4.4.3 Производство электроэнергии с помощью вэу

Использование ветроустановок для производства электроэнергии является наиболее эффективным способом преобразования энергии ветра. При проектировании ВЭУ необходимо учитывать их следующие особенности:

для обеспечения максимальной эффективности работы ветроколеса нужно изменять частоту вращения при изменении скорости ветра, а для эффективной работы электрогенератора нужна постоянная частота вращения;

механические системы управления частотой вращения ветроколеса сложны и дороги. Эффективнее и дешевле управлять частотой вращения изменением электрической нагрузки электрогенератора;

чем больше радиус ветроколеса, тем меньше оптимальная частота его вращения. Поэтому только небольшие ветроколеса (радиусом не более 2 м) можно соединять с генератором напрямую. При больших размерах ветроколеса нужно использовать повышающие редукторы, которые увеличивают стоимость ВЭУ. Заменой редукторам могут стать новые типы многополюсных генераторов, работающих при меньших частотах вращения.

В автономных ВЭУ используются электрогенераторы разных типов. В небольших установках чаще всего применяют многополюсные генераторы с постоянными магнитами. Генераторы постоянного тока могут иметь устройства для сглаживания пульсаций тока, а ток можно использовать для зарядки аккумуляторных батарей. Для генерации переменного тока можно использовать синхронные генераторы с нестабилизированными и стабилизированными параметрами на выходе. Асинхронные генераторы переменного тока могут быть как самовозбуждаемые, так и со вспомогательным возбуждающим генератором.

Анализ потребителей электроэнергии показывает, что лишь 5…10 % из них предъявляют определенные требования к её параметрам (например, к частоте). Это в основном электродвигатели, электронные устройства и осветительные установки. Поэтому система электроснабжения должна быть такой, чтобы она могла обеспечить потребителей как дешевой электроэнергией с нестабилизированными параметрами, так и относительно дорогой, но со стабильными параметрами.

Чтобы избежать перебоев в электроснабжении в периоды безветрия ВЭУ должны иметь аккумуляторы энергии или быть запараллеленными электроэнергетическими установками других типов.

Важной характеристикой ветроколеса является коэффициент быстроходности: z=wR/V, где R – радиус ветроколеса, w – окружная скорость вращающейся лопасти (частота вращения); V – скорость ветра; wR – скорость движения концов лопастей. Этот коэффициент показывает во сколько раз скорость движения конца лопастей превышает скорость ветра. Чем больше лопастей имеет ветроколесо, тем меньше должна быть скорость его вращения при данной скорости ветра. При оптимальном значении коэффициента z большому радиусу ветроколеса соответствует меньшая частота его вращения.

По мощности ВЭУ можно условно разделить на:

1) малой мощности – до 100 кВт;

2) средней – от 100 до 500 кВт;

3) большой (мегаваттного класса) – 0,5…4 МВт и более

Горизонтальные ВЭУ среднего и мегаваттного класса имеют быстроходное ветроколесо с двумя–тремя лопастями. Ветроколесо с помощью автоматической системы ориентации поворачивается на башне по направлению ветра. В настоящее время в ряде стран налажено серийное производство горизонтальных ВЭУ с диаметром ветроколеса 20…40 м мощностью 100…500 кВт. Построены опытные горизонтальные ВЭУ с диаметром колеса до 70…100 м и мощностью 3…4 МВт.

Также в некоторых странах работают вертикальные ВЭУ мощностью до 500 кВт. Пущена опытная ВЭУ с диаметром ротора 64 м, высотой 110 м, мощностью 4 МВт.

Ветроэнергетика связана с большой материалоемкостью. По удельной материалоемкости (металлоемкости) ветроустановки на два порядка превышают тепловые энергоустановки такой же мощности.

Ветроэлектростанция (ВЭС) состоит из большого количества ВЭУ. Для строительства ВЭС требуются изъятие больших площадей земельных ресурсов. На 1 МВт установленной мощности в зависимости от розы ветров и рельефа местности требуется площадь от 5 до 15 км 2 .

ВЭС производят акустическое воздействие на окружающую среду. Шумовые эффекты ВЭС можно разделить на механические (шум редукторов, подшипников и генераторов) и аэродинамические, вызванные вращением ветроколеса.

