Литература
1.
Концепция перехода на зеленую экономику, утвержденная Указом Президента РК от 30 июня 2013 года.
2.
Конституция Республики Казахстан.
3.
«Реализация программы «Чистый воздух», газета «Новое Поколение», 10.12.2004 г. стр. 48, стр. 10).
4.
Газета Экокурьер, 2004 г., № 4, стр. 2, «Работать на результат»).
5.
Кодекс об административных правонарушениях
ЖАҢАРТЫЛҒАН ЭНЕРГЕТИКА МЕН ЭНЕРГИЯСАҚТАУШЫ ТЕХНОЛОГИЯЛАРДЫҢ
ХАЛЫҚАРАЛЫҚ КӚРМЕ «ЭКСПО-2017» ФОРМАТЫНДАҒЫ БАҒДАРЫ
НАПРАВЛЕНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГЕТИКИ И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ
ТЕХНОЛОГИЙ В ФОРМАТЕ МЕЖДУНАРОДНОЙ ВЫСТАВКИ «ЭКСПО-2017»
PERSPECTIVE DIRECTIONS OF RENEWABLE ENERGY AND ENERGY SAVING
TECHNOLOGIES IN THE FORMAT OF THE INTERNATIONAL EXPOSITION
«EXPO-2017»
_____________________________________________________________________________________
УДК 621.165
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭКИБАСТУЗСКОГО УГЛЯ
Алибекова А.Р.
«Карагандинский Государственный Технический Университет» ,Караганда, Казахстан
Түйін
Мақалада Екібастұздың кӛмірінің теплотехникалық мінездемелері қарастырылған,
соның ішінде
химиялық құрам, жанудың жылулығының, күлділік және
басқа ерекшелігідер.
Summary
In the article are considered the Ekibastuz coal heat engineering specifications, including a chemical composition,
a calorific value, ash content, and other characteristics.
Энергетическая независимость Республики Казахстан – серьезное преимущество нашей экономики и
весьма важная предпосылка ее устойчивого роста. Для реализации этого преимущества необходимо
рациональное и экономическое использование, как первичных энергоресурсов, так и вырабатываемых
любых видов энергий. Из всех видов вырабатываемой энергии наиболее широкое применение находит
электрическая и тепловая энергия, которая в Республике Казахстан до 60% вырабатывается объектами
теплоэнергетики [1].
220
Критерий энергетической эффективности выбора парогенератора, рассчитанного на сжигание
Экибастузского угля, определяется элементарным составом топлива, его теплотехническими
характеристиками и поведением продуктов сгорания в топочной камере. Экибастузский уголь является
энергетическим твердым топливом, который экономически целесообразно использовать для получения
больших количеств теплоты на тепловых электростанциях для производства тепловой и электрической
энергии.
Химический состав твердого топлива определяют не по количеству соединений, а по суммарной
массе химических элементов в топливе в процентах от 1кг, то есть устанавливают элементарный состав
топлива на рабочую массу. Рабочая масса представляет собой топливо в том виде, в каком оно поступает в
топочную камеру, а элементам, входящим в состав топлива присваивается индекс «р».
Расчеты по сжиганию топлива в топках парогенераторов выполняют на основании его элементарного
состава по рабочей массе топлива и содержанию в нем в процентах [2]:
1) горючих химических элементов - углерода (С), водорода (Н), серы (S), которая включает в себя
органическую (S
ор
) и колчедановую серу (S
к
);
2) негорючих элементов - кислорода (O) и азота (N), составляющих внутренний балласт топлива, а
также влаги (W) и золы (А), составляющих внешний балласт топлива.
Элементарный состав твердого топлива на рабочую массу представлен уравнением:
С
р
+Н
р
+О
р
+ N
р
+ S
р
+ А
р
+ W
р
= 100%. (1)
Элементарный состав Экибастузского угля приведен в таблице 1 [2].
