Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Гидравлические машины и гидропневмоагрегаты

Диссертационная работа:

Курукуласурия Махинда. Использование гидравлической и других возобновляющихся источников энергии в сельскохозяйственных районах развивающихся стран : диссертация ... доктора технических наук : 05.14.10.- Москва, 1996

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 7

ВВЕДЕНИЕ 9

Глава 1. СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

РАЗВИВАЮЩИХСЯ СТРАН И ВОЗМОЖНОСТИ ИХ

РЕШЕНИЯ ПУТЕМ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ 17

  1. Развивающиеся страны в определении организаций международного сообщества 17

  2. Сравнительный анализ уровня жизни в странах мирового сообщества 20

  3. Зависимость уровня жизни в развивающихся странах от энергопотребления и потребления питьевой воды 26

  4. Направление и содержание диссертационной работы 33

Выводы по главе 1 37

Глава 2. ПОТРЕБНОСТИ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СЕЛЬСКО
ХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАЙОНАХ РАЗВИВАЮЩИХСЯ СТРАН
38

  1. Понятие "типового" дома и "типовой" деревни 38

  2. Потребности в электроэнергии "типовых" потребителей 43

  3. Принципы формирования перспективных графиков нагрузки

"типовой" местной энергосистемы (микроэнергокомплекса — МЭК) 52

  1. Требования к качеству электроэнергии местной энергосистемы 57

  2. О предпочтительности применения термина "местная энергетика"

("местная энергосистема") 59

Выводы по главе 2 64

Глава 3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ МИРОВОЙ ЭНЕРГЕТИКИ

И ЭНЕРГЕТИКИ РАЗВИВАЮЩИХСЯ СТРАН 65

  1. Современное состояние и перспективы развития мировой энергетики 65

  2. Глобальные экологические проблемы развития мировой энергетики 68

  3. Экологические проблемы традиционной электроэнергетики 76

  4. Экологические проблемы энергетики развивающихся стран 87

  5. Хозяйственные проблемы развивающихся стран, решение которых

возможно на базе развития электроэнергетики 88

Выводы по главе 3 122

Глава 4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И РЕЖИМНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЮЩИХСЯ
ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
124

4.1. Экологические особенности использования возобновляющихся

источников энергии в развивающихся странах 124

4.2. Учет временной неравномерности прихода возобновляющихся

источников энергии в энергетических расчетах микроэнергокомплексов 128

  1. Ветровой режим Шри-Ланки 130

  2. Методика оценки энергетических ресурсов ветра 133

  3. Режим солнечного излучения для условий Шри-Ланки 139

  4. Методика оценки энергетических ресурсов солнечной инсоляции 142

Выводы по главе 4 151

Глава 5. РЕСУРСЫ ВОЗОБНОВЛЯЮЩИХСЯ ИСТОЧНИКОВ

ЭНЕРГИИ В РАЗВИВАЮЩИХСЯ СТРАНАХ 152

5.1 Гидроэнергетические ресурсы рек, в том числе ресурсы малых рек 152

  1. Ресурсы солнечной энергии 172

  2. Ресурсы энергии ветра 177

  3. Ресурсы биомассы 179

  4. Ресурсы других возобновляющихся источников энергии 184

Выводы по главе 5 190

Глава 6. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ВОДНЫХ МАСС 193

  1. Виды энергии водных масс 193

  2. О необходимости расширения понятий "гидроэнергетика" и "гидроэнергетическая установка" 193

  3. Предложение по терминологии гидроэнергетических установок 196

  4. Перспективы развития малой гидроэнергетики в развивающихся странах 197

  5. Современные проблемы и технические решения в области микрогидроэлектростанций 201

  6. Возможности комплексного использования водных ресурсов на

площадках размещения малых ГЭС 213

Выводы по главе 6 215

Глава 7. СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВА
НИЯ СОЛНЕЧНОЙ И ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ, ЭНЕРГИИ
БИОГАЗА. ПОНЯТИЕ О МИКРОЭНЕРГОКОМПЛЕКСЕ
217

  1. Технические достижения в области преобразования солнечной энергии 217

  2. Ветровые энергетические установки 223

  3. Современные технологии в производстве и использовании биогаза 225

  4. Понятие о микроэнергокомплексе и особенностях его функционирования и использования энергии в развивающихся странах 231