Аэродинамические эффекты могут быть низкочастотными (менее 16…20 Гц) и высокочастотными (от 20 Гц до нескольких кГц). Шумовой эффект вблизи ВЭС достигает 50…80 Дб. Отдельную экологическую проблему составляет инфразвуковой эффект ВЭУ мощностью более 250 кВт, отрицательно воздействующий на биологические субъекты и человека.

Размещение ВЭС влияет на миграцию птиц. В местах установки ВЭС значительно ослабевает сила воздушных потоков, а это может оказать влияние на климат и уменьшить проветривание близлежащих промышленных районов. ВЭС также создают помехи для распространения радиоволн .Поэтому при выборе места строительства ВЭС необходимо учитывать её негативное воздействие на окружающую среду.

Ветроэнергетические станции имеют ряд недостатков.

При строительстве ВЭС требуется изъятие больших площадей земельных ресурсов.

ВЭС производят акустическое воздействие на окр.среду

Размещение ВЭС влияет на миграцию птиц.

ВЭС также создают помехи для распространения радиоволн.

Источник

Производство электроэнергии с помощью ветроэнергетических установок

Характерные особенности ветроэлектрогенераторов (ВЭГ). Использование ветроустановок для производства электроэнергии является наиболее эффективным способом утилизации энергии ветра. Эффективность преобразования механической энергии в электрическую в электрогенераторе составляет обычно 95%, а потери электрической энергии при передаче не превышают 10%. Предъявляемые при этом требования к частоте и напряжению вырабатываемой электроэнергии зависят от особенностей потребителей этой энергии. Эти требования жесткие при работе ветроустановок в рамках единой энергосистемы и достаточно мягкие при использовании энергии ВЭУ в осветительных и нагревательных установках.

При проектировании ветроэлектрических установок надо учитывать их особенности.

1. Для обеспечения максимальной эффективности работы ветроколеса следует изменять частоту его вращения при изменении скорости ветра, сохраняя постоянным коэффициент быстроходности. В то же время для максимально эффективной работы электрогенератора необходима практически постоянная частота вращения.

2. Механические системы управления частотой вращения ветроколеса достаточно сложны и дороги. Гораздо эффективнее и дешевле управлять частотой его вращения, изменяя электрическую нагрузку электрогенератора.

3. Оптимальная частота вращения ветроколеса тем меньше, чем больше его радиус, поэтому только очень малые ветроколеса (радиусом не более 2 м) удается соединять с генератором напрямую. При больших размерах ветроколеса приходится использовать повышающие редукторы, увеличивающие стоимость ветроустановки и затраты на ее обслуживание. Альтернативой редукторам могут стать новые типы многополюсных генераторов, работающих при меньших частотах вращения.

4. В конструкции ВЭГ предусматривается, как правило, возможность отключения генератора от ветроколеса и перехода на выработку электроэнергии от химического или механического аккумулятора энергии. В связи с этим, систему управления генератором не связывают с работой ветроколеса. При отсутствии такой связи даже при «мягком» соединении генератора с ветроколесом необходимы специальные демпфирующие устройства, для исключения механических ударов, перегрузки и скачков напряжений на выходе электрогенератора.

Кроме того, следует учитывать специфические требования, предъявляемые к выходным параметрам ВЭГ [6].

1. Наиболее благоприятные ветровые условия существуют, как правило, в малонаселенных районах. Требования к электроэнергии в таких районах весьма специфичны, но почти наверняка ее здесь требуется гораздо меньше, чем в развитых промышленных районах.

2. Анализ парка потребителей электроэнергии показывает, что лишь 5-10% из них предъявляют определенные требования к ее параметрам, например, к частоте тока. Это в основном электродвигатели, электронные устройства и осветительные установки. Поэтому целесообразно так строить систему элекроснабжения, чтобы она могла обеспечивать потребителей как дешевой электроэнергией с нестабилизированными параметрами, например, для отопления, так и относительно дорогой, но со стабильными параметрами.

3. Энергосистемы в сельской местности обычно маломощные и относительно низковольтные (менее 35 кВ). При передаче энергии на большие расстояния возникает много проблем, связанных с ее потерями. В связи с этим подключение ВЭУ к таким системам нецелесообразно.

4. Так как периоды безветрия неизбежны, то для исключения перебоев в электроснабжении ВЭУ должны иметь аккумуляторы энергии или резервные электроэнергетические установки других типов.

Использование ВЭУ целесообразно:

— на вновь осваиваемых территориях, где полностью отсутствует центральная электросеть;

— в брошенных деревнях, где инфраструктура энергоснабжения разрушена;

— в регионах с устаревшим и изношенным оборудованием, где из-за аварий возможны длительные перебои с энергоснабжением;

— в районах, где из-за плохих погодных условий (сильный ветер, снегопад и т.д.) возможны длительные перерывы с энергоснабжением;

— на островах и других трудно доступных районах.

Сравнительно невысокое удельное потребление электроэнергии
в сельской и пригородной местности — 0,905 МВт·ч/ год, по сравнению
с городом — 1,7 МВт·ч/год, связанное с отсутствием централизованного электротранспорта, кондиционирования и тепловодоснабжения,
в сочета­нии с наличием приусадебных участков и малой этажностью, создает в России благоприятные предпосылки для установки индивидуаль­ных ветроэлектрогенераторов.

Применение ветроэлектрогенераторов (ВЭГ) не вызывает технических трудностей при скорости ветра, начиная с 3,5 м, что приемлемо для значительной части (60-65%) территории России. Благоприятными для использования энергии ветра являются Центральный, Северо-Западный и Поволжский регионы, где, при средней скорости ветра 3,5 м и выше, количество безветренных дней не превышает 10-15%.

Применение ВЭГ целесообразно на Дальнем Востоке, острове Диксон, Камчатке, Сахалине, Курильской гряде, где средняя скорость ветра превышает 8 м [4]. Отсутствие тепловых выбросов, экологическая чистота и возможность использования без подведения органи­ческих энергоносителей делают его применение еще более привлекательным.

В то же время, необходимость аккумулирования электрической энергии или установки резервной вспомогательной электрогенерирующей установки на базе органического топлива (солярка, бензин, сжиженный и сетевой газы) резко снижает экономичность использования ВЭГ.

Стоимость аккумуляторных батарей колеблется от 1/4 до 1/2 об­щей стоимости установки [6]. В этом случае аккумуляторные батареи обеспечивают электроснабжение в течение 3-6 безветренных суток и их применение предпочтительнее резервной электрогенерирующей установки.

В России за последние годы применение ветроэлектрогенераторов получает все большее распространение. В настоящее время на базе предприятий оборонной и авиационной промышленности, для целей электроснабжения малых промышленных, сельскохозяйственных потребителей и ма­лых населенных пунктов, серийно выпускаются ветроэлектрогенераторы типа АВЭ, ВТН и ВВУ установочной мощностью от 1,0 до 30 кВт.

Конструкция ветроэлектрогенератора типа ВТН включает (рис. 16) генератор с ветроколесом 2 , разборную мачту 3 с растяжками 4, кабель с токосъемником, предохранитель от сверхдопустимых скоростей ветра, контур заземления.

Техническая характеристика низкоскоростных ветроэлектроге­нераторов марки ВТН8-4, рассчитанных на применение
в маловетренных районах России, со среднегодовой скоростью ветра 3,5 м/с и более, приведена в табл. 3.

Ветрогенераторы этой марки по своим характеристикам соответствуют лучшим зарубежным образцам, сравнительно дешевы (500 дол/кВт) и в наибольшей степени удовлетворяют запросам индивидуальных потребителей.

В комплект поставки входят двухлопастное ветроколесо диамет­ром 8 м, мачта высотой 12 м (состоит из трех трубчатых секций диаметром 219 мм, соединенных между собой болтовыми фланцевы­ми соединениями), четыре растяжки, кабель с токосъемником, находящийся внутри ствола мачты, автовыключатель, рукоятка управления тормозной системой, предохранитель сверхдопустимых скоростей ветра, контур зазем­ления.

Подъем и спуск генератора и ветроколеса осуществляются одним человеком с помощью ручной лебедки, натяжение растяжек — с помощью талрепов.

Применение ветроэлектрогенераторов в сельской местности, для нормы потребления электроэнергии, равной 0,905 МВт·ч/год на одного человека, обеспечивает экономию газового топлива в размере 10% в общем балансе энергопотребления жилого здания приусадебного типа.