Таблица 1. Элементарный состав Экибастузского угля
Рабочая масса топлива
элементарный состав, %
W
p
A
P
S
р
С
P
H
P
N
P
O
P
S
P
к
S
P
ор
7,0
40,9
0,7
0,7
42,5
2,6
0,7
5,6
Из сравнения различных видов углей видно, что высокая зольность и низкая влажность проявляется
у Экибастузского угля. Это вызвано с открытым способом добычи угля, таблица 2.
Таблица 2. Сравнение элементарного состава различных видов углей.
Экибастузский
уголь
Карагандинский
уголь
Донецкий
уголь
С
остав р
або
чей
м
ас
сы
то
пл
ива,
%
W
Р
7,0
8,0
13,0
A
Р
40,9
32,2
21,8
S
Р
к
0,7
0,8
3,0
S
Р
ор
C
Р
42,5
49,6
49,3
H
Р
2,6
3,1
3,6
N
Р
0,7
0,8
1,0
O
Р
5,6
5,5
8,3
Низшая теплота
сгорания, Q
р
н,
МДж/кг
16,38
19,26
19,6
Технические характеристики топлива оказывают существенное влияние на организацию топочного
процесса, его эксплуатацию, профиль парогенератора, компоновку поверхностей нагрева, конструкцию
парогенератора и оборудования входящего в парогенераторную установку.
Основными техническими характеристиками твердого топлива являются теплота сгорания топлива,
зольность, влажность и выход летучих веществ [3].
Теплота сгорания топлива определяется количеством теплоты, выделяемой при полном сгорании
горючих элементов единицы массы топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания топлива.
Высшую теплоту сгорания составляет количество теплоты при условии, что образующиеся при сгорании
водяные пары конденсируются, и возвращается их теплота конденсации.
В тепловых расчетах используют низшую теплоту сгорания, т.е теплоту за вычетом теплоты
конденсации водяных паров, так как часть теплоты затрачивается на восполнение потерь от присосов
воздуха в газоходах парогенератора и системах пылеприготовления. Низшую теплоту сгорания топлива на
рабочую массу можно определить по формуле:
p
p
p
p
p
р
н
W
)
S
(O
H
C
Q
24
109
1030
339
, кДж/кг, (2)
221
где
р
н
Q
- низшая теплота сгорания топлива на рабочую массу, кДж/кг.
Низшая теплота сгорания Экибастузского угля, принимаемая в тепловых расчетах составляет
р
н
Q
=16380кДж/кг [3].
Экибастузский уголь – молодой каменный уголь, высокий выход летучих веществ определил марку
угля СС – слабоспекающийся.
Высокий выход летучих веществ определяет благоприятные условия раннего воспламенения горючих
элементов топлива и меньший расход растопочного топлива – мазута марки М-100.
Специфика Экибастузского угля состоит в приемлемой воспламеняемости пыли, несмотря на
высокую зольность угля, хорошим прохождением угля по тракту топливоподачи благодаря низкой
влажности. Пыль Экибастузского угля практически невзрывоопасна, что позволяет поддерживать высокие
температуры аэросмеси перед мельницами (до 210°С). Высокое содержание в минеральном баласте угля
оксидов кремния и алюминия в виде соответственно кварца и каолинита определяет высокую тугоплавкость
золы. В связи с этим, котлы на Экибастузском угле отличаются высокой температурой на выходе из топки
[4].
Зольность топлива содержит негорючие минеральные вещества, основными составляющими которого
являются глина, силикат и железный колчедан, сульфаты кальция и железа, закись железа, окислы
различных металлов, фосфаты, щелочи, хлориды и т.д. При сжигании топлива его минеральные примеси в
зоне высоких температур ядра факела преобразуются в золу, которая представляет собой смесь минералов,
находящихся в свободном состоянии или связанных с топливом. Свойство золы оказывают большое
влияние на организацию процесса сжигания топлива и условия работы конвективных поверхностей нагрева.
