В дипломной работе, рассмотрены вопросы использования энергии
жүктеу/скачать 1,65 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Аннотация
- Abstrakt
- Мазмұны
- Кіріспе
- 1 Күн энергиясын қолдану
- 1.1 Күн туралы толық мағлұмат
- 1.2 Күн – энергия көзі
| 9
10
11
12
13
Аңдатпа Менің дипломдық жұмысымда күн энергиясынан күн батареяларын қолдану арқылы электр энергиясын алуды жобаладым. Дипломдық жұмыста күн сәулесінен қалай энергия алуға болады, оны зерттеген адамдар, бұрынғы заманда оны қалай қолданғаны туралы, сонымен қатар күннің энергиясын қолдану біз үшін қаншалықты тиімді әрі экономикалық жағынан пайдалы екені қарастырылған. Күн энергиясын басқа да сарқылмайтын энергия түрлерімен салыстырылды. Оларға қарағанда артықшылықтары көрсетіліп, оны пайдаланудың тиімді жолдары көрсетілді.
В дипломной работе, рассмотрены вопросы использования энергии солнца с помощью солнечных батарей. В дипломной работе проведен анализ преобразование солнечной энергии в другие виды энергии (тепловую, электрическую и т.д.), а также дано краткое историческое описание использования солнечной энергии в древнем веке. Даны теоритические предпосылки использования солнечной энергии как один из альтернативных видов энергии век диффицита электроэнергии, а также дешевого вида энергии. Приведены сравнительные показатели преимущества и эффективности исползования солнечной энергии с помощью солнечных батарей.
On my thesis, I designed as it is possible to take electricity from energy of the sun by means of solar batteries. On the thesis it is considered as it is possible to receive energy from a sunlight, research of solar energy as it исползовали in an ancient century, the ispolzovaniye of solar energy also is how profitable and considered from the economic point of view. Also compared with other perennial springs of energy. Advantage and effective way its ispolzovaniye is rather shown.
14
Мазмұны Кіріспе
7 1 Күн энергиясын қолдану 9 1.1 Күн – энергия көзі 9 1.2 Күн энергиясының зерттелуі 10 1.3 Күн энергиясының потенциалы 13 1.4 Күн энергиясының потенциалы 15 2 Қазақстан Республикасында күн энергиясының игерілуі 17 2.1 Күн энергиясын тұрмыстық жағдайда қолдану 26 2.2 Күн энергиясын пайдалану жағдайы мен болашағы 26 2.3 Қазақстандағы күн энергиясының потенциалы 30 2.4 Күн энергиясын түрлендіру элементтері 35 3 Күн энергиясын батареяны қолданумен пайдалану 38 3.1 Күн электр станциясының ішкі желі бөлігін түрлендірудің параметрлерін анықтау
39 3.2 Таңдалған сұлбадағы трансформатор мен инвертордың параметрлері
41
4 Өмір тіршілігінің қауіпсіздік бөлімі 43
4.1 Күн электр станциясын пайдалануда қоршаған ортаға әсеріне талдау жасау
43
4.2 Станцияның диспетчерлік бөлмесіндегі жасанды жарықтануға есеп жүргізу
46
4.3 Цехтағы шудың деңгейіне акустикалық есеп жүргізу 52
5 Экономикалық бөлім 62
5.1 Резюме 62
5.2 Электр станциясын салуға кететін қаржы салымдарын есептеу
63
5.3 Амортизация жұмысына кеткен шығынды анықтау 65
5.4 Инвестицияның таза құнын есептеу 68
Қорытынды 71
Қолданылған әдебиеттер тізімі 72