Рис. 16. Схема ветроэлектрогенератора

Технические характеристики ветроэлектрогенератора ВТН 8-4

Источник

Энергообеспечение сельскохозяйственных потребителей с использованием ВЭУ

Расчет повторяемостей скоростей ветра, характеристик ВЭУ и выработки электроэнергии. Расчет ее себестоимости от ВЭУ и резервного источника питания. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения. Системный анализ при создании объектов техники.

Рубрика	Физика и энергетика
Вид	курсовая работа
Язык	русский
Дата добавления	15.10.2018
Размер файла	373,2 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства РФ

Департамент научно-технологической политики и образования

ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет»

Кафедра электроснабжение сельского хозяйства

по дисциплине «Гидроветроэнергетические установки»

на тему «Энергообеспечение сельскохозяйственных потребителей с использованием ВЭУ»

1. Литературный обзор по использованию ВЭУ для энергоснабжения автономных потребителей, в том числе

2. Расчет мощности и энергопотребления электроприёмников сельскохозяйственных потребителей

2.1 Жилой сектор

2.2 Личные приусадебные хозяйства

3. Обоснование и разработка структурной (принципиальной) схемы энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей. Обоснование и расчет режимов системы энергообеспечения

4. Расчет повторяемостей скоростей ветра, характеристик ВЭУ и выработки электроэнергии

5. Расчет себестоимости электроэнергии от ВЭУ и резервного источника питания

Существование человека немыслимо без потребления энергии. Уровень развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства, быта человека в значительной степени определяется запасами и использованием энергоресурсов.

Долгое время человек довольствовался скромным источником энергии — собственной мускульной силой, расходуя примерно 8 МДж в сутки. По мере развития цивилизации возрастала потребность в энергии. Однако еще долго основное количество энергии человек получал от домашних животных. Использование энергии рек и создание паросиловых установок в XVIII в по значимости равны открытию электричества и созданию двигателя внутреннего сгорания в XIX в.

Промышленное применение электричества, развитие автомобиле-, тракторо- и самолетостроения вывели человека ХХ в. на совершенно иной уровень энерговооруженности. На человека приходится уже около 103 МДж в сутки.

Вся история развития цивилизации — это поиск более эффективных источников энергии. Известно, что 1 г дров при сгорании дает энергию, в принципе достаточную для того, чтобы обыкновенная электрическая лампочка мощностью 100 Вт горела в течение 1 минуты; 1 г угля обеспечит энергией две такие лампочки; 1 г урана, сгорая в атомном реакторе на медленных нейтронах, дает энергии примерно в 10 млн раз больше. Совершенно иные возможности открываются при управлении термоядерной реакцией.

Кроме названных источников, энергию можно получать от ветра, Солнца, Земли.

По мере того как сложные технологии получения электроэнергии и тепла из ископаемого топлива «традиционными способами» стали достаточно совершенными, начали проявляться угрожающие самому существованию жизни на Земле негативные эффекты-тепловое, химическое, радиоактивное загрязнение окружающей среды; стали быстро уменьшаться запасы нефти, газа, высококачественных углей и других топлив.

Эффективные способы использования органических топлив, экономичные способы переработки урана — все это не решает глобальных проблем энергоснабжения на далекую перспективу уменьшения загрязнения окружающей среды, хранения и переработки огромного количества отходов, возможных аварий на крупных электростанциях и других промышленных гигантах.

В последние годы в нашей стране и за рубежом ведется активная работа по поиску и вовлечению в топливно-энергетический баланс новых источников энергии и нетрадиционных технологий ее получения. Особый интерес проявляется к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ)-энергии Солнца, ветра, Мирового Океана, малых водных потоков, тепла Земли, биомассы и т.д., а также разработке нетрадиционных систем и технологий преобразования и схем использования.

Потенциальные возможности применения возобновляемых источников энергии, экологически более приемлемых, практически не ограничены. В связи с этим создаются принципиально новые технологии и оборудование, новые материалы, реализация которых экономически выгодна.

Использование НВИЭ затруднено из-за их малой концентрации, нерегулярности, зависимости от места расположения, времени года, суток, климатических условий. Поэтому на первом этапе должны быть решены научные проблемы, связанные с развитием технической и материальной баз, обеспечивающих применение НВИЭ.

Крупнейший энергетический ресурс имеет ветер. Годовой технический ветроэнергетический потенциал России значительно превышает сегодняшнее производство электроэнергии в стране и оценивается в 30 триллионов кВт- ч.

