Опис розробки

ВСТУП

Паливно-енергетична криза перейшла з нами в 21 століття, тому вчені багатьох країн намагаються вирішити цю проблему різними методами, здійснюючи пошук джерел, що не висікають, енергії. До таким можна віднести:

- використання водних ресурсів; морських хвиль; геотермальних вод і гейзерів; сонячної енергії; енергії вітру.

Дефіцит енергії й обмеженість паливних ресурсів із всі наростаючою гостротою показують неминучість переходу до нетрадиційних, альтернативних джерел енергії.

Найбільш перспективі і доступної є вітрова й сонячна енергії. Енергія вітру протягом тривалого часу розглядається в якості екологічно чистого невичерпного джерела енергії. Перевагами енергії вітру є: відсутність впливу на тепловий баланс атмосфери Землі, відсутність споживання кисню, викидів вуглекислого газу й інших забруднювачів, можливість перетворення в різні види енергії (механічну, теплову, електричну).

Вітроєнергетична установка являє собою комплекс технічних пристроїв для перетворення кінетичної енергії вітрового потоку в інший вид енергії.

Однак однієї з найважливіших особливостей вітру як енергетичного джерела є його мінливість, що обумовлена великою мінливістю швидкості. Звідси мінливість потужності, що розвиває ВЕУ. Тому, щоб при певних швидкостях вітру зберегти потужність вітроагрегата майже незмінною, зберегти його від перевантажень, доводиться застосовувати автоматизовані системи контролю й керування. Крім того, коли наступає більш-менш тривалий затишок, швидкості вітру недостатні для роботи вітрогенегатора. Тому доводиться передбачати ті або інші пристрої, що акумулюють, або установки, що дублюють потужність вітроагрегата.

Конструктивно ВЕУ складається з вітроколеса з лопастями, головки, вітрогенератору, редуктора, башти, хвоста. Оскільки вітер володіє великою мінливістю, доводиться у багатьох випадках комплектувати ВЕУ акумулюючим або резервуючим пристроєм для короткочасного запасу енергії і вирівнювання споживаної потужності при невеликих змінах швидкості вітру. Часто, для більшої надійності, до складу вітроенергетичної системи включають блоки сонячних батарей, які набираються з модулів 10, 40, 50, 60, 70, 75, 80,100, 120 Вт і можуть складатися на будь-яку потужність.

Вітроколесо може мати одну або багато лопастів (50 і більш), що встановлюються під деяким кутом до площини обертання вітроколеса. Крило закріплюється на валу вітроколеса, як правило, перпендикулярно осі валу. Від діаметру вітроколеса залежать потужність і обороти, що розвиваються двигуном. Лопасті можуть бути безпосередньо закріплені на валу вітроколеса або ж момент, що обертає, може передаватися від його обода через вторинний вал до генератора або іншої робочої машини. Для обмеження частоти обертання вітроколеса при великій швидкості вітру застосовується ряд способів, зокрема установка лопастів у флюгерне положення, застосування клапанів, що встановлені на лопастях або обертаються разом з ними, а також пристрою для виводу вітроколеса із-під вітру за допомогою бічного клапана, розташованого паралельно площині обертання колеса.

У даному проекті пропонується використовувати свинцево-кислотні акумуляторні батареї 6СТ185. Батареї складаються з шести послідовно сполучених між собою акумуляторів. Міжелементні з'єднання здійснюються через перегородки усередині моноблока газовою зваркою, що забезпечує надійне з'єднання акумуляторів в батарею на весь її термін служби. Сепаратор у вигляді конвертів з мікропористого поліетилену. Батарея 6СТ 185 виконана із спільною кришкою, корпус (моноблок) і кришка батареї виконані з сополімер - пропиляна. Кришка батареї приварюється до корпусу термоконтактним способом. В якості електроліту застосовується водний розчин акумуляторної сірчаної кислоти. На стінках моноблока нанесені ризики для візуального контролю рівня електроліту.

Сонячні батареї призначені для перетворення енергії сонця в електроенергію. Матеріалом для виготовлення сонячних батарей є кремній, що є одним з найпоширеніших елементів земної кори, точніше другим після кисню.

У даному проекті пропонується використовувати монокристалічні сонячні батареї SolarGen. Всі панелі мають по 36 осередків, що є оптимальною кількістю, особливо для місць з дуже жарким кліматом. Фотоелементи поміщені в міцний корпус з склопластика, який не пропускає вологи. Панелі батарей SolarGen дуже тонкі і можуть злегка згинатися, що дозволяє вмонтовувати їх на нерівних і трохи зігнутих поверхнях. Залежно від моделі сонячні батареї SolarGen дають на виході напругу 12 або 24В.

Вітроенергетичні установки діляться на дві групи: вітродвигуни з горизонтальною віссю обертання (крильчаті), що представлені на рис..1 (2...5); вітродвигуни з вертикальною віссю обертання

Розповсюдження крильчатих вітроагрегатів пояснюється величиною швидкості їх обертання. Вони можуть безпосередньо з'єднуватися з генератором електричного струму без мультиплікатора. Швидкість обертання крильчатих вітродвигунів пропорційна кількості крил, тому агрегати з кількістю лопастів більше трьох практично не використовуються.