15
Кіріспе Күнге – өркениеттер әрқашан бас иген, себебі ол Жер бетіндегі төзімді өмір болып табылады. Күн бізге нұр мен жылы береді, өсімдіктерге өсуге және жер бетінде өмір сүруге қолайлы жағдай жасауға көмектеседі. Күн сәулесі, біз білетіндей, бұл жылу мен сәулелену түріндегі энергия. Күн сонымен қатар, бұл ең таза энергия көзі. Күн шуақты кезінде күннен түсетін жарық, шамамен Жер бетіне түсетін күн энергиясы 1000 ватт квадрат метрге дейін жетеді. Егер де біз бүкіл әлемдегі барлық үйлер мен офистерді жарықтандыру үшін күн энергиясын пайдалансақ, жарықтандыру тегін болушы еді. Ал, қазір бүкіл әлемде 2 миллиард адам электр энергиясынсыз өмір сүріп жатыр. Күн энергиясы туралы дерек: -
- 10-нан 9 Күн энергожүйесінің негізі кремний фотоэлектрлік элементінен тұрады. - компания мен технология негізінде күндік модульдердің өмір сүру ұзақтығы 10-25 жыл; - BP Solar бәйгеге тұрарлық продуктті ұсынатын жалғыз өндіруші. Негізі моно-кристалды жасушадан тұратын, лазерлі өңделген арыққа көмілген контакттардан тұратын продукт – Сатурн деп аталады. BP күн элементтері нарықтағы ең тиімді коммерциялық қол жетімді ұяшық; - күн элементтерінен панельді құру үшін бір-бірімен біріктірілген және ұяшықтардың біреуі сызықталған болса, бұл өндірімділікке және барлық панельдердің шығуына әсер етеді. Күннің энергиясын 3 б.з.б. бұрын адамдар қолдануды бастады, гректер мен римліктер линза мен күн сәулесін діни мақсаттарда факельдердің сәулесіне қолданды. 1767 жылы швейцариялық ғалым күн тақтасын ойлап тапты. Ол 1830 жылы дейін қолданыста болмаған. Күн энергиясын өндірісте қолдану өндірістік революцияның ортасында басталды. Сол кезде күн сәулесі суды қайнату үшін және бу турбинасына айналдыру үшін қолданылды. Күн батареясын қолданудың бастамасы, 1839 жылы француз физигі Эдмунд Беккерель фотоэлектрлік эффектті ашқаннан кейін басталды. Бұл 1883 жылға дейін ел қызығушылығын тудырды. Американдық ғалым Чарльз Фриц күн батареясының бірінші жұмыс прототипін жіңішке алтын жабындысын жағып жасаған. Бұл финанстық қатынаста мүмкін емес болды және 1 %-ға ғана эффективті болды. 1946 жылы Рассел Оль өзінің "сәулеге сезімтал құрылғысын" патенттеді. 1950жылдары Bell лабораториясының зерттелуі бойынша, кремний жартылай өткізгіші кейбір қоспалармен белгілі мөлшерде сәуле жұтады, бұл өз кезегінде фотоэлементтерді көбірек эффективті етуге көмектесті. Хоффман Электроника 1955 жылы 6-8 % эффективті коммерциялық негізде фотоэлементтерді алғаш жасады. 1960 жылы олар оны 14 %-ға
16
жақсартты. 1970 жылы Dr. Elliot Berman аз шығынды күн элементінің конструкциясын жасап шығарды. Бұл бойынша күн сәулесін теңіз бұрғылау қондырғыларында, темір жол-автокөлік тораптарында, бағдаршамдарда және тағы сол сияқты жерлерде қолдланысқа ие болды. Және оны билікке де икемді етті. Ол жаққа электрлік торап қолайлы емес еді. Қазіргі кезде фотоэлементтерді біз 20 %-ға дейін тиімді қолданамыз және салалық стандарт 13 %-ды құрайды. Панельдің бағасы жоғары, сондықтан оны аз қолданады және өндіріс бағасы сұраныста болмағандықтан жоғары. Өндіріс тиімдірек болса және сұраныста көп болса, күн энергиясы да соншалық қол жетімді болады. Бүгінгі күні Күн энергиясы қайта қалпына келетін энергия көздерінің арасында тез өсіп келе жатқан форма болып табылады. Бүкіл әлем бойынша фотоэлектрлік элементтерді қолданудан Германия артынан Жапония алдыға шықты. 