На значительной части территории России (более 50%) среднегодовая скорость ветра превышает 5-7 м/сек, при которой могут эффективно эксплуатироваться современные ветроэнергетические установки (ВЭУ).

К таким зонам относятся открытые побережья морей Тихого и Северного Ледовитого океанов, внутренних морей и водохранилищ, высокогорные перевалы, отдельные возвышенности и горы, где, как правило, трудно решаются вопросы энергоснабжения.

Сейчас, по разным оценкам, в мире установлено около 100 тыс. ВЭУ, общая мощность которых превышает 3 млн. кВт.

Разработана нормативно-техническая документация для проектирования, монтажа и эксплуатации ВЭУ и ВЭС.

Россия начала заниматься этим позднее других стран и сегодня также активно развивает ветроэнергетику.

1. Литературный обзор по использованию ВЭУ для энергоснабжения автономных потребителей, в том числе

В США в 1920-1930-е годы активно разрабатывались ветроэлектрические агрегаты. Так, компания «Джекобс винд электрик» ввела в конструкцию своих ветроагрегатов два важных усовершенствования: трехлопастный винт, который позволил устранить вибрации, возникающие у двухлопастных винтов, и центробежный шариковый регулятор угла поворота лопастей, обеспечивающий переход их во флюгерное положение при больших скоростях ветра.

Великобритании в 1920-е годы появился интерес к ветроэлектрическим установкам небольшой мощности. Были опубликованы результаты испытаний ветроагрегатов мощностью от 250 Вт до 10 кВт.

В СССР в 1931 г. был построен самый крупный в мире ветроагрегат для получения электроэнергии. Установка мощностью 100 кВт использовалась как дополнительный источник энергии и была включена в сеть тепловой электростанции Севастополя. Ветроагрегат имел трехлопастное ветроколесо диаметром 30 м. Установка проработала 10 лет, подавая электроэнергию в Крымскую энергосистему, была разрушена во время войны в 1942 году.

Первый этап развития ветроэнергетики в нашей стране характеризуется в основном теоретическими исследованиями. Крупнейший русский ученый Н.Е.Жуковский и его ученики В.П.Ветчинкин, Г.Х.Сабинин, Г.Ф.Проскура и др. создали теоретические основы расчета ветродвигателей, положившие начало научному развитию ветротехники. В 1930-е годы созданы аэродинамические профили высокого качества для лопастей ветроколес, проводились испытания различных конструкций ветроагрегатов и установок, совершенствовались методы их расчета и проектирования.

В 1950-е годы с развитием электроэнергетики и в первую очередь сельской электрификации темпы развития ветроэнергетики замедлились. Однако с 1975 г. количество эксплуатируемых ветроустановок во многих странах вновь стало расти. Серийно начали выпускаться электрические ветроагрегаты в Великобритании, Германии, Дании, Канаде, СССР, США, Франции и других странах. На сегодняшний день в основном решены технические проблемы преобразования ветровой энергии и доказана возможность развития ветротехники как источника энергии.

В настоящее время более активно решаются проблемы ветроиспользования, определения энергоэкономических показателей ветроустановок, их проектирования и применения.

Кафедра электроснабжения сельского хозяйства ЧГАУ в течение ряда лет проводит на Южном Урале производственно-экспериментальную проверку работы как самостоятельной ВЭУ, так и в сочетании с гелиоустановкой.

В АО «Калининский» Брединского района Челябинской области смонтированы две ветроэнергетические установки АВЭУ-6-4М (агрегат ветроэлектрический унифицированный) производства НПО «Ветроэн». Ветроагрегат АВЭУ6-4М использован в качестве источника негарантированного электропитания для горячего водоснабжения сельскохозяйственных потребителей. Технические данные ветроагрегата приведены в табл.1.1, общий вид установки — на рис.1.1. В его состав входят: ветроколесо, редуктор цилиндрический с генератором, блок управления и автоматики, редуктор червячный и башня с комплектом закладных для фундамента.