Мельчайшие твердые частицы золы подхватываются потоком топочных газов и уносятся из топочной
камеры, образуя летучую золу. Летучая зола загрязняет конвективные поверхности нагрева, снижая их
тепловую эффективность. Остальная часть золы, расплавленной в ядре факела, выпадает в низ топочной
камеры или прилипает к трубным поверхностям и затвердевает, образуя шлаки. Шлак представляет собой
твердый раствор минералов, и его твердый состав может отличаться от состава золы[5].
Повышенная влажность топлива вызывает ряд трудностей: снижается теплота сгорания;
увеличиваются расход топлива и затраты на его размол и транспорт; увеличивается объем продуктов
сгорания и расход энергии на привод дымососа; усиливается коррозия и загрязнение поверхностей нагрева
липкими отложениями, в особенности поверхностей воздухоподогревателя. Различают влагу
поверхностную, капиллярную, коллоидную и кристаллогидратную. Грунтовая вода и атмосферные осадки,
попадающие в топливо, механически удерживаются на его поверхности за счет смачиваемости водой
поверхностного слоя топлива. Количество механически удерживаемой на поверхности топлива влаги
зависит от фракционного состава – оно тем больше, чем мельче топливо, так как сильно растет поверхность
смачивания. Капиллярная влага находится в капиллярах и порах, имеющихся в большом количестве в
молодых углях. Коллоидная влага обусловлена коллоидно-химической структурой органической части
топлива, способной впитывать в себя часть внешней влаги (явление набухания поверхностного слоя).
Кристаллогидратная влага является составной частью топлива, она входит в состав ряда минералов. Полное
выделение этой влаги происходит только при разрушении кристаллов, при температурах 700-800
о
С.
Летучие газообразных вещества (CO, H
2
, CH
4
, CO
2
, C
m
H
n
, O
2
) образуются при разложении
кислородсодержащих молекул топлива при их нагреве от 100
о
С до 1000
о
С. Выход летучих веществ
определяется содержанием кислорода в топливе, чем моложе топливо, выход летучих больше, который
оказывает непосредственное влияние на организацию топочного процесса, выбор объема топки и ее
энергетическую эффективность. Твердый горючий остаток после выхода летучих образует кокс.
Таким образом, основными показателями твердого топлива являются: теплота сгорания, зольность,
влажность и выход летучих веществ. Следует отметить, что по многим теплотехническим и химическим
характеристикам Экибастузкий уголь имеет высокую тугоплавкость золы в процессе сжигания в топочной
камере, вследствие которого значительно повышается энергоэффективность и КПД котельного
оборудования.
Литература
1.
Дукенбаев К. Энергетика Казахстана. Условия и механизмы ее устойчивого развития. – Алматы: 2004. -
604с.
2.
Мунц В.А., Павлюк Е.Ю. Основы теории горения топлив. Екатеринбург. ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. -
102с.
3.
Курмангалиев М.Р., Фисак В.И. Сжигание энергетических углей Казахстана и защита атмосферы. –
Алма-Аты. Наука Казахской ССР, 1989. – 223с.
4.
Пути реконструкции оборудования промышленной ТЭЦ при переводе на сжигание других видов топлива:
На примере Омской ТЭЦ-5; Дис. на соискание ученой степени кандидата техн.наук / Гаак В.К.- Омск,
1999.-160с.
222
TÜRKĠYE’DE RÜZGÂR ENERJĠSĠ KULLANIMI VE RÜZGÂR SANTRALLERĠNĠN YAPISINA
GENEL BAKIġ
Y.Doç. Dr. Ümit YALÇIN
a
, Y.Doç. Dr. Hüseyin BULGURCU
b
a
Balıkesir Üniv. Balıkesir Meslek Yüksekokulu Çağış Yerleşkesi BALIKESİR-TÜRKİYE
b
Balıkesir Üniv. Mühendislik Mimarlık Fakültesi Çağış Yerleşkesi BALIKESİR-TÜRKİYE
ÖZET
Tüm dünyada yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılmasıyla elektrik enerjisi üretilmesi birçok etkenden dolayı
güncelliğini korumaktadır. Rüzgâr enerjisi, çevreyi kirletmeyen ve yenilenebilir bir enerji olduğundan her geçen gün
önemi artmaktadır. Dünyada toplam kurulu enerji kapasitesinin %3’ü Rüzgâr Santrallerinden sağlanmaktadır. 2011 yılı
sonu itibarıyla 237.000 MW olan rüzgâr enerjisi kurulu gücünün, 2020 yılında 1 milyon MW’a erişmesi beklenmektedir.
