энергия напрямую расходуется на такие виды деятельности, как сушка одежды и нагревание воздуха. Технология предоставила несколько способов использовать этот богатый ресурс.

• Геотермальная энергия — относится к тепловой энергии, хранящейся под землей в течение миллионов лет в процессе образования земли. Он использует богатый запас неиспользованной тепловой энергии, которая существует под земной корой.

• Гидроэнергетика — это основной возобновляемый источник энергии, используемый сегодня во всем мире для производства электроэнергии.

• Энергия ветра — В древние времена энергия ветра использовалась для перемещения судов, воздействуя на паруса.

• Энергия биомассы. При производстве энергии речь идет об отходах, которые используются для производства энергии путем сжигания.

Солнечная энергия — энергия Солнца называется солнечной энергией. Солнечная энергия может использоваться как активная солнечная или пассивная солнечная. Активная солнечная энергия напрямую расходуется на такие виды деятельности, как сушка одежды и нагревание воздуха. Технология предоставила несколько способов использовать этот богатый ресурс.

Геотермальная энергия — относится к тепловой энергии, хранящейся под землей в течение миллионов лет в процессе образования земли. Он использует богатый запас неиспользованной тепловой энергии, которая существует под земной корой.

Гидроэнергетика — это основной возобновляемый источник энергии, используемый сегодня во всем мире для производства электроэнергии.

Энергия ветра — В древние времена энергия ветра использовалась для перемещения судов, воздействуя на паруса.

Энергия биомассы. При производстве энергии речь идет об отходах, которые используются для производства энергии путем сжигания.

Солнечная энергия — Введение

Солнечная энергия — это энергия, полученная путем захвата тепла и света от Солнца. Энергия от Солнца упоминается как солнечная энергия. Технология предоставила несколько способов использовать этот богатый ресурс. Это считается зеленой технологией, потому что она не выделяет парниковых газов. Солнечная энергия доступна в изобилии и с тех пор использовалась как в качестве электричества, так и в качестве источника тепла.

Солнечные технологии могут быть широко классифицированы как —

• Active Solar — Активные солнечные технологии включают в себя использование фотоэлектрических систем, концентрированной солнечной энергии и солнечного нагрева воды для использования энергии. Активная солнечная энергия напрямую расходуется на такие виды деятельности, как сушка одежды и нагревание воздуха.

• Пассивная солнечная техника — пассивная солнечная техника включает в себя ориентацию здания на Солнце, выбор материалов с благоприятными тепловыми массами или светорассеивающими свойствами, а также проектирование пространств, которые естественным образом циркулируют в воздухе.

Active Solar — Активные солнечные технологии включают в себя использование фотоэлектрических систем, концентрированной солнечной энергии и солнечного нагрева воды для использования энергии. Активная солнечная энергия напрямую расходуется на такие виды деятельности, как сушка одежды и нагревание воздуха.

Пассивная солнечная техника — пассивная солнечная техника включает в себя ориентацию здания на Солнце, выбор материалов с благоприятными тепловыми массами или светорассеивающими свойствами, а также проектирование пространств, которые естественным образом циркулируют в воздухе.

Преобразование солнечной энергии

Солнечная энергия — это энергия, полученная путем захвата тепла и света от Солнца. Метод получения электричества от солнечного света называется фотоэлектрическим методом. Это достигается с помощью полупроводникового материала.

Другая форма получения солнечной энергии — через тепловые технологии, которые дают две формы использования энергии.

• Во-первых, это концентрация солнечной энергии, которая направляет солнечную энергию на работу тепловых турбин.

• Второй метод — это системы отопления и охлаждения, используемые в солнечных водонагревателях и кондиционерах соответственно.

Во-первых, это концентрация солнечной энергии, которая направляет солнечную энергию на работу тепловых турбин.

Второй метод — это системы отопления и охлаждения, используемые в солнечных водонагревателях и кондиционерах соответственно.

Процесс преобразования солнечной энергии в электричество с целью использования ее энергии в повседневной деятельности приведен ниже —

• Поглощение несущих энергию частиц в солнечных лучах называется фотонами.

• Фотоэлектрическое преобразование внутри солнечных элементов.

• Сочетание тока из нескольких ячеек. Этот шаг необходим, поскольку напряжение на одной ячейке меньше 0,5 В.

• Преобразование результирующего DC в AC.

Поглощение несущих энергию частиц в солнечных лучах называется фотонами.

Фотоэлектрическое преобразование внутри солнечных элементов.

Сочетание тока из нескольких ячеек. Этот шаг необходим, поскольку напряжение на одной ячейке меньше 0,5 В.

Преобразование результирующего DC в AC.

В следующей главе мы изучим фотоэлектрический метод преобразования солнечной энергии в электричество.

Солнечная энергия — фотоэлектрический эффект

Крайне важно, чтобы у нас были некоторые базовые знания о PN-переходах, прежде чем мы перейдем к изучению концепции фотоэлектрического эффекта.

PN Junction

PN Junction была изобретена лабораториями Рассела Белла в США. Это относится к соединению между двумя полупроводниками, то есть P-типом и N-типом. Рассел обнаружил, что два полупроводника имеют интересное поведение на стыке, которое вызывает проводимость только в одном направлении.

Полупроводник P-типа имеет дырки (отсутствие электрона) в качестве основных носителей заряда. Полупроводник N-типа имеет электроны в качестве основных носителей заряда.

На схеме, приведенной выше, на стыке —

• Дополнительные заряды диффундируют через противоположные узлы, так что положительные на p-стороне получают отрицательные заряды и нейтрализуют их.

• Точно так же негативы на N-стороне получают положительные заряды и нейтрализуют их.

• Это создает запас (m) по обе стороны, где избыточный заряд исчерпан, чтобы сделать эту область нейтральной и в состоянии равновесия. Эта область называется обедненным слоем, и заряд с обеих сторон не пересекается.

• Слой истощения создает потенциальный барьер и, следовательно, требует внешнего напряжения для его преодоления. Этот процесс называется смещением .

• Для проведения прямого смещения приложенное напряжение должно накачивать электроны (отрицательные) от n-перехода к p-стороне соединения. Непрерывный поток тока гарантирует постоянное движение электронов, чтобы заполнить дыры, следовательно, проводимость через обедненный слой.

• Реверсирование приложенного напряжения в процессе, называемом обратным смещением , приводит к смещению дырок и электронов, увеличивая истощающий слой.

• Внешняя нагрузка подключена к солнечному элементу с положительной клеммой, подключенной к пластинам на стороне N, а отрицательная клемма к пластинам на стороне P. Разница потенциалов создается фотоэлектрическим эффектом.

Дополнительные заряды диффундируют через противоположные узлы, так что положительные на p-стороне получают отрицательные заряды и нейтрализуют их.

Точно так же негативы на N-стороне получают положительные заряды и нейтрализуют их.

Это создает запас (m) по обе стороны, где избыточный заряд исчерпан, чтобы сделать эту область нейтральной и в состоянии равновесия. Эта область называется обедненным слоем, и заряд с обеих сторон не пересекается.

Слой истощения создает потенциальный барьер и, следовательно, требует внешнего напряжения для его преодоления. Этот процесс называется смещением .

Для проведения прямого смещения приложенное напряжение должно накачивать электроны (отрицательные) от n-перехода к p-стороне соединения. Непрерывный поток тока гарантирует постоянное движение электронов, чтобы заполнить дыры, следовательно, проводимость через обедненный слой.

Реверсирование приложенного напряжения в процессе, называемом обратным смещением , приводит к смещению дырок и электронов, увеличивая истощающий слой.

Внешняя нагрузка подключена к солнечному элементу с положительной клеммой, подключенной к пластинам на стороне N, а отрицательная клемма к пластинам на стороне P. Разница потенциалов создается фотоэлектрическим эффектом.

Ток, полученный электронами, вытесненными фотонами, недостаточен, чтобы дать значительную разность потенциалов. Следовательно, ток удерживается, чтобы вызвать дальнейшие столкновения и выпустить больше электронов.

Фотоэлектрический эффект

Солнечный элемент использует концепцию pn-перехода в захвате солнечной энергии. На следующем рисунке показан уровень ферми полупроводника.

Для проведения полупроводника электроны должны пересекать энергетическую щель от валентной зоны до зоны проводимости. Эти электроны требуют энергии для смещения и перемещения через валентную щель. В солнечных элементах фотоны, испускаемые Солнцем, обеспечивают необходимую энергию для преодоления разрыва.

Фотон, падающий на поверхность, может быть поглощен, отражен или передан. Если он отражается или передается, он не помогает выбить электрон и, таким образом, теряется. Следовательно, фотон должен быть поглощен, чтобы обеспечить энергию, необходимую для смещения и перемещения электронов через валентную щель.

Если E _ph — это энергия фотона, а EG — это пороговая энергия для пересечения энергетической щели, то возможные результаты, когда фотон попадает на поверхность полупроводника, —

• E _ph <E _G — в этом случае фотон не достигает порога и просто пройдет.

