Помощь студентам в учебе
Исследование влияния климатических условий на работу электроустановок на основе возобновляемых источников энергии
|
АННОТАЦИЯ 2
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ 9
1.1 Энергетические установки ВИЭ. Классификация. Требования к
условиям окружающей среды 9
1.1.1 Малые гидроэнергетические электроустановки и их особенности.
Классификация. Климатические исполнения 10
1.1.2 Солнечные энергетические электроустановки. Классификация.
Климатические исполнения 15
1.1.3 Ветроэнергетические установки и их особенности.
Классификация. Климатические исполнения 17
1.1.4 Биоэнергетические электростанции. Классификация. Природно
климатические факторы 22
1.1.5 Геотермальные электроустановки. Классификация.
Климатические факторы 23
1.1.6 Водородные электростанции. Основные методы выработки 24
1.1.7 Линии электропередач. Влияние климатических условий 25
1.1.8 Энергосберегающие комплексы и устройства. Особенности
эксплуатации 27
1.2 Экстремальные климатические условия и основные трудности
эксплуатации электроустановок 28
1.2.1 Экстремально низкая температура воздуха окружающей среды 31
1.2.2 Экстремально высокая температура воздуха окружающей среды
33
1.2.3 Повышенное количество осадков 34
1.2.4 Запыленность воздуха в зоне размещения установки 34
1.2.5 Особые условия эксплуатации: наледь, порывистый ветер,
соленой туман, сейсмическое воздействие 35
Выводы по разделу 1 36
2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА
РАБОТУ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ 38
2.1 Эксплуатация ветроэнергетических установок в условиях холода .... 38
2.2 Эксплуатация солнечных модулей в условиях повышенных
загрязнений 42
2.3 Эксплуатация солнечных модулей в условиях большого количества
осадков 44
2.4 Эксплуатация электроустановок на основе возобновляемых
источников энергии на побережье и/или на морском пространстве 51
2.5 Образование наледи на ЛЭП 55
2.6 Деградация ФЭП при перегреве 56
Выводы по разделу 2 58
3. СИСТЕМЫ РЕАГИРОВАНИЯ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ПОГОДНЫХ
УСЛОВИЯХ 60
3.1 Обогрев лопастей ветроэнергетических электроустановок 60
3.2 Система антиоблединения на основе управляемых волн
ультразвукового излучения 65
3.3 Обогрев солнечных модулей 68
3.3 Очистка солнечных модулей от загрязнений 73
3.4 Устранение микро загрязнений с помощью ИВН 80
3.5 Антикоррозийная защита 85
Выводы по разделу 3 87
4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 88
4.1. Аспекты установки систем реагирования 88
Выводы по разделу 4 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 91
ПРИЛОЖЕНИЯ 99
Приложение А 99
Приложение Б 101
ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 6
ВВЕДЕНИЕ 7
1 ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ 9
1.1 Энергетические установки ВИЭ. Классификация. Требования к
условиям окружающей среды 9
1.1.1 Малые гидроэнергетические электроустановки и их особенности.
Классификация. Климатические исполнения 10
1.1.2 Солнечные энергетические электроустановки. Классификация.
Климатические исполнения 15
1.1.3 Ветроэнергетические установки и их особенности.
Классификация. Климатические исполнения 17
1.1.4 Биоэнергетические электростанции. Классификация. Природно
климатические факторы 22
1.1.5 Геотермальные электроустановки. Классификация.