Карусельні вітродвигуни тихохідні і це дозволяє використовувати прості електричні схеми, наприклад, з асинхронним генератором, без ризику потерпіти аварію при випадковому пориві вітру.

Відбір потужності починається при швидкості вітру близько 5 м/с, а номінальна потужність досягається при швидкості 14...16 м/с. Попередні розрахунки вітроустановок передбачають їх використання в діапазоні від 50 до 20 000 кВт. У реалістичній установці потужністю 2000 кВт діаметр кільця, по якому рухаються крила, складе близько 80 метрів.

Рисунок 1 - Типи вітродвигунів

Щоб при певних швидкостях вітру зберегти потужність вітроагрегата майже незмінною, забезпечити задану частоту обертання вітроколеса, оберегти вітроагрегат від перевантажень, включати і вимикати вітродвиун, залежно від ступеня заповнення водою ємкості або заряду акумулятора, ВЕУ необхідно обладнати системами автоматизованого управління і контролю.

У роботі запропонована система управління основними параметрами ВЕУ. Система задовольняє наступним вимогам:

- забезпечує реєстрацію інформації з приладів вимірювання швидкості і напряму вітру;

- забезпечує реєстрацію інформації про потужність вітроагрегату;

- забезпечує управління кутом повороту лопастів ВЕУ залежно від швидкості вітру. При значному збільшенні швидкості вітру повинен бути передбачений поворот лопастів в початкове положення і виключення вітродвигуна.

- забезпечити управління безперебійною подачею енергії споживачам за рахунок використання акумулюючих пристроїв і сонячних батарей, коли швидкість вітру недостатня для роботи вітрогенератору або вітроагрегату не працює;

- забезпечити вимірювання кута повороту лопастів ВЕУ;

В даний час існує достатня кількість вітросилових установок, призначених для отримання енергії. Принцип дії всіх вітродвигунів один: під натиском вітру обертається вітроколесо з лопастями, передаючи момент, що крутить, через систему передач валу генератора, що виробляє електроенергію, водяному насосу або електрогенератору. Чим більше діаметр вітроколеса, тим більший повітряний потік воно захоплює і тим більше енергії виробляє агрегат. У різних конструкціях даний принцип використовується по-різному. Впродовж багатьох років він утілювався в двигунах гвинтового типу, де розташовані у вертикальній площині лопасті обертають горизонтальний вал.

Перше і останнє завдання вирішуються за допомогою акумулюючих пристроїв невеликої ємкості, які називаються буферними, головна їх функція, – згладжувати вироблення енергії, що викликана мікро пульсаціями вітру і короткочасними зниженнями його швидкості, забезпечувати стійку роботу в пікових по навантаженню режимах. Такі акумулятори віддають споживачеві накопичену енергію відразу або через короткі проміжки часу.

Для реалізації інших завдань застосовують, як правило так звані ємкісні акумулюючи пристрої, в яких запас енергії визначається двох або трьохдобовими споживаннями. Вони розраховані на використання в періоди достатньо тривалих спадів швидкості вітру. Накопичену енергію ці пристрої можуть віддавати споживачеві після її накопичення за годину і добу.

Опис розробки.

Установка забезпечує використання освітлювальних приладів, електроінструментів, побутових електроприладів, теле- і радіоапаратури, заряд акумуляторів. Автономно виробляє при роботі в буферному режимі з акумуляторною батареєю наступні види електроживлення: напруга постійного струму 24 В; змінна напруга 220 В 50 Гц (у комплекті з інвертором).

Склад установки: вітроколесо, генератор з поворотним пристроєм, розбірна щогла, блок управління, нагрівач, сполучні кабелі. Маса установки без інвертора - 60 кг. Ємкість кислотної або лужної акумуляторної батареї, що підключається споживачем, - не менше 190 А∙год. Установка може працювати в комплексі з сонячною батареєю потужністю до 300 Вт, а також в режимі без акумулятора для живлення навантаження, що не вимагає стабілізації напруги.

Передбачено: індикацію стану акумулятора, захист акумулятора від перезаряду, автоматичний захист вітроагрегату від механічних пошкоджень при швидкості вітру, що перевищує 12 м/с, потужність по постійному струму - до 500 Вт при швидкості вітру 10 м/с, робочий діапазон швидкостей вітру – 3…25 м/с, діаметр вітроколеса - 2,2 м, висота щогли - 4,5 м.

Аналіз існуючих рішень в області автоматизації роботи вітроенергетичних установок показує доцільність розробки автоматизованої системи управління параметрами вітроэнергетичної установки.

Щоб при певних швидкостях вітру зберегти потужність вітроагрегату майже незмінною, оберегти його від перевантажень, тобто забезпечити включення і виключення вітродвигуна, залежно від швидкості вітру і навантаження, забезпечити рівномірну роботу ВЕУ, забезпечити задану частоту обертання вітроколеса, доводиться застосовувати автоматизовані системи управління і регулювання. Крім того, коли наступає більш менш тривале затишшя, швидкості вітру недостатньо для роботи вітрогенератору. Тому у багатьох випадках доводиться комплектувати вітроустановку акумулюючим пристроєм і установкою, дублюючою потужність вітроагрегату.

