УО «Белорусский государственный технологический университет»

Учреждение образования
«Белорусский государственный технологический университет»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор БГТУ по учебной работе
______________ Федоренчик А.С.
«____»____________ 200___ г.
Регистрационный № УД-______/р.
НЕТРАДИЦИОННЫЕ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ
Учебная программа для специальности
1-43 01 06 Энергоэффективные технологии и энергетический
менеджмент
Факультет технологии и техники лесной промышленности
Кафедра энергосбережения, гидравлики и теплотехники
Курс III
Семестр 6
Лекции 50 часов
Практические занятия 18 часов
Лабораторные занятия 16 часов
Экзамен 6 семестр
Всего аудиторных часов
по дисциплине 84 часа
Форма получения высшего
образования − дневная
Всего часов по дисциплине 136 часов
2009
Учебная программа составлена на основе типовой учебной программы «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии», утвержденной Министерством образования РБ для специальностей ВУЗов от ____________ 20___ г., регистрационный № ________
Рассмотрена и рекомендована к утверждению на заседании кафедры энергосбережения, гидравлики и теплотехники протокол № ____ от____________ 2009 г.
Заведующий кафедрой
______________ В.И. Володин
Составитель
______________ А.Б. Сухоцкий
Одобрена и рекомендована к утверждению методической комиссией факультета ТТЛП (протокол № ____ от ____________2009 г. ).
Председатель
______________ Янушкевич А.А.
2
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
1.1. Цель и задачи преподавания и изучения учебной дисциплины
Цель дисциплины заключается в формировании у студентов знаний о технически
возможном потенциале возобновляемых и нетрадиционных источников энергии, о принципах работы устройств по преобразованию нетрадиционных энергоресурсов, о способах
реализации энергоэффективных технологий на их базе.
Задачей дисциплины является:
 изучение состояния и перспектив использования возобновляемых и нетрадиционных источников энергии и возможность их вовлечения в структуру топливноэнергетического комплекса РБ;
 изучение конструкции устройств и систем преобразования нетрадиционных и
возобновляемых источников энергии.
1.2. Требования к уровню освоения содержания учебной дисциплины
После изучения курса «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии» инженер - энергоменеджер должен знать:
- принципы работы, достоинства и недостатки систем солнечного отопления и горячего водоснабжения;
- принципы работы, достоинства и недостатки солнечных электробаратарей и систем
естественного освещения помещений;
- принципы работы, достоинства и недостатки малых гидроэлектростанций,
- принципы работы, достоинства и недостатки ветроустановок;
- принципы работы, достоинства и недостатки термохимической, биохимической и агрохимической переработки биомассы;
- принципы работы, достоинства и недостатки геотермальных устройств утилизации
тепла;
- принципы работы, достоинства и недостатки акуммулирующих систем, применяемых в большой энергетике.
уметь:
- рассчитывать термодинамические характеристики гелиоколлектора;
- определять рабочие параметры солнечного элемента;
- рассчитывать энергетические параметры турбины и ветроустановки,
- рассчитывать основные параметры газогенератора и метантенка,
- рассчитывать термодинамические характеристики термосифона;
- рассчитывать основные параметры аккумулирующих систем.
1.3. Перечисление дисциплин, освоение которых необходимо
для изучения дисциплины:
Физика, теоретические основы химии, термодинамика, теплопередача, механика
жидкости и газа.
1.4. Структура содержания учебной дисциплины
Образовательный стандарт ОСРБ 1-43 01 06-2007 предусматривает для изучения
дисциплины 84 учебных часа аудиторных занятий на протяжении одного семестра. Распределение часов по видам занятий следующее: лекций − 50, практических − 18, лабораторных − 16. На самостоятельную работу отводится 52 часа.
3
2. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОГО МАТЕРИАЛА
Раздел 1 Введение. Основные понятия и определения
Источники энергии. Основные понятия. Современное состояние топливноэнергетического комплекса РБ. Потенциал местных ископаемых энергоресурсов РБ. Особенности использования возобновляемых источников энергии.
Раздел 2 Солнечная энергетика
Солнечное излучение и его основные параметры. Воздействие земной атмосферы на
солнечное излучение. Парниковый эффект. Определение направления солнечного излучения.
Направления использования солнечной энергии. Тепловое направление. Пассивные и
активные системы солнечного отопления. Виды теплоносителя и способы его циркуляции. Типы гелиоколлекторов. Тепловой баланс гелиоколлектора. Конструкции поглощающих панелей коллектора. Селективные поверхности. Концентрирующие гелиоколлектора. Расчет максимальной температуры концентрирующего теплоприемника. Типы гелиосистем. Солнечный абсорбер. О целесообразности применения гелиосистем в РБ.
Другие тепловые способы использования солнечной энергии: сушка зерна и охлаждение
воздуха.
Фотоэлектрическая генерация. Токи р-n перехода. Вольт-амперная характеристика
солнечного элемента. Конструкция и недостатки солнечных элементов. Потери энергии и
методы повышения эффективности солнечных элементов. Материалы солнечных элементов. Использование солнечной энергии в космосе.
Прямое использование солнечной энергии. Световод. Биологический и химический
способы использования солнечной энергии.
Характеристики электрического поля Земли. Технологии использования электрического поля Земли.
Раздел 3. Гидроэнергетика
Особенности использования и потенциал гидроэнергетических ресурсов Республики
Беларусь. Конструкция ГЭС. Режимы работы и принципиальные схемы малых ГЭС. Типы и основные энергетические параметры гидравлических турбин. Турбина Пельтона,
расчет ее максимальной мощности и основных размеров. Типы реактивных турбин. Основное энергетическое уравнение турбины. Основы теории подобия турбин. Коэффициент быстроходности. Особенности эксплуатации гидравлических турбин. Выбор типа
турбины.
Гидравлический таран. Явление гидравлического удара. Теория гидравлического тарана. Технические параметры гидротаранной установки. Пределы применения таранных
установок.
Раздел 4. Ветроэнергетика
Происхождение и типы ветровых потоков. Конструкция ветроустановки и ее основные
технические параметры. Типы ветроколес, коэффициент быстроходности. Теория
дееального ветроколеса (коэффициент торможения, коэффициент использования мощности). Работа поверхности при действии на нее ветра. Работа крыльчатого ветрового колеса. Классификация ветродвигателей по принципу работы. Причины недостаточного использования ветровой энергии, аэродинамические потери. Способы повышения эффективности работы ветроустановок. Эффект Магнуса. Целесообразность использования
энергии ветра в РБ.
4
Раздел 5. Биоэнергетика
Классификация биотоплива. Фотосинтез и круговорот биомассы в природе. Характеристики топлива. Способы переработки биотоплива. Источники и способы утилизации
биотоплива (древесного топлива, энергетического топлива, сельскохозяйственных и животноводческих отходов, промышленных и бытовых отходов, торфа) и сланцев. Энергетические фермы, их преимущества и недостатки.
Технологии сжигания биотоплива. Основные виды топочных процессов (слоевые и
камерные). Особенности процесса сжигания древесного топлива. Неглубокая переработка
древесного топлива – получение щепы, древесных брикетов и гранул. Сжигание соломы
и торфа. Пиролиз. Схема установки для осуществления пиролиза. Процесс газификации
топлива. Целесообразность промышленного освоения торфа и горючих сланцев в РБ.
Анаэробное и аэробное сбраживание. Конструкция метантенков и расчет их технических параметров. Получение биогаза в метантеках. Целесообразность утилизации животноводческих отходов. Спиртовая ферментация, виды сырья для получения спиртов и технология их подготовки.
Раздел 6. Геотермальная энергетика
Тепловой режим земной коры. Источники геотермального тепла. Использование геотермальной энергии для теплоснабжения.
Тепловая труба: принцип действия, конструкция, области работы. Расчет термосифона.
Раздел 7. Аккумулирование энергии
Цели и задачи аккумулирования энергии. Типы аккумуляторов и области их применения. Энергетический баланс аккумулятора. Тепловое аккумулирование. Химическое,
электрохимическое и механическое аккумулирование энергии. Системы аккумулирования.
Раздел 8. Экологические проблемы использования возобновляемых
источников энергии
Последствия развития солнечной энергетики, биоэнергетических установок, гидроэнергетики, ветроэнергетики и геотермальной энергетики.
5
3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА
2
2.1.
2.2.
6
7
8
9
Компьютерная презентация
[1−6]
Компьютерная презентация
[1−6]
Компьютерная презентация
[1−6]
4
5
-
2
2
6-й семестр (84 аудиторных часов)
Раздел 1. Введение. Основные понятия и определения
2
2
л/к.
1. Предмет, его задачи и содержание.
2. Энергия и ее источники.
3. Энергетические ресурсы и современное состояние топливноэнергетического комплекса Республики Беларусь.
4. Потенциал местных ископаемых энергоресурсов РБ.
5. Особенности использования возобновляемых источников энергии.
Раздел 2. Солнечная энергетика
16
6
2
л/к.
