Войти в мой кабинет
Регистрация
ГОТОВЫЕ РАБОТЫ / ДИПЛОМНАЯ РАБОТА, ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ МАШИНОСТРОЕНИЕ

Повышение Эффективности Энергообеспечения Блочной Теплицы С Использованием Возобновляемых Источников Энергии

happy_woman 2550 руб. КУПИТЬ ЭТУ РАБОТУ
Страниц: 102 Заказ написания работы может стоить дешевле
Оригинальность: неизвестно После покупки вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100% с помощью сервиса
Размещено: 17.12.2020
Актуальность темы. Возрастающие потребности сельского хозяйства в энергоресурсах и рост цен на органическое топливо в сочетании с аварийным состоянием электрических сетей и оборудования, а также негативным воздействием традиционных энергетических объектов на окружающую среду вызывает необходимость в поиске альтернативных источников энергии. Одним из путей решения данной задачи является использование в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей солнечной и ветровой энергии. Установки на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) наиболее перспективны на данный момент для автономного электроснабжения, так как для 2/3 территории России, где проживает постоянно более 10 млн. чел., отсутствует централизованная система электроснабжения. Наиболее рационально при этом комбинированное использование ВИЭ, поскольку оно имеет ряд преимуществ по сравнению с одиночным использованием. Таким образом, исследование по формированию современных комбинированных систем автономного электроснабжения на основе ВИЭ является актуальным. Поэтому целью нашей работы состоит в разработке комбинированной автономной системы энергообеспечения блочной теплицы на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Целью выпускной квалификационной работы является повышение эффективности работы системы энергообеспечения блочной теплицы за счет применения автономных энергетических систем на основе ВИЭ. Для достижения данной цели были поставлены и решены следующие задачи: 1) Провести обзор и расчет существующих возобновляемых источников энергии для энергообеспечения блочной теплицы. 2) Разработать структурную и принципиальную схемы комбинированной энергетической установки для энергоснабжения блочной теплицы, позволяющую осуществить эффективное преобразование энергии, ее суммирование, накопление, распределение и регулирование. 3) Разработать и исследовать метод управления системой генерации электроэнергии при использовании солнечных и ветровых энергетических установок. 4) Провести технико-экономическую оценку внедрения системы автономного энергообеспечения блочной теплицы. Объект исследования – комбинированная система энергообеспечения блочной теплицы на основе возобновляемых источников энергии. Предмет исследования. Технологические режимы работы возобновляемых источников энергии. Методы исследования. В работе применены методы математического анализа, теории вероятности, теории электрических цепей, численные методы расчёта, а также математического моделирования. Вычисления и моделирование проводились с применением пакетов программ Excel, Matlab. Элементы научной новизны. 1) Обеспечение автономности энергообеспечения теплиц блочного типа с помощью ВИЭ. 2) Математическое описание моделей элементов комбинированной системы энергообеспечения блочной теплицы на базе ВИЭ с реализованными алгоритмами управления. Основные положения, выносимые на защиту магистра. На защиту ВКР выносится комбинированная система энергообеспечения блочной теплицы на основе ВИЭ. Практическая значимость. Результаты исследований, полученные в ВКР, позволяют решать следующие практические задачи, актуальные в работе теплиц блочного типа: 1) Структурная и принципиальная схемы комбинированной энергетической установки для энергоснабжения блочной теплицы. 2) Математическое описание моделей элементов комбинированной системы энергообеспечения блочной теплицы на базе ВИЭ, позволяющее реализовать структуру компонентов автоматизированной системы управления системы. Апробация результатов ВКР. Результаты исследований доложены и одобрены на Международной научно-практической конференции «Техническая и технологическая модернизация России: проблемы, приоритеты, перспективы» (г. Челябинск, 2020 г.); Всероссийской научно-практической конференции «Междисциплинарность науки как фактор и условие повышения качества научных исследований» (г. Оренбург, 2020 г.). Публикации. По материалам ВКР опубликовано 2 печатные работы [13, 14].
