ВВЕДЕНИЕ 6
1 СОСТОЯНИЕ РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ 8
1.1 Применение ветра для выработки электроэнергии 8
1.2 Описание функционирования ветроэнергетической установки 9
1.3 Существующие типы ветроприемных устройств 10
1.3.1 Устройства с горизонтальной осью вращения 11
1.3.2 Устройства с вертикальной осью вращения 13
1.4 Описание систем аккумулирования энергии 19
1.5 Ветровой потенциал Республики Казахстан 20
1.5.1 Ветровой атлас Казахстана 21
Выводы по главе 1 23
2 РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО
ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ФЕРМЕРСКОГО ХОЗЯЙСТВА 24
2.1 Общая схема энергообеспечения фермерского хозяйства 24
2.2 Расчет нагрузки фермерского хозяйства 25
Выводы по главе 2 25
3 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЭУ МАЛОЙ МОЩНОСТИ
ГОРИЗОНТАЛЬНО-ОСЕВОГО ТИПА 26
3.1 Математические модели структур ВЭУ 26
3.2 Исследование имитационной модели ВЭУ в среде MATLAB R2014b 30
Выводы по главе 3 40
4 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И РАСЧЕТ
ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ ЛОПАТОК ВЕТРОУСТАНОВКИ 41
Выводы по главе 4
5 РАЗМЕЩЕНИЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК 52
5.1 Проблема размещения ветроэнергетических установок в черте
жилых поселений и возможные пути их решения 56
5.1.1 Шум 56
5.1.2 Возможные пути решение проблемы шума ВЭУ 61
5.1.3 Инфразвук 63
5.1.3.1 Пути решения проблемы возникновения
инфразвука в ветроустановках 66
5.1.4 Ультразвук 67
5.1.5 Вибрация и резонанс 69
5.1.5.1 Возможные пути решения проблемы вибрации и
резонанса 70
5.1.6 Сбой телерадиовещания и навигационных приборов 74
5.1.7 Влияние ветроустановок на миграцию птиц 75
Выводы по главе 5 76
6 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 77
6.1 Техническое решение вопросов обеспечения безопасности 78
6.1.1 Расчет системы кондиционирования воздуха 79
6.1.2 Расчет естественного освещения 82
Выводы по главе 6 88
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 89
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 90
В данной дипломной работе разрабатывается автономная энергоустановка фермерского хозяйства с использованием возобновляемых источников энергии.
Важность данной тематики заключается в том, что в современных условиях на территории Республики Казахстан наблюдается нехватка электроэнергии по отдельным регионам. Крупные города и поселки, за последние десять лет, получили доступ к стабильному источнику электроэнергии. Но, тем не менее, отдаленные от крупных городов села и поселки, зачастую не имеют стабильного источника электроэнергии, иногда наблюдается и полное отсутствие источника электроэнергии.
Это связано, в первую очередь, с обширностью территории страны и разбросанностью жилых поселков по всей территории. Проведение промышленных линий электропередач в данные поселки связано с большими финансовыми затратами и не всегда оправдано с точки зрения окупаемости. Одним из решений данной проблемы может быть дальнейшее разработка и расширение использования малых автономных энергоустановок на основе возобновляемых источников энергии (солнца, ветра, биогаза и тд.). Данное утверждение особенно относится к фермерским хозяйствам. Фермерские хозяйства (ФХ) на территории страны зачастую располагаются в отдаленных степных регионах в силу необходимости хозяйственной деятельности и создавшихся условий, и не имеют доступа к промышленным источникам электроэнергии.
В данном дипломном проекте рассматривается возможности решения этих проблем на основе использования в качестве источника энергии ветроэнергетические установки и главное, комплектация необходимых базовых элементов из существующих на данный момент на рынке.
Если сравнить другие источники энергии для ФХ по разным параметрам, на данный момент, то можно отметить следующее: преимуществом обладают ветровые установки, по сравнению с солнечными панелями. Это выражается в том, что при меньшей занимаемой площади, они способны вырабатывать большее количество энергии. Также, так как солнце светит лишь днем, солнечные панели не вырабатывают электричество ночью, в то время 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. Решением этого вопроса может быть мера предусмотренная в проекте комплексом из следующих составных: использования аккумуляторных батарей, запасающих излишки электроэнергии, дизельных генераторов малой мощности и т.д.
Аккумуляторные батареи ограничены своей емкостью, и необходимо использование резервного источника питания. В данном дипломном проекте, в качестве резервного источника питания предлагается использовать дизельный генератор. Использовать для данных целей солнечные панели нерентабельно, так как они достаточно дороги в данный период времени, а для выработки достаточной необходимой мощности, чтобы можно было покрыть потребности фермерского хозяйства в энергии, требуется немалые площади панелей, что значительно увеличивает стоимость проекта для фермера.
В результате реализации данного дипломного проекта осуществлены следующие задачи:
- выполнен обзор ветрового потенциала РК;
- изучены существующие на рынке оборудование для комплектации ВЭУ;
- в разделе безопасности жизнедеятельности была рассчитана система
освещения и кондиционирования технического помещения. В результате вычислений выбран кондиционер ASW-(H)24B4/ EQ и для освещения выбраны 2 лампы ПВЛМ - 2х40; также в техническом помещении предусмотрены диэлектрические перчатки и коврик.
В работе представлена имитационная модель реальной ВЭУ малой мощности горизонтально-осевого типа в среде MATLAB. На основе математических моделей компонентов исследовались процессы работы ВЭУ при различных скоростях ветра без нагрузки и под нагрузкой.
Полученные осциллограммы показывают, что обеспечивается качественное энергоснабжение потребителей, благодаря синусоидальности форм напряжений и токов с низким гармоническим составом.
Моделирование в среде MATLAB дает подтверждение работоспособности физической модели в реальных условиях эксплуатации, однако в модели ветроприемного устройства есть ограничения, в которой не учитывается радиус лопастей и, соответственно, специфические характеристики, свойственные данной лопасти. Вместо этого модель содержит максимальные эмпирические коэффициенты использования ветрового потока Киэв=0,47 и быстроходности Z=8,1, которые считаются пределом для трехлопастных ветровых турбин и отклонения от которых не предусматриваются.