2007 жылы ұяшықтарды пайдалану 85 %-ды көрсетті. Бұл ұлғаюға қарамастан әлемдік электр энергия тұтынудың 0,1 %-н ғана құрады. Жылу энергетикасы, әсіресе көмір энергетикасы қоршаған ортаға және тұғындар денсаулығына едәуір зиян келтіреді. Қазақстандағы отыны көмір болып табылатын электр станциялардағы түтінді газдардағы зиянды заттар концентрациясы халықаралық стандарттан бірнеше есе жоғары болады. Электр станциялардың атмосфераға тастайтын зиянды заттары жылына 1 млн. тонна, ал жалпы қоршаған ортаға тасталатын зиянды заттар көлемі жылына 11 тонна болады. Қазақстандағы эксперттер жасаған баға бойынша көмір энергетикасы қоршаған ортаға сағатына 7,7 тенге/кВт залал келтіреді және электр энергия құнының өзінен асып түседі. Қазақстан Республикасы энергосектор арқылы зиянды парниктік газдарды тастауды қысқарту талаптары генерацияланатын қуаттардың құрылымын өзгерту, оның энергия тиімділігін арттыру және дәстүрлі емес энергия көздерін қолдануды арттыру арқылы орындалады. Табиғи ресурстарды аз қолдануда, қоршаған ортаның деградациялық азаюында күн энергиясына елеулі үлес қосу керек.Қазіргі уақыттағы алға қойылған мәселелердің бірі жаңғыртылған энергия көздері
негізінде энергоқондырғыларының бәсекелестікке бейім шараларын арттыру болып табылады.
17
Жерден қарағанда Күн бізге салыстырмалы түрде кішкентай болып көрінеді. Оны алыстан созылып тұрған қолмен бұршақтаң бір дәнімен ғана жаба аламыз. Осындай тәжірибені үлкен дәлдікпен істейтін болсақ, Күнге дейінгі арақашықтық оның диаметрін 107 есе асатынын есептей аламыз. Ал, Күннің кесе-көлденең ені өте үлкен, ол Жердің диаметрінен 109 есе үлкен. Біз білетіндей 13 мың км. Енді Күннің көлемін, оған дейінгі арақашықтық мөлшерін километрге дейін есептей аламыз. Күннің сәулесінен шыққан энергиясы арқылы өңделген энергия 2050 жылы адамзаттың электр энергиясына 20 % қажеттілігін қамтамасыздандыра алады, сонымен қатар, маңыздысы көмірқышқыл газын атмосфераға тасымалын азайтады. Энергия көздерінің (көмір, мұнай, газ) үштен бір бөлігін біз жылуға айналдырамыз: энергияның көп бөлігі бөлмелерді жылыту үшін және суды жылыту үшін қолданылады. Климаттың өзгеруі және сарқылатын энергия көздері жақын оң жылдықта көрінерліктей азаюы және оларға деген тәуелділік біздің тез қимылдауымызға мәжбүр етуде. Күн энергиясын тұрғын үйлерде кең қолдануымыз қазірдің өзінде бұл мәселені шеше алатынымызды көрсетеді. Бұл тек жаңа стандарттарды құрылыс кезінде қолдануды ғана емес, сонымен қатар, үйде тұтынатын энергияны шұғыл қысқарту керек деген сөз. Үйдің қайта құрылысын қарап шығып, үлкен термиялық гелио жүйені қолдана отырып, жылуға кететін шығынды үштен бір немесе төрттен бір бөлігіне дейін қысқартуға болады [13].