Введение

В современных условиях перед тепличными предприятиями стоят важные задачи обеспечения потребностей населения, как в рассадном материале, так и обеспечение населения овощными культурами в переходный и зимний период времени. Современная теплица - это довольно сложный механизм, направленный на создание максимально комфортных условий для выращивания растений. С развитием науки и техники, стала возможна установка специальных автоматизированных систем для содержания и ухода за теплицами и растениями. Повышение продукции от сооружений защищенного грунта связано с поддержанием необходимых параметров микроклимата различным электрооборудованием теплиц. При согласованной работе этого электрооборудования можно существенно снизить затраты на энергетические ресурсы, следовательно, и себестоимость этой продукции. Поэтому с целью снижения издержек производства, снижению стоимости получаемой продукции, в современных тепличных комплексах прослеживается тенденция на снижение затрат производства за счет энергосбережения и полной автоматизации технологического процесса производства продукции.
Список литературы

1. Абдрахманов, Р.Р. Возобновляемые источники энергии Башкортостана : научное издание / Р.Р. Абдрахманов. - Уфа: Башгосагроуниверситет, 2008. – 168 с. 2. Автономные системы энергоснабжения на базе ВИЭ: тенденции спроса и предложения [Электронный ресурс]: техническая информация / Исследовательская компания «Текарт». - Режим доступа http://cleandex.ru/opinion/2010/05/04/renewab1eenergyindependentsystemmarketinterview. - 15.04.2020. 3. Алиев, И. И Справочник по электротехнике и электрооборудованию: учебное пособие для вузов / И. И. Алиев. - Москва : Высшая школа, 2000. - 255 с. 4. Бабакин, Б.С. Теплонасосные установки в отраслях агропромышленного комплекса : учебник / Б.С. Бабакин [и др.]; под ред. Б.С. Бабакин. - Санкт-Петербург: Издательство «Лань», 2014. – 336 с. 5. Безруких, П.П. Системы гарантированного электроснабжения автономных потребителей на основе возобновляемых источников энергии / П.П. Безруких, А.К. Сокольский, В.П. Харитонов // Нетрадиционные источники энергии. Вторичные энергоресурсы. Экология. - М., - 2003. С. 3-8. 6. Бесекерский, В. А. Теория систем автоматического управления / В. А. Бесекерский, Е. П. Попов. - СПб.: Профессия, 2003. – 752 с. 7. Бурмистров, А.А. Методы расчета ресурсов возобновляемых источников энергии : учебное пособие / А.А. Бурмистров, В.И. Виссарионов, Г.В. Дерюгина. – Москва : Издательский дом МЭИ, 2007. - 144 с. 8. Ветрогенератор 5/7 KWt-48V LOW WIND [Электронный ресурс]: каталог / МАП "Энергия". - Режим доступа http://www.invertor.ru/zzz/item/windgen_57_48. - 15.04.2020. 9. Владыкин, И.Р. Повышение эффективности предпосевной обработки семян овощных культур : дис. ... канд. техн. наук : 05.20.02 / Владыкин Иван Ревович. - Москва, 1999. – 145 с. 10. Виссарионов, В.И. Солнечная энергетика : учебное пособие для вузов / В.И. Виссарионов [и др.]; под ред. В.И. Виссарионов. - Москва : Издательский дом МЭИ, 2008. - 276 с. 11. Вопросы и ответы о возобновляемых источниках энергии [Электронный ресурс] : ПАО «РусГидро» // ПАО «РусГидро». – Режим доступа: http://www.rushydro.ru/press/material/26712.html -12.04.2020 12. Водянников, В.Т. Практикум по экономике сельского хозяйства : учебное пособие / В.Т. Водянников [и др.]; под ред. В.Т. Водянников. – М.: КолосС, 2008. – 232 с. 13. Гайсин, Р.Н. Перспективы использования нетрадиционных источников энергии для энергообеспечения блочной теплицы / Р.