Таблица 1.1

Номинальная мощность при cos=0.8, кВт

Число лопастей ветроколеса

Диаметр ветроколеса, м

Минимальная скорость ветра, м/с

Расчетная скорость ветра, м/с

Диапазон рабочих скоростей, м/с

Номинальное напряжение, В

Номинальная частота, Гц

Рис. 1.1. Общий вид ветроустановки АВЭУ6-4М:

1 — ветроколесо; 2 — редуктор цилиндрический;

3 — генератор; 4 — редуктор червячный;

5 — башня; 6 — фундамент; 7 — кабель;

8 — блок автоматики

Весной 1999 года в п. Мирный Челябинской области введена в эксплуатацию ветроэнергетическая установка компании BERGEY WINDPOWER — BWC-3. Работы по сооружению, пуску и наладке установки произведены Челябинской финансово-строительной компанией. Первоочередной задачей было определение возможности установки BWC-3 в условиях Южного Урала, оценка функциональных возможностей ВЭУ при энергоснабжении потребителя 1-ой категории — фермы КРС на 400 голов.

В настоящее время ведется постоянный контроль за работой всего комплекса оборудования ВЭУ. Периодически в оперативном журнале отмечается состояние оборудования, количество выработанной и потребленной энергии, фиксируются внештатные ситуации.

В условиях Южного Урала в принципе использование энергии ветра возможно. При этом ВЭУ может служить автономным источником энергии для отдельных потребителей или для гарантированного энергообеспечения в централизованной схеме электроснабжения, когда происходит ее отключение или ограничение в подаче энергии.

Для электроснабжения потребителей с повышенными требованиями к качеству энергии предусматривают аккумуляторы электроэнергии и преобразователи (инверторы) постоянного тока в переменный. В централизованной схеме электроснабжения ВЭУ могут служить резервным источником энергии в случае ее отключения, в децентрализованной схеме — ВЭУ может работать совместно с ДЭС.

В настоящее время использование ВЭУ для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей считается неэффективным. Энергия ветра для получения теплоты применяется не так широко, как энергия Солнца. Однако ВЭУ в сочетании с гелиоустановкой вполне можно использовать для выработки тепловой энергии. При комбинированном использовании возобновляемых источников энергии сглаживается неравномерность выработки энергии по сравнению с раздельным применением этих источников.

Преобразование электрической энергии в тепловую повышает эффективность ВЭУ, так как более полно используется потенциальная энергия ветра и снижаются потери при выработке энергии. При этом не требуется сложных и дорогих преобразующих устройств. Таким образом, эффективнее использовать ВЭУ для выработки тепловой энергии, а в случае избытка электроэнергии использовать ее для зарядки аккумуляторных батареи.

В системе РАО «ЕЭС России» имеется три ВЭС: экспериментальная база в Дагестане (5 ВЭС), мощностью 5 МВт; Заполярная ВЭС (г. Воркута) суммарной мощностью 1,5 МВт (сооружена); ВЭС в Калмыкэнерго суммарной мощностью 1,0 МВт (сооружена). На стадии проектирования находятся 7 ВЭС: Магаданская мощностью 50 МВт; Приморская — 30 МВт; Западно-Приморская — 30 МВт; Морская (Карелия) — 30 МВт; Ленинградская — 25 МВт; Дагестанская — 6 МВт; Новороссийская — 2 МВт. В настоящее время функционируют: в Калмыцкой ВЭС ветроустановка мощностью 1 МВт; в Воркуте — ВЭС суммарной мощностью 1,5 МВт (6 х 250 кВт); в Ростове ВЭС — 0,3 МВт.

В мире действуют более 2 млн ВЭУ общей мощностью порядка 7000 МВт. В Германии суммарная мощность ВЭУ составляет 2900 МВт, США — 1800 МВт, Дании — 1400 МВт, Индии — 1000 МВт и т.д. Перспективы развития ветроэнергетики мира, составленные европейской и американской ветроэнергетическими ассоциациями, приведены в табл.3.8.

По прогнозам, в России и странах СНГ к 2006 году мощность ветроустановок достигнет 1020 МВт.

2. Расчет мощности и энергопотребления электроприёмников сельскохозяйственных потребителей

2.1 Жилой сектор

Для всех наиболее типичных (характерных) электропотребителей

определены основные характеристики электрических нагрузок:

· установленная мощность электробытовых машин, приборов и

оборудования (Р, кВт); уст

· число часов их использования (Ч, ч); исп

· годовое потребление электроэнергии (W, кВт х ч); год

· суточные графики электропотребления каждым прибором для

наиболее тяжелых зимних условий и суммарные графики

электропотребления.