Күн – жұлдызды жұрттың бірінші типіне жатады. Күн жүйесінің пайда болуының ең көп тараған теориясы бойынша, ол бір немесе бірнеше тым-жаңа жұлдыздардың жарылысынан қалыптасты делінеді. Бұл болжам Күн жүйесінің құрамында көп мөлшерде алтын мен уран бар екендігіне сүйенген. Бұл осы жарылыстың әсерінен болған эндотермиялық реакция нәтижесі болуы мүмкін немесе екінші буын жұлдыздарының көлемді нейтрондарды жұту жолымен ядролық элементке айналдырылған түрі болуы мүмкін. Жер бетіндегі негізгі энергия көзі – күннің шуағы болып табылады. Оның қуаты бірлік аудан күн сәулесіне перпендикуляр болатындай беттен өтетін энергия санымен анықталады. Жер бетіне 1000 Вт/м² мөлшерінде күн сәулесінің энергиясы жетеді. Бұл энергия табиғи және жасанды процесстерде қолданыла алады.
Күн сәулесімен тікелей қыздырылуы немесе фотоэлементтерді қолданумен энергияны өзгертуді электроэнергияны алу үшін (күн электр станцияларымен) немесе басқа жұмыстарға да қолдануға болады [3]. 18
1.1 сурет - Күн мен Жер (көлемі бойынша арақатынасты сақтаған фотомонтаж)
Күннен шығатын энергия ядролық реакцияларда өңдіріледі ( 3,86*
эрг/сек немесе 386 миллиард мегаватт). Әр секунд сайын 700,000,000 тонна сутегі 695,000,000 тонна гелииға және 5,000,000 тонна ( =3,86*
гамма сәуле түріндегі энергияға түрленіп отырады. Бұл энергия ( гамма квант түрінде шығарылған) жоғарғы қабатқа қарай саяхат жасап жүргенде, ол біртіндеп жұтылып және толқынның үлкен ұзын түрінде қайтадан сәуле шығарады. Жоғары қабатқа жеткенде, ол көрінетін сәулеге айналады. Қалған 20 % жол жоғары қабатқа энергия конвекцияға ауысады. Ыстық газдың көп мөлшердегі ағыны жоғарыға көтерілгенде, аз жылуын қоршаған ортаға береді. Ал салқындатылған күн газы төмен түседі. Күннің ішкі қабаттарындағы физикалық жағдайды теориялық есептеулермен табылады. Және Күн қойнауында толқынның таралуы негізінде тексеріледі. Сонымен қатар, күннің орталық қабаттарында ядролық реакциялар әсерінен пайда болатын күннің нейтриноларын тіркеу арқылы. Күннің орталығындағы температурада орасан үлкен жылдамдықпен атомдар қозғалады, мысалы, протондар үшін, секундына жүз километр. Заттардың тығыздығы өте үлкен болғандықтан, бөлшектердің кванттармен ( фотондармен ) әрекеттесуі, сонымен қатар өзара да әрекеттеседі. Осы процестердің әсерінен атомдардың сыртқы электрондық қабықша түгелдей жойылады, атомдардан тек "жалаңаш" атом ядросы қалады. Басқаша айтқанда, барлық атомдар өте жоғары сатылы ионизацияда болады. Бұл бөлшектердің көлемі қалыптыдан ( 10-12 м) ядролыққа (10-15 м ) дейін кішірейеді. Сондықтан иондалған газ 1,5*105 кг/
( 150 г/
) өте жоғары тығыздығында да газ күйінде қалады. "Ыстық" және тығыз плазма да бөлшектердің жиі әрі қатты соқтығыстарымен, бөлшектердің жақындасуының әсерінен, онда элементарлы бөлшектермен атом ядросының өзара әрекеттесу ықтималдылығ жоғарылайды және ядролық реакция туады. Кулон заңы ( кулондық баръер) бойынша бірдей зарядталған бөлшектердің қарапайым соқтығыстарында олардың бір-біріне жақындауына электростатикалық итеру кедергі жасайды. Дәл осыдан өту үшін бөлшектер көп энергияға ие болуы керек, яғни плазма температурасы өте жоғары болуы керек. Осыдан туатын