Н. Гайсин // Техническая и технологическая модернизация России: проблемы, приоритеты, перспективы: сборник статей по итогам Международной научно-практической конференции (Челябинск, 23 марта 2020 г.). - Стерлитамак: АМИ, 2020. – С.6-9. 14. Гайсин, Р.Н. Сокращение энергопотребления блочной теплицы путем автоматизации технологических процессов / Р.Н. Гайсин // Междисциплинарность науки как фактор и условие повышения качества научных исследований: сборник статей Всероссийской научно-практической конференции (29 марта 2020 г, г. Оренбург). - Уфа: OMEGA SCIENCE, 2020. – С 12-15. 15. Дьяконов, В.П. MATLAB 6.5 SP1/7 + Simulink 5/6. Основы применения. Серия «Библиотека профессионала» : учебное пособие / В.П. Дьяконов. – Москва : COJIOH-Пресс, 2005. - 800 с. 16. Естественное и искусственное освещение : СП 52.13330.2016. Актуализированная редакция СНиП 23–05–95*. – Введ. с 08.05.2017. – Москва : Минрегион России, 2016. – 68 с. 17. Захаров, А.А. Практикум по применению теплоты в сельском хозяйстве : учеб.пособие / А.А. Захаров. - 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Агропромиздат, 1985. - 175с. 18. Земсков, В.И. Возобновляемые источники энергии в АПК : учебное пособие / В.И. Земсков. – СПб.: Издательство «Лань», 2014. – 368 с. 19. Иванов, В.А. Комбинированная автономная система энергообеспечения биогазовой установки для электроснабжения сельскохозяйственного потребления / В.А. Иванов, И.З. Минегалиев // Научное сообщество студентов : материалы XIX Междунар. студенч. науч.-практ. конф. (Чебоксары, 15 март 2019 г.) / редкол.: О.Н. Широков [и др.] – Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2019. – С. 55-57. 20. Инвертор МАП SIN HYBRID 48В 12 кВт МикроАрт : [Электронный ресурс]: каталог / Компания Эксморк. - Режим доступа https://spb.invertory.ru/product/2979/ - 15.04.2020. 21. Клод Мандил Возобновляемая энергия в России: От возможности к реальности / Клод Мандил. – Москва : Наука. Техника, 2004. – С. 27–53. 22. Козинский, В. А. Проектирование электрического освещения и облучения в сельскохозяйственном производстве : методическое указание для студентов / В.А. Козинский. – Ижевск : Госкомиздат, 1991. – 240 с. 23. Мартиросов, С.Н. Разработка метода выбора параметров комбинированных ветро-фотоэлектрических энергоустановок для автономного сельского дома : дис. канд. техн. наук: 05.14.08 / С.Н. Мартиросов. - Москва, 2001. - 133 с. 24. Наземное солнечное излучение [Электронный ресурс] : основы солнечной энергетики / ООО «Энергосистемы». – Режим доступа: lhttp://ust.su/solar/media/section-inner12/637/ -12.04.2020 25. НТП ЭПП-94. Нормы технологического проектирования. Проектирование электроснабжения промышленных предприятий. – Москва : АООТ ОТК ЗВНИ ПКИ Тяжпромэлектропроект, 1994 (1-я редакция). –25 с. 26. Новости солнечной энергетики [Электронный ресурс] : солнечная энергетика / ООО "САН ШАЙНС". – Режим доступа: https://sun-shines.ru/u-rossii-horoshij-potencial-razvitiya-solnechnoj-ehnergetiki/ -12.04.2020. 27. Нормы освещения сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений [Электронный ресурс] : ОСН-АПК 2.10.24.001-04. – Введ. с 01.12.2004. – Москва : ФГНУ НПЦ "Гипронисельхоз", 2004 год. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200037961 -12.04.2020. 28. Преимущества собственной электростанции [Электронный ресурс] : автономное электроснабжение / Ваш Солнечный Дом. – Режим доступа: https://www.solarhome.ru/basics/autonom/pros_cons.htm -12.04.2020. 