Согласно заданию рассмотрена 5,Б- модель электропотребления Централизованное газоснабжение, постоянное проживание, площади помещений-100, 200, 300кв.м (табл. 2.1), предполагающий оснащение современными бытовыми приборами

Таблица 2.1. Пятый Б уровень электрофикации быта. Котеджы- постоянное проживание, централизованное газоснабжение

Электронасос для воды

Основные тепловые процессы- горячее водоснабжение и отопление помещений — обеспечиваются централизованным газоснабжением.

Установленная мощность приборов в этой модели в пределах указанных площадей меняется незначительно: от 13,9 кВт для 100 кв.м до 17 кВт для 300 кв.м.

Объем потребления электроэнергии изменяются в больших пределах:

-при постоянном проживании- от 4578 до 7121 кВт.ч.

Основной фактор, влияющий на объемы электропотребления, — число часов использования установленной мощности.

Итого расчетная мощность равна 13,9 кВт-100 кв.м, 15,4 кВт-200 кв.м, 17,0 кВт-300 кв.м.

2.2 Личные приусадебные хозяйства

Личные приусадебные хозяйства (ЛПХ) различаются объемами

производства, количеством и видами домашних животных и птицы, объемами используемой земли, наличием теплиц, количеством и мощностью используемого оборудования.

Нормы (нормативы) разработаны для наиболее характерных моделей ЛПХ.

В животноводстве ЛПХ широко используются инкубаторы, облучатели,

брудеры, различные типы электрокорнеплодорезок, косилки и другое

электрооборудование.

В растениеводстве электроэнергия расходуется на облучение

рассады, обогрев парников, теплиц, полив огорода.

Согласно заданию по энергонасыщенности применяем 1-й тип. в ЛПХ содержатся: 1 корова, 2 свиньи, 5кур.

Суммарная мощность Руст. Меньше 0,8 кВт, с годовым потреблением электроэнергии Wгод менее 100 кВт.ч.

Необходимые приборы для этого типа ЛПХ указаны в таблице 2.2

Таблица 2.2. Оборудование для ЛПХ

Р, кВт

W, кВт х ч

Итого общая требуемая мощность составляет: 0,94 кВт

3. Обоснование и разработка структурной (принципиальной) схемы энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей. Обоснование и расчет режимов системы энергообеспечения

Разработанное устройство ВЭУ [4] (рис. 3.1) характерно тем, что для электроснабжения электроприемников происходит использование энергии ветрового потока, при этом резервирование осуществляется от сети 380В.

Для аккумулирования излишков ветровой энергии предлагается использовать аккумулятор, который позволяет максимально использовать поступающие потоки ветровой энергии и повысить обеспеченность потребителя снизив ее себестоимость.

Рисунок 3.1 — Устройство ВЭУ для энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей

Электроэнергия от ветроагрегата попадает вначале для накопления в аккумуляторные батареи, где напряжение первоначально стабилизируется, и далее поступает на три однокиловаттных инверторных модуля. Там напряжение преобразуется из постоянного в переменное синусоидальное с коэффициентом гармоник менее 5%, вторично стабилизируется. Частота и фаза его задается внешней сетью (той фазой, на которую работает данный модуль). Таким образом, реализуется инвертор, ведомый внешней сетью. В результате осуществляется параллельная работа между системой централизованного электроснабжения объекта и ВЭУ. В случае возникновения нештатной ситуации (обрыв фазы, недопустимый перекос напряжения по фазам и прочее) — объект отключается от внешней сети и переходит на автономное электроснабжение. Частота, фаза и уровень напряжения каждого модуля формируются в соответствии с действующим ГОСТом. Инвертор становится автономным. Переход с ведомого состояния на автономное происходит автоматически и незаметно для потребителя. При восстановлении параметров внешней сети система также автоматически переходит на ведомое состояние.

При работе с внешней сетью в случае длительного отсутствия ветра уровень запасенной в аккумуляторных батареях энергии автоматически восстанавливается встроенным в модуль зарядным устройством. В случае перезаряда аккумуляторов при автономном режиме, излишки энергии сбрасываются на балластное сопротивление.