19
ядролық реакцияны термоядролық деп атайды. Протондардың өзара соқтығысуы кулондық барьердің ең азына ие, сондықтан жұлдыздардың қойнауында ең бірінші жеңіл ядролардың синтез реакциясы жүреді. Ал, жұлдыздардың эволюциясы сутектің және басқа аса жеңіл химиялық элементтердің жануынан басталады. Күннің қойнауында әр протон әр секунд сайын миллиондаған соқтығыстарды басынан өткізеді, бірақ тек аз мөлшері ғана басқа протонмен бірігуімен аяқталады. Соған қарамастан, протондардың барлығының саны көп болуының арқасында, сутегінің "күйіп кетуі" ұзақ уақытқа дейін тиімді болады.[3] Ядролық синтез реакциясы кезінде көп энергия бөлінеді ( есептегенде бір нуклон 1 МэВ=1,6022*
механизмдерден ( мысалы, химиялық жану) энергияның бөлініп шығуынан да асып түседі. Осыған қарамастан, түзілген ядроның массасы, оларға кіретін нуклон массасының санына тең емес, бірақ ол масса кемшілігі деп аталатын мөлшерден бірнеше есе кіші. Осыдан ядродағы нуклондардың жақын байланысы бар екенін көреміз. Сондықтан, оларды босату үшін, осы байланыстың энергиясына тең болатын энергияны жұмсау керек. Күннің орталығында бос нуклондардан тұратын ядроны қайта синтездеу процессі кезінде дәл осындай энергия бөлінеді. Оның көлемі, Эйнштейннің белгілі арақатынасына сәйкес, масса кемшілігі жарық жылдамдығының көп шамасының квадратына тең:
. Күн қойнауындағы энергия көзі протонды-сутекті циклдің қатысуымен болатын реакция немесе протон-протонды тізбесінің термоядролық реакциясы болып табылады. Ең соңында ол сутегіні гелийге айналуына әкеледі. 70 %-ға жуық жағдайда ол үш негізгі реакциядан тұрады. Біріншісі, бос жағдайында әдеттен тыс орнықты болатын 14 протонының ыдырауынан басталады. Екі протонның тығыз жақындауынан( соқтығысуынан) аз уақыттың ішінде ыдырауы болуы мүмкін. Осы кезде олардың біреуінің позитрон
айналып кетуі мүмкін. Екінші протонмен бұл нейтрон біріккенде, олар сутегінің ауыр ядросы-дейтерия 2Д-ны түзеді. Ядролық реакция тілінде ол былай жазылады:
. 442 , 1 2 1 1 МэВ л е Hл H
Бөлініп шығатын энергия осы тармақтың соңында шығатын энергия осы тармақтың соңында көрсетілген. Жарық жылдамдығымен қозғалатын нейтрино, заттармен әлсіз арақатынасады және бүкіл Күн арқылы кедергісіз өтіп, одан шығып та кете алады. Протонның ыдырауынан туған позитрон бірінші кездескен электронмен дереу аннигимируация жүріп, гамма-квант буын шығарады. Әр протондардың жұбы үшін сутекті реакция 14 млрд. Жыл бұрын жүзеге асырылатындықтан, ол Күндегі термоядролық реакцияның баяулығын және эволюцияға кеткен барлық уақытын анықтайды. 20
Дейтронның екінші реакциясында, бірінші реакцияның қорытындысында пайда болғандар аз секунд ішінде жаңа протондарды басып алып, л квантын шығара отырып және 3Не изотоп ядросын түзеді:
.
