Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Разработка электроснабжения фермерского хозяйства за счет возобновляемых источников энергии

Содержание:

Список используемых сокращений 5
Введение 6
1. Анализ теоретических аспектов исследуемой тематики и актуальность применения возобновляемых источников энергии 9
1.1 Обоснование актуальности применения возобновляемых источников энергии в системах электроснабжения 9
1.2 Развитие солнечной энергетики в России и в мире 11
1.3 Преимущества и недостатки фотоэлектрических систем в электроснабжении 14
Выводы по первой главе 16
2. Анализ общей характеристики фермерского хозяйства и потребителей электроэнергии 18
2.1 Общая характеристика исследуемого фермерского хозяйства 18
2.2 Характеристика потребителей электроэнергии фермерского хозяйства 22
2.3 Расчет электрических нагрузок фермерского хозяйства 24
2.3.2 Расчет электрических нагрузок напряжением выше 1 кВ 24
Выводы по второй главе 27
3. Разработка практических решений по организации системы электроснабжения фермерского хозяйства за счет возобновляемых источников энергии 28
3.1 Расчет и внедрение солнечной электростанции и солнечных батарей 28
3.2 Выбор необходимого оборудования солнечной электростанции 31
3.3 Расчет и применение биогазовой установки в качестве резервного источника электроэнергии 38
3.4 Разработка мероприятий по охране труда и экологической безопасности при производстве работ 44
Выводы по третьей главе 48
Глава 4. Экономическое обоснование разработанного решения 49
4.1 Определение капитальных затрат на реализацию проекта 50
4.1.1 Определение капитальных затрат на приобретение и монтаж электрооборудования 50
4.1.2 Определение амортизационных отчислений 51
4.1.3 Расчет численности сотрудников, необходимых для выполнения работ 52
4.1.4 Определение общего фонда заработной платы персонала 54
4.2 Расчет экономической эффективности 57
Выводы по четвертой главе 57
Список используемых источников 60

Введение:

Электроэнергетика – одна из важнейших областей народного хозяйства. Ее значение в современном обществе тяжело переоценить. Развитие производства, внедрение новых технологий в основном приводят к постоянному повышению мощностей систем, машин и агрегатов. Одновременно выдвигаются повышенные требования к их экономичности, безопасности, ремонтопригодности, экологичности [4].
Бурный рост экономики развивающихся стран в конце 20 столетия привел к резкому повышению потребления электрической энергии.
Первое десятилетие XXI века вскрыло ряд причин увеличения потребления электроэнергии. К ним можно отнести эксплуатацию устаревшего оборудования, несовершенство технологических процессов, большие потери в линиях электропередач, низкий уровень эксплуатационного обслуживания электроустановок, а так же некоторые организационные вопросы.
Требование предъявляемые к качеству электроэнергии ужесточились. Так при увеличении потерь в линиях электропередач возникает увеличение потребления тока, что в свою очередь ведет к перегрузкам и еще большей последующей потере напряжения.
В условиях увеличения потребностей в качественной электроэнергии задача оптимального проектирования систем электроснабжения является очень актуальной.
В настоящее время, наряду с традиционными источниками энергии, используют так называемые нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Особенно это актуально в экологически чистых районах, где не возможно применение традиционных источников энергии в виду их негативного влияния на окружающую среду, а так же на отдалённых объектах, где применение традиционных источников энергии нецелесообразно экономически или по другим причинам.
Тема данной выпускной квалификационной работы – «Разработка электроснабжения фермерского хозяйства за счет возобновляемых источников энергии».
Цель выпускной квалификационной работы – разработка проекта электроснабжения фермерского хозяйства за счет возобновляемых источников энергии с использованием новейших достижений науки и техники, с учетом общих требований к системам электроснабжения и особенностей электрических нагрузок объекта.
Исходя из поставленной цели работы, в процессе ее выполнения необходимо решить следующие задачи:
– произвести обоснование актуальности применения возобновляемых источников энергии в системах электроснабжения;
– исследовать особенности развития солнечной энергетики в России;
– исследовать преимущества и недостатки фотоэлектрических систем в электроснабжении;
– дать общую характеристику исследуемого фермерского хозяйства и потребителям электроэнергии;
– произвести расчет электрических нагрузок фермерского хозяйства;
– произвести расчет и внедрение солнечной электростанции и солнечных батарей;
– произвести выбор необходимого оборудования солнечной электростанции;
– произвести расчет и применение биогазовой установки в качестве резервного источника электроэнергии;
– разработать мероприятия по охране труда и экологической безопасности при производстве работ, а так же экономическое обоснование проекта.
Объект исследования – система электроснабжения фермерского хозяйства.
Предмет исследования – поиск оптимальных подходов в процессе разработки электроснабжения фермерского хозяйства за счет возобновляемых источников энергии.
Методы исследования работы:
— исследование общей характеристики объекта;
— исследование литературы в сфере организации систем электроснабжения за счет возобновляемых источников энергии;
— метод классификации;
— метод анализа.
Теоретическая база исследования по данной тематике является достаточно обширной, так как исследуемая тематика рассматривается большим количеством отечественных и зарубежных авторов. В работе широко применяются научные труды таких авторов, как К. Мандила, Лукутин, Б. В., Лятхера, В. М., Симова В. Г., Дулесова Н. В. и других.
Результатом настоящей выпускной квалификационной работы будут являться технически-обоснованные предложения по проектированию системы электроснабжения фермерского хозяйства за счет возобновляемых источников энергии, а так же комплекс практических рекомендаций по организации монтажа и ввода в эксплуатацию технического оборудования.

Заключение:

1.2 Развитие солнечной энергетики в России и в мире
На сегодняшний день тематика разработки систем с ВИЭ является в высшей степени актуальной как в нашей стране, так и за ее пределами.
Китай и Япония сейчас занимают 50% мирового рынка солнечной энергетики. Китай объявил о намерении получить 35 ГВт энергии от солнечных установок в 2016 году. Такие направления стимулируются необходимостью снизить загрязнения окружающей среды вследствие сжигания ископаемого топлива при увеличивающихся потребностях в энергии.
Японская Ассоциация фотоэлектрической энергии (Photovoltaic Energy Association) предсказывает, что к 2030 году мощность солнечных станций в стране достигнет 100 ГВт. Индия планирует увеличить мощность солнечных установок с 2 ГВт до 20 ГВт в среднесрочной перспективе. Последние тенденции в Индии показывают, что стоимость солнечной энергии достигла уровня 100 долларов за Мегаватт, что сравнимо с энергией, получаемой из импортного угля или газа [2].
Автономные солнечные установки и микро-сети развиваются в Африке, где только 30 процентов территории, расположенной южнее Сахары, имеют доступ к источникам энергии. Африка, как и другие регионы с мощной добывающей промышленностью, развивают солнечную энергетику как альтернативу дизельным электростанциям либо как резервный источник для ненадежных электросетей. Нужно иметь в виду, что цена киловатта солнечной энергии уменьшается вдвое каждые 2,5 года и уменьшилась в 100 раз с 1977 года, причем не видно каких-либо причин для изменения этого тренда в будущем.
Примерно 1% имеющихся в мире пустынь могут обеспечить выработку всей энергии, какую сейчас использует мир, а 25% мировых пустынь могут поставлять в 25 раз больше энергии, чем мы сейчас используем.
В силу протяженности территории России уровни солнечной радиации в различных регионах существенно варьируются. Так, солнечная радиация в отдаленных северных районах составляет 810 кВт-час/м2 в год, тогда как в южных районах она превышает 1400 кВт-час/м2 в год. Ее значения демонстрируют также большие сезонные колебания. Например, на широте 55° (Москва) солнечная радиация составляет в январе 4.69 кВт-час/м2 в день, а в июле – 11.41 кВт-час/м2 в день.
Распределение солнечной радиации по территории России приведено на рисунках 1.1 и 1.2.

Фрагмент текста работы:

1. Анализ теоретических аспектов исследуемой тематики и актуальность применения возобновляемых источников энергии
1.1 Обоснование актуальности применения возобновляемых источников энергии в системах электроснабжения
Поскольку задачей проектирования являлась созданием электроснабжения фермерского хозяйства, где отсутствует линия электропередач, поэтому решением этой проблемы решено было создание ВИЭ для автономных СЭС.
Так как энергетика на сегодняшний день, является активно развивающейся отраслью электроэнергетики. В связи с парниковым эффектом, постоянно ухудшающимся экологическим состоянием в мире, сокращением и недостатком ископаемых ресурсов. Необходимости в децентрализации систем электроснабжения, как на международных, так и на государственных уровнях принимается ряд законодательных и технических решений.
Традиционная энергетика основана на применении ископаемого топлива, запасы которого ограничены. Она зависит от величины поставок и уровня цен на него.
Возобновляемая энергетика основана на разных природных ресурсах, что позволяет экономить не возобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики, а также сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию.
ВИЭ экологически чистые: при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы. Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива.
В большинстве случаев ВИЭ-электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека.
В технологиях возобновляемой энергетики реализуются новейшие достижения многих научных направлений и отраслей: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологий, материаловедения и т. д. Развитие наукоемких технологий позволяет создавать дополнительные рабочие места за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также экспорта наукоемкого оборудования.
Отмечается, что в настоящее время доля новых и возобновляемых источников энергии в мировом энергетическом балансе по–прежнему невелика в силу высокой стоимости соответствующих технологий и отсутствия доступа к ним. Так же правительствам было рекомендовано создать благоприятные условия для популяризации и использования новых и возобновляемых источников энергии и более эффективного энергопотребления.