Görüldüğü gibi sektör önümüzdeki yıllarda da önemini arttırarak sürdürecektir.
Rüzgâr santrallerinin yapısı ve teknolojisini oluşturan elemanların bilinmesi büyük öneme sahiptir ve bu
konularda teknik çalışmaların artarak sürdürülmesine ihtiyaç vardır. Rüzgâr santralleri aerodinamik, meteoroloji,
mekanik, elektrik gibi birçok konuyu içinde barındıran disiplinlere sahiptir. Bu çalışmada dünyadaki ve Türkiye’deki
mevcut rüzgâr santrallerinin toplam kurulu güçleri, teknolojik yapısı verilmiş ve bu konuda yapılacak ileri çalışmalara
ışık tutması hedeflenmiştir.
Bu çalışmanın son bölümünde rüzgâr santrallerinde kullanılan elemanlar tanıtılmıştır. Rüzgâr türbinleri dönme
hızlarına bağlı olarak sınıflandırılabilir. Rüzgâr santralinin kurulacağı bölgenin rüzgâr özelliklerinin bilinmesi, rüzgâr
türbin jeneratörünün tipini belirleyen en önemli etkendir. Seçilecek olan jeneratör; farklı rüzgâr değişimlerinden
minimum etkilenip, maksimum verimle çalışabilmelidir. Çalışmanın bu bölümünde çağdaş rüzgâr türbini kavramına göre,
rüzgâr türbinlerinin temel tanımları ve rüzgâr jeneratörlerinin sınıflandırması yapılmıştır. Ayrıca rüzgâr türbini
tarafından üretilen üç fazlı elektrik enerjinin, şebeke için gerekli olan tek fazlı uygun yapıya çevrilmesi için gerekli olan
çeviricilerin (Inverter) sınıflandırılması da verilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Rüzgâr enerjisi, rüzgâr türbini, elektriksel dönüşüm sistemleri, hava jeneratörü.
ABSTRACT
Without doubt wind power has become a pillar of the energy systems in many countries and is recognized as
a reliable and affordable source of electricity. Wind energy has increased importance with the non-polluting and
renewable properties. The contribution of wind power to the energy supply has reached a substantial share even on
the global level; the worldwide electricity supply equaling around 3 % of the global electricity demands. In the year
2011, the worldwide wind capacity reached 237.016 MW and by the end of year 2020, the expectation of the
worldwide capacity is at least 1.000.000 MW.
Knowledge of the elements that constitute the structure and technology of wind power plants has great
importance, and increased technical studies on these issues has still need to be performed. Wind power plants have
different fields of science such as aerodynamics, meteorology, mechanical and electricity so its interdisciplinary way
of production. In this study, Turkey‘s and worldwide total installed capacity and the technological properties of
wind turbines in Turkey are given.
In the last section of this study, the components of wind power plants (included wind turbines) are explained.
Referring to the rotation speed, wind turbine concepts can be classified. It‘s important to determine the properties of
the wind where the wind turbine will be placed for the selection of wind turbine generator. The chosen generator
should be affected by the minimum from the changes of wind speed and should work with maximum productivity.
In this section, according to contemporary wind turbine concepts, the basic configurations and characteristics of
different wind generator systems are described. The classifications of Inverters which are used to invert the three-
phase energy produced by the wind turbine and convert it to single-phase energy suitable for the regular electrical
grid, are also given.
Keywords: Wind energy, wind turbine, electrical converting systems, aero-generator.
1.