• E _ph = E _G — фотон имеет точный порог, чтобы сместить электрон и создать дырочную электронную пару.

• E _ph > E _G — энергия фотона превышает порог. Это создает пару электрон-дырка, хотя это пустая трата, так как электрон движется обратно вниз по энергетической щели.

E _ph <E _G — в этом случае фотон не достигает порога и просто пройдет.

E _ph = E _G — фотон имеет точный порог, чтобы сместить электрон и создать дырочную электронную пару.

E _ph > E _G — энергия фотона превышает порог. Это создает пару электрон-дырка, хотя это пустая трата, так как электрон движется обратно вниз по энергетической щели.

Поглощение солнечной радиации

В большинстве случаев коэффициент поглощения полупроводника используется для определения эффективности поглощения энергии Солнца. Низкий коэффициент означает плохое поглощение. Поэтому то, как далеко идет фотон, зависит как от коэффициента поглощения ( α ), так и от длины волны излучения ( λ ).

$$ \ alpha \: = \: \ frac {4 \ pi k} {\ lambda} $$

Где k — коэффициент экстинкции

Солнечная энергия — разработка солнечной панели

Чтобы построить солнечную панель, требуется несколько солнечных элементов из легированного кремния, как обсуждалось ранее. Эти ячейки соединены последовательно, чтобы сложить результирующий ток. Это дает полоски кластерных клеток, называемых модулем. Один модуль может быть встроен в солнечную панель или объединен с другими в случаях, когда требуется большая панель.

Солнечная панель состоит из нескольких слоев, которые соединяют фотоэлементы. Эти слои используются для защиты хрупких клеток.

Иллюстрация слоев приведена ниже —

Слои состоят из следующих частей —

• Покровное стекло — это верхняя крышка, которая прозрачна и позволяет проникать свету. Это предотвращает механическое повреждение клеток. Это сделано из твердого стекла, чтобы предотвратить от царапин.

• Неотражающий слой — кремний может отражать большую часть солнечного света. Поэтому этот слой используется для противодействия этому и обеспечения максимального поглощения фотонов. Другими словами, это помогает максимизировать поглощение.

• Сетка контактов — на этом уровне все контакты, соединяющие ячейки сверху вниз, соединены вместе. Контакт распространяется на внешние части панели, такие как контроллер заряда, блок объединителя и аккумуляторная батарея или сетка.

• Кремниевые пластины P и N — этот слой на самом деле представляет собой комбинацию двух слоев — слоя N-легированного кремния и слоя P-легированного кремния. Этот слой дает солнечной панели свой цвет.

• Задняя панель — это жесткий слой для поддержки кристаллических фотоэлектрических панелей. Иногда гибкие синтетические волокна можно использовать для тонкопленочных панелей.

Покровное стекло — это верхняя крышка, которая прозрачна и позволяет проникать свету. Это предотвращает механическое повреждение клеток. Это сделано из твердого стекла, чтобы предотвратить от царапин.

Неотражающий слой — кремний может отражать большую часть солнечного света. Поэтому этот слой используется для противодействия этому и обеспечения максимального поглощения фотонов. Другими словами, это помогает максимизировать поглощение.

Сетка контактов — на этом уровне все контакты, соединяющие ячейки сверху вниз, соединены вместе. Контакт распространяется на внешние части панели, такие как контроллер заряда, блок объединителя и аккумуляторная батарея или сетка.

Кремниевые пластины P и N — этот слой на самом деле представляет собой комбинацию двух слоев — слоя N-легированного кремния и слоя P-легированного кремния. Этот слой дает солнечной панели свой цвет.

Задняя панель — это жесткий слой для поддержки кристаллических фотоэлектрических панелей. Иногда гибкие синтетические волокна можно использовать для тонкопленочных панелей.

Алюминиевая рама используется для обрамления панели и обеспечения ее атмосферостойкости. Преимущества —

• Каркас обеспечивает возможность монтажа панели на таких поверхностях, как крыши.

• Рама достаточно плотная, чтобы защитить панель от экстремальных погодных условий, таких как штормы.

Каркас обеспечивает возможность монтажа панели на таких поверхностях, как крыши.

Рама достаточно плотная, чтобы защитить панель от экстремальных погодных условий, таких как штормы.

Солнечная панель также должна постоянно находиться под наблюдением, чтобы частицы пыли не оставались на ней. Во время процесса установки панели должны быть закреплены под углом, чтобы получить максимальный свет. Пропорциональная батарея должна быть установлена ​​на месте без непосредственного использования, чтобы избежать потерь.

Солнечная энергия — эффективность клеток

Эффективность относится к отношению потребляемой мощности к выходной мощности. В случае фотоэлектрических систем эффективность — это отношение выходной мощности с точки зрения электричества к солнечной энергии, падающей на элемент.

Теперь выходная мощность, p _m = напряжение (v) * ток (I) в цепи (максимальное значение).

И, Входная мощность P _i = энергия падающего излучения G (Вт ^-2 ) * Площадь поверхности ячейки, А (м ² ).

Таким образом, эффективность рассчитывается как —

$$ \ eta \: = \: \ frac {P_ {m}} {G \: \ times \: A_ {c}} $$

Где P _m должна быть максимальной мощностью цепи. Он получается путем использования напряжения на разомкнутой цепи (V _oc ) и тока на коротком замыкании (I _sc ) и коэффициента заполнения (FF).

$$ Р- {макс} \: = \: V_ {OC} I_ {SC} FF $$

Эти измерения должны быть измерены в стандартных условиях, т.е. при 25 ° C, массе воздуха 1,5 г- ³ и энергии падающего газа, G 1000 Вт ^-2 .

Факторы, которые влияют на мощность фотоэлемента, включают —

• Длина волны падающего света
• Рекомбинация электронов и дырок
• Электрическое сопротивление
• температура
• Коэффициент заполнения
• Коэффициент отражения материала

Следовательно, чтобы максимизировать мощность, элемент должен быть сконструирован таким образом, чтобы иметь большую степень заполнения, то есть используемую площадь поверхности. Позиционирование солнечного элемента также определяет его выход по двум причинам. Во-первых, угол определяет уровень отражения в ячейке, а во-вторых, определение местоположения определяет количество солнечного света, захваченного с 9 до 15 часов. Для максимальной эффективности важно избегать затенения клеток.

Солнечная энергия — виды фотовольтаики

Фотоэлектрическая технология использует две технологии; кристаллическая форма и аморфный кремний. Аморфизм — все еще новое исследование, и может потребоваться больше времени для достижения оптимальной производительности.

Кристаллические клетки

Технология кристаллического кремния дает два типа фотоэлектрических элементов —

• Монокристаллические ячейки. Монокристаллический солнечный элемент состоит из монокристаллического цилиндра, срезанного для производства всех пластин в массиве. Пластины имеют круглую форму, хотя иногда они могут быть разрезаны на другие варианты формы для использования в кристаллах. Характеризуется однородным синим цветом. Другие функции включают в себя —

  • Относительно высокая эффективность, среди всех фотоэлектрических технологий, доступных сегодня.

  • Самые дорогие клетки, потому что он разработан из чисто одного кристалла.

  • Ячейки жесткие и должны быть хорошо расположены и закреплены на жесткой основе.

• Поликристаллические клетки — они также известны как солодовые кристаллические клетки и изготавливаются путем отливки кремния в квадратную форму. Получающийся бросок тогда сокращен в много квадратных пластин. Квадратный блок состоит из нескольких кристаллов, состоящих из массивов синих вариаций. Это технология, лежащая в основе блестящей, подобной драгоценному камню поверхности некоторых солнечных панелей на рынке сегодня. Поликристаллические клетки имеют отличительные особенности, в том числе —

  • Чуть менее эффективен по сравнению с монокристаллическими клетками.

  • Дешевле, чем монокристаллический.

  • Меньше отходов материала (очищенный кремний).

  • Учитывая солнечные панели той же спецификации, поликристаллическая панель немного шире, чем монокристаллический аналог.

Монокристаллические ячейки. Монокристаллический солнечный элемент состоит из монокристаллического цилиндра, срезанного для производства всех пластин в массиве. Пластины имеют круглую форму, хотя иногда они могут быть разрезаны на другие варианты формы для использования в кристаллах. Характеризуется однородным синим цветом. Другие функции включают в себя —

Относительно высокая эффективность, среди всех фотоэлектрических технологий, доступных сегодня.

Самые дорогие клетки, потому что он разработан из чисто одного кристалла.

Ячейки жесткие и должны быть хорошо расположены и закреплены на жесткой основе.

Поликристаллические клетки — они также известны как солодовые кристаллические клетки и изготавливаются путем отливки кремния в квадратную форму. Получающийся бросок тогда сокращен в много квадратных пластин. Квадратный блок состоит из нескольких кристаллов, состоящих из массивов синих вариаций. Это технология, лежащая в основе блестящей, подобной драгоценному камню поверхности некоторых солнечных панелей на рынке сегодня. Поликристаллические клетки имеют отличительные особенности, в том числе —

Чуть менее эффективен по сравнению с монокристаллическими клетками.

