Помощь студентам в учебе
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ АВТОНОМНЫЙ ОСВЕТИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СКЛАДСКОГО ПОЛИГОНА
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. РАСЧЁТЫ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСА 11
1.1 Расчёт электрической мощности светильника 11
1.2. Потенциалы возобновляемой энергии и энергобаланс комплекса 14
1.3. Структура проектируемого комплекса 22
ГЛАВА 2. РАСЧЁТ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БЛОКА 25
2.1. Расчёт параметров ветроколеса требуемой мощности ВУ 25
2.2. Выбор промышленного генератора и анализ
достижимых параметров ВЭУ 33
ГЛАВА 3. РАСЧЁТ БЛОКА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ 38
3.1. Потенциал солнечной энергии Южного Урала и внешние условия 38
3.2. Выбор промышленных образцов солнечных батарей 40
3.3. Компоновка светильников, ветроустановки и солнечных батарей 45
3.4. Оценка ожидаемых параметров энергетической части комплекса 48
ГЛАВА 4. ДАТЧИКИ ДВИЖЕНИЯ С РЕЛЕ ВРЕМЕНИ, БЛОК СВЯЗИ 50
4.1. Выбор промышленного датчика движения, инфракрасная
связь между мачтами 50
4.2 Выбор датчика внешнего освещения 55
ГЛАВА 5. КОНТРОЛЛЕР И ИНВЕРТОР КОМПЛЕКСА 58
5.1. Требования к контроллеру и его работа 58
5.2. Выбор и характеристики инвертора 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 63
ВВЕДЕНИЕ 7
ГЛАВА 1. РАСЧЁТЫ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОМПЛЕКСА 11
1.1 Расчёт электрической мощности светильника 11
1.2. Потенциалы возобновляемой энергии и энергобаланс комплекса 14
1.3. Структура проектируемого комплекса 22
ГЛАВА 2. РАСЧЁТ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БЛОКА 25
2.1. Расчёт параметров ветроколеса требуемой мощности ВУ 25
2.2. Выбор промышленного генератора и анализ
достижимых параметров ВЭУ 33
ГЛАВА 3. РАСЧЁТ БЛОКА СОЛНЕЧНЫХ БАТАРЕЙ 38
3.1. Потенциал солнечной энергии Южного Урала и внешние условия 38
3.2. Выбор промышленных образцов солнечных батарей 40
3.3. Компоновка светильников, ветроустановки и солнечных батарей 45
3.4. Оценка ожидаемых параметров энергетической части комплекса 48
ГЛАВА 4. ДАТЧИКИ ДВИЖЕНИЯ С РЕЛЕ ВРЕМЕНИ, БЛОК СВЯЗИ 50
4.1. Выбор промышленного датчика движения, инфракрасная
связь между мачтами 50
4.2 Выбор датчика внешнего освещения 55
ГЛАВА 5. КОНТРОЛЛЕР И ИНВЕРТОР КОМПЛЕКСА 58
5.1. Требования к контроллеру и его работа 58
5.2. Выбор и характеристики инвертора 60
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 63
Общемировой рост потребления, связанный с неуклонным ростом населения Земли, ведёт к наращиванию объёмов выпускаемой продукции самого различного назначения и к соответствующему почти взрывообразному росту площадей складских помещений. Не только известная волнообразность продуктивности современных экономик, но и неизбежность временных разрывов между операциями транспортировки больших партий продукции, их продажей и непрерывным поступлением продукции с конвейера производства обуславливают исключительную востребованность складских территорий. Их обслуживание, освещение и охрана больших объёмов продукции, скопившейся и хранимой на складах, сопряжены с большими трудовыми затратами. Естественным решением в этих условиях является обезличивание обслуживания и переход к полностью автоматизированным складским объектам. Более того, предпочтительной оказывается ещё и энергетическая автономизация всех операций по обслуживанию складов, включая повышение надёжности энергоснабжения объектов охраны и освещения и их независимости от потери внешнего электроснабжения, а также для высокой надёжности работы подчас весьма сложной автоматики обслуживания склада.
Для открытых складских площадей в этих условиях логичным решением проблемы энергетической независимости освещения и автоматики является переход к технологиям альтернативной энергетики. В проекте предлагается вариант комплексного технического решения для открытого складского полигона типа D по стандартной классификации, [1], на основе ветро- и солнечной энергии в виде четырёх мачт с полным комплектом независимого энергоснабжения каждой мачты и со связью между ними для солидарного включения светильников всех мачт при обнаружении движения внутри обслуживаемого пространства.
Актуальность проекта следует из высокой востребованности массового недорогого и несложного в обслуживании оборудования для стремительно увеличивающегося числа открытых площадок хранения автомобилей на стоянках,
контейнерных площадок в морских и речных портах, полигонов заводского хранения выпускаемой продукции, строительных площадок, гаражей и т.п. Наличие больших складских территорий неизбежно и на транспортных узлах.