Выводы по главе 7 241

Глава 8. ЭФФЕКТИВНОСТЬ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ВОЗОБНОВЛЯЮЩИХСЯ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ 243

  1. Исходные положения экономического анализа 243

  2. Расчетные зависимости, используемые для определения затрат

и доходов, учитывающие специфику МЭК 245

8.3. Анализ результатов расчета движения денежных средств

при реализации проекта МЭК 250

Выводы по главе 8 258

Глава 9. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ

МИКРОЭНЕРГОКОМПЛЕКСА 259

  1. Формулировка задачи оптимизации параметров МЭК 259

  2. Алгоритм оптимизации параметров МЭК 264

  3. Анализ влияния удельных энергетических и удельных экономических показателей СЭС и ВЭУ на результаты оптимизации параметров МЭК 268

  4. Анализ влияния энергетических и экономических показателей ГЭС на результаты оптимизации параметров микроэнергокомплекса 277

  5. Автоматизация расчетов экономической эффективности МЭК с оптимизацией параметров ГЭС, СЭС и ВЭУ 284

Выводы по главе 9 299

Глава 10. АНАЛИЗ ДЛИТЕЛЬНЫХ И КРАТКОСРОЧНЫХ

РЕЖИМОВ РАБОТЫ МИКРОЭНЕРГОКОМПЛЕКСА

НА БАЗЕ ВОЗОБНОВЛЯЮЩИХСЯ ИСТОЧНИКОВ

ЭНЕРГИИ 300

  1. Задачи, решаемые в рамках анализа режимов микроэнергокомплекса 300

  2. Возможности суточного регулирования мощности микроэнергокомплекса 301

  3. Математическое моделирование суточных режимов работы микро-энергокомплекса 305

  4. Характеристики внутригодового изменения среднесуточных

мощностей МЭК 309

10.5. Определение дублирующей и резервной мощностей МЭК на основа
нии статистического анализа поступления возобновляющихся энерго
ресурсов 319

Выводы по главе 10 323

Глава П.ПРОБЛЕМЫ АДАПТАЦИИ ПРОЕКТОВ

КОМПЛЕКСНОГО СЕЛЬСКОГО РАЗВИТИЯ И

ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО И ТЕХНИЧЕСКОГО

ОБРАЗОВАНИЯ СЕЛЬСКОГО НАСЕЛЕНИЯ В

РАЗВИВАЮЩИХСЯ СТРАНАХ 324

11.1 Проекты комплексного сельского развития и проблемы их адапта
ции для условий слаборазвитых стран 324

  1. Проблемы экологического и технического образования населения развивающихся стран в районах внедрения проектов комплексного сельского развития 327

  2. Особенности подготовки инженеров-гидротехников для работы в развивающихся странах 331

  3. Примерный учебный план подготовки инженера-строителя для реализации проектов комплексного сельского развития в развивающихся странах 334

Выводы по главе 11 338

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ, РЕКОМЕНДАЦИИ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ 339

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 345

Приложение 1. Состояние и перспективы развития электроэнергетики

Шри-Ланки 378

Приложение 2. Особенности финансирования проектов использования
возобновляющихся источников энергии в разви
вающихся странах 387

Приложение 3. Примеры расчета суточных режимов микроэнергокомплекса

для характерных месяцев года 391

Приложение 4. Примеры просветительских листовок по санитарии и

экологии, изданных в Заире и Шри-Ланке 395

Приложение 5. Учебный план подготовки инженера по специальности

55.01.00 "Строительство" 402

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А — амортизационные отчисления

Д — доход (денежный)

И — издержки

К — капиталовложения; кредит; коэффициент

М — математическое ожидание

т.у.т. — тонна условного топлива

Э — энергия; выработка электроэнергии

а — коэффициент

b — себестоимость электроэнергии; тариф; коэффициент

I — инфляция

F — площадь

i, j — порядковые номера переменных

N — мощность

Р — обеспеченность

р — процентная ставка по кредиту; коэффициент

Q — целевая функция

Т, t — время

V — скорость

ті — коэффициент полезного действия (КПД)

а — среднеквадратичное отклонение

Ф — угол наклона отрезка прямой

Ч* — характеристическая функция

Индексы

уд — удельный показатель

уст — установленная (мощность)

Аббревиатуры

АБ — аккумуляторная батарея

АЭС — атомная электростанция

ВЭУ — ветроэнергетическая установка

ГЭС — гидроэлектростанция

МЭК — микроэнергокомплекс

СЭС — солнечная (фотоэлектрическая) электростанция

ТЭС — тепловая электростанция

ФЭП — фотоэлектрический преобразователь

Введение к работе:

Настоящая работа посвящена обоснованию необходимости использования гидравлической и других возобновляющихся источников энергии для электрификации сельскохозяйственных районов развивающихся стран и разработке методики определения основных параметров микроэнергокомплексов, включающих генерирующие мощности в виде микрогидроэлектростанции, солнечной (фотоэлектрической) станции и ветроэнергетической установки.

