АННОТАЦИЯ 2
Введение 7
1 СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ 9
1.1 Применение ветра для выработки электроэнергии 9
1.2 Описание функционирования ветроэнергетической установки ... 10
1.3 Существующие типы ветроприемных устройств 10
1.3.1 Устройства с горизонтальной осью вращения 11
1.3.2 Устройства с вертикальной осью вращения 12
1.4 Описание систем аккумулирования энергии 17
1.5 Инверторы напряжения 18
1.6 Электромеханический генератор 20
1.7 Контроллеры заряда 20
2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ
ФЕРМЕРСКОГО ХОЗЯЙСТВА 21
2.1 Общая схема энергообеспечения фермерского хозяйства 21
2.2 Расчёт нагрузки фермерского хозяйства 22
3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ вэу МАЛОЙ МОЩНОСТИ
ГОРИЗОНТАЛЬНО-ОСЕВОГО ТИПА 25
3.1 Математические модели структур ВЭУ 25
3.2 Исследование имитационной модели ВЭУ в MATLAB 30
4 АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ВЕТРОУСТАНОВКИ 41
4.1 Расчет параметров ротора ВЭУ 41
4.2 Расчет параметров лопастей ротора ВЭУ 43
5 РАЗМЕЩЕНИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 49
5.1 Проблемы размещения ветроэнергетических установок в черте жилых поселений и возможные пути их решения 52
5.1.1 Шум 52
5.1.2 Возможные способы решения шума ВЭУ 58
5.1.3 Инфразвук 59
5.1.4 Пути решения проблемы возникновения инфразвука в ВЭУ 61
5.1.5 Ультразвук 62
5.1.6 Вибрация и резонанс 64
5.1.7 Возможные пути решения проблемы вибрации и резонанса 66
5.1.10 Сбой телерадиовещения и навигационных приборов 71
5.1.11 Влияние ветроустановок на миграцию птиц 71
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Ошибка! Закладка не определена.
В представленной выпускной квалификационной работе разрабатывается автономная энергоустановка фермерского хозяйства с применением возобновляемых источников энергии.
Актуальность выбранной нами темы заключается в том, что в современных условиях на территории Российской Федерации наблюдается нехватка электроэнергии по отдельным регионам. За последнюю декаду крупные города и поселки получили доступ к стабильному источнику электроэнергии. Однако, наблюдается полное отсутствие стабильного источника электроэнергии в отдалённых от крупных городов сёлах и посёлках.
Причиной этому служит обширная территория страны, разбросанность жилых поселков по всей территории государства. Проведение промышленных линий электропередач в данные поселки обычно сопровождается большими финансовыми затратами, и чаще всего не оправдано с точки зрения окупаемости. Одним из вариантов решения данной проблемы может служить последующая разработка и расширение использования малых автономных энергоустановок, основу которых составляют возобновляемые источники энергии (солнце, ветер, биогаз и тд.). Данное утверждение особенно актуально для фермерских хозяйств. Фермерские хозяйства (ФХ) на территории нашего государства обычно размещаются в отдаленных регионах вследствие необходимости хозяйственной деятельности и создавшихся условий, не имея доступа к промышленным источникам электричества.
В процессе работы рассматриваются способы решения этих проблем с помощью применения в качестве источника питания ветроэнергетических установок и, главное, комплектация необходимых базовых элементов из существующих на данный момент на рынке.
На данный момент для использования в ФХ ветровые установки обладают явным преимуществом над солнечными панелями. Во-первых, при меньшей занимаемой площади, ветряки могут производить большее количество энергии. Во-вторых, так как солнце светит лишь днем, солнечные панели не вырабатывают электричество в темное время суток, тогда как ветер может дуть как днем, так и ночью. Но ветроэнергетические установки имеют и свои недостатки, например, в неравномерности действия ветра в течении разных периодов времени (день, месяц, год), нередки случаи штилей. Для решения этой проблемы энергетический комплекс должен быть оснащён: аккумуляторными батареями, запасающие излишки электроэнергии, и дизельным генератором малой мощности и т.д.
Аккумуляторные батареи ограничены своей емкостью, и необходимо использование резервного источника питания. В данном проекте, в качестве резервного источника питания предлагается использовать дизельный генератор. Использование солнечных панелей в качестве резервного источника питания экономически нерентабельно, так как для выработки достаточной необходимой мощности, которая будет обеспечивать потребности фермерского хозяйства в энергии, потребуется использовать большие площади панелей, что гораздо увеличит стоимость проекта.
В данной работе была разработана имитационная модель ветроэнергетической установки горизонтально -осевого типа в программе MATLAB. С помощью математических моделей были исследованы процессы, происходящие при работе ВЭУ с различной скоростью ветра. Так же одним из условий было изучение работы ветряка под нагрузкой и без нагрузки.
Осциллограммы, которые были получены в ходе работы говорят нам о том, что энергоснабжение происходит качественно и в полной мере. Это осуществляется благодаря синусоидальности форм напряжений и токов с низким гармоническим составом.
Произведён расчет аэродинамических показателей ВЭУ. Вычислены параметры ротора: аэродинамическая мощность, ометаемую площадь ротора и его диаметр.
Рассчитаны параметры лопастей ВЭУ. Произведены вычисления чисел Рейнольдса, найдены длины хорд и лопастей, установочный угол.
Исследовано негативное влияние работы ветроэнергетической установки на человеческий организм и животный мир. Рассмотрены способы решения данных проблем.