Несмотря на наличие весьма большого числа фирм и действующих служб, предлагающих свои проекты технических решений на волне нынешнего высокого спроса проектов для складского освещения (например, компания «Интера Лайтинг», [1]), не обнаружено проекта, предусматривающего не только территориальные особенности Южного Урала (географическая широта, статистика ветров, климат и т.п.), но и не обеспечивающего полную энергетическую автономность осветительного комплекса на основе источников возобновляемой энергии.
В этой связи высока актуальность предлагаемого в данном проекте технического решения. Введением не предлагаемых промышленностью элементов связи и новой тактикой управления ими объясняется и новизна проекта. Непосредственно новизна проекта также состоит и в локализации проекта на основе анализа статистики ветрового и солнечного потенциала Южного Урала с анализом реальной его эффективности. Новым является и мотивированное применение в конкретных условиях достаточно экзотичной для малой альтернативной энергетики схемы ветродвигателя Дарье с соответствующим расчётом. Новым в проекте является использование специфического низкоскоростного электрогенератора. а также построение специфической схемы взаимосвязи всех светильников между собой с целью повышения реальной эффективности освещения под управлением специального контроллера, схема которого создана в рамках предлагаемого проекта.
Касаясь актуальности обслуживания надёжной аппаратурой складских территорий, необходимо обратить внимание на специфическое свойство основного типа экономик современного мира - волнообразность их производительности. Неизбежность периодов спада производства и продажприводит к периодическому накоплению больших объёмов невостребованной продукции. Ярким примером является современное автомобилестроение (рис.0.1).
Складские проблемы создаёт и неизбежная периодичность транспортных операций в морских и речных портах, на железнодорожных станциях (рис.0.2).
расчёт и подбор аккумуляторов для покрытия энергонужд осветительного комплекта при отсутствии поставок энергии от источников возобновляемой энергии. Построение электрической схемы комплекса в данном проекте включает организацию схемы контроллера для оптимального управления всем комплексом.
Несомненным преимуществом осветительного комплекса, построенного на основе данного проекта перед массово выпускаемыми одномачтовыми представляется его полная энергетическая автономность из-за использования независимых природных источников и высокая надёжность, обеспеченная четырёхкратным дублированием светового потока в связи со связностью четырёх мачт и надёжной локализацией их параметров, приведённых в соответствие со статистикой ветро- и солнечных энергетических потенциалов Южного Урала.
Техническая реализация данного проекта несложна и производится в соответствии с существующими правилами монтажа электроустановок [5, 6]. Соответствие условий монтажа стандартным обеспечено выбором для основных блоков комплекса широко распространённых элементов.
Общая экономичность проектируемого комплекса также обеспечивается применением широко выпускаемых промышленностью и достаточно оптимизированных комплектующих установку элементов, а также низкой стоимостью эксплуатации и технического обслуживания комплекса. Отсутствие потребления электроэнергии установкой при высокой, как доказывают расчёты, надёжности электроснабжения делает установку всего комплекса для освещения складского полигона в высшей степени оправданной и целесообразной.
Ветро- и солнечные потенциалы Южного Урала заметно ниже средних по России. В проекте предложены технические решения, учитывающие это обстоятельство, что дополнительно обеспечивает уникальность предлагаемого проекта.
Для открытых складских площадей в этих условиях логичным решением проблемы энергетической независимости освещения и автоматики является переход к технологиям альтернативной энергетики. В проекте предлагается вариант комплексного технического решения для открытого складского полигона типа D по стандартной классификации, [1], на основе ветро- и солнечной энергии в виде четырёх мачт с полным комплектом независимого энергоснабжения каждой мачты и со связью между ними для солидарного включения светильников всех мачт при обнаружении движения внутри обслуживаемого пространства.
Актуальность проекта следует из высокой востребованности массового недорогого и несложного в обслуживании оборудования для стремительно увеличивающегося числа открытых площадок хранения автомобилей на стоянках,
контейнерных площадок в морских и речных портах, полигонов заводского хранения выпускаемой продукции, строительных площадок, гаражей и т.п. Наличие больших складских территорий неизбежно и на транспортных узлах.
Несмотря на наличие весьма большого числа фирм и действующих служб, предлагающих свои проекты технических решений на волне нынешнего высокого спроса проектов для складского освещения (например, компания «Интера Лайтинг», [1]), не обнаружено проекта, предусматривающего не только территориальные особенности Южного Урала (географическая широта, статистика ветров, климат и т.п.), но и не обеспечивающего полную энергетическую автономность осветительного комплекса на основе источников возобновляемой энергии.
В этой связи высока актуальность предлагаемого в данном проекте технического решения. Введением не предлагаемых промышленностью элементов связи и новой тактикой управления ими объясняется и новизна проекта. Непосредственно новизна проекта также состоит и в локализации проекта на основе анализа статистики ветрового и солнечного потенциала Южного Урала с анализом реальной его эффективности. Новым является и мотивированное применение в конкретных условиях достаточно экзотичной для малой альтернативной энергетики схемы ветродвигателя Дарье с соответствующим расчётом. Новым в проекте является использование специфического низкоскоростного электрогенератора. а также построение специфической схемы взаимосвязи всех светильников между собой с целью повышения реальной эффективности освещения под управлением специального контроллера, схема которого создана в рамках предлагаемого проекта.
Касаясь актуальности обслуживания надёжной аппаратурой складских территорий, необходимо обратить внимание на специфическое свойство основного типа экономик современного мира - волнообразность их производительности. Неизбежность периодов спада производства и продажприводит к периодическому накоплению больших объёмов невостребованной продукции. Ярким примером является современное автомобилестроение (рис.0.1).
Складские проблемы создаёт и неизбежная периодичность транспортных операций в морских и речных портах, на железнодорожных станциях (рис.0.2).
расчёт и подбор аккумуляторов для покрытия энергонужд осветительного комплекта при отсутствии поставок энергии от источников возобновляемой энергии. Построение электрической схемы комплекса в данном проекте включает организацию схемы контроллера для оптимального управления всем комплексом.
Несомненным преимуществом осветительного комплекса, построенного на основе данного проекта перед массово выпускаемыми одномачтовыми представляется его полная энергетическая автономность из-за использования независимых природных источников и высокая надёжность, обеспеченная четырёхкратным дублированием светового потока в связи со связностью четырёх мачт и надёжной локализацией их параметров, приведённых в соответствие со статистикой ветро- и солнечных энергетических потенциалов Южного Урала.
Техническая реализация данного проекта несложна и производится в соответствии с существующими правилами монтажа электроустановок [5, 6]. Соответствие условий монтажа стандартным обеспечено выбором для основных блоков комплекса широко распространённых элементов.
Общая экономичность проектируемого комплекса также обеспечивается применением широко выпускаемых промышленностью и достаточно оптимизированных комплектующих установку элементов, а также низкой стоимостью эксплуатации и технического обслуживания комплекса. Отсутствие потребления электроэнергии установкой при высокой, как доказывают расчёты, надёжности электроснабжения делает установку всего комплекса для освещения складского полигона в высшей степени оправданной и целесообразной.
Ветро- и солнечные потенциалы Южного Урала заметно ниже средних по России. В проекте предложены технические решения, учитывающие это обстоятельство, что дополнительно обеспечивает уникальность предлагаемого проекта.
Целью настоящей выпускной квалификационной работы является проект энергетически автономного осветительного комплекса для открытой складской площадки размером 25x25 кв. метров. Согласно требованиям технического задания энергоснабжение площадки должно осуществляться от ветровой и солнечной энергии и удовлетворять всем современным требованиям по освещённости обслуживаемого пространства.
Для достижения указанной цели при решении задач проекта выполнен расчет требуемой электрической мощности светильника, разработана структура проектируемого комплекса, выбраны ветроустановка, солнечная батарея и промышленный генератор, обеспечивающий достижение требуемых параметров энергоснабжения. Дополнительно осуществлен выбор датчиков движения и инвертор.
В ходе выполнения работы установлено, что для достижения основной цели проекта требуется энергетическая установка мощностью 36 Вт. Потребляемый ток светильников при указанной мощности и напряжении питания 220 В составит 0,164 А. Расчетным исследованием обосновано, что для поддержания работоспособности энергоустановки в период отсутствия ветровой и солнечной энергии потребуются два последовательно соединенных аккумулятора, емкостью 75 А-ч каждый.
Таким образом, с учетом анализа розы ветров и скорости ветра Южного Урала и интенсивности солнечного освещения данной территории, применение энергетически автономного осветительного комплекса для открытой складской площадки представляется возможным и перспективным.
В качестве одного из направлений дальнейших исследований рассматривается необходимость экономической оценки эффективности использования разработанного комплекса с возможностью выбора и обоснования эффективности наиболее подходящего оборудования.
Для достижения указанной цели при решении задач проекта выполнен расчет требуемой электрической мощности светильника, разработана структура проектируемого комплекса, выбраны ветроустановка, солнечная батарея и промышленный генератор, обеспечивающий достижение требуемых параметров энергоснабжения. Дополнительно осуществлен выбор датчиков движения и инвертор.
В ходе выполнения работы установлено, что для достижения основной цели проекта требуется энергетическая установка мощностью 36 Вт. Потребляемый ток светильников при указанной мощности и напряжении питания 220 В составит 0,164 А. Расчетным исследованием обосновано, что для поддержания работоспособности энергоустановки в период отсутствия ветровой и солнечной энергии потребуются два последовательно соединенных аккумулятора, емкостью 75 А-ч каждый.
Таким образом, с учетом анализа розы ветров и скорости ветра Южного Урала и интенсивности солнечного освещения данной территории, применение энергетически автономного осветительного комплекса для открытой складской площадки представляется возможным и перспективным.
В качестве одного из направлений дальнейших исследований рассматривается необходимость экономической оценки эффективности использования разработанного комплекса с возможностью выбора и обоснования эффективности наиболее подходящего оборудования.
