Дипломная работа (ВКР) — бакалавр, специалист на тему Энергоснабжение предприятия на основе водородной энергетики.

Содержание:

ВВЕДЕНИЕ 6

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ 8

1.1. Потенциал отдельных видов возобновляемых источников энергии 8

1.2. Физико-технические основы ВИЭ 16

1.3. Применение водородной энергетики как наиболее перспективного метода энергоснабжения предприятия 22

2. РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ 28

2.1. Расчет электрических нагрузок 28

2.2. Расчет токов короткого замыкания в низковольтной сети 31

2.3. Выбор электрооборудования для электрических сетей низкого напряжения 38

3. РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ 46

3.1. Выбор оборудования 46

3.2. Расчет заземляющих устройств 67

3.3. Расчеты релейной защиты 72

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 75

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 77

Введение:

В настоящее время многие предприятия начинают использовать возоб-новляемые источники энергии для повышения своей энергоэффективности. Одним из таких источников энергии является водородная.

Водородная энергетика, один из самых чистых источников энергии, используется в развитых промышленно развитых странах по всему миру в качестве заменителя нефти и других видов топлива.

Развитие водородной энергетики продолжает оставаться важным направлением исследований, разработок для крупнейших экономик мира.

Водородная энергетика не только предлагает потенциал для почти без-граничных запасов и чистого преобразования в электричество с использова-нием топливных элементов, но также обеспечивает преимущества управления рисками, поскольку может быть получена из многих местных источников, включая воду. Эти преимущества по-прежнему делают водородную энерге-тику ценной инвестиционной возможностью в энергетическом портфеле мно-гих стран мира.

Водородная энергия, будучи полностью независимой от каких-либо потребностей в углероде, хорошо сочетается с возобновляемыми или неис-черпаемыми первичными энергетическими ресурсами, к которым мы долж-ны будем перейти в будущем, когда наша эра ископаемого топлива пойдет на убыль.

Ожидается, что водородная энергетика будет играть важную роль на грядущем мировом рынке. Производство водорода из отходов имеет хоро-ший защитный эффект для окружающей среды и широкие перспективы раз-вития.

Все вышеперечисленное показывает, что использование водородной энергетики является актуальным с целью повышения энергетической эффек-тивности предприятий.

Решению задач использования водородной энергии для повышения энергоэффективности предприятия посвящены многие работы российский и зарубежных авторов: Литвака В.В., Вагнера М.А., Стрельникова Н.А., Да-нилова Н.И. и др.

Анализ показывает, что использование водородной энергетики для по-вышения энергоснабжения предприятия является эффективным.

Объектом исследования является предприятие-сервисный центр по ремонту цифровой, бытовой и крупной бытовой техники.

Предметом исследования является система энергоснабжения пред-приятия, разработанная с использованием водородной энергетики.

Целью работы является проект системы энергоснабжения предприятия на основе водородной энергетики.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить обзор литературы по теме исследования. Исследовать возможности использования альтернативных источников энергии для энер-госнабжения предприятия;

2. Осуществить расчет системы электроснабжения предприятия;

3. Представить реализацию системы электроснабжения с применением водородной энергетики.

Практическая значимость полученных результатов заключается в воз-можности применения разработанных решений для предприятий, которые стремятся повысить свою энергетическую эффективность.

Заключение:

В результате написания выпускной квалификационной работы рас-смотрено проектирование системы энергоснабжения сервисного центра по ремонту бытовой, цифровой и крупной бытовой техники с использованием водородной энергетики.

Хотя значительная часть мирового спроса на энергию в настоящее время удовлетворяется за счет ископаемого топлива, нельзя игнорировать вредные последствия сжигания ископаемого топлива: парниковые газы, кис-лотные дожди и т. д., которые губительны для окружающей среды и челове-ка.

С этой целью набирает обороты глобальная энергетическая трансфор-мация, которая ускоряется быстрым развитием использования возобновляе-мых источников энергии. Чтобы увеличить этот импульс и уменьшить вы-бросы, водород был изучен в качестве заменителя энергоносителя, в то вре-мя как производство электроэнергии из водорода с использованием топлив-ного элемента не вызывает локального загрязнения, поскольку единственным побочным продуктом является чистая вода.