Климатические факторы 23
1.1.6 Водородные электростанции. Основные методы выработки 24
1.1.7 Линии электропередач. Влияние климатических условий 25
1.1.8 Энергосберегающие комплексы и устройства. Особенности
эксплуатации 27
1.2 Экстремальные климатические условия и основные трудности
эксплуатации электроустановок 28
1.2.1 Экстремально низкая температура воздуха окружающей среды 31
1.2.2 Экстремально высокая температура воздуха окружающей среды
33
1.2.3 Повышенное количество осадков 34
1.2.4 Запыленность воздуха в зоне размещения установки 34
1.2.5 Особые условия эксплуатации: наледь, порывистый ветер,
соленой туман, сейсмическое воздействие 35
Выводы по разделу 1 36
2. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ НА
РАБОТУ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМОЙ ЭНЕРГИИ 38
2.1 Эксплуатация ветроэнергетических установок в условиях холода .... 38
2.2 Эксплуатация солнечных модулей в условиях повышенных
загрязнений 42
2.3 Эксплуатация солнечных модулей в условиях большого количества
осадков 44
2.4 Эксплуатация электроустановок на основе возобновляемых
источников энергии на побережье и/или на морском пространстве 51
2.5 Образование наледи на ЛЭП 55
2.6 Деградация ФЭП при перегреве 56
Выводы по разделу 2 58
3. СИСТЕМЫ РЕАГИРОВАНИЯ ПРИ ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ПОГОДНЫХ
УСЛОВИЯХ 60
3.1 Обогрев лопастей ветроэнергетических электроустановок 60
3.2 Система антиоблединения на основе управляемых волн
ультразвукового излучения 65
3.3 Обогрев солнечных модулей 68
3.3 Очистка солнечных модулей от загрязнений 73
3.4 Устранение микро загрязнений с помощью ИВН 80
3.5 Антикоррозийная защита 85
Выводы по разделу 3 87
4. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 88
4.1. Аспекты установки систем реагирования 88
Выводы по разделу 4 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 91
ПРИЛОЖЕНИЯ 99
Приложение А 99
Приложение Б 101
На протяжении всего времени до нашего появления и после планета Земля обладает огромным энергетическим потенциалом. Энергия распространена по поверхности, заложена в недрах земной коры, протекает в водяных потоках рек, приливах морей и океанов, живет в растениях, движется в потоке ветра, а главное в солнечном излучении, без которого не существовало бы ничего. Однако из-за широкого распространения энергетические потоки имеют переменный характер: реки пересыхают или меняют свое направление, пустыни становятся лугами, геотермальные источники энергии «умирают» и образовываются на новых местах. К тому же на возобновляемые источники энергии оказывают влияние географическое положение, сезон года, близость природных и антропогенных объектов. Так скорость ветра в зависимости от различных факторов окружающей среды за сутки может множество раз менять величину от 0 до 25 м/с, либо сохранять полный штиль.
Когда природные факторы приобретают агрессивный характер, климат становится экстремально опасным: штормовой ветер, экстремально низкие и высокие температуры, влажность около 100% с различными аэрозольными примесями, пыльца, пылевые и песчаные бури, паводок, наводнения, землетрясения, вплоть до извержения вулканов.
При таких условиях сохранение работоспособности практически всех энергетических установок невозможна. Однако для предотвращения нарушения целостности конструкций, стабилизации работы и увеличения эксплуатационного срока необходимо наличие специально предназначенного оборудования и устройств реагирования и устранения влияния негативных факторов в условиях экстремальных погодных условий для предотвращения перехода энергетических установок в аварийный режим.
Таким образом, выбранная тема выпускной квалификационной работы является актуальной, так как эксплуатация энергоустановок ВИЭ в особых условиях
климата имеет проблемы по устранению негативных эффектов резко отклоняющихся природных факторов, таких как пыльная взвесь в воздухе, перегрев оборудования, образование наледи и снега, морской туман и т.д.
Целью данной работы является выбор наиболее актуальных моделей или систем реагирования электроустановок на основе возобновляемых источников энергии в экстремальных климатических условиях. Задачами данной работы являются:
- изучить и проанализировать негативное влияние факторов окружающей среды в условиях экстремального климата условий на работу энергоустановок;
- рассмотреть системы устранения влияния экстремальных климатических условий;
- выявить недостатки и предложить модель усовершенствованной установки очистки солнечного модуля;
- сделать обоснование необходимости оценки экономической эффективности применения систем устранения влияния явлений и процессов, возникающих в экстремальных климатических условиях.
Когда природные факторы приобретают агрессивный характер, климат становится экстремально опасным: штормовой ветер, экстремально низкие и высокие температуры, влажность около 100% с различными аэрозольными примесями, пыльца, пылевые и песчаные бури, паводок, наводнения, землетрясения, вплоть до извержения вулканов.
При таких условиях сохранение работоспособности практически всех энергетических установок невозможна. Однако для предотвращения нарушения целостности конструкций, стабилизации работы и увеличения эксплуатационного срока необходимо наличие специально предназначенного оборудования и устройств реагирования и устранения влияния негативных факторов в условиях экстремальных погодных условий для предотвращения перехода энергетических установок в аварийный режим.
Таким образом, выбранная тема выпускной квалификационной работы является актуальной, так как эксплуатация энергоустановок ВИЭ в особых условиях
климата имеет проблемы по устранению негативных эффектов резко отклоняющихся природных факторов, таких как пыльная взвесь в воздухе, перегрев оборудования, образование наледи и снега, морской туман и т.д.
