Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства РФ

Департамент научно-технологической политики и образования

ФГБОУ ВО «Красноярский государственный аграрный университет»

ИЭ и УЭР АПК

Кафедра электроснабжение сельского хозяйства

Курсовая работа

по дисциплине «Гидроветроэнергетические установки»

на тему «Энергообеспечение сельскохозяйственных потребителей с использованием ВЭУ»

Выполнил:

Вершинский А.С.

Красноярск - 2015



Содержание

Введение

1. Литературный обзор по использованию ВЭУ для энергоснабжения автономных потребителей, в том числе

2. Расчет мощности и энергопотребления электроприёмников сельскохозяйственных потребителей

2.1 Жилой сектор

2.2 Личные приусадебные хозяйства

3. Обоснование и разработка структурной (принципиальной) схемы энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей. Обоснование и расчет режимов системы энергообеспечения

4. Расчет повторяемостей скоростей ветра, характеристик ВЭУ и выработки электроэнергии

5. Расчет себестоимости электроэнергии от ВЭУ и резервного источника питания

Литература



Введение

Существование человека немыслимо без потребления энергии. Уровень развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства, быта человека в значительной степени определяется запасами и использованием энергоресурсов.

Долгое время человек довольствовался скромным источником энергии - собственной мускульной силой, расходуя примерно 8 МДж в сутки. По мере развития цивилизации возрастала потребность в энергии. Однако еще долго основное количество энергии человек получал от домашних животных. Использование энергии рек и создание паросиловых установок в XVIII в по значимости равны открытию электричества и созданию двигателя внутреннего сгорания в XIX в.

Промышленное применение электричества, развитие автомобиле-, тракторо- и самолетостроения вывели человека ХХ в. на совершенно иной уровень энерговооруженности. На человека приходится уже около 103 МДж в сутки.

Вся история развития цивилизации - это поиск более эффективных источников энергии. Известно, что 1 г дров при сгорании дает энергию, в принципе достаточную для того, чтобы обыкновенная электрическая лампочка мощностью 100 Вт горела в течение 1 минуты; 1 г угля обеспечит энергией две такие лампочки; 1 г урана, сгорая в атомном реакторе на медленных нейтронах, дает энергии примерно в 10 млн раз больше. Совершенно иные возможности открываются при управлении термоядерной реакцией.

Кроме названных источников, энергию можно получать от ветра, Солнца, Земли.

По мере того как сложные технологии получения электроэнергии и тепла из ископаемого топлива "традиционными способами" стали достаточно совершенными, начали проявляться угрожающие самому существованию жизни на Земле негативные эффекты-тепловое, химическое, радиоактивное загрязнение окружающей среды; стали быстро уменьшаться запасы нефти, газа, высококачественных углей и других топлив.

Эффективные способы использования органических топлив, экономичные способы переработки урана - все это не решает глобальных проблем энергоснабжения на далекую перспективу уменьшения загрязнения окружающей среды, хранения и переработки огромного количества отходов, возможных аварий на крупных электростанциях и других промышленных гигантах.

В последние годы в нашей стране и за рубежом ведется активная работа по поиску и вовлечению в топливно-энергетический баланс новых источников энергии и нетрадиционных технологий ее получения. Особый интерес проявляется к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ)-энергии Солнца, ветра, Мирового Океана, малых водных потоков, тепла Земли, биомассы и т.д., а также разработке нетрадиционных систем и технологий преобразования и схем использования.

Потенциальные возможности применения возобновляемых источников энергии, экологически более приемлемых, практически не ограничены. В связи с этим создаются принципиально новые технологии и оборудование, новые материалы, реализация которых экономически выгодна.

Использование НВИЭ затруднено из-за их малой концентрации, нерегулярности, зависимости от места расположения, времени года, суток, климатических условий. Поэтому на первом этапе должны быть решены научные проблемы, связанные с развитием технической и материальной баз, обеспечивающих применение НВИЭ.

Крупнейший энергетический ресурс имеет ветер. Годовой технический ветроэнергетический потенциал России значительно превышает сегодняшнее производство электроэнергии в стране и оценивается в 30 триллионов кВт- ч.

На значительной части территории России (более 50%) среднегодовая скорость ветра превышает 5-7 м/сек, при которой могут эффективно эксплуатироваться современные ветроэнергетические установки (ВЭУ).

К таким зонам относятся открытые побережья морей Тихого и Северного Ледовитого океанов, внутренних морей и водохранилищ, высокогорные перевалы, отдельные возвышенности и горы, где, как правило, трудно решаются вопросы энергоснабжения.

Сейчас, по разным оценкам, в мире установлено около 100 тыс. ВЭУ, общая мощность которых превышает 3 млн. кВт.

Разработана нормативно-техническая документация для проектирования, монтажа и эксплуатации ВЭУ и ВЭС.