4. Расчет повторяемостей скоростей ветра, характеристик ВЭУ и выработки электроэнергии

Важнейшей энергетической характеристикой ветра, оценивающей его кинетическую энергию, является скорость. Под влиянием ряда метеорологических факторов (возмущение атмосферы, изменение солнечной активности и количества тепловой энергии, поступающей на землю, и т. д.), а также рельефных условий местности скорость изменяется по величине и по направлению. Средние скорости ветра существенно меняются в различные периоды суток, в разные месяцы и сезоны. В соответствии с этим различают суточный, месячный и сезонный ход скоростей, характеризующий общую тенденцию их изменения в указанные периоды. В зависимости от регионального расположения ветроэнергетической установки необходимо руководствоваться ветроэнергетическим кадастром.

Под ветроэнергетическим кадастром понимают совокупность достоверных и необходимых сведений, характеризующих ветер как источник энергии и позволяющих выявить его энергетическую ценность. Он представляет собой систему численных характеристик режима ветра в различных зонах, на основании которой можно судить о режимах работы агрегата с той или иной мощностью, суммарной выработке энергии и др. Важнейшими кадастровыми характеристиками являются повторяемость (плотность распределения) различных скоростей, чередование рабочих и штилевых периодов, режимы максимальных (буревых) скоростей. Значения среднегодовых и среднесезонных скоростей также являются важными, а главное, удобными кадастровыми характеристиками общего уровня интенсивности ветра, но их величина еще не определяет в полной мере эффективности использования ветроэнергетических установок.

Наиболее важной характеристикой следует считать функцию статистической закономерности частот вариации скоростей ветра за определенное время. Зная закономерности, определяющие вид и параметры этой функции, и имея характеристики ветроэнергетической установки, можно подсчитать выработку энергии произведенной ветроустановкой, длительность простоев, коэффициент использования установленной мощности, экономическую эффективность и т. д.

Мощность, генерируемую ветроэнергетической установкой, P, кВт, можно рассчитать по формуле:

где D — диаметр ветроколеса, м;

р — рабочая скорость ветра, м/с.;

о — коэффициент использования энергии ветра;

зр — коэффициент полезного действия редуктора;

зг — коэффициент полезного действия генератора;

сosц — коэффициент мощности генератора.

Количество произведенной за J-й месяц ветроэлектрическим агрегатом электроэнергии Wj, кВт.ч, рассчитывается по формуле:

где Pi — мощность установки в i-м диапазоне скоростей ветра, кВт;

pi — вероятность (% общего числа случаев) скоростей ветра по градациям;

mi — число дней в месяце.

Количество электроэнергии, произведенной ветроэлектрическим агрегатом за год Wгод, кВт.ч, рассчитывается по формуле:

Боготольский муниципальный район (рис. 4.1) расположен в западной части Красноярского края. Лесом покрыто чуть более 50% всей территории района. С точки зрения ветроэнергетического потенциала, на территории района преобладают II и III ветровые зоны. ВЭП западной части района обусловлен равнинным рельефом и границей с равнинными степными зонами, в т. ч. и с Ужурским муниципальным районом. ВЭП II ветровой зоны также создается благодаря большим территориям сельскохозяйственных полей.

Практически весь район имеет централизованное электроснабжение. Наиболее перспективно в данном районе использовать ВЭУ малой мощности до 100 кВт. В перспективе возможно рассмотрение вариантов с использованием большой ветроэнергетики с подключением к централизованным энергосетям. Возможно рассмотрение использования ветроэнергетики для электроснабжения фермерских хозяйств и сельскохозяйственных угодий.

По Боготольскому муниципальному району имеются статистические данные по метеорологической станции № 122 Боготол (рис. 4.1), среднемесячные и среднегодовые скорости ветра представлены в табл. 4.1

Рисунок 4.1 — Районирование Боготольского муниципального района по 3 основным ветровым зонам

Масштаб 1:500 000 (в 1 см 5 км)

Размещено на http://www.allbest.ru/

-II ветровая зона со средним ветроэнергетическим потенциалом

(среднегодовая скорость ветра 4 до 5 м/с);

Размещено на http://www.allbest.ru/

— III ветровая зона с низким ветроэнергетическим потенциалом (среднегодовая скорость ветра составляет до 3 м/с).

Таблица 4.1 — Среднемесячные и среднегодовая скорости ветра по метеорологической станции Боготол

Источник