Проектована система буде побудована на базі ПЕОМ і розподіленої системи збору і передачі інформації, яка у свою чергу буде зібрана на базі спеціалізованих модулів видаленого збору і управління серії I-7000 фірми FASTWEL. Застосування даної конфігурації апаратного і програмного забезпечення забезпечать наступні переваги:

· сучасні ПЕОМ забезпечують досить високу надійність і точність роботи системи;

· застосування мережевих фільтрів і джерел безперебійного живлення для ПЕОМ забезпечить захист системи від збоїв і порушень режимів роботи в мережі живлення;

· універсальність застосування спеціалізованого програмного і апаратного забезпечення.

Побудова системи за розподіленим типом дасть можливість проводити обмін даними між виконавчими пристроями, пристроями збору інформації і комп'ютером по двопровідній лінії (витій парі), розвантажити лінії і центральний процесор ПЕОМ шляхом передачі функцій по перетворенню, оцифровуванню, кодуванню інформації на спеціалізовані модулі.

Застосування модулів видаленого збору і управління серії I-7000 фірми FASTWEL виправдовуються наявними в них функціями самонастройки, здвоєного стежачого контролю і легкістю розширення наявної системи до необхідної. У реальних системах з розподіленою структурою застосовуються пристрої, що мають різні обмеження на швидкість передачі і формату передаваних даних. У таких випадках доводиться використовувати мінімальні значення швидкості передачі даних для всієї мережі, а іноді доводиться будувати паралельні мережі з різними форматами даних. Модулі ICP CON I-7000 мають вбудовану систему самонастройки для автоматичного вибору максимально високої можливої швидкості роботи і автоматичного вибору формату даних, що дозволяє використовувати в системі компоненти різного типу і швидкодії. Функції здвоєного стежачого контролю представлені в наступному вигляді: апаратна функція системи стеження за живленням модулів I-7000 спроектована так, щоб автоматично здійснювати рестарт модулів при короткочасних відхиленнях від допустимих умов експлуатації. У деяких умовах відбуваються і збої в самому комп'ютері. Вбудована функція програмного стеження контролює стан комп'ютера і у разі потреби переводить все виведення модуля в заздалегідь запрограмований безпечний стан для запобігання виходу з ладу всієї системи. Така здвоєна функція стеження значно збільшує надійність і живучість систем в реальних умовах експлуатації.

Розширюваність системи обумовлена тим, що в одному сегменті мережі, побудованому на основі модулів I-7000 фірми FASTWEL, можуть функціонувати до 256 модулів. Проте при використанні повторювачів (репітерів) їх кількість може бути збільшене до 2048. Довжина одного сегменту мережі 1,2 км. При застосуванні повторювачів загальна довжина мережі може бути збільшена до 6 км. Застосування цієї серії дає можливість широкого вибору модулів, що виконують різні функції аналогового і цифрового вводу/виводу, контролерів, що управляють, блоків зовнішніх реле, радіомодемів, багатоканальних джерел струму, напруги. Модулі цієї системи дають можливість віддалити комп'ютер, що управляє, від об'єкту управління на відстань до 6 км.

Для створення програмного інтерфейсу використаний пакет LabView фірми National Instruments, який є об'єктно-орієнтованим програмним засобом для створення імітаційних систем управління технологічними процесами. Lab View надає розробникові СУ практично необмежені можливості для створення зручного інтерфейсу оператора, забезпечення високої точності контролю і управління процесом, надання можливості ручного і автоматичного режиму роботи і так далі За допомогою LabView можна імітувати, а потім і контролювати практично будь-який процес.

Датчик кута повороту, вживаний в даній системі, забезпечує регулювання положення лопастів з точністю до 1°, а цифровий флюгер забезпечує вимірювання напряму вітру з точністю 5°.

За допомогою запропонованої автоматизованої системи управління параметрами ВЕУ забезпечується:

- контроль швидкості вітру, напрями вітру. Для контролю напряму вітру застосовується цифровий флюгер з точністю 5°;

- точність регулювання кута повороту лопастів ВЕУ, яка досягається за рахунок використання датчика кута повороту, який дозволяє не тільки визначати чисельне значення кута повороту лопастів, але і напрям повороту;

- збереження потужності вітроагрегату майже незмінною при значній зміні швидкості вітру, за рахунок регулювання положення лопастів;

- управління безперебійною подачею споживачеві енергії за рахунок використання акумулюючого пристрою і сонячних батарей тоді, коли швидкості вітру недостатні для роботи вітроенергетичної установки або вітроагрегат не працює;

- оберігання вітроагрегату від перевантажень шляхом виключення вітродвигуна в періоди бурі, ураганів і установки лопастів в початкове положення;

- рівномірна робота ВЕУ за рахунок використання комп'ютера і системи регулювання положення лопастів;

- управління комплексом ВЕУ.

Достоїнствами даної системи є її швидкодія і гнучкість.

Поиск по сайту: