Введение
1 Общие сведения 11
1.1 Состояние вопроса в мире 11
1.2 Состояние вопроса в России 15
1.3 Использование энергии ветра 18
1.3.1 Ветроэнергетические установки 18
1.3.2 Генераторы ветроэнергетических установок 20
1.3.3 Производство электроэнергии с помощью ВЭУ 23
1.3.4 Расчет идеального ветряка 26
2 Анализ перспектив использования ВЭУ в энергосистемах Сибири 28
3 Анализ режимов работы ветроэнергетических установок 33
3.1 Режимы и зоны работы ВЭУ 33
3.2 Основные принципы и задачи управления ВЭУ 37
3.3 Разработка структурной схемы ВЭУ на основе СГПМ 41
4 Разработка математической модели ВЭУ средней мощности 42
4.1 MATLAB и Simulink. Общие сведения 42
4.2 Характеристика блоков используемых в модели 43
4.2.1 Синхронный генератор на постоянных магнитах 43
4.2.2 Ветровая турбина 47
4.2.3 Трехфазная последовательная RLC нагрузка 49
4.2.4 Аккумуляторная батарея 50
4.2.5 Универсальный мост 51
4.2.6 Широтно импульсный генератор 53
4.2.7 Линейный двух-обмоточный трансформатор 55
4.2.8 Блоки измерения напряжения и тока 56
4.3 Математическое моделирование и анализ работы ВЭУ 56
5 Хозяйственно-экономическое обоснование 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 67
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Купить

Мировой опыт показывает, что ряд стран и регионов, успешно решают сегодня проблемы энергообеспечения на основе развития альтернативной энергетики. Для увеличения темпов развития практического использования возобновляемых энергоресурсов в этих странах законодательно устанавливаются различные льготы для производителей «зеленой» энергии. Однако решающий успех альтернативной энергетики определяется в конечном счете ее эффективность в сравнении с другими, более традиционными источниками энергии.
Структурная реорганизация экономики России требует от энергетиков решения ряда новых специфических проблем. В стратегии развития энергетики нашей страны, разработанной по указанию президента и правительства на период до 2030 года поставлен ряд задач по развитию использованию энергетического потенциала возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в области энергообеспечения потребителей различного уровня, улучшение технико-экономических показателей энергоустановок на ВИЭ при использовании опыта иностранных компаний, переход к третьей индустриальной революции.
Третья индустриальная революция - это следующий этап развития общества, основанный на повсеместном внедрении ВИЭ в быт человека. Это связано с постоянно растущим потреблением энергии мировой экономикой, сокращению углеводородных ресурсов и роста их стоимости на мировом рынке, необходимостью в наличии сложной нефтегазовой инфраструктуры для обеспечения энергетической безопасности регионов и страны. Проблема ухудшения глобальной экологической обстановки ставит так же задачи снижения эмиссии СО2 и других вредных выбросов сопутствующих традиционной энергетики в окружающую среду, а снижения использования органического топлива в низкопотенциальных процессах позволит использовать его как сырьё для химической промышленности.
Термин ВИЭ применим к источникам энергии объемы которых могут восполняться естественным путем, прежде всего за счет потока солнечного излучения, и в перспективе являются практически неисчерпаемыми. К ВИЭ относится, в первую очередь, сама солнечная энергия, а также производные от неё: энергия ветра, энергия рек, океанов и морей, энергия биомассы. К возобновляемым источникам так же относят геотермальное тепло, поступающее на поверхность от расплавленного ядра планеты в местах проявления геотермальной активности.
Энергетический потенциал перечисленных выше ВИЭ в масштабах мира и примерно в два раза превышает современный уровень энергопотребления, именно поэтому они могут рассматриваться как реальная альтернатива традиционным-исчерпаемым источникам энергии, однако несовершенство техники и технологий, а также отсутствие необходимых конструкционных материалов в настоящее время не позволяет широко вовлекать ВИЭ в энергетический баланс. В следствии этого их стоит рассматривать на довольно продолжительный период (примерно на первую четверть XXI в.) не как замену традиционной энергетике, а как дополнительный источник энергии, решающий задачи создания частичной или полной энергонезависимости потребителя от централизованного энергоснабжения, или же задачи уменьшения дефицита баланса генерирующих мощностей в централизованных системах, где использование, или увеличение мощностей, традиционных источников энергии достигло своего предела, или недоступно ввиду наличия ряда проблем экологического, социального или экономического характера.
К весомым недостаткам ВИЭ, ограничивающим их повсеместное использование, относятся невысокая плотность энергетических потоков, заставляющая создавать большие площади «захвата» энергии, жесткая привязанность определенного вида энергии к территориям их концентрации, а также непостоянство во времени и как следствие необходимость серьезных затрат на оборудование, обеспечивающие сбор, хранение (основной камень преткновения в использовании ВИЭ, так как не так трудно добыть энергию как ее сохранить) и распределение энергии. Так например плотность потока солнечной энергии на земле в полдень ясного дня достигает 1 кВт/м2, а среднегодовое значение с учетом сезонных и погодных колебаний для самых солнечных районов земли не превышает 250 Вт/м2 (в средней полосе России 120 Вт/м2). Усредненное значение потока энергии ветра при скорости в 10 м/с приближено равно 500 Вт/м2, примерно ту же плотность энергии дает водяной поток с скоростью 1 м/с.
В настоящей выпускной квалификационной работе будет рассмотрена возможность применения в рамках текущего развития отрасли двух наиболее распространённых и доступных ВИЭ: солнечной энергии и энергии ветра. Дана оценка состояния отрасли в России и мире. Проведен анализ возможностей и предпосылок для создания генерирующих мощностей на территории Сибири. Рассмотрены основные режимы работы ветроэнергетической установки, выполнен синтез системы управления для достижения заданных параметров работы. Проведено моделирование ветроэлектрической установки малой мощности с звеном постоянного тока. Выполнено технико-экономическое обоснование использования данной установки, а также дана оценка её безопасности и экологичности.
Купить