Физические основы возобновляемой энергетики

Цели и задачи дисциплины

Целью дисциплины является подготовка выпускника, способного решать технические вопросы и задачи, связанные с использованием альтернативных и возобновляемых источников энергии. Задачи дисциплины: сформировать у студентов общие представления о современных прогрессивных технологиях и технических средствах эксплуатации возобновляемых источников энергии на основе изучения достижений науки и техники в области проектирования, строительства и эксплуатации ветроэнергетических установок; изучить историю развития, мировые тенденции, состояние развития, ресурсы, достоинства и недостатки, классификацию и конструкции устройств, преобразующих энергию возобновляемых источников в электрическую, механическую и/или тепловую энергию, научить студентов разбираться в физике процессов и явлений, происходящих при этом преобразовании; освоить прогрессивные технологии и технические средства, приобрести навыки высокоэффективного использования техники, освоить основные методики проектирования и расчета основных параметров электростанций на возобновляемых источниках и их экономическую эффективность; научиться определять практическую, социальную и экономическую целесообразность внедрения электростанций на возобновляемых источниках в соответствии с законодательной базой; научиться грамотно прогнозировать и исследовать потенциал ВЭИ конкретного региона с целью использования его для получения электроэнергии.

Краткое содержание дисциплины

Содержание дисциплины предусматривает рассмотрение принципов преобразования энергии возобновляемых источников в электрическую энергию и ее комбинирование. На основе ряда базовых дисциплин изучению подлежат общие технические, социальные и экономические вопросы возобновляемой энергетики, устройство электростанций, системы преобразования энергии, а также варианты, проблемы и преимущества комплексного использования возобновляемой энергии. Дисциплиной предусмотрено изучение вопросов разработки, монтажа, эксплуатации и обслуживания электростанций на возобновляемых источниках энергии, включающих определение энергетического потенциала, расчеты параметров компонентов электростанций на ВЭИ и характеристик выработки электроэнергии, регулирование мощности со схемными решениями автоматизации, аккумулирование энергии при автономной и сетевой работе, а также пути совершенствования технических решений систем.Содержанием дисциплины предусмотрено изучение основных источников энергии на Земле, классификация энергоресурсов. Рассматриваются в сравнении возобновляемые и невозобновляемые источники энергии, потенциал энергоресурсов, виды, преимущества и недостатки ВИЭ. В разделе "Солнечная энергетика" изучаются: спектр и потери солнечного излучения, распределение солнечной радиации, прямая, диффузная, суммарная радиация. Способы определения интенсивности солнечного излучения. Преобразование солнечной энергии. Применение СЭ для получения тепла и электрической энергии. Изучается ветер как источник возобновляемой энергии. Годовой и суточный ход ветра. Ветроэнергетический кадастр. Основы теории ветроэнергетических установок. Геометрия ветроколеса. Ветроэнергетический потенциал страны. Ветроэнергетические установки. Биоэнергетика. Общие данные по биомассе. Особенности биомассы как источника энергии. Упрощенный углеродный цикл. Методы получения энергии. Энергетический потенциал биомассы в России и Челябинской области. Малая гидроэнергетика. Круговорот воды в природе. Общие данные по гидропотенциалу планеты и Челябинской области. Гидрологическое и энергетическое определение малых рек. Сток реки. Гидрологические расчеты. Метод линейного учета. Основные характеристики реки: мощность, напор, расход. Равнинные и горные реки. Малые гидроэлектростанции. Выбор типа турбины для малой ГЭС. Рукавная ГЭС. Расчет гирляндной ГЭС, выбор оборудования. Энергия мирового океана. Энергия приливов и отливов. Особенности преобразования энергии. Оценка ресурсов (потенциала) приливной энергии. Схема приливной электростанции (ПЭС). Расчет мощности ПЭС. Энергия волн и морских течений. Геотермальная энергия. Низкопотенциальное тепло. Естественные и искусственные источники низкопотенциальной энергии. Цикл Карно. Тепловые насосы. Водород и его свойства. Основные технологии получения и хранения водорода. Электролизеры. Топливные элементы. Производство водорода с помощью ветроэнергетических установок и солнечных батарей.

Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины

Выпускник должен обладать:

ПК-3 Способен участвовать в научно-исследовательской работе по видам профессиональной деятельности