GĠRĠġ
Rüzgâr enerjisi temiz, çevreyi kirletmeyen bir enerjidir. Rüzgâr enerjisinde ham madde ve ulaştırma masrafı
yoktur. Doğadaki rüzgâr kullanılarak üretilmektedir. Rüzgâr türbinleri karmaşık makineler değildir. Gayet basit bir
şekilde operatöre ihtiyaç duyulmadan çalıştırılabilmektedirler. Tamamen otomatik olarak çalışabilecek şekilde
tasarlanmışlardır. Ayrıca bu şekilde sadece periyodik bakımlarının yapılması ile 20-30 yıla yakın çalışabilirler.
Rüzgâr Türbinleri Atmosfere zehirli gazlar vermez. Atmosfere veya yakındaki nehir ve denizlere ısı ve gaz
emisyonları yoktur. Isı emisyonu yoktur. Küçük alanlara kurulabilir. CO, CO
2
emisyonları ve dolayısıyla çevresel
zararı yoktur. Güvenlidir. Yerel ve bağımsızdır. Sonlu fosil kaynaklarına bağımlılığı azaltır. Dolayısıyla tehlikeli
değildirler.
Rüzgâr türbinleri modüler olup her hangi bir büyüklükte imal edilebilmektedir. İstenildiğinde kısa bir süre
içinde sökülüp başka bir yere sorunsuz olarak parçalar halinde taşınabilir. Ayrıca tek olarak ya da gruplar halinde
kullanılabilirler. Ömrünü tamamlamış rüzgâr türbinlerinin söküm maliyetleri de yoktur. Çünkü sökülen türbinlerin
hurda değeri söküm maliyetlerini kolayca karşılamaktadır. Bu santrallerin ömürlerini tamamlamasından sonra
türbinlerin kullanıldığı alan eski haline kolayca getirilebilmektedir.
Sonlu fosil kaynakların kullanımın azaltıp ve bugünkü enerji üretim kaynaklarına destek olur. Rüzgâr
çiftlikleri, termik, hidrolik vb. santrallerle, ekonomik açıdan rekabet edecek düzeye gelmiştir. Rüzgâr türbinlerinin
223
kuruluşu sırasında harcanan enerjinin 3 ay gibi kısa bir sürede üretilebilmesi, özellikle bizim gibi kısa dönemde
enerji talebi olan ülkeler için önemli bir faktördür [1].
Rüzgâr enerjisi üretimi temel prensip olarak hidroelektrik santrallerinde elektrik üretilmesi mantığıyla
aynıdır. Rüzgâr enerjisi üretimindeki en temel fark suyun akışkanlığının değil havanın akışkanlığının
kullanılmasıdır. Ayrıca sudan farklı olarak hava daha hızlı hareket eder, aynı zamanda bulunduğu yeri daha hızlı
doldurur. Rüzgâr enerjisi üretiminde bu prensip sayesinde kinetik enerji dönüşümü daha hızlı olur. Aynı zamanda
çevreyi kirletecek artık bırakmadığı için rüzgâr enerjisi çevre dostudur.
2.
RÜZGÂR ENERJĠSĠ KULLANIMININ AVANTAJLARI
Yenilenebilir Enerji Olması: Güneş dünyamızı aydınlattığı sürece rüzgâr da esmeye devam edecektir.
Rüzgâr enerjisi kesintili bir kaynak olmasına rağmen sürekli ve yenilenebilir nitelikli olması rüzgâr enerjisinden
yararlanmayı gerektirmektedir.
Rüzgâr Enerjisinin Tükenmez Olması: Rüzgâr oluşmasındaki temel süreç, yeryüzündeki basınç farklarıdır.
Basınç farkı ise farklı bölgelerin değişik oranda güneş almalarıyla ilişkilidir. Güneş tarafından ısıtılan dünyamızda
rüzgâr esmeye devam edeceğinden tükenmesi de mümkün değildir.
Yatırım ve ĠĢletme Maliyetlerinin DüĢük Olması: Rüzgâr türbinlerinin ilk yatırım masrafları
karşılandıktan sonra, enerji üretimi için gerekli olan hammaddeye herhangi bir bedel ödenmemesi ve enerji üretim
maliyetlerinin sadece bakım masraflarından kaynaklanması bu sistemlerin üstünlüğü olarak kabul edilebilir.