1. Солнечное излучение и его основные параметры.
2. Воздействие земной атмосферы на солнечное излучение.
3. Определение направления прямого солнечного излучения.
4. Направления использования солнечной энергии.
2
л/к.
1. Пассивные и активные системы солнечного отопления.
2. Типы гелиоколлекторов.
3. Тепловой баланс гелиоколлектора.
4. Расчет максимальной температуры концентрирующего теплоприемника.
6
Формы контроля
знаний
1.
1.1.
Литература
3
Материальное обеспечение занятия
(наглядные, метод.
Пособия и др.)
2
Управляемая
самост. Работа
студента
Лекции
1
Лабораторные
занятия
Наименование раздела, темы, занятия;
перечень изучаемых вопросов
Практические
занятия
Номер раздела, темы, занятия
Количество аудиторных часов
6
12
1
1
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
п/з.
1. Направление прямого солнечного излучения. Параметры пассивной системы солнечного отопления.
л/з.
1. Исследование эффективности работы гелиоколлектора.
л/к.
1. Конструкции поглощающих панелей коллектора.
2. Селективные поверхности.
3. Концентрирующие гелиоколлектора.
4. Виды теплоносителя и способы его циркуляции.
л/к.
1. Типы активных гелиосистем.
2. Солнечный абсорбер.
3. О целесообразности применения гелиосистем в РБ.
4. Другие тепловые способы использования солнечной энергии:
сушка зерна и охлаждение воздуха.
5. Промышленное и термодинамическое направления использования солнечной энергии
п/з.
1. Тепловой баланс гелиоколлектора и способы циркуляции теплоносителя в системе солнечного отопления.
л/к.
1. Фотоэлектрическая генерация.
2. Токи р-n перехода.
3. Вольт-амперная характеристика солнечного элемента.
4. Конструкция и недостатки солнечных элементов.
п/з.
1. Определение параметров фотоэлектрических систем.
л/з.
1. Построение вольтамперной характеристики фотоэлемента. Исследование эффективности фотоэлектрических систем.
л/к.
1. Потери энергии и методы повышения эффективности солнечных
7
2
2
1
2
1
2
1
2
Тесты
Лабораторная
установка
Компьютерная презентация
[1−6]
Защита
отчетов
Компьютерная презентация
[1−6]
1
2
Компьютерная презентация
1
2
[1−6]
[1−6]
1
2
2
[1−6]
1
Тесты
[1−6]
[1−6]
Тесты
Защита
отчетов
1
Лабораторная
установка
[1−6]
1
Компьютерная презен-
[1−6]
2.12.
2.13.
2.14.
3.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
элементов.
2. Материалы солнечных элементов.
3. Использование солнечной энергии в космосе.
л/к.
1. Прямое использование солнечной энергии.
2. Световод.
3. Система оптоволоконного освещения.
4. Биологический и химический способы использования солнечной
энергии.
л/з.
1. Определение коэффициента полезного действия система оптоволоконного освещения.
л/к.
1. Характеристики электрического поля Земли.
2. Технологии использования электрического поля Земли.
Раздел 3. Гидроэнергетика
л/к.
1. Особенности использования и потенциал гидроэнергетических
ресурсов Республики Беларусь.
2. Конструкция ГЭС.
3. Режимы работы и принципиальные схемы малых ГЭС.
л/к.
1. Типы и основные энергетические параметры гидравлических
турбин.
2. Ковшовая турбина, расчет ее максимальной мощности и основных размеров.
3. Двукратная турбина.
п/з.
1. определение основных параметров ГЭС.
2. Определение параметров активных гидравлических турбин.
л/к
1. Типы реактивных турбин.
2. Конструкция реактивных и способы регулирования их мощности.
8
тация
2
2
2
10
2
4
2
Компьютерная презентация
[1−6]
1
Лабораторная
установка
[1−6]
1
Компьютерная презентация
[1−6]
Компьютерная презентация
[1−6]
Компьютерная презентация
[1−6]
11
1
1
2
2
2
1
[1−6]
2
1
Компьютерная презентация
Защита
отчетов
Тесты
Тесты
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
4.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
3. Основное энергетическое уравнение турбины.
4. Основы теории подобия турбин.
5. Коэффициент быстроходности.
л/к
1. Повышение эффективности турбины за счет использования отсасывающей трубы.
2. Компоновка малых турбин
3. Особенности эксплуатации гидравлических турбин.
4. Выбор типа турбины.
л/к.
1. Гидравлический таран.
2. Явление гидравлического удара.
3. Теория гидравлического тарана.