Россия начала заниматься этим позднее других стран и сегодня также активно развивает ветроэнергетику.



1. Литературный обзор по использованию ВЭУ для энергоснабжения автономных потребителей, в том числе

В конце XIX века в России действовало около 250 тыс. ветряных мельниц общей сельскохозяйственного профиля мощностью примерно 600 МВт. В 1889 г. на ярмарке в Нижнем Новгороде демонстрировались два ветроагрегата мощностью 36,8 кВт каждый. В XX столетии в связи с широким внедрением электричества растет интерес к ветроэлектрическим агрегатам. В период 1890-1908 гг. профессор Лякур разработал более эффективный и быстроходный ветроагрегат для производства электрической энергии. В Асхове ветроколесо диаметром 22,85 м с четырьмя лопастями было установлено на стальной мачте высотой 24,38 м. Установка стала первым примером преобразования энергии ветра в электрическую энергию.

В США в 1920-1930-е годы активно разрабатывались ветроэлектрические агрегаты. Так, компания "Джекобс винд электрик" ввела в конструкцию своих ветроагрегатов два важных усовершенствования: трехлопастный винт, который позволил устранить вибрации, возникающие у двухлопастных винтов, и центробежный шариковый регулятор угла поворота лопастей, обеспечивающий переход их во флюгерное положение при больших скоростях ветра.

Великобритании в 1920-е годы появился интерес к ветроэлектрическим установкам небольшой мощности. Были опубликованы результаты испытаний ветроагрегатов мощностью от 250 Вт до 10 кВт.

В СССР в 1931 г. был построен самый крупный в мире ветроагрегат для получения электроэнергии. Установка мощностью 100 кВт использовалась как дополнительный источник энергии и была включена в сеть тепловой электростанции Севастополя. Ветроагрегат имел трехлопастное ветроколесо диаметром 30 м. Установка проработала 10 лет, подавая электроэнергию в Крымскую энергосистему, была разрушена во время войны в 1942 году.

Первый этап развития ветроэнергетики в нашей стране характеризуется в основном теоретическими исследованиями. Крупнейший русский ученый Н.Е.Жуковский и его ученики В.П.Ветчинкин, Г.Х.Сабинин, Г.Ф.Проскура и др. создали теоретические основы расчета ветродвигателей, положившие начало научному развитию ветротехники. В 1930-е годы созданы аэродинамические профили высокого качества для лопастей ветроколес, проводились испытания различных конструкций ветроагрегатов и установок, совершенствовались методы их расчета и проектирования.

В 1950-е годы с развитием электроэнергетики и в первую очередь сельской электрификации темпы развития ветроэнергетики замедлились. Однако с 1975 г. количество эксплуатируемых ветроустановок во многих странах вновь стало расти. Серийно начали выпускаться электрические ветроагрегаты в Великобритании, Германии, Дании, Канаде, СССР, США, Франции и других странах. На сегодняшний день в основном решены технические проблемы преобразования ветровой энергии и доказана возможность развития ветротехники как источника энергии.

В настоящее время более активно решаются проблемы ветроиспользования, определения энергоэкономических показателей ветроустановок, их проектирования и применения.

Кафедра электроснабжения сельского хозяйства ЧГАУ в течение ряда лет проводит на Южном Урале производственно-экспериментальную проверку работы как самостоятельной ВЭУ, так и в сочетании с гелиоустановкой.

В АО "Калининский" Брединского района Челябинской области смонтированы две ветроэнергетические установки АВЭУ-6-4М (агрегат ветроэлектрический унифицированный) производства НПО "Ветроэн". Ветроагрегат АВЭУ6-4М использован в качестве источника негарантированного электропитания для горячего водоснабжения сельскохозяйственных потребителей. Технические данные ветроагрегата приведены в табл.1.1, общий вид установки - на рис.1.1. В его состав входят: ветроколесо, редуктор цилиндрический с генератором, блок управления и автоматики, редуктор червячный и башня с комплектом закладных для фундамента.

Таблица 1.1

Технические данные	Значения
Номинальная мощность при cos=0.8, кВт	4.0
Число лопастей ветроколеса	2
Диаметр ветроколеса, м	6.6
Высота башни, м	10
Минимальная скорость ветра, м/с	4
Расчетная скорость ветра, м/с	9
Диапазон рабочих скоростей, м/с	4…40
Номинальное напряжение, В	400
Номинальная частота, Гц	50

Рис. 1.1. Общий вид ветроустановки АВЭУ6-4М:

1 - ветроколесо; 2 - редуктор цилиндрический;

3 - генератор; 4 - редуктор червячный;

5 - башня; 6 - фундамент; 7 - кабель;

8 - блок автоматики



Весной 1999 года в п. Мирный Челябинской области введена в эксплуатацию ветроэнергетическая установка компании BERGEY WINDPOWER - BWC-3. Работы по сооружению, пуску и наладке установки произведены Челябинской финансово-строительной компанией. Первоочередной задачей было определение возможности установки BWC-3 в условиях Южного Урала, оценка функциональных возможностей ВЭУ при энергоснабжении потребителя 1-ой категории - фермы КРС на 400 голов.