Çevre Dostu Olması: 750kw gücünde bir rüzgâr türbininin yılda ürettiği enerji miktarına eşit enerji üreten
bir termik santralin atmosfere, 179 ton CO2 bıraktığı bilinmektedir. Rüzgâr enerjisinde CO2 salınımı yoktur. Rüzgâr
enerjisi sera etkisine karşı alınabilecek en etkili yöntemlerden biridir.
Kısa Sürede Yararlanmaya BaĢlanması: Bir rüzgâr enerji santrali 1,5-2 senede işletmeye alınabilmektedir.
Kaynak ne olursa olsun daha kısa sürede elektrik üretimi gerçekleştirebilecek başka uygulama bulunmamaktadır.
Diğer Kullanımlara Açık Olması: Arazinin tarıma uygun olması durumunda tarım ve hayvancılık
faaliyetlerinin sürdürülmesinde hiçbir engel bulunmamaktadır.
Yerli Olması Nedeniyle Siyasi ve Ekonomik Krizlerden Etkilenmemesi: Rüzgâr enerjisi üretimi yerel
kaynaklardan sağlandığı için krizlerden etkilenmemektedir.
Söküm Maliyetleri: Rüzgâr santrali ekonomik ömrünü tamamladığında, yerinden sökülerek bu alanda
eskiden olduğu gibi yararlanılabilmektedir[2].
3.
DÜNYADA VE TÜRKĠYE’DE RÜZGÂR ENERJĠSĠNĠN KULLANIMI
3.1.
Dünyada rüzgâr enerjisi
Günümüzde birçok ülkede tartışmasız bir şekilde rüzgâr enerjisi, enerji kaynakları içerisinde yadsınamaz bir
büyüklüğe erişmiştir. Dünya rüzgâr enerjisi kapasitesi 2009 yılında 159.762 MW iken, 2010 yılında 196.986 MW ve
2011 yılında ise bir önceki yıla göre %16‘lik bir artışla 237.016 MW olarak gerçekleşmiştir (Şekil 3).
Küresel düzeyde rüzgâr enerjisinin toplam enerji içindeki payı; 2011 yılındaki 500 Terrawattsaat‘lik payı ile toplam
dünya elektrik ihtiyacının %3‘ne erişmiştir [3] .
2011 yılında dünyada toplam 96 ülke elektrik üretimi için rüzgâr enerjisini kullanmıştır. Bunlardan 50 ülke (bir
önceki yılın tamamından fazla sayıda) yeni rüzgâr türbinleri kurmuştur. Bu toplam gücün büyük oranına sahip en
büyük 10 ülke Şekil 5‘te görülmektedir.
Rüzgâr sektörünün dünya çağındaki bütçesi 2010 yılındaki 40 milyar EURO (55 milyar USD) ‗ye karşılık, 2011
yılında 50 milyar EURO (65 milyar USD)‘a erişmiştir.
Şekil 3. Dünya rüzgâr enerjisi toplam kurulu gücü (MW)
[4]
Şekil 5. Toplam rüzgâr enerjisi kurulu gücüne göre en
büyük 10 ülke [MW]
Mevcut büyüme oranları dikkate alınarak Dünya Rüzgâr Enerjisi Birliği tarafından 2020‘ye kadar
öngörülen toplam kurulu güç miktarları Şekil 6‘da verilmiştir. Bu tahminlere göre 2015 yılında 500.000 MW
mümkün görülmektedir. 2020 yılı sonuna kadar ise toplam dünya toplam kurulu gücünün 1.000.000 MW olması
beklenmektedir.
224
Şekil 6. Gerçekleşen ve tahmin edilen toplam kurulu güç
1997-2020 (GW)[4]
Şekil 7. Büyüme oranına göre en büyük 10 ülke (%)-
200MW‘dan büyük Pazar
Достарыңызбен бөлісу: |