4. Технические параметры гидротаранной установки.
5. Пределы применения таранных установок.
п/з.
1. Определение параметров реактивных гидравлических турбин.
2. Определение параметров гидравлического тарана.
л/з.
Определение коэффициента полезного действия гидравлического
тарана
Раздел 4. Ветроэнергетика
л/к.
1. Происхождение и типы ветровых потоков.
2. Работа поверхности при действии на нее ветра.
3. Теория идеального крыльчатого ветроколеса.
л/к.
1. Работа крыльчатого ветрового колеса.
2. Конструкция лопастной ветроустановки.
3. Способ передачи ветровой мощности.
п/з.
1. Расчет крыльчатого ветродвигателя.
л/з.
9
2
1
Компьютерная презентация
[1−6]
2
1
Компьютерная презентация
[1−6]
2
Компьютер.
[1−6]
Тесты
2
2
Лабораторная
установка
[1−6]
Защита
отчетов
4
11
1
Компьютерная презентация
[1−6]
Компьютерная презентация
[1−6]
2
8
2
4
2
1
2
1
2
2
Лабораторная
[1−6]
Тесты
[1−6]
Защита
4.5.
4.6.
4.7.
4.8.
6.
6.1.
6.2.
6.3.
6.4.
7.
7.1.
1. Преобразование энергии воздушного потока в электрическую.
л/к.
1. Основные технические параметры ветроустановки.
2. Аэродинамическая характеристика крыльчатого ветроколеса.
3. Классификация ветродвигателей по принципу работы.
л/к.
1. Способы управления (регулирования) ветродвигателей.
2. Способы повышения эффективности работы ветроустановок.
3. Роторная ветроустановка, ее преимущества и недостатки.
4. Целесообразность использования энергии ветра в РБ.
п/з.
1. Расчет роторной ветроустановки на основе эффекта Магнуса.
л/з.
1. Исследование подъемной силы лопасти ветряка.
Раздел 6. Геотермальная энергетика
л/к.
1. Тепловой режим земной коры.
2. Источники геотермального тепла.
3. Использование геотермальной энергии земляного пласта.
л/к.
1. Тепловая труба: принцип действия, конструкция, области работы.
2. Расчет термосифона.
3. Использование тепла геотермальных вод.
п/з.
1. Расчет тепловой трубы.
л/з.
1. Определение термодинамических параметров термосифона.
Раздел 7. Аккумулирование энергии
л/к.
1. Цели и задачи аккумулирования энергии.
2. Типы аккумуляторов и области их применения.
3. Энергетический баланс аккумулятора.
4. Механическое аккумулирование.
10
2
1
2
1
2
4
2
2
2
2
2
6
1
1
2
2
Компьютерная презентация
2
2
6
1
[1−6]
[1−6]
Тесты
Лабораторная
установка
[1−6]
Защита
отчетов
Компьютерная презентация
[1−6]
Компьютерная презентация
[1−6]
[1−6]
Тесты
Лабораторная
установка
[1−6]
Защита
отчетов
Компьютерная презентация
[1−6]
2
2
отчетов
[1−6]
2
2
4
2
установка
Компьютерная презентация
7.2.
7.3.
7.4.
7.5.
8.
8.1.
л/к.
1. Тепловое аккумулирование энергии.
2. Расчет водяного аккумулятора с косвенным аккумулированием
паром.
3. Расчет водяного аккумулятора с косвенным аккумулированием
горячей водой.
п/з.
1. Расчет тепловых и механических аккумуляторов.
л/з.
1. Изучение пневмоаккумуляторов.
л/к.
1. Теплохимическое, электрохимическое, электрическое аккумулирование энергии.
2.Выбор типа аккумулятора.
Раздел 8. Экологические проблемы использования возобновляемых источников энергии
л/к.
1. Последствия развития солнечной энергетики, биоэнергетических
установок, гидроэнергетики, ветроэнергетики и геотермальной
энергетики.
11
2
1
2
2
2
2
1
-
-
[1−6]
[1−6]
Тесты
Лабораторная
установка
Компьютерная презентация
[1−6]
Защита
отчетов
Компьютерная презентация
[1−6]
2
2
2
Компьютерная презентация
[1−6]
1
1
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
1. Ермашкевич, В. Н. Возобновляемые источники энергии Беларуси: прогноз, механизмы реализации: учебн. Пособие / В. Н. Ермашкевич, Ю. Н. Румянцева – Минск: НО
ООО «БИП-С», 2004. – 121 с.
2. Твайделл, Дж. Возобновляемые источники энергии / Дж. Твай-делл, А. Уэйр: пер.
с англ. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 392 с.
3. Калашников, Н.П. Альтернативные источники энергии / Н.П. Калашников. – М.:
О-во «Знание», 1987. – 145 с.
4. Коваленко, Э. П. Возобновляемые источники энергии и возможности их использования в Беларуси / Э. П. Коваленко. – Минск, 1995. – 137 с.
5. Магомедов, А. М. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии / А. М.
Магомедов. – Махачкала: ИПО «Юпитер», 1996. – 245 с.
6. Агеев, В. А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций
/ В. А. Агеев // Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь [Электронный ресурс]. –
Режим доступа : http:// www.dhes.ime.mrsu.ru/studies/nrps/nrps.htm – Дата доступа :
25.01.2009.
Дополнительная литература
7. Республиканская программа энергосбережения на 2006–2010 годы: утв. Постановлением Совета Министров Респ. Беларусь 2.02.2006 [Электронный ресурс] / Нац.
центр правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск, 2009. – Режим доступа :
http://www.pravo.by. – Дата доступа : 25.01.2009.
8. Бринкворт, Б. Солнечная энергия для человека / пер. с англ. В. Н. Оглоблева; под
ред. и предисл. Б. В. Тарнижевского. – М.: Мир, 1976. – 291 с.
9. Андреев, В. М. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения / В. М. Андреев, В. А. Грилихес, В. Д. Румянцев. – Л.: Наука, 1989. –
310 с..
10. Головков, С.И. Энергетическое использование древесных отходов /
С. И. Головков, И. Ф. Коперин, В. И. Найденов. – М.: Лесн. пром-сть, 1987. – 224 с.
11. Лямин, В. А. Газификация древесины / В. А. Лямин – М.: Лесн. пром-сть, 1967. –
263 с.
12. Вавилов, А. В. Малая энергетика на биотопливе / А.В. Вавилов, [и др.] – Минск: УП
«Техенопринт», 2002. – 248 с.
13. Государственная программа «Торф» на 2008–2010 годы и на период до 2020 года:
утв. постановлением Совета Министров Респ. Беларусь 23.01.2008. [Электронный ресурс]
/ Нац. центр правовой информ. Респ. Беларусь. – Минск, 2009. – Режим доступа :
http://www.pravo.by. – Дата доступа : 25.01.2009.
14. Карелин, В. Я. Сооружение и оборудование малых гидроэлектростанций / В. Я.
Карелин, В. В. Волшаник. – М.: Энергоатомиздат, 1986. – 200 с.
15. Шефтер, Я. И. Ветронасосные и ветроэлектрические агрегаты / Я. И. Шефтер, И.
В. Рождественский. – М.: Колос, 1967. – 376 с.
16. Васильев, Ю. С. Экология использования возобновляющихся энергоисточников /
Ю. С. Васильев, Н. И. Хрисанов; под ред. Д. С. Щавелева. – Л.: Изд-во Ленингр. ун-та,
1991. – 343 с.
17. Берман, Э. Геотермальная энергия / Э. Берман; пер. с англ. – М.: Мир, 1978. –
192 с.
12
ПРОТОКОЛ СОГЛАСОВАНИЯ УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЫ
ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
С ДРУГИМИ ДИСЦИПЛИНАМИ СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Название дисциплины,
с которой требуется согласование
Название
кафедры
Предложения об
изменениях в содержании учебной
программы по изучаемой учебной
дисциплине
1.
Кафедра энергосбережения, гидравлики и теплотехники
2.
Кафедра энергосбережения, гидравлики и теплотехники
3.
Кафедра энергосбережения, гидравлики и теплотехники
Решение, принятое
кафедрой, разработавшей учебную
программу (с указанием даты и номера
протокола)
Подписи заведующих кафедрами:
1. Зав. кафедрой ЭГ и Т,
доктор тех. наук
В. И. Володин
13
ДОПОЛНЕНИЯ И ИЗМЕНЕНИЯ К УЧЕБНОЙ ПРОГРАММЕ
ПО ИЗУЧАЕМОЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЕ
на _____/_____ учебный год
№№
пп
Дополнения и изменения
Основание
Учебная программа пересмотрена и одобрена на заседании кафедры
(протокол № ____ от ________ 200__ г.)
Заведующий кафедрой
доктор тех. наук
(степень, звание)
_______________ В.И. Володин
(подпись)
(И.О.Фамилия)
УТВЕРЖДАЮ
Декан факультета
_____________________ _______________ __________________
(степень, звание)
(подпись)
(И.О.Фамилия)
14