В настоящее время ведется постоянный контроль за работой всего комплекса оборудования ВЭУ. Периодически в оперативном журнале отмечается состояние оборудования, количество выработанной и потребленной энергии, фиксируются внештатные ситуации.

В условиях Южного Урала в принципе использование энергии ветра возможно. При этом ВЭУ может служить автономным источником энергии для отдельных потребителей или для гарантированного энергообеспечения в централизованной схеме электроснабжения, когда происходит ее отключение или ограничение в подаче энергии.

Для электроснабжения потребителей с повышенными требованиями к качеству энергии предусматривают аккумуляторы электроэнергии и преобразователи (инверторы) постоянного тока в переменный. В централизованной схеме электроснабжения ВЭУ могут служить резервным источником энергии в случае ее отключения, в децентрализованной схеме - ВЭУ может работать совместно с ДЭС.

В настоящее время использование ВЭУ для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей считается неэффективным. Энергия ветра для получения теплоты применяется не так широко, как энергия Солнца. Однако ВЭУ в сочетании с гелиоустановкой вполне можно использовать для выработки тепловой энергии. При комбинированном использовании возобновляемых источников энергии сглаживается неравномерность выработки энергии по сравнению с раздельным применением этих источников.

Преобразование электрической энергии в тепловую повышает эффективность ВЭУ, так как более полно используется потенциальная энергия ветра и снижаются потери при выработке энергии. При этом не требуется сложных и дорогих преобразующих устройств. Таким образом, эффективнее использовать ВЭУ для выработки тепловой энергии, а в случае избытка электроэнергии использовать ее для зарядки аккумуляторных батареи.

В системе РАО "ЕЭС России" имеется три ВЭС: экспериментальная база в Дагестане (5 ВЭС), мощностью 5 МВт; Заполярная ВЭС (г. Воркута) суммарной мощностью 1,5 МВт (сооружена); ВЭС в Калмыкэнерго суммарной мощностью 1,0 МВт (сооружена). На стадии проектирования находятся 7 ВЭС: Магаданская мощностью 50 МВт; Приморская - 30 МВт; Западно-Приморская - 30 МВт; Морская (Карелия) - 30 МВт; Ленинградская - 25 МВт; Дагестанская - 6 МВт; Новороссийская - 2 МВт. В настоящее время функционируют: в Калмыцкой ВЭС ветроустановка мощностью 1 МВт; в Воркуте - ВЭС суммарной мощностью 1,5 МВт (6 х 250 кВт); в Ростове ВЭС - 0,3 МВт.

В мире действуют более 2 млн ВЭУ общей мощностью порядка 7000 МВт. В Германии суммарная мощность ВЭУ составляет 2900 МВт, США - 1800 МВт, Дании - 1400 МВт, Индии - 1000 МВт и т.д. Перспективы развития ветроэнергетики мира, составленные европейской и американской ветроэнергетическими ассоциациями, приведены в табл.3.8.

По прогнозам, в России и странах СНГ к 2006 году мощность ветроустановок достигнет 1020 МВт.



2. Расчет мощности и энергопотребления электроприёмников сельскохозяйственных потребителей

2.1 Жилой сектор

Для всех наиболее типичных (характерных) электропотребителей

определены основные характеристики электрических нагрузок:

· установленная мощность электробытовых машин, приборов и

оборудования (Р, кВт); уст

· число часов их использования (Ч, ч); исп

· годовое потребление электроэнергии (W, кВт х ч); год

· суточные графики электропотребления каждым прибором для

наиболее тяжелых зимних условий и суммарные графики

электропотребления.

Согласно заданию рассмотрена 5,Б- модель электропотребления Централизованное газоснабжение, постоянное проживание, площади помещений-100, 200, 300кв.м (табл. 2.1), предполагающий оснащение современными бытовыми приборами

Таблица 2.1. Пятый Б уровень электрофикации быта. Котеджы- постоянное проживание, централизованное газоснабжение