, 5 3 1 2
л Не Нл Д
Үшінші реакцияның арқасында миллион жыл уақыт аралығында 3Не изотоп ядросы бірлесіп, екі протонды босатып жібереді де 4Не( л-бөлщегін) қарапайым гелий ядросын түзеді: 3Не-3Не л 4Не+21Н+12,860МэВ. Бұдан анық байқайтынымыз, көрсетілген реакция тізбегін толық аяқтау үшін алғашқы екі реакция екі рет қайталануы керек. Осыны ойға ала отырып, мынаны есептей аламыз, төрт протонның бір л-бөлшекке біріктірілуі 26,732 МэВ энергиясының бөлінуімен сүйемелденеді. Оның ішінде шамамен 0,5 МэВ Күннен оңай шығатын екі нейтронға кетеді, ал қалған бөлік л квантқа және жылу энергия газына кетеді. Бұл энергияның көзі 4 Не ядросының байланыс энергиясы болып табылады. Ол 0,73 %-ға тең төрт бос протонның массасы кемшілік массасына тең. Күн энергиясы үлкен. Тіпті оның Жер бетіне түсетін кішкентай бөлігі аса үлкен. Егер де Жер бетінің бір квадрат метріне түсетін күн сәулесінің энергиясын толық пайдалансақ, онда екі жылқының күшіне жететін қуаты бар қозғалтқышты жұмыс істете аламыз. Бүкіл Жер толығымен Күннен оң мың есе көп энергия алады. Яғни, бұл бүкіл электр энергетика көздері, толық қуатта жұмыс істегенде ғана ала алатын энергия көзі. Жерден қарағанда Күн бізге салыстырмалы түрде кішкентай болып көрінеді. Оны алыстан созылып тұрған қолмен бұршақтаң бір дәнімен ғана жаба аламыз. Осындай тәжірибені үлкен дәлдікпен істейтін болсақ, Күнге дейінгі арақашықтық оның диаметрін 107 есе асатынын есептей аламыз. Ал, Күннің кесе-көлденең ені өте үлкен, ол Жердің диаметрінен 109 есе үлкен. Біз білетіндей 13 мың км. Енді Күннің көлемін, оған дейінгі арақашықтық мөлшерін километрге дейін есептей аламыз. Күннен бізге дейін келетін энергия мөлшері мен арақашықтығын біле отырып, оның сыртқы қабатынан шығатын энергия мөлшерін таба аламыз. Күн сәулесіне жақындаған сайын, оның сәуле шығарылымы соншалықта концентрированды болады. Егер де Жер Күнге екі есе жақын болғанда, қазіргі кезге қарағанда Жер одан 4 есе көп энергия алушы еді. Осындай жолмен, Күннің сыртқы қабатына жақын барсақ, сәулелену қуаты 46 мың есе өседі. 10 млн градусқа дейін қыздырылған плазманың бөлшектері секундына жүз және мыңдаған көп жылдамдықпен қозғалады. Аса көп қысым кезінде бөлшектер тым жақындасады, ал бөлек атомдардың ядросы кей кезде бір- біріне кіріп кетеді. Осындай кіру кезінде термоядролық реакция жүзеге асады. Гелий атомын жасау үшін кеткен сутегінің төрт атомының массасына қарағанда массасы аз болып келеді. Осы масса кемшілігі Күннің қойнауында энергия түрінде бөлінеді. Ол Күннің таусылмас энергия көзі болып табылады. 21
Көбінесе Күн Жер сияқты химиялық элементтерден тұрады. Бірақтанда, Жермен салыстырғанда Күннің құрамында сутегі көбірек. Күн түгелдей сутегіден тұрады деп айта аламыз, себебі қалған элементтер сутегіге қарағанда әлдеқайда аз. Термоядролық реакцияның арқасында Күннің сәуле шығарылуының негізгі энергия көзі – сутегі болып табылады. Тіршілік етуі уақытында, болжам бойынша 6 млрд. Жыл бойы Күн өзінің сутекті ядролық отынының жарты запасында жұмсаған жоқ. Барлық осы уақыт ішіндегі Күннің сәуле шығарылымы дәл қазіргідей. Күн қойнауындағы барлық сутегі гелийге айналғанша, Күн әлі миллиондаған жыл бойы күн сәулесін шашып тұрады[12].
жүктеу/скачать 1,65 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|