Актуальность проблемы. Для развивающихся стран, находящихся в сложной экономической и экологической ситуации из-за низкого уровня промышленного и сельскохозяйственного производства, быстрого роста народонаселения и связанных с этим потерь природных ресурсов, противопоказан путь крупного энергетического строительства, основанного на ископаемых органических топливах и приводящего к дополнительной нагрузке на окружающую среду за счет техногенных загрязнений.

Электроснабжение от экологически более чистых крупных гидроэлектростанций связано с необходимостью строительства протяженных и дорогостоящих линий электропередач. Получение в сельской местности электроэнергии от дизельных установок обходится в 0,2-2,0 долл.США/кВт-ччто гораздо дороже, чем в национальных электроэнергетических системах — 0,04-0,33 долл.США/кВт ч.

Поэтому будущее энергетики развивающихся стран с их незначительными энергетическими ресурсами, с населением, живущим преимущественно в сельскохозяйственных районах, где средняя плотность населения — 15-20 чел/км2, связано с электростанциями небольшой мощности, от 10 кВт и более, работающими на местную электроэнергетическую систему и использующими возобновляющиеся

источники энергии. Наиболее подходящими для этих целей являются микрогидроэлектростанции на малых реках и ручьях, солнечные электростанции на фотоэлектрических преобразователях, ветроэнергетические установки и установки для переработки искусственно выращиваемой биомассы и отходов сельскохозяйственного производства в электрическую и тепловую энергию.

Поскольку возобновляющиеся источники энергии, в отличие от традиционных, характеризуются меньшей плотностью потока энергии и большей временной неравномерностью, наиболее предпочтительными являются энергоустановки, работающие на разных энергоисточниках, но по единому режимному графику, объединенные в энергокомплексе. Это позволит увеличить число часов использования мощности, повысить надежность снабжения электроэнергией, уменьшить суммарные капиталовложения в строительство, снизить себестоимость электроэнергии. В разработку основ расчета режимов совместно работающих гидравлической, солнечной и ветровой электростанций большой вклад внесли российские ученые Н.В.Арефьев, Ю.С.Васильев, В.И.Виссарионов, В.В.Елистратов и другие.

В качестве базового производителя электроэнергии целесообразно использовать микроГЭС, характеризуемую минимальными удельными капиталовложениями, наибольшей обеспеченностью энергоресурсом в течение суток и более длительных периодов времени.

В отличие от крупных электростанций микроэнергетические комплексы вносят минимальные изменения в окружающую среду, а в некоторых отношениях способствуют сохранению природных систем, и поэтому их строительство, требующее неизмеримо меньших капиталовложений, предпочтительнее строительства крупных электроэнергетических объектов, хотя по удельным экономическим показателям микроэнергокомплексы уступают мощным ТЭС, АЭС и ГЭС.

Первоочередная задача электрификации сельскохозяйственных районов с неразвитой инфраструктурой состоит в обеспечении сельских жителей электроэнер-

гией для домашнего хозяйства и общинного потребления. Потребности сельских жителей в электроэнергии, зависящие от природно-климатических условий, уклада и уровня жизни, определяются необходимостью улучшения санитарно-бытовых условий (освещение, холодильник, электроплита) и получения информационных услуг (радио, телевизор). На уровне общины или деревни электроэнергия требуется для привода общественных водоподъемных установок, энергообеспечения кустарного производства, перерабатывающих мастерских, а также для общественной электроплиты и культовых нужд.

Электрификация сельскохозяйственных районов позволит не только облегчить бытовые и улучшить санитарные условия, обеспечить более длительное хранение продуктов и лекарств, уменьшить затраты труда и времени женщин и детей на заготовку топлива и воды, дать населению доступ к информации и к начальному образованию, но и решить проблему сохранения леса за счет снижения вырубки деревьев на дрова, что имеет не только региональное, но и общемировое значение.

На первоначальном этапе электрификации сельских общин электроэнергию предлагается получать от микроэнергокомплексов мощностью несколько киловатт или несколько десятков киловатт, включающих микрогидроэлектростанцию, солнечную микроэлектростанцию с фотопреобразователями и ветроэнергетическую установку. Особенности поступления первичных источников энергии в течение суток и в течение года, отсутствие на ГЭС регулирующего водохранилища, позволяющее максимально удешевить электростанцию, отсутствие регулятора мощности генерирующих установок по той же причине ставят довольно сложные вопросы определения режимов работы каждой из станций, входящих в комплекс, определения установленной мощности каждой из станций, обеспечивающей минимальные капиталовложения в комплекс при заданных удельных капиталовложениях в гидравлическую, фотоэлектрическую и ветровую установки, определения ем-

кости аккумуляторной батареи, резервной и дублирующей мощностей.

Решению этих вопросов посвящена значительная часть диссертации. В итоге можно заключить, что разработанная концепция микроэнергокомплекса, комплектуемого из микроэнергоустановок заводского (импортного или отечественного) изготовления отвечает поставленным требованиям дешевизны оборудования, экологической чистоты и простоты обслуживания при эксплуатации, надежности снабжения электроэнергией; после соответствующей конструктивной проработки микроэнергокомплексы могут найти широкое применение для электрификации сельскохозяйственных районов развивающихся стран.

Как показывает опыт практической работы, крайне важным для обеспечения устойчивого развития общины является участие коренного населения в усилиях по электрификации деревни. Разъяснительную работу среди населения необходимо вести на научной основе, с учетом психологических, социальных, хозяйственных, религиозных особенностей общины, и для этого необходима серьезная методическая подготовка.

Важным фактором является и подготовка национальных инженерных кадров, способных разрабатывать и реализовывать планы электрификации сельскохозяйственных районов с учетом всех перечисленных выше специфических обстоятельств. Имеющиеся в развитых странах программы подготовки инженеров-строителей составлены в расчете на наличие развитой строительной инфраструктуры, и поэтому требуются специальные программы, максимально адаптированные к условиям работы в слаборазвитых странах.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание методологических основ энёргоэкономических расчетов электрификации сельскохозяйственных общин развивающихся стран.

Для достижения поставленной цели решены следующие технические задачи:

1. Разработаны методики:

определения потребности в электроэнергии сельскохозяйственной общины;

формирования перспективных графиков нагрузки местной электроэнергетической системы;

выбора наиболее целесообразных для использования первичных источников энергии;

формирования базы данных поступления первичных энергоресурсов;

оптимизирования параметров гидравлической, солнечной и ветровой установок, входящих в состав микроэнергокомплекса;

обоснования экономической эффективности микроэнергокомплекса.

2. Выполнены анализы:

— суточных режимов работы микроэнергокомплекса с определением ем
кости аккумуляторной батареи;

— длительных режимов работы микроэнергокомплекса с определением
дублирующей и резервной мощностей.

3. Разработан проект учебного плана подготовки инженеров-строителей,
ориентированных на реализацию проектов комплексного развития сель
скохозяйственных районов развивающихся стран.

Научная новизна результатов заключается в следующем:

  1. В обосновании приоритетности первоочередной необходимости повышения уровня энергообеспеченности местного населения сельскохозяйственных районов развивающихся стран путем электрификации в качестве генеральной линии действий для повышения уровня жизни населения, решения социальных, экологических, экономических и других проблем.

  2. В обосновании использования возобновляющихся источников энергии при создании местных электроэнергетических систем для повышения надежности электроснабжения, улучшения экологической ситуации, сохранения лесов, предотвращения эрозии почв.

  1. В обосновании целесообразности комплексного использования гидравлической, солнечной и ветровой энергии для создания микроэнергокомплек-сов, характеризуемых конструктивной простотой и невысокой стоимостью поставки, простотой обслуживания в эксплуатации, надежностью производства электроэнергии, приспособленностью к конкретным запросам потребителей электроэнергии, мобильностью.

  2. В создании методик предварительного проектирования и окончательного оптимизированного расчета мощности микроэнергокомплекса и мощностей входящих в него установок, мощности аккумуляторной батареи и резервной и дублирующей мощностей, а также расчета режимов работы микроэнергокомплекса.

  3. В разработке методических основ повышения образовательного уровня местного населения при реализации планов комплексного развития сельскохозяйственных районов развивающихся стран; разработке методических основ подготовки инженерных кадров, в том числе из местного населения, ориентированных на работу по реализации планов комплексного развития сельскохозяйственных районов развивающихся стран.

Практическая ценность. Разработанные в диссертации рекомендации по электрификации сельскохозяйственных районов развивающихся стран, являющиеся основой целостной системы взглядов на пути повышения уровня жизни сельского населения, могут быть использованы местными органами, правительствами стран и международными организациями при планировании политики оказания финансовой и экономической помощи развивающимся странам.

Разработанная в диссертации методика экспертной оценки и опроса местного населения может использоваться на практике при определении потребностей в электроэнергии конкретной сельской общины и последующем определении мощности электрогенерирующих установок.

Разработанные в диссертации концепции и методики расчета микроэнерго-

комплекса могут использоваться при конструктивной разработке и разработке правил технической эксплуатации.

Публикации. Основные результаты диссертации отражены в 22 публикациях в технической литературе, изданных в г. Коломбо, Шри-Ланка; г. Киншаса, Заир (по линии ЮНИСЕФ) (перечень публикаций приведен в списке литературы под №№ 264-291 и включает 22 работы по теме диссертации и 6 работ по другим техническим проблемам).

Апробация работы. Основные результаты исследований по теме диссертации были доложены и обсуждены на национальных (Шри-Ланки) и международных симпозиумах и конференциях: национальном симпозиуме "Принципы использования первичных энергоресурсов в Шри-Ланке" (Коломбо, 1980); Международном симпозиуме "Энергия в 1990-х годах и в последующее время" (Коломбо, 1982); национальной конференции "Использование и охрана природных ресурсов Шри-Ланки" (Коломбо, 1983); национальном симпозиуме "Энергия для развивающихся стран" (Коломбо, 1985); международном симпозиуме "Комплексное развитие сельскохозяйственных районов развивающихся стран" (Нью-Йорк, 1988); международной конференции "Коммунальное развитие сельских местностей" (Бангкок, 1993); международной конференции "Экология и природные ресурсы" (Найроби, 1994); национальном симпозиуме "Рациональное использование водных и других природных ресурсов" (Киншаса, 1995); юбилейной научно-технической конференции Московского государственного строительного университета в 1996 году и на научных семинарах кафедры использования водной энергии МГСУ в апреле и в октябре 1996 года.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, одиннадцати глав, выводов, пяти приложений и содержит 246 страниц текста, включающих 46 таблиц, 98 страниц со 104 иллюстрациями, список литературы на 33 страницах, включающих 388 источников, из них 179 на русском и 209 на иностранных языках, 28 страниц приложений.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Концепция повышения энергообеспеченности сельскохозяйственных районов

развивающихся стран путем их электрификации с помощью мелких автономных энергоустановок с комплексным использованием возобновляющихся источников энергии.

  1. Методика экспертной оценки потребности сельской общины в электроэнергии и понятия "типового" дома и "типовой" деревни.

  2. Концепция микроэнергокомплекса в составе микрогидроэлектростанции, солнечной фотоэлектрической станции, ветровой энергетической установки и аккумуляторной батареи, генерирующего электроэнергию преимущественно постоянного тока, и питания бытовых потребителей от индивидуальных аккумуляторных батарей.

  3. Методика и результаты экономических расчетов микроэнергокомплекса, учитывающая основные экономические показатели рыночной экономики.

  4. Методика и результаты оптимизационных расчетов микроэнергокомплекса, учитывающая интенсивность внутригодового изменения первичных энергоресурсов, характер изменения полезной нагрузки, различные удельные стоимости преобразования энергии воды, солнца и ветра.

  5. Методика и результаты расчетов режимов работы микроэнергокомплекса и определения резервной и дублирующей мощностей.

  6. Предложения методического характера о введении понятия "местная энергетика", о расширении понятия "гидроэнергетика", об уточнении понятия "гидроэнергетическая установка", о введении терминов для обозначения гидроэнергетических установок различных типов.

  7. Содержание учебного плана подготовки инженера-строителя, ориентированного для работы по реализации планов комплексного развития сельскохозяйственных районов развивающихся стран.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net