Целью данной работы является выбор наиболее актуальных моделей или систем реагирования электроустановок на основе возобновляемых источников энергии в экстремальных климатических условиях. Задачами данной работы являются:
- изучить и проанализировать негативное влияние факторов окружающей среды в условиях экстремального климата условий на работу энергоустановок;
- рассмотреть системы устранения влияния экстремальных климатических условий;
- выявить недостатки и предложить модель усовершенствованной установки очистки солнечного модуля;
- сделать обоснование необходимости оценки экономической эффективности применения систем устранения влияния явлений и процессов, возникающих в экстремальных климатических условиях.
Использование систем снижения или устранения термического, химического и физического воздействий климатических условий снижает вероятность разрушения материалов, используемых в электроэнергетических установок на основе возобновляемых источников энергии.
Так разрушение лопастей ВЭУ в следствии обледенения или коррозии может подвергнуть угрозе жизни людей, находящихся поблизости, нарушению или прекращению деятельности инфраструктуры и хозяйств, а также прочим последствиям. В следствие воздействия ряда факторов такие, как высокие скорости вращения, наледь (изменение кривизны поверхности), высокое лобовое давление на лопасть или завихрения, лопасти ВЭУ способны при отрыве преодолеть десятки метров, так как обладают большим моментом инерции, особенно горизонтальноосевые ВЭУ.
Перегрев и загрязнения солнечных фотоэлектрических модулей и прочих гелиоустановок может привести не только к потере выходной мощности, но и к полному выводу из рабочего состояния. Помимо этого, при возникновении критических показателей возможно короткое замыкание и возгорание опасных материалов.
При выполнении данной работы успешно были выполнены поставленные задачи, в том числе:
- были рассмотрены теоретические основы энергоустановок на основе ВЭУ;
- проанализировано негативное влияние экстремальных климатических условий на работу энергоустановок;
- были рассмотрены системы устранения влияния экстремальных климатических условий;
- предложена модель усовершенствованной установки очистки солнечного модуля с помощью многоразовой пленки;организационно-экономической части выпускной квалификационной работы было обоснована необходимость оценки экономической эффективности применения систем устранения влияния явлений и процессов, возникающих в
экстремальных климатических условиях.
По итогам работы можно судить о необходимости внедрения систем реагирования в условиях особого климата, так как от этого зависит целостность конструкции, срок эксплуатации и работоспособность энергоустановок, стабильность электроснабжения, а также жизнедеятельность людей. При этом стоит учитывать характер климата в зоне осуществления генерации энергии от ВИЭ, это означает проведение точного расчета параметров окружающей среды, подбор соответствующего оборудования и применение дополнительных устройств для обеспечения эффективной работы энергетического комплекса.
Так разрушение лопастей ВЭУ в следствии обледенения или коррозии может подвергнуть угрозе жизни людей, находящихся поблизости, нарушению или прекращению деятельности инфраструктуры и хозяйств, а также прочим последствиям. В следствие воздействия ряда факторов такие, как высокие скорости вращения, наледь (изменение кривизны поверхности), высокое лобовое давление на лопасть или завихрения, лопасти ВЭУ способны при отрыве преодолеть десятки метров, так как обладают большим моментом инерции, особенно горизонтальноосевые ВЭУ.
Перегрев и загрязнения солнечных фотоэлектрических модулей и прочих гелиоустановок может привести не только к потере выходной мощности, но и к полному выводу из рабочего состояния. Помимо этого, при возникновении критических показателей возможно короткое замыкание и возгорание опасных материалов.
При выполнении данной работы успешно были выполнены поставленные задачи, в том числе:
- были рассмотрены теоретические основы энергоустановок на основе ВЭУ;
- проанализировано негативное влияние экстремальных климатических условий на работу энергоустановок;
- были рассмотрены системы устранения влияния экстремальных климатических условий;
- предложена модель усовершенствованной установки очистки солнечного модуля с помощью многоразовой пленки;организационно-экономической части выпускной квалификационной работы было обоснована необходимость оценки экономической эффективности применения систем устранения влияния явлений и процессов, возникающих в
экстремальных климатических условиях.
По итогам работы можно судить о необходимости внедрения систем реагирования в условиях особого климата, так как от этого зависит целостность конструкции, срок эксплуатации и работоспособность энергоустановок, стабильность электроснабжения, а также жизнедеятельность людей. При этом стоит учитывать характер климата в зоне осуществления генерации энергии от ВИЭ, это означает проведение точного расчета параметров окружающей среды, подбор соответствующего оборудования и применение дополнительных устройств для обеспечения эффективной работы энергетического комплекса.