Аннотация 2
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ЭНЕРГИЯ ВЕТРА И МЕТОДЫ ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 9
1.1. Ветроэнергетические технологии в России и за рубежом 9
1.1.1. Мировой опыт разработки и эксплуатации ВЭУ 9
1.1.2. Перспективы развития ВЭС в России 12
1.2. Описание и принцип работы ВЭУ 18
1.2. Классификация ВЭУ 20
1.2.1. Классификация по расположению оси вращения 20
1.2.2. Классификация по типу функциональной схемы 22
2 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ВЭУ И ВЫБОР ОСНОВНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ... 26
2.1. Кинематические схемы компонентов ВЭУ 26
2.2. Расчет основных параметров разрабатываемой ВЭУ 28
2.3. Выбор основного оборудования 33
2.3.1. Выбор асинхронного генератора двойного питания 33
2.3.2. Выбор конвертора 34
2.3.3. Выбор привода поворота лопасти 36
2.4 Защиты ВЭУ 37
2.5 Сводная таблица основных параметров разрабатываемой ВЭУ 38
3 СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЭУ 39
3.1. Анализ существующих методов управления ВЭУ большой мощности 39
3.2. Архитектура системы автоматизации 44
3.3. Выбор контроллеров и датчиков 47
3.4. Функциональная схема САР 53
3.5. Разработка системы управления механизмом поворота лопастей 55
3.6. Моделирование типовых режимов работы 60
4 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ 67
4.1. Характеристика деятельности предприятия 67
4.2. Материальные затраты 71
4.3. Затраты на оплату труда 72
4.4. Страховые выплаты 77
4.5. Накладные и общехозяйственные расходы 78
4.6. Прибыль и рентабельность 79
4.7. Сводная таблица экономических показателей 81
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 82
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 83
Энергия является неотъемлемой частью жизни человека. Ежедневно каждый из нас сталкивается с разными ее видами, использует в личных или общественных целях. Благодаря высоким темпам развития промышленности с каждым годом потребление электроэнергии только возрастает. Основной задачей в таких условиях является рациональное использование и экономия топливно-энергетических ресурсов.
В современной энергетике существует две категории источников энергии: традиционные и возобновляемые. Использование второй группы может помочь в значительной мере сократить потребление топливных ресурсов. Такое решение является наиболее перспективным, т.к. не только снизит темпы истощения сырьевой базы, но сократит негативное влияние на окружающую среду.
В последние годы при разработке новых технологий получения энергии большое внимание уделяют освоению ветроэнергоресурсов. Этот способ получения энергии позволяет не только размещать электростанции в отдаленных районах, но и значительно снизить объем выбросов в атмосферу, тем самым улучшив экологическую обстановку в регионе.
Россия располагает значительными ресурсами ветровой энергии, которые сосредоточены в тех регионах, где отсутствует централизованное энергоснабжение. Такие территории составляют примерно 70% страны, где проживает около 15 млн. человек. Для обеспечения работоспособности дизельных электростанций необходимо топливо, стоимость которого значительно возрастает из-за транспортных издержек. Все это негативно влияет на экономические показатели, но альтернативного решения пока не существует. Одним из возможных вариантов энергообеспечения может стать внедрение ветроэнергетических станций.
Генерирование энергии при помощи ветроэнергетических установок (ВЭУ) имеет ряд проблем. Прежде всего это связано с нестабильностью ветрового потока, который обладает как сезонной, так и суточной изменчивостью. Порывы ветра в значительно мере влияют на режим работы электропривода, ухудшая качество вырабатываемой электроэнергии и создавая риск разрушения всей установки в целом. Все это требует разработки дополнительных систем защиты и оптимизации скорости вращения, что значительно усложняет производство и эксплуатацию ветроэнергетических систем.
Продаваемые на российском рынке контроллеры для ВЭУ не реализуют алгоритмов определения точки максимальной мощности и управления углом атаки. Это вынуждает приобретать данные контроллеры у иностранных предприятий, значительно повышая стоимость установки и эксплуатации ветроэнергетической системы. Разработка и выпуск такой системы в перспективе могут стать уникальным решением для нашей страны, позволяющим заменить зарубежные разработки.
Целью данной работы является разработать систему управления углом положения лопастей ветроэлектрической установки большой мощности.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить возможности использования энергии ветра
2. Произвести расчет основных параметров разрабатываемой ВЭУ
3. Произвести выбор основного оборудования
4. Изучить существующие решения в области систем управления ВЭУ
5. Разработать систему управления
6. Произвести ее проверку с помощью моделирования типовых режимов
7. Провести технико-экономический расчет
В данной выпускной квалификационной работе была разработана система управления механизмом поворота лопастей ветроэнергетической установки большой мощности. Для этого был произведен первичный анализ возможности использования энергии ветра, произведены расчеты основных параметров. По полученным данным было выбрано основное оборудование, которое включает в себя генератор главного привода, конвертор, двигатель привода поворота лопастей и соответствующий ему преобразователь частоты. В качестве конвертора для главного привода был выбран модульный преобразователь частоты производства ООО НТЦ «Приводная техника».
Также в рамках работы была разработана архитектура системы автоматизации ВЭУ. Обмен данными происходит через Ethernet. Кроме того, был выбран контроллер и все необходимые датчики. Для системы были разработаны функциональная и структурная схема автоматического управления. Для проверки корректности данная система была смоделирована в среде MATLAB (Simulink), где были построены графики основных режимов работы.
В качестве технико-экономического расчета был проведен анализ экономической эффективности инвестиционного проекта по разработке конвертора для ВЭУ. Капитальные вложения в проект
составляют 2 619 457,75 руб., фонд оплаты труда - 880 670,00 руб., страховые взносы - 264 201,00 руб., накладные расходы - 616 469,00 руб., общехозяйственные расходы - 308 234,50 руб. Суммарная стоимость разработки и реализации опытного образца составляет 6 189 522,57 руб.