Процесс, приборы	S=100кв.м.	S=200кв.м.	S=300кв.м.
	Руст, кВт	Чисп, ч.	Wгод, кВт.ч	Руст, кВт	Чисп, ч.	Wгод, кВт.ч	Руст, кВт	Чисп, ч.	Wгод, кВт.ч
Освещение	1,5	1220	1830	3,0	1000	3000	4,5	900	4050
Приемник	0,04	2500	100	0,04	2500	100	0,04	2500	100
Телевизор	0,25	2000	500	0,3	2000	600	0,4	2500	600
Магнитофон	0,025	1000	25	0,025	1000	25	0,025	1000	25
Холодильник-морозильник	0,2	3200	640	0,2	3200	640	0,2	3200	640
Электронасос для воды	0,4	250	100	0,4	250	100	0,4	250	100
Пылесос	1,3	80	104	1,3	90	117	1,3	100	130
Стиральная машина	2,7	150	405	2,7	160	432	2,7	170	459
Кухонный комбайн	0,2	30	6	0,2	300	6	0,2	30	6
Утюг	1,0	150	150	1,0	150	150	1,0	170	170
Соковыжи-малка	0,13	180	23	0,13	180	23	0,13	180	23
Шашлычница	1,0	180	180	1,0	180	180	1,0	200	200
Фритюрница	2,0	100	200	2,0	100	200	2,0	120	240
Гриль	1,0	100	100	1,0	100	100	1,0	150	150
Ростер	0,65	100	65	0,65	100	65	0,65	120	78
Печь СВЧ	1,5	100	150	1,5	100	150	1,5	100	150
Итого	13,9		4578	15,4		5888	17,0		7121

Основные тепловые процессы- горячее водоснабжение и отопление помещений - обеспечиваются централизованным газоснабжением.

Установленная мощность приборов в этой модели в пределах указанных площадей меняется незначительно: от 13,9 кВт для 100 кв.м до 17 кВт для 300 кв.м.

Объем потребления электроэнергии изменяются в больших пределах:

-при постоянном проживании- от 4578 до 7121 кВт.ч.

Основной фактор, влияющий на объемы электропотребления, - число часов использования установленной мощности.

Итого расчетная мощность равна 13,9 кВт-100 кв.м, 15,4 кВт-200 кв.м, 17,0 кВт-300 кв.м.

2.2 Личные приусадебные хозяйства

Личные приусадебные хозяйства (ЛПХ) различаются объемами

производства, количеством и видами домашних животных и птицы, объемами используемой земли, наличием теплиц, количеством и мощностью используемого оборудования.

Нормы (нормативы) разработаны для наиболее характерных моделей ЛПХ.

В животноводстве ЛПХ широко используются инкубаторы, облучатели,

брудеры, различные типы электрокорнеплодорезок, косилки и другое

электрооборудование.

В растениеводстве электроэнергия расходуется на облучение

рассады, обогрев парников, теплиц, полив огорода.

Согласно заданию по энергонасыщенности применяем 1-й тип. в ЛПХ содержатся: 1 корова, 2 свиньи, 5кур.

Суммарная мощность Руст. Меньше 0,8 кВт, с годовым потреблением электроэнергии Wгод менее 100 кВт.ч.

Необходимые приборы для этого типа ЛПХ указаны в таблице 2.2

Таблица 2.2. Оборудование для ЛПХ

Процесс, прибор	Р, кВт уст	Ч, ч исп	W, кВт х ч год
Освещение	0,04	100	4
Кипятльник	0,77	-	70
Сепаратор	0,13	45	6
Итого	0,94	-	80

Итого общая требуемая мощность составляет: 0,94 кВт



3. Обоснование и разработка структурной (принципиальной) схемы энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей. Обоснование и расчет режимов системы энергообеспечения

Разработанное устройство ВЭУ [4] (рис. 3.1) характерно тем, что для электроснабжения электроприемников происходит использование энергии ветрового потока, при этом резервирование осуществляется от сети 380В.

Для аккумулирования излишков ветровой энергии предлагается использовать аккумулятор, который позволяет максимально использовать поступающие потоки ветровой энергии и повысить обеспеченность потребителя снизив ее себестоимость.

Рисунок 3.1 - Устройство ВЭУ для энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей

Электроэнергия от ветроагрегата попадает вначале для накопления в аккумуляторные батареи, где напряжение первоначально стабилизируется, и далее поступает на три однокиловаттных инверторных модуля. Там напряжение преобразуется из постоянного в переменное синусоидальное с коэффициентом гармоник менее 5%, вторично стабилизируется. Частота и фаза его задается внешней сетью (той фазой, на которую работает данный модуль). Таким образом, реализуется инвертор, ведомый внешней сетью. В результате осуществляется параллельная работа между системой централизованного электроснабжения объекта и ВЭУ. В случае возникновения нештатной ситуации (обрыв фазы, недопустимый перекос напряжения по фазам и прочее) - объект отключается от внешней сети и переходит на автономное электроснабжение. Частота, фаза и уровень напряжения каждого модуля формируются в соответствии с действующим ГОСТом. Инвертор становится автономным. Переход с ведомого состояния на автономное происходит автоматически и незаметно для потребителя. При восстановлении параметров внешней сети система также автоматически переходит на ведомое состояние.

При работе с внешней сетью в случае длительного отсутствия ветра уровень запасенной в аккумуляторных батареях энергии автоматически восстанавливается встроенным в модуль зарядным устройством. В случае перезаряда аккумуляторов при автономном режиме, излишки энергии сбрасываются на балластное сопротивление.