Другое преимущество водорода заключается в его высокой удель-ной плотности энергии. Он может дать в три раза больше энергии, чем сжи-гание бензина на единицу массы.

Кроме того, водород можно производить на месте, что снижает зави-симость от внешних поставщиков энергии. Кроме того, водород можно из-влекать из широкого круга веществ, таких как вода, нефть, газ, биотопливо, осадок сточных вод и т.д.

В работе установлено, что в последние годы постепенно были достиг-нуты успехи в интеграции водорода в энергетические системы, начиная от производства и хранения и заканчивая повторной электрификацией и вопро-сами безопасности.

Для повышения энергоэффективности в условиях рассматриваемого предприятия было предложено интегрировать электролизер в электростан-цию, снабжающую предприятие.

Совместная работа обеих систем может повысить гибкость и интегра-цию электростанции и повысить ее экономическую рентабельность. PEMEL мощностью 2,5 МВт используется для преобразования собранной энергии в водород, а PEMFC мощностью 100 кВт используется для распределения во-дорода для многократного использования.

Проведен расчет токов короткого замыкания, электрических нагрузок, релейной защиты для предприятия с учетом использования водородной энергии.

В результате написания выпускной квалификационной работы были выполнены следующие задачи:

1. Выполнен обзор литературы по теме исследования. Исследованы возможности использования альтернативных источников энергии для энер-госнабжения предприятия;

2. Осуществлен расчет системы электроснабжения предприятия;

3. Представлено реализацию системы электроснабжения с применени-ем водородной энергетики.

Фрагмент текста работы:

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ПО ТЕМЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЯ

1.1. Потенциал отдельных видов возобновляемых источников энергии

Рост использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергоснабжении в значительной степени является процессом, направленным на повышение энергетической безопасности, защиту климата и поощрение экономического развития [1] .

Помимо этого, вновь разрабатываемые документы, которые касаются регулирования использования возобновляемых источников энергии, добав-ляют новые приоритеты, а именно энергетическую и территориальную сплоченность, дополняя основы экономической и социальной сплоченности предыдущих договоров и документов.

Стоит отметить, что научных работ в области использования возоб-новляемых источников энергии для энергоснабжения предприятий относи-тельно мало. Однако во всех подобных работах, например, работах [1-5] от-мечается, что использование ВИЭ должно сопровождаться государственной поддержкой, и необходимо поддерживать меры регионального развития в этой области, поощрять академические исследования и передачу результатов научных исследований предприятиям, а также способствовать использова-нию структурного финансирования.

Инициатива Организации Объединенных Наций (ООН) «Устойчивая энергетика для всех» (SE4All) от 2012 года сосредоточена на энергетической политике и мобилизует усилия для обеспечения всеобщего доступа к совре-менным энергетическим услугам к 2030 году. Таким образом, территори-альное уравновешивание производства и потребления в энергетическом сек-торе имеет решающее значение для регионального развития.

Генеральная Ассамблея ООН объявила 2014 год началом «Десятилетия устойчивой энергетики для всех», что символизирует нарастание импульса и призыв к согласованному, комплексному подходу к энергетическим вопро-сам и синергии в глобальной энергетической повестке дня. Однако эти амби-циозные глобальные цели не будут легко достигну-ты. Прогноз Международного энергетического агентства (МЭА) на 2012 г. указывает на то, что, несмотря на сокращение доли людей, не имеющих до-ступа к электричеству, на 20 %, в 2030 г. без подключения к электросетям останется почти 1 млрд человек. При этом обычно утверждается, что ВИЭ способствуют устойчивости конкретных территорий.

До 2000 г. устойчивое энергетическое развитие анализировалось по се-ми направлениям: энергетические ресурсы и развитие, оценка эффективности, технологии очистки воздуха, информационные технологии, новые и возоб-новляемые ресурсы, экологический потенциал и снижение угрозы ядерной энергетики для окружающей среды.

Позднее для ВИЭ был разработан общий показатель устойчиво-сти [6] . Использование ВИЭ, особенно для энергоснабжения предприятий [7] , развитие местной цепочки создания стоимости энергии [8] и их положи-тельное влияние были отмечены в тематических исследованиях и обзо-рах [9] , [10].

Кроме того, ВИЭ обеспечивают широкий спектр социально- экономических и экологических преимуществ , таких как:

— местная занятость и благосостояние [10];

— создание доходов;

— смягчение последствий старения населения [11] ;

— диверсификация экономической деятельности;

— повышение социальной сплоченности;

— использование эндогенных ресурсов [12] ;

— смягчение последствий изменения климата и создание более здоровой окружающей среды за счет использования экологически чистых энергетиче-ских технологий [13] .

Недавние инициативы по развитию кластеров ВИЭ представляют собой еще один подход [14] к поддержке идеи о том, что децентрализованное про-изводство на основе возобновляемых источников энергии может успешно способствовать региональному развитию и территориальной сплоченности, предоставляя источники дохода и создавая возможности для трудоустрой-ства [15] .

Однако представляется, что создание этих кластеров путем сочетания знаний, высокотехнологичной деятельности и традиционных отраслей стал-кивается с многочисленными проблемами [16] , включая отсутствие общих интересов [17] , низкий уровень сотрудничества [18] , и неудачная интерна-ционализация [19] .

В более поздних исследованиях высказывались доводы в пользу раз-работки так называемых соответствующих технологий (ветровая, солнечная энергия и энергия воды) для преобразования местных сообществ в энергоне-зависимые организации, которые могут принять форму энергонезависимых предприятий с ВИЭ в качестве центральной концепции [20] , [21] .

Одной из основных целей использования таких технологий является местный рост, который включает в себя необходимость предоставления неко-торых вспомогательных услуг.

Другие исследовательские группы сосредоточились на взаимодействии между социотехническим переходом и определенными типами регионов, называемых ресурсными перифериями [23] .

Социотехнический переход можно понимать как коэволюционный про-цесс, представленный трансформацией производства, потребления и управ-ления энергией посредством разработки новых технологий производства и распределения энергии.

Эмпирические результаты указывают на значительные национальные различия во внедрении новых технологий на основе ВИЭ. Поддержка госу-дарственной политики и интенсивные исследования и разработки играют решающую роль в создании новых технологических путей на основе возоб-новляемых источников энергии [24-26] .

Авторы работы [27] считали, что субнациональный или региональный уровень будет играть все более важную роль в обеспечении управления эко-номическими процессами и инновациями.

Низкоуглеродное будущее сильно зависит от мелкомасштабной [28,29] децентрализованной [30,31] и распределенной генерации, решения местных проблем энергоснабжения предприятия и удовлетворения потребностей в энергии [32] за счет возобновляемых источников энергии.

Энергетические проекты, разработанные и внедренные на месте, спо-собны принести пользу предприятиям, при этом повышается надежность энергоснабжения.

Несколько тематических исследований показывают, что сотрудничество между местными заинтересованными сторонами обеспечивает основу для развития ВИЭ в масштабах сообщества [35], [36] .

Рост мировых мощностей по выработке электроэнергии с помощью солнечных батарей, ветряных турбин и других возобновляемых источников энергии в ближайшие годы будет ускоряться, и ожидается, что в 2022 году будет установлен новый рекорд по количеству новых установок [37].

Несмотря на рост стоимости основных материалов, используемых для изготовления солнечных панелей и ветряных турбин, по прогнозам, ввод но-вых мощностей возобновляемой энергии в этом году вырастет до 290 гига-ватт (ГВт) в 2022 году, что превысит предыдущий исторический максимум, установленный в прошлом году.

Прогнозируется, что к 2026 году глобальные мощности возобновляе-мой электроэнергии вырастут более чем на 60% по сравнению с уровнем 2020 года и превысят 4 800 ГВт, что эквивалентно текущей общей глобаль-ной мощности производства электроэнергии на ископаемом топливе и ядер-ной энергии вместе взятых.