Дешевле, чем монокристаллический.

Меньше отходов материала (очищенный кремний).

Учитывая солнечные панели той же спецификации, поликристаллическая панель немного шире, чем монокристаллический аналог.

Аморфные клетки

Тонкопленочные фотоэлектрические системы . Использование аморфной формы кремния для изготовления фотоэлектрических элементов является новой техникой, которую специалисты все еще исследуют, чтобы обуздать проблемы кристаллических форм. Характеристики этой технологии включают в себя —

• Они намного дешевле, чем обе кристаллические формы.

• Они гибкие. Таким образом, они должны иметь подвижное крепление, чтобы наилучшим образом использовать эту функцию. Тем не менее, форма поверхности должна соответствовать панели в целях безопасности.

• Менее подвержен потере мощности из-за потери клеток. Кроме того, они более мощные в слабо освещенной среде.

• Менее прочный. Они постепенно вырождаются с точки зрения производства электроэнергии, особенно в течение первого месяца, прежде чем обрести стабильность.

• Наименее эффективный в производстве электроэнергии и, следовательно, занимает больше места

• Новая технология позволяет устанавливать панель на оконные стекла и изогнутые поверхности.

Они намного дешевле, чем обе кристаллические формы.

Они гибкие. Таким образом, они должны иметь подвижное крепление, чтобы наилучшим образом использовать эту функцию. Тем не менее, форма поверхности должна соответствовать панели в целях безопасности.

Менее подвержен потере мощности из-за потери клеток. Кроме того, они более мощные в слабо освещенной среде.

Менее прочный. Они постепенно вырождаются с точки зрения производства электроэнергии, особенно в течение первого месяца, прежде чем обрести стабильность.

Наименее эффективный в производстве электроэнергии и, следовательно, занимает больше места

Новая технология позволяет устанавливать панель на оконные стекла и изогнутые поверхности.

Свойства фотоэлектрической схемы

Эквивалентная схема фотоэлемента приведена ниже —

Полученный ток, I _ph = Площадь ячейки * Интенсивность света, H * Коэффициент отклика, ξ.

Учитывая, потери из-за сопротивления проводником = R _p

Потери из-за неидеальных проводников = R _s

Если ячейка производит ток I при напряжении V, то отношение между I и U одной ячейки выражается как —

Текущий, $ I \: = \: I_ {ph} -I_ {o} [\ exp \ lgroup \ frac {\ lgroup U_ {cell} + I_ {cell} R_ {s} \ rgroup} {U_ {t}} -1 \ rgroup] — \ frac {\ lgroup U_ {cell} + I_ {cell} R_ {s} \ rgroup} {R_ {p}} $

Где тепловое напряжение определяется как $ U_ {t} \: = \: \ frac {qkT} {e} $

Температура в градусах Кельвина и К = 1,38-23 (константа Боумена), е = 1,602e ^-19 .

Получив максимум I и U, мы можем получить максимальную мощность.

I _max получается, когда V = 0, т. Е. Короткое замыкание, а V _max получается, когда I = 0, т. Е. Разомкнутая цепь.

Примечание. Ячейки, подключенные параллельно, добавляют ток, в то время как ячейки, включенные последовательно, добавляют напряжение.

Геотермальная энергия — Введение

Геотермальная энергия относится к тепловой энергии, хранящейся под землей в течение миллионов лет через образование земли. Он использует богатый запас неиспользованной тепловой энергии, которая существует под земной корой.

Геотермальная энергия зависит от конкретного участка, но может быть очень дешевой, особенно при использовании для прямого нагрева. Сложно оценить мощность этого источника, поскольку он происходит под землей при чрезвычайно высоких температурах.

Земная кора обладает огромной тепловой (тепловой) энергией, хранящейся в течение миллионов лет. Существует огромная разница температур между земной корой и поверхностью. Разница температур известна как геотермальный градиент . Этой энергии достаточно, чтобы расплавить породу. Расплавленная порода, называемая магмой, иногда извергается сквозь трещины на поверхности земли как вулканы. Геотермальная энергия преобразуется в электроэнергию.

Наличие геотермальных отложений в виде горячей геотермальной жидкости является признаком хорошего места. Участок должен иметь неглубокий водоносный горизонт, чтобы впрыскивать воду. Собственный геотермальный продукт должен быть около 300 ° F.

Преимущества геотермальной энергии

Основные преимущества включают в себя —

• Топливо не сжигается, так как тепло добывается из обильного подземного резервуара. Возобновляемый источник энергии может решить проблему нехватки ископаемого топлива.

• Он не имеет выбросов и производит 10% углекислого газа, что очень мало по сравнению с количеством, потребляемым растениями.

• В отличие от других источников возобновляемой энергии (солнечной, ветровой и водной), это не зависит от того, будут ли они всегда доступны в течение всего года.

• Геотермальная энергия относительно дешевле, особенно при непосредственном использовании, например, в качестве источника тепла в теплицах.

Топливо не сжигается, так как тепло добывается из обильного подземного резервуара. Возобновляемый источник энергии может решить проблему нехватки ископаемого топлива.

Он не имеет выбросов и производит 10% углекислого газа, что очень мало по сравнению с количеством, потребляемым растениями.

В отличие от других источников возобновляемой энергии (солнечной, ветровой и водной), это не зависит от того, будут ли они всегда доступны в течение всего года.

Геотермальная энергия относительно дешевле, особенно при непосредственном использовании, например, в качестве источника тепла в теплицах.

Единственным недостатком геотермальной энергии является выделение сероводорода, определяемое характерным запахом тухлого яйца.

Усовершенствованные геотермальные источники (EGS)

В некоторых геотермальных источниках вода закачивается в скважины, содержащие геотермальные отложения. Внутри этих отложений вода перегревается и, следовательно, превращается в пар. Вода откачивается под очень высоким давлением для разрушения горных пород.

Некоторая более низкая температура геотермальной энергии используется непосредственно в качестве тепла. Теплицы могут снабжаться этой энергией в качестве регулятора температуры. Эта техника также используется в рыболовстве и добыче полезных ископаемых.

Геотермальная энергия — добыча энергии

Принцип состоит в том, чтобы использовать тепловую энергию посредством нагрева воды до пара. Геотермальная энергия использует высокие температуры ниже земной коры. Горячий пар или вода нагревает жидкость, которая в свою очередь расширяется, превращая турбины, которые вырабатывают электричество.

Есть три формы, которые используются. Они заключаются в следующем —

Сухие паровые электростанции

В основном, сухие паровые станции используют пар, который вытекает из геологических отложений, для нагрева вторичной жидкости, которая вращает турбины для выработки электроэнергии. Пар выходит при температуре до 150 градусов, достаточно горячей, чтобы расширить жидкость в геотермальной установке. Это один из древнейших методов геотермального электричества. Расширение вторичной жидкости производит механическую энергию, необходимую для вращения турбин для выработки электроэнергии.

Вспышки паровых электростанций

Вода в скважинах под высоким давлением втягивается в область более низкого давления. Этот сдвиг давления испаряет испускающий воду пар при высокой температуре. Этот пар отделяется от воды и используется для нагрева жидкости, которая вращает турбины в генераторе. При этом давлении газ находится при очень высокой температуре.

Электростанции бинарного цикла

Использование разницы в точках кипения, определяемой плотностью, является самым последним используемым методом. В системе используется жидкость с гораздо более низкой температурой кипения, чем вода. Этот метод использует воду при температуре 58 градусов для нагрева вторичной жидкости с более низкой температурой кипения. Вода нагревает жидкость и вызывает ее испарение из-за более низкой температуры кипения, а также вращает турбины для выработки электроэнергии.

Геотермальная энергия — Геофизика

Геофизика — область науки, которая имеет дело со свойствами земли и ее окружающей среды. Это изучение магнитного и гравитационного полей, внутренних свойств Земли, водных циклов, образования минеральных отложений и солнечно-земных связей.

Геофизика специализируется на поиске ресурсов под земной корой и определении потенциальных угроз, таких как землетрясения. Это также влечет за собой качественный анализ, чтобы определить лучшие места для добычи полезных ископаемых, бурения нефтяных скважин и геотермальных месторождений.

Отрасли геофизики

Различные направления геофизики —

• Исследование твердой земли — Свойства твердой земли варьируются от тектонических исследований до сейсмического анализа землетрясений. Эта отрасль изучает месторождения нефти и полезных ископаемых. Образцы почв анализируются на наличие необычных отложений или текстур.

• Изучение воды — это изучение пресной воды, а также воды под поверхностью земли. Исследование воды проводится гидрологами, которые анализируют водные циклы и грунтовые воды. Океанография, изучение океанов и земли под ними, также подпадает под эту категорию.

• Исследование воздуха — Воздух является основным компонентом Земли. Исследование воздуха помогает в прогнозировании погодных условий и защиты от экстремальных условий, таких как ураганы.

• Жизнь и геофизика. Важным фактором является взаимодействие организмов и земли. Важно отметить, что нефтяные залежи в основном являются результатом разложения вещества. Условия под землей изучаются, чтобы оценить их влияние на существование организмов.

Исследование твердой земли — Свойства твердой земли варьируются от тектонических исследований до сейсмического анализа землетрясений. Эта отрасль изучает месторождения нефти и полезных ископаемых. Образцы почв анализируются на наличие необычных отложений или текстур.

Изучение воды — это изучение пресной воды, а также воды под поверхностью земли. Исследование воды проводится гидрологами, которые анализируют водные циклы и грунтовые воды. Океанография, изучение океанов и земли под ними, также подпадает под эту категорию.

Исследование воздуха — Воздух является основным компонентом Земли. Исследование воздуха помогает в прогнозировании погодных условий и защиты от экстремальных условий, таких как ураганы.

Жизнь и геофизика. Важным фактором является взаимодействие организмов и земли. Важно отметить, что нефтяные залежи в основном являются результатом разложения вещества. Условия под землей изучаются, чтобы оценить их влияние на существование организмов.

Водоносные

Некоторые породы, называемые водоносными слоями, обеспечивают хорошую среду для естественного протекания воды. Эти породы являются пористыми и фильтруют воду. Водоносные горизонты — лучшие места, где скважины пробурены, чтобы обеспечить постоянный поток воды. Скалы, которые делают хорошие водоносные горизонты — это песок, гранит, конгломерат, песчаник и трещиноватая известь.

Водоносные горизонты лежат под уровнем воды так, что осадки сразу пополняют воду, выкачиваемую из скважин. Водоносные горизонты очень важны для поддержания круговорота воды на Земле. Скважины пробурены в водоносных горизонтах, окруженных непористыми камнями. Эти породы создают давление, которое помогает в перекачке воды. Эти виды скважин известны как артезианские скважины.

Гидрогеологические тесты

Гидрогеология использует несколько тестов в водоносных горизонтах, чтобы захватить их характеристики. Эти испытания проводятся в контролируемых средах, называемых контрольными скважинами.

Три основных теста —

• Проверка накачки — вода извлекается и закачивается обратно в скважину через постоянные интервалы. Поведение соседних скважин фиксируется в результате изменений. Этот тест помогает определить проницаемость водоносных горизонтов, окружающих скважину.

• Тест на слизень — Слизень означает быстрое изменение уровня воды. В этом тесте измеряется влияние на соседние скважины и продолжительность восстановления исходного уровня. Это может быть достигнуто за счет забора из озера или закачка воды в скважину, чтобы резко изменить уровень.

• Тест с постоянным напором — это делается с использованием экспериментальной скважины, называемой контрольной скважиной. В контрольной скважине тепловая просадка может поддерживаться на уровне. Эффект зафиксирован для соседних скважин. Извлечение из колодца регулярно может привести к образованию вмятин на уровне грунтовых вод Это может вызвать депрессию и ненормальное течение.

Проверка накачки — вода извлекается и закачивается обратно в скважину через постоянные интервалы. Поведение соседних скважин фиксируется в результате изменений. Этот тест помогает определить проницаемость водоносных горизонтов, окружающих скважину.

Тест на слизень — Слизень означает быстрое изменение уровня воды. В этом тесте измеряется влияние на соседние скважины и продолжительность восстановления исходного уровня. Это может быть достигнуто за счет забора из озера или закачка воды в скважину, чтобы резко изменить уровень.

Тест с постоянным напором — это делается с использованием экспериментальной скважины, называемой контрольной скважиной. В контрольной скважине тепловая просадка может поддерживаться на уровне. Эффект зафиксирован для соседних скважин. Извлечение из колодца регулярно может привести к образованию вмятин на уровне грунтовых вод Это может вызвать депрессию и ненормальное течение.

Гидроэлектростанция — Введение

Гидроэлектростанция (ГЭС) является основным возобновляемым источником энергии, используемым во всем мире сегодня для производства электроэнергии. Он использует основные законы физики. Падающая вода под высоким давлением обладает высокой кинетической энергией. На станции HEP падающая вода вращает турбины. Благодаря магнитной индукции генератор преобразует механическую энергию турбин в электричество.

Гидроэлектростанция

Это метод использования плотины воды, падающей с высоты, чтобы вращать турбины генератора. Механическая энергия преобразуется в электрическую форму и подается в национальную энергосистему. Следующая диаграмма показывает схему гидроэлектростанции.

Местоположение гидроэлектростанции должно быть проанализировано экспертом, чтобы определить эффективный напор для максимальной эффективности. Гидравлические системы также используются для использования концепции медленных и медленно движущихся потоков воды.

Одним из преимуществ гидроэнергетики является то, что вода доступна для другого использования после выработки. Река с высоким потоком воды и устьем является лучшим источником гидроэнергии.

Скорость потока означает скорость, с которой вода проходит определенную точку в реке в секунду. Голова относится к вертикальному расстоянию от вершины склона до электростанции.

Плотина с большим перепадом построена, чтобы поднять потенциальную энергию воды. Впуск размещается внизу, где давление самое высокое. Вода затем течет под действием силы тяжести через ручку. На этом уровне кинетическая энергия достаточна для вращения турбин.

Оценка мощности

Власть в плотине может быть оценена двумя факторами — потоком воды и головой.

• Поток означает объем, проходящий через данный участок реки в данный момент времени. Расход дан в м ³ / с.

• Голова — это вертикальное расстояние, на которое падает вода.

Поток означает объем, проходящий через данный участок реки в данный момент времени. Расход дан в м ³ / с.

Голова — это вертикальное расстояние, на которое падает вода.

Теоретически, мощность прямо пропорциональна вышеупомянутым факторам, т.е.

P = Q * H * C

Куда,

• P — ожидаемая мощность

• Q — расход в м ³ / с

• H — голова в м

• с — постоянная (плотность * сила тяжести)

P — ожидаемая мощность

Q — расход в м ³ / с

H — голова в м

с — постоянная (плотность * сила тяжести)

Поэтому, принимая плотность воды за 1000 г- ³ и гравитацию 1,9 —

P = 1000 * 1,9 * Q * H

Энергия требуется для вращения турбины генератора, чтобы вызвать электромагнитную индукцию.

Насосное хранение — это метод, используемый для рециркуляции воды после ее прохождения через турбины. В частности, насосное хранилище повышает общую эффективность плотины.

Гидроэлектростанция состоит из трех основных компонентов. Они —

• Первая — это плотина, которая создает напор воды. Вода падает с основания плотины с высокой скоростью и обеспечивает кинетическую энергию для вращения турбин.

• Вторым компонентом является резервуар. Водохранилище — это место за плотиной, где хранится вода. Вода в водохранилище находится выше, чем остальная часть плотины. Высота воды в резервуаре определяет, какой потенциальной энергии обладает вода. Чем выше высота воды, тем больше ее потенциальная энергия.

• Третьим компонентом является электростанция, где производится электроэнергия и подключается к сети.

Первая — это плотина, которая создает напор воды. Вода падает с основания плотины с высокой скоростью и обеспечивает кинетическую энергию для вращения турбин.

Вторым компонентом является резервуар. Водохранилище — это место за плотиной, где хранится вода. Вода в водохранилище находится выше, чем остальная часть плотины. Высота воды в резервуаре определяет, какой потенциальной энергии обладает вода. Чем выше высота воды, тем больше ее потенциальная энергия.

Третьим компонентом является электростанция, где производится электроэнергия и подключается к сети.

Оценка ресурсов для малой установки

Перед установкой мини-ГЭС важно определить близлежащий ресурс, который можно использовать. Хороший поток с довольно постоянным потоком (м ³ / с) — это ресурс, который стоит использовать.

Река с хорошим течением может использовать скорость воды для вращения водяного колеса. Горные или холмистые склоны лучше всего подходят для гидрогенерации. Как упоминалось ранее, необходимо учитывать как напор, так и течение реки, чтобы определить приблизительную выходную мощность.

Зная параметры, приблизительная мощность определяется следующим образом —

Голова в ногах * поток в галлонах на метр / 10 = мощность в ваттах

Голова также может иметь единицы давления для ровной реки.

Метод шланговых трубок

Этот метод используется при определении напора в низком потоке для погружной турбины.

Требования к методу шланговых трубок включают в себя гибкий трубопровод (предпочтительный садовый конь), воронку и измерительный материал. Поток должен быть достаточно мелким, чтобы можно было пройти через него (проверьте глубину реки перед началом). Процедура установки шланговой трубки описана ниже.

Сначала протяните шланг от точки, где поток начинает наклоняться. Во-вторых, поднимите конец шланга, пока вода не перестанет течь. Возьмите вертикальное расстояние и повторите то же самое для других разделов, пока не будет достигнут предпочтительный участок. На рисунке ниже показаны различные главы в каждом разделе.

Определение головы

Определение потока

Поток нормального потока для бытовой гидроэнергетики может быть определен следующими двумя методами:

• Метод поплавка — в этом методе поплавок измеренного веса выпускается в ровной части потока, и записывается время, необходимое для покрытия измеренного расстояния. Расстояние в метрах делится на время в секундах, чтобы получить скорость. Стоит отметить, что поплавок не должен касаться земли. В случае, если он слишком тяжелый, так что он касается слоя потока, можно выбрать поплавок меньшего размера.

• Метод Bucket — Это достигается путем перекрытия потока и перенаправления его в ведро. Уровень, который требуется для его заполнения, затем записывается. Это делается в галлонах в секунду. Используйте ведро со стандартной мерой, чтобы быть более точным.

Метод поплавка — в этом методе поплавок измеренного веса выпускается в ровной части потока, и записывается время, необходимое для покрытия измеренного расстояния. Расстояние в метрах делится на время в секундах, чтобы получить скорость. Стоит отметить, что поплавок не должен касаться земли. В случае, если он слишком тяжелый, так что он касается слоя потока, можно выбрать поплавок меньшего размера.

Метод Bucket — Это достигается путем перекрытия потока и перенаправления его в ведро. Уровень, который требуется для его заполнения, затем записывается. Это делается в галлонах в секунду. Используйте ведро со стандартной мерой, чтобы быть более точным.

Гидроэлектростанция — Типы турбин

Существует две широкие классификации турбин, а именно импульсные турбины и реактивные турбины. Выбор турбины зависит от напора и расхода. Другими факторами, которые следует учитывать, являются глубина, стоимость и требуемая эффективность.

Импульсные Турбины

В импульсных турбинах скорость воды попадает в ведра колеса турбины, создавая механическую энергию. Вода стекает со дна турбины после поворота колеса.

В импульсных турбинах скорость воды попадает в углубления в колесе турбины, создавая механическую энергию. Вода стекает со дна турбины после поворота колеса.

Типы импульсных турбин

Импульсные турбины бывают двух типов —

• Колесо Пелтона — у этого типа колеса есть форсунки, которые направляют воду в аэрированное пространство. Вода падает на ведра бегуна и вызывает поворотный момент. Это колесо не требует сквозняков. Был разработан вариант, называемый турбо-колесом, который выглядит как лопасти вентилятора, заключенные по краям. Вода просто проходит через вентиляторы и вызывает вращение. Он предназначен для высокого напора и низкого расхода.

• Поперечное течение — колесо имеет барабанную секцию с удлиненным соплом и прямоугольной формы. Открывающая направляющая направляет воду к бегунку. Вода течет через лезвия дважды, когда она входит и вытекает.

Колесо Пелтона — у этого типа колеса есть форсунки, которые направляют воду в аэрированное пространство. Вода падает на ведра бегуна и вызывает поворотный момент. Это колесо не требует сквозняков. Был разработан вариант, называемый турбо-колесом, который выглядит как лопасти вентилятора, заключенные по краям. Вода просто проходит через вентиляторы и вызывает вращение. Он предназначен для высокого напора и низкого расхода.

Поперечное течение — колесо имеет барабанную секцию с удлиненным соплом и прямоугольной формы. Открывающая направляющая направляет воду к бегунку. Вода течет через лезвия дважды, когда она входит и вытекает.

Реактивные турбины

В реакционных турбинах мощность вырабатывается как под давлением, так и под воздействием движущейся воды, потому что бегунок расположен в центре потока. Они в основном подходят для более высокого потока и более низкого напора. Вода поражает все лезвия, а не отдельные лезвия одновременно.

Реактивные турбины бывают трех типов —

• У турбин пропеллера есть бегунок с тремя — шестью лопастями. Вода постоянно воздействует на все лезвия при постоянном давлении, чтобы уравновесить бегуна. Существуют вариации гребного винта турбины, то есть лампочки, каплана, трубки и страфло.

• Турбина Фрэнсиса использует бегунок с девятью или более неподвижными ковшами. Вода может течь чуть выше турбины, чтобы создать постоянное вращательное движение.

• Турбины свободного падения используют кинетическую энергию в воде, а не потенциальную энергию, используемую большинством турбин. Вот почему они широко известны как кинетические турбины. Они работают в естественной обстановке ручьев и рек. Они могут также работать с океанскими приливами.

У турбин пропеллера есть бегунок с тремя — шестью лопастями. Вода постоянно воздействует на все лезвия при постоянном давлении, чтобы уравновесить бегуна. Существуют вариации гребного винта турбины, то есть лампочки, каплана, трубки и страфло.

Турбина Фрэнсиса использует бегунок с девятью или более неподвижными ковшами. Вода может течь чуть выше турбины, чтобы создать постоянное вращательное движение.

Турбины свободного падения используют кинетическую энергию в воде, а не потенциальную энергию, используемую большинством турбин. Вот почему они широко известны как кинетические турбины. Они работают в естественной обстановке ручьев и рек. Они могут также работать с океанскими приливами.

Гидроэлектростанция — Гидроэлектростанции

Гидроэнергетика может быть использована для внутреннего потребления при постоянном потоке воды. В большинстве случаев поток и падение не обеспечивают достаточную мощность для вращения обычных турбин. Чтобы решить эту проблему, на рынке сегодня доступны небольшие системы, называемые микро-гидро-системами. Системы состоят из небольших генераторов, установленных в реках или ручьях и работающих на импульсных турбинах. На самом деле, большинство используют колесо Пелтона.

Компоненты гидроэлектростанции

Ниже приведены основные компоненты микро ГЭС —

• Впуск — Положение генератора должно быть рядом с впуском. Этого можно достичь, перекрыв воду, чтобы создать необходимый напор и повысить давление.

• Penstock — это область гравитационного падения от впуска. Для микро-гидро проектов, трубы используются от впуска до направляющей турбины.

• Турбины — тип используемой турбины зависит от размера потока и желаемой производительности. Для большинства малых гидроэлектростанций колесо Пельтона является эффективным. В случаях низкого напора могут использоваться погружные реакционные турбины, и в этом случае давление воды поворачивает лопасти.

• Элементы управления — элементы управления предотвращают перезарядку аккумулятора. Они регулируют это, отводя избыточную мощность на разгрузочную нагрузку.

• Самосвальная нагрузка — это просто альтернативное направление с высоким сопротивлением, используемое, когда батарея полностью заряжена. Они могут включать в себя водонагреватели или даже систему кондиционирования воздуха.

• Аккумулятор — Микро-гидро системы не производят большой мощности, как обычные системы переменного тока. Чтобы использовать его для ряда энергетических нужд, необходимо накопление энергии. Аккумуляторы предоставляют средства для накопления энергии до необходимого количества. Они также обеспечивают энергию во время перебоев в электроснабжении.

• Измерение — это важно для контроля энергопотребления по сравнению с источником питания. Это может помочь в понимании важных характеристик системы, а также в выявлении неисправностей.

• Отключите — в любой системе электропроводки должна быть защита от избыточного электропитания. Устройство электроснабжения должно быть установлено на электросети для защиты от повреждений на любом устройстве, подключенном к источнику гидросистемы.

Впуск — Положение генератора должно быть рядом с впуском. Этого можно достичь, перекрыв воду, чтобы создать необходимый напор и повысить давление.

Penstock — это область гравитационного падения от впуска. Для микро-гидро проектов, трубы используются от впуска до направляющей турбины.

Турбины — тип используемой турбины зависит от размера потока и желаемой производительности. Для большинства малых гидроэлектростанций колесо Пельтона является эффективным. В случаях низкого напора могут использоваться погружные реакционные турбины, и в этом случае давление воды поворачивает лопасти.

Элементы управления — элементы управления предотвращают перезарядку аккумулятора. Они регулируют это, отводя избыточную мощность на разгрузочную нагрузку.

Самосвальная нагрузка — это просто альтернативное направление с высоким сопротивлением, используемое, когда батарея полностью заряжена. Они могут включать в себя водонагреватели или даже систему кондиционирования воздуха.

Аккумулятор — Микро-гидро системы не производят большой мощности, как обычные системы переменного тока. Чтобы использовать его для ряда энергетических нужд, необходимо накопление энергии. Аккумуляторы предоставляют средства для накопления энергии до необходимого количества. Они также обеспечивают энергию во время перебоев в электроснабжении.

Измерение — это важно для контроля энергопотребления по сравнению с источником питания. Это может помочь в понимании важных характеристик системы, а также в выявлении неисправностей.

Отключите — в любой системе электропроводки должна быть защита от избыточного электропитания. Устройство электроснабжения должно быть установлено на электросети для защиты от повреждений на любом устройстве, подключенном к источнику гидросистемы.

Гидроэлектростанция — Гидравлический поршневой насос

Гидравлический поршневой насос работает по основным законам физики, поднимая воду против гравитационного притяжения на высоту выше, чем у источника. Этот насос работает без каких-либо внешних источников энергии, таких как сжигание топлива. Единственная энергия — это кинетическая энергия перекачиваемой воды. Чем больше напор, тем больше прокачиваемое расстояние.

Как это устроено?

Чтобы понять, как работает поршневой насос, важно знать принцип гидравлического удара.

Гидравлический молот — эффект гидравлического удара возникает, когда жидкость (в данном случае вода) принудительно останавливается или ее направление внезапно изменяется. Испытывается удар давления, и волна направляется обратно к источнику жидкости. Это может быть опасным явлением, приводящим к разрыву или разрушению шин и труб.

• Вода поступает в насос через впускное отверстие (5) с некоторой кинетической энергией из головки и закрывает клапан (6).

• С 6 закрытыми и 3 изначально закрытыми вода создает водяной гул, который создает давление в трубе и открывает клапан (3), отправляя немного воды через выпускное отверстие (1).

• Так как поток вверх по склону, вода течет медленно и вскоре возвращается обратно, закрывая 3.

• Гидравлический удар накапливается и копируется обратно через трубу, создавая силу всасывания, которая открывает сливной клапан 6.

Вода поступает в насос через впускное отверстие (5) с некоторой кинетической энергией из головки и закрывает клапан (6).

С 6 закрытыми и 3 изначально закрытыми вода создает водяной гул, который создает давление в трубе и открывает клапан (3), отправляя немного воды через выпускное отверстие (1).

Так как поток вверх по склону, вода течет медленно и вскоре возвращается обратно, закрывая 3.

Гидравлический удар накапливается и копируется обратно через трубу, создавая силу всасывания, которая открывает сливной клапан 6.

Процесс повторяется с повышением давления каждый раз.

Метка 2 — это регулятор давления, содержащий воздух. Он смягчает удар, когда 6 ближе, а вода проталкивается через 3. Это помогает защитить трубопровод от удара, который может привести к разрыву, а также способствует эффекту откачки. Тарана эффективна на 60-80%. Это напрямую не отражает соотношение перекачиваемой воды, так как зависит от вертикальной высоты перекачиваемой воды. Другими словами, это эффективность эффекта накачки для энергии от эффекта водяного шума.

Решенный Пример 1

Рассчитать расчетную мощность для турбины с 85-процентной эффективностью. Поток реки составляет 80 кубометров в секунду, а водозабор расположен в 147 метрах от места расположения турбины генератора.

Решение —

Мощность определяется как W = КПД * напор * расход * плотность * сила тяжести

Преобразовав удельную плотность воды в единицы СИ, мы получаем 1000 кг- ³

Подставляя значения в формулу —

P = 0,85 * 1000 * 80 * 9,81 * 147

P = 97 мегаватт

Решенный Пример 2

Учитывая фактическую мощность, полученную в определенный день, было 1 440 000 кВтч; Рассчитаем КПД генератора. Предположим, что сила тяжести равна 9,81 мс ^-2 . Удельная плотность воды 1 гсм ^-3 .

Решение —

Дано: поставка за 1 день = 288000 кВтч

Мощность = 1440000/24

= 60 мВт

КПД = блок питания / ожидаемая мощность * 100

= 60/97 * 100

Система эффективна на 66,67%.

Энергия ветра — Введение

В древние времена ветер использовался для перемещения парусов кораблей. В этой главе мы увидим, как энергия ветра используется для выработки электроэнергии.

Турбина преобразует кинетическую энергию ветра в полезную механическую энергию. Эта энергия может быть использована в механической форме или для поворота генератора турбины и обеспечения электричеством. Как и в гидроэнергетических системах, энергия ветра используется путем преобразования кинетической энергии ветра в механическую энергию.

Ветряные турбины в основном подразделяются на два типа — ветряные турбины с горизонтальной осью и ветряные турбины с вертикальной осью. Большие площади, на которых установлены ветряные турбины, то есть ветряные электростанции, все больше появляются сегодня.

Характеристики ветра

Есть общие характеристики ветра, в то время как другие более специфичны для сайта. Некоторые из особенностей сайта включают в себя —

• Средняя скорость ветра — оценивает годовой урожай ветра, но не дает распределения.

• Распределение скорости ветра — Есть три аспекта, а именно годовые, суточные и сезонные характеристики. Понимание изменений скорости ветра и распространения необходимо при выборе сайта.

• Турбулентность — это хаотическое движение ветра непредсказуемым образом. Турбулентность возникает в результате непрерывно изменяющихся свойств движения ветра, которые влияют на выработку энергии и усталость лопастей.

• Долгосрочные колебания — нерегулярный ветер вызывает непредсказуемую подачу энергии. До того, как ветровая турбина установлена, область должна быть изучена для постоянного потока ветра.

• Распределение направления ветра — это более важно при позиционировании лопастей, особенно для горизонтальных типов осей.

• Сдвиг ветра — сдвиг — это изменение направления ветра, скорости или высоты, при которой достигается максимальная скорость.

Средняя скорость ветра — оценивает годовой урожай ветра, но не дает распределения.

Распределение скорости ветра — Есть три аспекта, а именно годовые, суточные и сезонные характеристики. Понимание изменений скорости ветра и распространения необходимо при выборе сайта.

Турбулентность — это хаотическое движение ветра непредсказуемым образом. Турбулентность возникает в результате непрерывно изменяющихся свойств движения ветра, которые влияют на выработку энергии и усталость лопастей.

Долгосрочные колебания — нерегулярный ветер вызывает непредсказуемую подачу энергии. До того, как ветровая турбина установлена, область должна быть изучена для постоянного потока ветра.

Распределение направления ветра — это более важно при позиционировании лопастей, особенно для горизонтальных типов осей.

Сдвиг ветра — сдвиг — это изменение направления ветра, скорости или высоты, при которой достигается максимальная скорость.

Образцы Скорости Ветра

Схемы ветра важны и часто анализируются с использованием спектра ветра . Высокое значение спектра ветра представляет собой большое изменение скорости ветра в данный интервал времени. Если они представлены на графике, пики отображают турбулентности, возникающие со временем.

Распределение скорости ветра

Есть три распределения —

• Суточный — вызван разницей между температурой днем ​​и ночью.

• Депрессии — происходят с четырехдневными интервалами вдоль прибрежной зоны.

• Ежегодно — распределение зависит от широты.

Суточный — вызван разницей между температурой днем ​​и ночью.

Депрессии — происходят с четырехдневными интервалами вдоль прибрежной зоны.

Ежегодно — распределение зависит от широты.

Энергия ветра — базовая теория

Чтобы понять энергию ветра, мы подписываемся на теории сохранения массы и сохранения энергии. Предполагается, что воздуховод, показанный ниже, представляет ветер, текущий и выходящий из лопаток турбины.

Предполагается, что скорость V _a является средней величиной V ₁ и V ₂ . Кинетическая энергия в устье трубки определяется как —

КЕ = 1/2 мВ ²

КЕ энергии изменено = 1/2 мВ ₁ ² — 1/2 мВ ₂ ²

1/2 м (V ₁ ² — V ₂ ² )

Поскольку m = pAV _a, то KE изменяются, Pk = 1/2 pAV _a (V ₁ ² — V ₂ ² )

При дальнейшем упрощении расчетная энергия ветра выражается как —

KE, pk = 0,5925 * 1 / 2pAV ₁ ³

Теория Лезвия

Теория лопастных элементов предполагает, что поток в данной части лопасти ветротурбины не влияет на соседние части. Это подразделение на лезвии называется кольцом. Импульс рассчитывается для каждого кольца . Все результирующие значения затем суммируются для представления лопасти и, следовательно, всего винта.

На каждом кольце предполагается, что равномерно распределенная скорость индуцирована.

Динамическое соответствие

Модель динамического притока была включена, чтобы улучшить оценки по теории Blade Element и Momentum. Основная динамика в теории потока помогает оценить влияние турбулентности лопатки. Захвату дается динамическое состояние, чтобы помочь в получении оценки средней скорости.

Теория БЭМ дает оценки только при устойчивом ветре, но очевидно, что турбулентности должны возникать. Тем не менее, это объясняется базовой моделью динамического притока для обеспечения более реалистичной оценки.

Известно, что вырабатываемая энергия ветра, особенно в случае горизонтальной оси, является произведением скорости наклона наконечника, общего количества используемых лопастей и коэффициента подъемной силы для аэродинамического профиля. Перестройка к новому устойчивому состоянию равновесия хорошо объясняется методом динамического притока (DIM) .

Метод динамического притока

DIM также известен как теория динамического следа и основан на индуцированном потоке, который обычно не является устойчивым. Он рассчитывает приток по вертикали к ротору с учетом его влияния на динамический поток.

Это просто учитывает эффект следа или просто скорость воздуха, вертикально выровненную с роторами, вызванную вращением лопастей. Однако предполагается, что тангенциальная скорость является постоянной. Это называется эффектом пробуждения, и его сопротивление снижает эффективность ветровой турбины.