4. Расчет повторяемостей скоростей ветра, характеристик ВЭУ и выработки электроэнергии

Важнейшей энергетической характеристикой ветра, оценивающей его кинетическую энергию, является скорость. Под влиянием ряда метеорологических факторов (возмущение атмосферы, изменение солнечной активности и количества тепловой энергии, поступающей на землю, и т. д.), а также рельефных условий местности скорость изменяется по величине и по направлению. Средние скорости ветра существенно меняются в различные периоды суток, в разные месяцы и сезоны. В соответствии с этим различают суточный, месячный и сезонный ход скоростей, характеризующий общую тенденцию их изменения в указанные периоды. В зависимости от регионального расположения ветроэнергетической установки необходимо руководствоваться ветроэнергетическим кадастром.

Под ветроэнергетическим кадастром понимают совокупность достоверных и необходимых сведений, характеризующих ветер как источник энергии и позволяющих выявить его энергетическую ценность. Он представляет собой систему численных характеристик режима ветра в различных зонах, на основании которой можно судить о режимах работы агрегата с той или иной мощностью, суммарной выработке энергии и др. Важнейшими кадастровыми характеристиками являются повторяемость (плотность распределения) различных скоростей, чередование рабочих и штилевых периодов, режимы максимальных (буревых) скоростей. Значения среднегодовых и среднесезонных скоростей также являются важными, а главное, удобными кадастровыми характеристиками общего уровня интенсивности ветра, но их величина еще не определяет в полной мере эффективности использования ветроэнергетических установок.

Наиболее важной характеристикой следует считать функцию статистической закономерности частот вариации скоростей ветра за определенное время. Зная закономерности, определяющие вид и параметры этой функции, и имея характеристики ветроэнергетической установки, можно подсчитать выработку энергии произведенной ветроустановкой, длительность простоев, коэффициент использования установленной мощности, экономическую эффективность и т. д.

Мощность, генерируемую ветроэнергетической установкой, P, кВт, можно рассчитать по формуле:

(1)

где D - диаметр ветроколеса, м;

р - рабочая скорость ветра, м/с.;

о - коэффициент использования энергии ветра;

зр - коэффициент полезного действия редуктора;

зг - коэффициент полезного действия генератора;

сosц - коэффициент мощности генератора.

Количество произведенной за J-й месяц ветроэлектрическим агрегатом электроэнергии Wj, кВт.ч, рассчитывается по формуле:

(2)

где Pi - мощность установки в i-м диапазоне скоростей ветра, кВт;

pi - вероятность (% общего числа случаев) скоростей ветра по градациям;

mi - число дней в месяце.

Количество электроэнергии, произведенной ветроэлектрическим агрегатом за год Wгод, кВт.ч, рассчитывается по формуле:



(3)

Боготольский муниципальный район (рис. 4.1) расположен в западной части Красноярского края. Лесом покрыто чуть более 50% всей территории района. С точки зрения ветроэнергетического потенциала, на территории района преобладают II и III ветровые зоны. ВЭП западной части района обусловлен равнинным рельефом и границей с равнинными степными зонами, в т. ч. и с Ужурским муниципальным районом. ВЭП II ветровой зоны также создается благодаря большим территориям сельскохозяйственных полей.

Практически весь район имеет централизованное электроснабжение. Наиболее перспективно в данном районе использовать ВЭУ малой мощности до 100 кВт. В перспективе возможно рассмотрение вариантов с использованием большой ветроэнергетики с подключением к централизованным энергосетям. Возможно рассмотрение использования ветроэнергетики для электроснабжения фермерских хозяйств и сельскохозяйственных угодий.

По Боготольскому муниципальному району имеются статистические данные по метеорологической станции № 122 Боготол (рис. 4.1), среднемесячные и среднегодовые скорости ветра представлены в табл. 4.1



Рисунок 4.1 - Районирование Боготольского муниципального района по 3 основным ветровым зонам

Масштаб 1:500 000 (в 1 см 5 км)

Размещено на http://www.allbest.ru/

-II ветровая зона со средним ветроэнергетическим потенциалом

(среднегодовая скорость ветра 4 до 5 м/с);

Размещено на http://www.allbest.ru/

- III ветровая зона с низким ветроэнергетическим потенциалом (среднегодовая скорость ветра составляет до 3 м/с).

Таблица 4.1 - Среднемесячные и среднегодовая скорости ветра по метеорологической станции Боготол

№ метеостанции	Наименование метеостанции	Январь	Февраль	Март	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь	Год
112	Боготол	4,5	4,4	4,7	4,5	4,3	3,5	2,8	2,7	3,5	4,8	5,2	5,0	4,2



Из табл. 4.1 следует, минимальная скорость ветра в августе - 2,7 м/с, а максимальная - в ноябре - 5,2 м/с.

