Введение 5
1. Обзор альтернативных источников энергии на основе
ветроэнергоустановок 8
1.1 Типы ветрогенераторов 9
1.2 Принцип работы ветроэнергоустановки 10
1.3 Преимущества и недостатки разных типов ВЭУ 13
1.4 Обзор альтернативных источников энергии на основе солнечная
батарей 13
1.5 Устройство и принцип работы солнечных батарей 15
1.6 Типы солнечных элементов 16
1.7 Перспективы развития солнечной энергетики 17
1.8 Гибридная энергосистема на основе возобновляемых источников
энергии 20
2. Исследования влияния различных параметров конструкции на
эффективность работы ветрогенератора 24
2.1 Исследование влияния количества направляющих на эффективность
работы ветрогенератора 24
2.2 Исследование влияния количества лопастей при постоянном числе
направляющих сопловой системы воздухозаборника 25
2.3 Исследование влияния ширины (хорды) лопастей на эффективность
работы ВД 27
2.4 Исследование влияния скорости потока на эффективностьработы ВД. 28
3. Расчет гибридной системы электроснабжения для жилого дома 30
3.1 Анализ ветроэнергетических ресурсов г. Владивосток 30
3.1.1 Роза ветров, направление ветра и скорость ветра 31
3.2 Анализ ресурсов солнечной энергии региона 33
3.2 Расчет нагрузок по потребляемой мощности 35
3.3 Расчет и выбор ветрогенератора 38
3.3.1 Теоретическая база расчетов ветродвигателя 38
3.3.2 Выбор ветрогенератора 40
3.4 Расчет и выбор и солнечных модулей 42
3.4.1 Расчет угла наклона солнечных батарей 42
3.4.2 Выбор солнечной панели 49
3.5 Расчет и выбор инвертора 52
3.6 Расчет необходимой емкости, выбор типа АКБ и их количество 53
3.7 Режимы работы альтернативных источников энергии 55
3.7.1 Автономная работа ветроэнергоустановки 55
3.7.2 Режим автономной работы солнечной энергосистемы 67
3.7.4 Совместная работа альтернативных источников энергии. Выбор
микроконтроллерной системы управления 74
Заключение 77
Список использованной литературы 79
Проблема освоения возобновляемых источников энергии очень актуальна на сегодняшний день. Такие источники энергии как солнечная ветровая, геотермальная энергия, и энергия Мирового океана относят к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии.
Из-за высокой стоимости угля, нефти и газа и постепенное осознание того, что данные блага не бесконечны, в наше время люди стали искать источники энергии в воде, в солнце и в воздушных массах. Именно поэтому в последнее пятнадцатилетие проявляется высокий интерес к возобновляемым источникам энергии, потому что можно сказать, что они неограниченны.
Возобновляемая или регенеративная энергия - энергия из источников, которые по человеческим понятиям являются неисчерпаемыми. Основной принцип использования возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения.
Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов - таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы и геотермальная теплота , которые пополняются естественным путем.
Ориентировочно, около 18 % мирового потребления энергии было удовлетворяется из возобновляемых источников энергии, причем 13 % из традиционной биомассы, таких, как сжигание древесины.
Гидроэлектроэнергия является очередным крупнейшим источником возобновляемой энергии, обеспечивая 3 % мирового потребления энергии и 15 % мировой генерации электроэнергии. Гидроэнергетика специализируется на использовании потенциальной энергии водного потока рек, формируемых осадками, выпавшими на возвышенности.
Использование энергии ветра растет примерно на 30 %/ год, по всему миру с установленной мощностью 196600 МВт в 2010 г и широко используется в странах Европы и США. Ветроэнергетика преобразует кинетическую энергию воздушных масс в атмосфере в электрическую,
тепловую и любую другую форму энергии
Ежегодное производство в фотоэлектрической промышленности достигло 6900 МВт в 2008 году. Солнечные электростанции популярны в Германии и Испании. Солнечные тепловые станции действуют в США и Испании, а крупнейшей из них является станция в пустыне Мохаве мощностью 354 МВт. Солнечная энергетика преобразует электромагнитное солнечное излучение в электрическую или тепловую энергию.
Геотермическая энергия используюет в качестве теплоносителя воду из горячих геотермальных источников. В связи с отсутствием необходимости нагрева воды Г еоТЭС являются в значительной степени более экологически чистыми, нежели ТЭС. Крупнейшей в мире геотермальной установкой, является установка на гейзерах в Калифорнии, с номинальной мощностью 750 МВт.
Биоэнергетика специализируется на производстве энергии из биологического сырья. Бразилия проводит одну из крупнейших программ использования возобновляемых источников энергии в мире, связанную с производством топливного этанола из сахарного тростника.
Цель магистерской диссертации - исследование возможности совместного использования ветрогенераторов и солнечных модулей для элетроснабжения жилого дома коттеджого типа располагаемого в г. Владивосток.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Произвести анализ ветроэнергоресурсов и ресурсов солнечной энергии для выбранной местности.
2. Определить нагрузки, потребляемой электроэнергии.
2. Рассчитать значения емкости аккумуляторных батареи и их
количества.
3. Рассчитать и выбрать инвертор.
4. Определить тип ветроэнергоустановок.
5. Определить тип и необходимое количество солнечных батарей.
6. Определить схему подключения ветрогенераторов и солнечных батарей для электроснабжения потребителя.
Научная новизна магистерской диссертации:
1. Проведены исследование влияния параметров конструкции ветрогенератора на эффективность его работы
2. Исследована зависимость влияния угла наклона солнечных батарей.
1. Обзор альтернативных источников энергии на основе ветроэнергоустановок
Ветроэнергетика - отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как
ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования в транспорте) и другими.
Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием активности Солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. К началу 2016 года общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 432 гигаватта[1] и, таким образом, превзошла суммарную установленную мощность атомной энергетики (однако на практике использованная в среднем за год мощность ветрогенераторов (КИУМ) в несколько раз ниже установленной мощности, в то время как АЭС почти всегда работает в режиме установленной мощности). В 2014 году количество электрической энергии, произведённой всеми ветрогенераторами мира, составило 706 тераватт-часов (3 % всей
произведённой человечеством электрической энергии)[2]. Некоторые страны особенно интенсивно развивают ветроэнергетику, в частности, на 2015 год в Дании с помощью ветрогенераторов производится 42 % всего электричества; 2014 год в Португалии - 27 %; в Никарагуа - 21 %; в Испании - 20 %; Ирландии - 19 %; в Германии - 18,8% ; в ЕС в целом - 7,5 %. В 2014 году 85 стран мира использовали ветроэнергетику на коммерческой основе. По итогам 2015 года в ветроэнергетике занято более 1 000 000 человек во всем мире (в том числе 500 000 в Китае и 138 000 в Германии).
В магистерской диссертации было проведено исследование возможности электроснабжения жилого дома на основе ветроэнергоустановки и солнечных батарей. В качестве объекта электрофикации был выбран небольшой дом коттеджного типа, расположенного в пригородной территории г. Владивосток.
Для достижения цели были решены ряд задач:
1. Были рассмотрены два основных и самых перспективных источников возозобновлямой энергии - это ветроэнергоустановка и солнечные панели. Проведены исследования влияния конструкции ветрогенератора на эффективность его работы. Определен наиболее эффективный угол наклона солнечных панелей для разных времен года.
2. Был произведен анализ ветроэнергоресурсов и ресурсов солнечной радиации для г. Владивосток. Дальний Восток - является самым перспективным регионом для развития энергетики на основе возобновляемых источников энергии.
3. Произведен анализ энергопотребления для разных времен года и произведен расчет среднего годового потребления энергии. Расчеты производились при условии, что жильцы будут в комфорте и ни в чем не ограничены.
4. Далее исходя из анализа энергопотребления была выбрана ветроэнергоустановка, на графике был выявлен месяц с дефицитом электроэнергии. Исходя из этого были произведены расчеты, выбран тип и количество солнечных панелей для жилого дома. Был выбран гибридный инвертор SUNNY ISLAND. Данный инвертор объединяет в себе 3 устройства - инвертор, контроллер и автоматическое реле переключения нагрузки.
5. Рассмотрены схемы электроснабжения автономно от ветрогенератора и автономно от солнечных панелей. После была построена схема совместной системы гибридного электроснабжения на основе ветрогенератора и солнечных панелей.
Для выбранной местности, а именно, для г.Владивосток, гибридная система электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии является довольно эффективной, экологически безопасной и относительно выгодной, т.к. по достижению срока окупаемости, расходы будут производится только на обслуживание деталей гибридной энергоустановки
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