Производство электроэнергии

Кинетическая энергия ветра преобразуется в электричество ветряными турбинами. Они используют древнюю концепцию, используемую на ветряных мельницах, хотя с присущей ей технологией, такой как датчики, для определения направления ветра. Некоторые ветряные турбины имеют тормозную систему для остановки в случае сильного ветра, чтобы защитить ротор и лопасти от повреждений.

Есть шестерни, соединенные с валом ротора для ускорения лопастей до скорости, подходящей для генератора. Внутри генератора возникает электромагнитная индукция (основной метод преобразования механической энергии в электроэнергию). Вал вращает цилиндрический магнит против катушки электрического провода.

Все электричество от турбин на ветряной электростанции ассимилируется в энергосистему и преобразуется в высокое напряжение. Это на самом деле обычный метод передачи электроэнергии в сети.

Необходимы большие лезвия с поверхностным наконечником, хотя это должно определяться шумом, возникающим от широких лезвий. Ветровая электростанция может иметь до 100 генераторов, что приведет к увеличению шума.

Энергия ветра — Типы ветряных турбин

Есть две широкие классификации ветровых турбин —

• Ветрогенераторы с горизонтальной осью (HAWT)
• Ветровые турбины с вертикальной осью (VAWT)

Давайте обсудим эти два типа ветряных турбин в нескольких деталях.

Горизонтальная ось ветряных турбин

Это ветряные турбины, верхняя часть вала которых направлена ​​в направлении ветра. Поскольку они должны быть направлены навстречу ветру, меньшие турбины направляются лопастями ветра, установленными на конструкции. Более крупные турбины имеют датчики ветра с сервоприводом для поворота турбин.

Они также оснащены коробками передач для ускорения медленного вращения, чтобы сделать его достаточно сильным для турбины генератора. Лопасти достаточно жесткие, чтобы избежать поломки или изгиба из-за вращающего момента ветра.

Этот тип установлен на башне; следовательно они испытывают высокоскоростные ветры. Они слегка согнуты, чтобы уменьшить площадь подметания. Более низкая площадь развертки уменьшает сопротивление, которое может вызвать усталость и поломку.

Ветровые турбины с вертикальной осью

Основной корень установлен на вертикальном валу. Это устраняет трудности, связанные с горизонтальными ветряными турбинами. Подтипы включают в себя —

Ветряная турбина Дариус

Это также известно как турбина взбивания яиц и напоминает огромный взбиватель яиц. Это эффективно, но может иметь больше времени простоя и, следовательно, менее надежно. Для улучшения прочности (площадь лезвия над областью ротора) следует использовать три или более лезвия.

Savonious Ветровая турбина

Эти типы имеют большую надежность, чем турбины Дария. Проблема в том, что они не могут быть установлены сверху башен. Поэтому они подвержены турбулентным и нерегулярным ветрам. Так как они представляют собой турбины типа сопротивления, они менее эффективны по сравнению с HAWT. Преимущество заключается в том, что они способны выдерживать экстремальные турбулентности.

Большинство VAWT не могут запускаться самостоятельно и требуют внешней энергии, чтобы дать им толчок. Для оптимальной работы VAWT должны быть установлены на крышах. Крыша направляет ветер в лопасти.

Био Энергия — Введение

Биомасса означает живые организмы и те, которые недавно умерли. Он не включает те организмы, которые уже превращены в ископаемое топливо. В производстве энергии это относится к отходам, которые используются для выработки энергии путем сжигания.

Методы преобразования в биотопливо многочисленны и в значительной степени классифицируются как химические, термические и биохимические . Это самый старый и самый распространенный источник возобновляемой энергии. У этого есть множество методов преобразования.

Прямое сжигание традиционно практиковалось с использованием древесного топлива. Передовые процессы, такие как пиролиз (процесс производства древесного угля), ферментация и анаэробное сбраживание, превращают эти источники в более плотные и удобные для транспортировки формы, такие как масло и этанол. Уголь является продуктом процесса пиролиза, который усиливает вещество, сжигая его в отсутствие кислорода.

Биотопливо — это термин, который относится к топливу, полученному из биомассы. Как упоминалось ранее, биомасса представляет собой любое органическое вещество, как живое, так и мертвое, и варьируется от растений до органических отходов. В большинстве случаев биомасса, богатая маслом или сахаром, идеально подходит для производства энергии.

Термин биоэнергия относится к энергии, получаемой от живых или мертвых организмов. Это не включает ископаемое топливо. Мы могли бы классифицировать биотопливо по источникам или по поколениям.

Классификация биотоплива по источникам

• Древесное топливо — получено из деревьев, кустов или кустарников. Примеры древесного топлива включают древесный уголь и древесину.

• Агротопливо — Получается из биомассы сельскохозяйственной продукции, такой как мертвые культуры, или из других частей растений, таких как зерновые. Агротопливо в основном производится из сахарных и масличных культур.

• Муниципальные побочные продукты — получены из отходов, собранных в крупных городах. Есть две категории бытовых отходов. Биотопливо для твердых отходов получают в результате прямого сжигания твердых отходов в промышленности или коммерческих учреждениях. Жидкие / газовые отходы биотоплива получают путем сбраживания собранных отходов.

Древесное топливо — получено из деревьев, кустов или кустарников. Примеры древесного топлива включают древесный уголь и древесину.

Агротопливо — Получается из биомассы сельскохозяйственной продукции, такой как мертвые культуры, или из других частей растений, таких как зерновые. Агротопливо в основном производится из сахарных и масличных культур.

Муниципальные побочные продукты — получены из отходов, собранных в крупных городах. Есть две категории бытовых отходов. Биотопливо для твердых отходов получают в результате прямого сжигания твердых отходов в промышленности или коммерческих учреждениях. Жидкие / газовые отходы биотоплива получают путем сбраживания собранных отходов.

Классификация биотоплива по поколениям

• Первое поколение — Обработано из сахарного растительного масла и животных жиров, спрессованных в масло для сжигания в двигателях или ферментированных и переработанных в этанол для той же цели. Конечными продуктами являются масла, биодизель, спирт, синтез-газ, твердое биотопливо и биогаз.

• Второе поколение — получено из целлюлозы и отходов (непродовольственных). Эти отходы получены из стеблей сельскохозяйственных культур и древесины, био-водорода, био-спирта, диметилформамида ДМФА, древесного дизельного топлива, смешанного спирта и био-диметилового эфира ДМЭ.

• Третье поколение — найдено в водорослях, которые, как считается, дают высокий выход энергии при низких затратах. Энергия из морских водорослей известна как масляные.

Первое поколение — Обработано из сахарного растительного масла и животных жиров, спрессованных в масло для сжигания в двигателях или ферментированных и переработанных в этанол для той же цели. Конечными продуктами являются масла, биодизель, спирт, синтез-газ, твердое биотопливо и биогаз.

Второе поколение — получено из целлюлозы и отходов (непродовольственных). Эти отходы получены из стеблей сельскохозяйственных культур и древесины, био-водорода, био-спирта, диметилформамида ДМФА, древесного дизельного топлива, смешанного спирта и био-диметилового эфира ДМЭ.

Третье поколение — найдено в водорослях, которые, как считается, дают высокий выход энергии при низких затратах. Энергия из морских водорослей известна как масляные.

Био Энергия — Производство биомассы

Органический материал превращается в пригодную для использования форму, известную как биоэнергия. Материалы, используемые в процессе производства энергии, называются сырьем.

Чтобы лучше понять биомассу, мы сначала изучим различные источники.

Производство биомассы относится к увеличению количества органического вещества. Это добавление органического вещества в данной области или населении. Биомасса считается возобновляемой энергией, потому что она пополняется по мере роста растений и животных.

Есть две формы производства —

• Первичное производство относится к производству энергии растениями посредством фотосинтеза. Избыток генерируемой энергии сохраняется и составляет общую биомассу в экосистеме. Первичная продукция может быть оценена от общего лесного покрова в данном году.

• Вторичная продукция — это поглощение организмом органических веществ как тканей организма. Это включает в себя прием пищи животными, то есть кормление, будь то на других животных или на растениях. Это также включает разложение органического вещества микроорганизмами. Вторичное производство можно оценить как общее производство мяса в год.

Первичное производство относится к производству энергии растениями посредством фотосинтеза. Избыток генерируемой энергии сохраняется и составляет общую биомассу в экосистеме. Первичная продукция может быть оценена от общего лесного покрова в данном году.

Вторичная продукция — это поглощение организмом органических веществ как тканей организма. Это включает в себя прием пищи животными, то есть кормление, будь то на других животных или на растениях. Это также включает разложение органического вещества микроорганизмами. Вторичное производство можно оценить как общее производство мяса в год.

Хотя биомасса может быть измерена как масса организмов, живущих и погибших в данной среде, оценить ее сложнее. Его можно оценить только как увеличение объема, хотя часть дополнительной биомассы могла быть заменена в результате естественных процессов.

Прямое сгорание для тепла

Прямое сжигание для получения тепла является старейшим методом преобразования биомассы в энергию со времен самых ранних цивилизаций. Термохимическая конверсия (сгорание) может быть достигнута несколькими способами с использованием разнообразного сырья.

Автономное сгорание

Генераторы на основе биомассы используют дизельное топливо, полученное из растительных масел, в качестве топлива для дизельных генераторов. Генераторы сжигают органическое дизельное топливо для производства энергии для производства электроэнергии.

• Комбинированные теплоэлектростанции, как известно, вырабатывают электроэнергию и полезную тепловую энергию. Керамическая промышленность использует тепло для сушки продуктов, таких как глиняная плитка.

• Некоторые электростанции используют биомассу для нагрева воды и производства пара для выработки электроэнергии. Биомасса сжигается для производства тепла, достаточного для кипячения воды.

• Муниципальные заводы по переработке твердых отходов сжигают твердые отходы для выработки электроэнергии. Этот тип подвержен критике, поскольку твердые отходы в основном содержат токсичные газы из пластмасс и синтетических волокон.

Комбинированные теплоэлектростанции, как известно, вырабатывают электроэнергию и полезную тепловую энергию. Керамическая промышленность использует тепло для сушки продуктов, таких как глиняная плитка.

Некоторые электростанции используют биомассу для нагрева воды и производства пара для выработки электроэнергии. Биомасса сжигается для производства тепла, достаточного для кипячения воды.

Муниципальные заводы по переработке твердых отходов сжигают твердые отходы для выработки электроэнергии. Этот тип подвержен критике, поскольку твердые отходы в основном содержат токсичные газы из пластмасс и синтетических волокон.

Совместное сжигание биомассы

Помимо автономного сжигания, биомасса может смешиваться с другими ископаемыми видами топлива и сжигаться для выработки энергии. Это называется совместным стрельбой.

• Биомасса может быть непосредственно сожжена как уголь. Это называется прямым совместным сжиганием.

• В других случаях биомасса сначала перерабатывается в газ, а затем преобразуется в синтез-газ.

• В третьем случае ископаемое топливо сжигается в другой печи, а полученная энергия затем используется для предварительного нагрева воды на паровой электростанции.

Биомасса может быть непосредственно сожжена как уголь. Это называется прямым совместным сжиганием.

В других случаях биомасса сначала перерабатывается в газ, а затем преобразуется в синтез-газ.

В третьем случае ископаемое топливо сжигается в другой печи, а полученная энергия затем используется для предварительного нагрева воды на паровой электростанции.

Типы сгорания

Различные типы сгорания —

• Сжигание в неподвижном слое — это метод, при котором твердую биомассу сначала нарезают на маленькие кусочки, а затем сжигают на плоской неподвижной поверхности.

• Сгорание в движущемся слое. В этом методе решетка постоянно и равномерно перемещается, оставляя пепел позади. Топливо горит в уровнях сгорания.

• Сжигание в кипящем слое — топливо кипятят под высоким давлением в смеси с песком. Песок служит для равномерного распределения тепла.

• Сгорание горелки. В этом методе древесная пыль и мелкая пыль помещаются в горелку, аналогичную жидкому топливу.

• Сгорание во вращающейся печи . Печная печь используется для сжигания органических веществ с высоким содержанием влаги. Таким образом сжигаются такие отходы, как остатки пищи или другие влажные сельскохозяйственные отходы.

Сжигание в неподвижном слое — это метод, при котором твердую биомассу сначала нарезают на маленькие кусочки, а затем сжигают на плоской неподвижной поверхности.

Сгорание в движущемся слое. В этом методе решетка постоянно и равномерно перемещается, оставляя пепел позади. Топливо горит в уровнях сгорания.

Сжигание в кипящем слое — топливо кипятят под высоким давлением в смеси с песком. Песок служит для равномерного распределения тепла.

Сгорание горелки. В этом методе древесная пыль и мелкая пыль помещаются в горелку, аналогичную жидкому топливу.

Сгорание во вращающейся печи . Печная печь используется для сжигания органических веществ с высоким содержанием влаги. Таким образом сжигаются такие отходы, как остатки пищи или другие влажные сельскохозяйственные отходы.

Пиролиз

Пиролиз — это еще одна форма переработки биотоплива путем сжигания при очень высоких температурах без кислорода, что может привести к полному сгоранию. Это вызывает необратимые физические и химические изменения. Отсутствие процессов окисления или галогенирования приводит к очень плотному биотопливу, которое можно использовать для сжигания, совместного сжигания или для преобразования в газ.

• Медленный пиролиз происходит при температуре около 400 ° С. Это процесс изготовления твердого древесного угля.

• Быстрый пиролиз происходит при температуре от 450 ° С до 600 ° С и приводит к образованию органического газа, паров пиролиза и древесного угля. Пар перерабатывается путем конденсации в жидкую форму в виде биотоплива. Это должно быть сделано в течение 1 секунды, чтобы предотвратить дальнейшую реакцию. Получающаяся жидкость является темно-коричневой жидкостью, более плотной, чем древесная биомасса, и имеет равное содержание с точки зрения энергии.

Медленный пиролиз происходит при температуре около 400 ° С. Это процесс изготовления твердого древесного угля.

Быстрый пиролиз происходит при температуре от 450 ° С до 600 ° С и приводит к образованию органического газа, паров пиролиза и древесного угля. Пар перерабатывается путем конденсации в жидкую форму в виде биотоплива. Это должно быть сделано в течение 1 секунды, чтобы предотвратить дальнейшую реакцию. Получающаяся жидкость является темно-коричневой жидкостью, более плотной, чем древесная биомасса, и имеет равное содержание с точки зрения энергии.

Био-масло имеет ряд преимуществ. Его легче перевозить, сжигать и хранить. Многие виды сырья могут быть переработаны путем пиролиза с получением биомасла.

Диаграмма, приведенная ниже, объясняет процесс преобразования энергии в пригодную для использования форму из биотоплива посредством пиролиза.

Алкогольное брожение

Алкогольная ферментация — это процесс, который превращает сахара в целлюлозу. В результате в качестве побочных продуктов образуются этанол и диоксид углерода. Этот процесс считается анаэробным, поскольку он происходит в отсутствие кислорода. Помимо выпечки хлеба и производства алкогольных напитков, этот процесс производит алкогольное топливо. Химическая формула для алкогольного брожения определяется как —

$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} + дрожжи \ Longrightarrow \: 2C_ {2} Н- {5} ОН + 2CO_ {2} $

Сахарный тростник является основным сырьем для этого процесса, особенно в сухих условиях. Кукурузные или сахарные кусочки используются в умеренных районах.

Применение продуктов

Продукты имеют следующие применения —

• Ацетон — это продукт, используемый для производства пищевых добавок, растворяющего клея, разбавителя краски, средств для удаления жира и в косметических продуктах.

• Водород используется в качестве охлаждающего агента в энергетике. Он также используется в водородных элементах для производства энергии.

• Бутанол обеспечивает лучшее топливо, чем этанол. Он также используется в качестве ингредиента в красках, косметических продуктах, смолах, красителях, полимерных экстрактах и ​​в производстве синтетического волокна.

• Этанол используется в качестве топлива, красочного компонента и добавки в антисептиках. Он также используется в алкогольных напитках.

Ацетон — это продукт, используемый для производства пищевых добавок, растворяющего клея, разбавителя краски, средств для удаления жира и в косметических продуктах.

Водород используется в качестве охлаждающего агента в энергетике. Он также используется в водородных элементах для производства энергии.

Бутанол обеспечивает лучшее топливо, чем этанол. Он также используется в качестве ингредиента в красках, косметических продуктах, смолах, красителях, полимерных экстрактах и ​​в производстве синтетического волокна.

Этанол используется в качестве топлива, красочного компонента и добавки в антисептиках. Он также используется в алкогольных напитках.

Анаэробное сбраживание биогаза

Анаэробное сбраживание — это биологический процесс, при котором органическое вещество расщепляется с образованием биогаза в отсутствие кислорода. Микроорганизмы, такие как ацидогенные бактерии и ацетогены, превращают биоразлагаемое вещество в биогаз. Помимо того, что он является источником энергии, он также является методом осаждения отходов и техникой сохранения окружающей среды.

Основное уравнение для этой конверсии, которая дает углекислый газ и метан, выглядит следующим образом:

$ C_ {6} H_ {12} O_ {6} \ Longrightarrow \: 3CO_ {2} + 3CH_ {4} $

Пошаговый процесс объясняется ниже —

Шаг 1 — Распад органического вещества на значительные молекулы для конверсии. Этот процесс известен как гидролиз.

Шаг 2 — Ацидогены воздействуют на разлагаемое вещество, превращая их в летучие жирные кислоты (VFA) наряду с аммиаком, CO2 и сероводородом. Процесс называется ацидогенезом.

Шаг 3 — VFA далее разлагаются на уксусную кислоту, диоксид углерода и водород.

Шаг 4 — Заключительная стадия — комбинация выбросов выше, чтобы произвести метанол, углекислый газ и воду.