4.1 Расчет зависимости выходной мощности генератора ВЭУ ЛМВ - 10000 от скорости ветра

Технические характеристики ЛМВ - 10000 приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

Показатель	Тип
	ЛМВ-10000
Выходная мощность, Вт	10000
Скорость ветра, м/с: - пусковая - рабочая - буревая	3,1 12 35
Лопасти ротора: - число - диаметр, м - ометаемая поверхность, м2	3 7 38,5
Частота вращения при номи-нальной мощности, об/мин	280
Генератор	38-полюсный
Максимальная мощность, Вт	10000
Напряжение, В	24/220
Высота мачты	12
аккумуляторные батареи	120В,570А/ч
Цена, руб	155936

Мощность, развиваемую электрогенератором ВЭУ ЛМВ-10000, Вт, можно определить по выражению (3.1).



Однако часто неизвестны зависимости коэффициентов использования энергии ветра, полезного действия редуктора, полезного действия генератора и мощности генератора от скорости ветра.

Для простоты расчета можно принять, что указанные коэффициенты остаются неизменными при изменении скорости ветра. Тогда обозначив произведение () буквой k, рассчитаем k при известных значениях диаметра ветроколеса и мощности ВЭУ при v_р:

(4)

Рассчитаем k для ВЭУ ЛМВ-10000 (P_р = 10 кВт; D = 7,0 м; v_р = 12 м/с):

Подставив значение k в выражение (1), определим мощность ВЭУ P_min при скорости ветра v_min (минимальная скорость, при которой происходит запуск ВЭУ, v_min = 2 м/с).

P_min = 4,81 * 10^-4 * 7² * 2³ * 0,245536 = 0,046296 кВт.

Поскольку запуск ВЭУ происходит при v_min = 2 м/с, при меньших скоростях ветра мощность ВЭУ равна нулю. Далее подставляя значения скорости ветра в выражение (1) в диапазоне от v_min до v_р (12 м/с), рассчитаем зависимость мощности генератора ВЭУ от скорости ветра.

Поскольку высота установки башни ВЭУ равна 12 м, то корректировки скорости ветра от высоты не требуется, т.к. повторяемости скоростей ветра приведены для высоты флюгера (8 - 12 м).

Скорости ветра принимаем равные средним значениям скоростей ветра по градациям (табл. 4.1). Например, в диапазоне от 4 до 5 м/с средняя скорость ветра равна 4,5 м/с и т.д.

Результаты расчета сведем в таблицу 4.2. В диапазоне скоростей от v_р до v_max (для исследуемой ВЭУ от 12 до 35 м/с) за счет регулирования ВЭУ развивает мощность 10 кВт (из технической характеристики ВЭУ ЛМВ 10000 Р_max = 10 кВт). При превышении скорости ветра значения v_max (в примере - более 35 м/с) ВЭУ переходит в режим торможения.

Несмотря на явные преимущества, даже самая совершенная ветровая электростанция имеет ряд недостатков. Прежде всего они заключаются в том, что ветер почти всегда дует неравномерно, создавая то большую, то меньшую мощность, из-за чего производимый ток имеет непостоянную мощность, причём периодически его подача и вовсе может прекращаться. В итоге любая ветроустановка работает на полную мощность только определенное время. Для компенсации подачи тока ветроустановки снабжают аккумуляторами, но это не слишком эффективно и довольно дорого.

Таким образом, ветроустановки не могут сами по себе служить надежной основой энергетики. Ветроэнергетика может рассматриваться как способ получения альтернативной энергии. Поэтому они, как правило, или дополняют основные мощности, внося определенный вклад в производство электроэнергии, или же являются источником энергии в отдаленных или изолированных местах, где трудно или невозможно обеспечить подачу электроэнергии обычным способом

4.2 Расчет выработки электроэнергии, произведенной ВЭУ ЛМВ 10000

Количество произведенной ВЭУ электроэнергии W1, кВт.ч, за месяц рассчитаем по формуле



(5)

где P_i - мощность установки в i-м диапазоне скоростей ветра, кВт;

p_i1 - повторяемость скоростей ветра по градациям месяца;

n - число градаций в диапазоне скоростей от v_min до v_max;

m₁ - количество дней в месяце.

В диапазоне скоростей ветра от 4 до 5 м/с повторяемость скоростей ветра равна 14,2 % (таблица 4.1), а мощность ВЭУ составляет 0,63 кВт, следовательно, выработка электроэнергии составит

W = (0,63*14,2*365*24)/100 = 783,67 кВт.ч.

Аналогично определяется выработка электроэнергии от ВЭУ в других диапазонах скоростей ветра (таблица 4.3).

Таблица 4.3. Выработка электроэнергии от ветроэнергетической установки ЛМВ 10000 по месяцам в районе метеостанции г. Боготол

Итого за год 3099,988 кВтч.

Коэффициент использования установленной мощности

Количество часов использования установленной мощности

ветроэнергетической установки за год составит



(7)



5. Расчет себестоимости электроэнергии от ВЭУ и резервного источника питания

Для создания новых, а также для расширения и реконструкции существующих сельскохозяйственных объектов, необходимо затратить материальные, трудовые и денежные ресурсы. Совокупность этих затрат называются капитальными вложениями. Они образуются из затрат на изыскательные, проектные и подготовительные, из стоимости оборудования, монтажных и строительных работ, включая транспортные расходы. Размер капитальных вложений определяется на основе составления локальных и объектных смет.

В сметной документации под "объектом", стоимость которой определяется объектной сметой, понимается отдельное здание, или сооружение с относящемся к нему оборудованием, инвентарем, внутренними сетями, линиями электропередачи. В процессе осуществления строительства объекта выполняются различные виды работ, стоимость которых определяется локальной сметой.

,

где К_у - цена установки, руб.;

К_д - стоимость доставки, руб.;

К_м - затраты на монтаж, руб.;

К_пн - затраты на пусконаладочные работы, руб.;

К_ф - стоимость фундамента, руб.;

К_к - затраты на прокладку кабеля и монтаж сетчатого ограждения, руб.;

К_з - стоимость заземления, руб.;

К_пр - прочие единовременные затраты, руб.

Цена установки ЛМВ 10000 составляет 155936 рублей.

Тариф на доставку грузов авиационным, железнодорожным и речным транспортом следует принимать от 0,96 до 1,6; от 0,128 до 0,288 и от 0,072 до 0,192 коп/(кг*км) соответственно.

Стоимость доставки железнодорожным транспортом до станции Боготол находится:

К_д = m_уст. L. Т_ЖД = (240. 280. 0,19)/100 = 127 руб.

где m_уст - масса установки, т.

L - расстояние до места установки, км.

Т_ЖД - тариф железнодорожных перевозок (0,19 коп/(кг^.км)).

Стоимость монтажа и пусконаладочных работ определяется по локальной смете на данный вид работ для интересующей ветроэнергетической установки, в нашем варианте, для упрощения расчетов примем стоимость монтажа 6% от стоимости ВЭУ, стоимость пуско-наладочных работ 5% от стоимости ВЭУ.

К_м = 155936. 0,06 = 9356,16 руб.

К_пн = 155936. 0,05 = 7796,8 руб.

Стоимость фундамента, так же определяется из локальной сметы. В нашем варианте, для упрощения расчетов, примем стоимость фундамента 8% от стоимости ВЭУ.

К_ф = 155936. 0,08 = 12474,88 руб.

Прокладка кабеля и монтаж сетчатого ограждения определяется по смете. Поскольку в комплект поставки уже входит кабель, то будем рассчитывать только стоимость ограждения. Для упрощения расчетов примем монтаж сетчатого ограждения 6% от стоимости ВЭУ.

И_к.со. = 155936. 0,06 = 9356,16 руб.

Стоимость заземления будет зависеть также от качества грунта, что скажется на размерах горизонтальных и вертикальных заземлителей, что на данном этапе определить сложно, поэтому стоимость примем равной 4% от стоимости ВЭУ.

И_з = 155936. 0,04 = 6237,44руб.

Прочие единовременные затраты примем в размере 10% от суммы выше приведенных, они будут включать в себя заранее непредвиденные расходы, которые могут возникнуть в ходе вышеперечисленных мероприятий.

. (8)

К_пр = (155936 + 127 + 9356,16 + 7796,8 + 12474,88 + 9356,16 + 6237,44). 0,1 = 20128,44 руб.

Находим капиталовложения по выше приведенной формуле, так как известны все составляющие.

К = 155936 + 127 + 9356,16 + 7796,8 + 12474,88 + 9356,16 + 6237,44 + 20128,44 = 241541,32 руб.

Амортизационные отчисления учитывают возмещение основных производственных фондов в процессе износа оборудования и определяются по формуле

, (9)

где б - норма амортизационных отчислений, для ветроэнергетических установок б = 0,06.

Иам = 241541,32. 0,06 = 14492,48 руб/год.

Отчисления на текущий ремонт определяются по формуле:



, (10)

где к_тр - норма отчислений на текущий ремонт, для ветроэнергетических установок к_тр = 0,03.

И_тр = 241541,32. 0,03 = 7246,24 руб/год

Издержки на оплату труда определяются по формуле:

, (11)

где ТС - тарифная ставка электромонтера обслуживающего данную ветроэнергетическую установку, примем ТС = 16,5 руб/ч;

t - фонд рабочего времени необходимого на обслуживание данной ВЭУ, примем t = 50 ч/год;

к₁ - коэффициент учитывающий дополнительную оплату труда, к₁ = 1,4;

к₂ - коэффициент учитывающий отчисления на социальные нужды, к₂ = 1,26;

к₃ - районный коэффициент, к₃ = 1,3.

С_зп = 16,5. 50. 1,4. 1,26. 1,3 = 1890 руб/год.

Отчисления на обслуживание ВЭУ включают в себя заработную плату обслуживающему персоналу и стоимость обслуживающих работ, и определяются по формуле:

, (12)

где к_обсл - коэффициент учитывающий отчисления на обслуживание ВЭУ, к_обсл = 0,012.

И_обсл = 1890,525 + 241541,32. 0,012 = 4789,02 руб/год.

Себестоимость электрической энергии в основном будет зависеть от первоначальной стоимости ветроэнергетической установки и выработанной электроэнергии в течение года, в Боготоле годовая выработка электроэнергии составляет 3100 кВт*ч.

Себестоимость 1 кВт^.ч электроэнергии, произведенной ветроэнергетической установкой, определяется по формуле:

ветер электроэнергия солнечный техника

,(13)

где И_пр - прочие отчисления, примем равными 10% от вышеперечисленных, руб/год;

W_год - годовая выработка электроэнергии ветроэнергетической установкой, кВт?ч.

По результатам расчета себестоимость электроэнергии в районе Боготола от ветроэнергетической установки ЛМВ 10000 составит 9,41 рублей за 1 кВт^.ч.



Литература

1. Абрахманов Р.С. Об эффективности использования ветроэнергетических ресурсов для выработки электроэнергии / Р.С. Абрахманов, Ю.П. Переведенцев // Метеорология и гидрология. - 1994. - № 12.

2. Авалиани Д.И. Комплексная система из гелиоконцентратора и ветроэлектрической установки для отопления и горячего водоснабжения / Д.И. Авалиани, З.Т. Габуния // Гелиотехника. - 1987. - C. 68-71.

3. Аверин А.А. Повышение эффективности энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей с использованием ветродизельной установки: дис. … канд. техн. наук / А.А. Аверин. - Челябинск, 2009. - 157 с.

4. А.с. 1315416 СССР. Энергетическая установка // Л.А. Саплин, В.Л. Орлов, Р.Ф. Юнусов, С.К. Шерьязов. Опубл. 1993, Бюл. № 18.

5. Авезов Р.Р. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения / Р.Р. Авезов, А.Ю. Орлов. - Ташкент: Фан, 1988. - 288 с.

6. Алексеев В.В. Солнечная энергетика (Перспективы развития) / В.В. Алексеев, К.В. Чекарев. - М.: Знание, 1991.

7. Александров А.В. Системный анализ при создании и освоении объектов техники / А.В. Александров, Н.П. Шепелев. - М.: НПО «Поиск», 1992. - 88 с.

8. Амерханов Р.А., Бутузов В.А., Гарькавый К.А. Вопросы теории и инновационных решений при использовании гелиоэнергетических систем: моногр. - М.: Энергоатомиздат, 2009. - 504 с.

9. Амерханов Р.А. Оптимизация сельскохозяйственных энергетических установок с использованием возобновляемых видов энергии / Р.А. Амерханов. - М.: КолосС, 2003. - 532 с.

10. Анапольская Л.Е. Режим скоростей ветра на территории СССР / Л.Е. Анапольская. - Л.: Гидрометеоиздат, 1961. - 200 с.

11. Анапольская Л.Е. Ветроэнергетические ресурсы и методы их оценки / Л.Е Анапольская, Л.С. Гандин // Метеорология и гидрология. - 1978.-№ 7.-C. 9-17.

12. Арсеньев Ю.Д. Инженерно-экономические расчеты в обобщенных переменных / Ю.Д. Арсеньев. - М.: Высш. шк., 1979. - 215 с.

13. Атлас ветрового и солнечного климатов России / под ред. М.М. Борисенко, В.В. Стадник. - СПб., 1997. - 173 с.

14. Афанасьев С.Д. Перспективы развития новых источников энергии / С.Д. Афанасьев, Р.Н. Грикевич, Е.О. Мазарович // Энерг. стр-во за рубежом. - 1987.-№ 3.-C. 15-18.

15. Саплин Л.А., Шерьязов С.К., Пташкина-Гирина О.С., Ильин Ю.П. Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей с использованием возобновляемых источников: Учебное пособие / ЧГАУ - Челябинск, 2000.

16 Бастрон А.В., Чебодаев А.В. Практикум по применению ветроэнергетических установок в сельском хозяйстве. Ч.1/ Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 1999. 47 с.

17. Цугленок Н.В., Бастрон А.В., Чебодаев А.В., Михеева Н.Б. Расчет выработки энергии ветроэнергетической установкой в климатических условиях Красноярского края, республик Хакасия и Тыва / Вестник АлтГТУ им. И.И. Ползунова №3, 2000 г. С. 92 - 99.

Размещено на Allbest.ru

...