29. Разгонные вентиляторы Multifan [Электронный ресурс]: каталог / ООО «АгроВент-М»/ -Режим доступа: http://www.agrovent.ru/catalog/teplitsy/ventilyatsiya-teplits/ventilyatory-multifan/ - 10.04.2020. 30. Светодиодный светильник «Турин» ОСС-72PX-IP54 [Электронный ресурс]: каталог / ГК "ЭлПромЭнерго". - Режим доступа: http://ledperm.ru/catalogue/show/svetilnik-turin-oss-72px-ip54/ - 18.04.2020. 31. Солнечная батарея DELTA SM 200-24 M 200 Вт : [Электронный ресурс]: каталог / ООО "Реалсолар". - Режим доступа https://delta-paneli.ru/solar-paneli/delta-sm-mono/delta-sm-200-24-m/?frommarket=https%3A%2F%2Fmarket.yandex.ru%2Fsearch%3Frs%3DeJwz0vTiFuI0MTYwMDQzszAHcYyMTAzNTQxMTcEcQ0sDC0sjc6MIBgCgxgd9%26text%3D%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%25B&ymclid=15880950809494748965800002 - 15.04.2020. 32. Сетевой инвертор Solax X1-3.3 : [Электронный ресурс]: каталог / Магазин альтернативной энергетики «Энерго Союз». - Режим доступа https://energo-souz.ru/invertory/invertory-do-5-kvt/setevoy-invertor-solax-x1-33/ - 15.04.2020. 33. Удалов С.Н. Возобновляемые источники энергии: учебник / С.Н. Удалов. – Новосибирск: Изд–во НГТУ,2007. – 432 с. 34. Таганова, A.A. Герметичные химические источники тока. Элементы и аккумуляторы. Способы и устройства заряда : справочник / A.A. Таганова, Ю.И. Бубнов. - Изд. 2-е. - Санкт-Петербург: Химиздат. 2002. - 174 с. 35. Тепловой насос [Электронный ресурс]: каталог / ALTAL GRUP. - Режим доступа https://altalgroup.com/price.html -15.04.2020. 36. Теплицы и парники [Электронный ресурс] : СП 107.13330.2012. Актуализированная редакция СНиП 2.10.04-85 (с Изменением N 1) . – Введ. с 01.01.2013. – Москва : Стандартинформ, 2012. – Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200095539# -12.04.2020. 37. Фитолампа Фитосвет Д3 [Электронный ресурс]: каталог / Snert.ru. - Режим доступа http://spb.snert.ru/fitolampa-fitosvet-d3-volya/.- 15.04.2020. 38. Штерцер, В.А. Системы генерации электроэнергии для ветроэнергетических установок / В.А. Штерцер, С.Д. Саленко// Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», Научно-технический центр «TATA», 2010. –№ 5 (85).- С.31-47. 39. Якупова, Р.А. Организация производства и экономическая эффективность механизации и электрификации на предприятиях : учебное пособие / Р.А. Якупова, Р.Н. Сайранов. – Уфа: Мир печати, 2010. – 208 с. 40. Ячейка CA-3.2-100 : [Электронный ресурс]: каталог / Магазин альтернативной энергетики «Энерго Союз». - Режим доступа https://energo-souz.ru/akkumulyatornye-batarei/lifepo4/yacheyka-ca-32-100/ - 15.04.2020. 41. Munteanu, I. Optimal control of wind energy systems: Advances in Industrial Control/ I. Munteanu, A. I. Bratcu, N-A. Cutululis, E. Ceanga// series ISSN 1430-9491– Springer-Verlag London Limited, 2008. – p.284. 42. Sorensen, P. Wind farm models and control strategies/ P. Sorensen, A.D.Hansen, F. Iov, F. Blaabjerg, M.H. Donovan // Technical Report RISO– R– 1464(EN), RISO National Laboratory, Roskilde, Denmark, 2005. - Р.165-172. 43. Wind Energy [Электронный ресурс] : The Facts, March 2009. – Режим доступа: http://www.wind-energy-the-facts.org/ - - 16.06.2020.
Отрывок из работы

1 ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛИЦЫ Основные виды возобновляемых источники энергии и их преимущества в сравнении с традиционными Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - это виды энергии, которые непрерывно возобновляются в биосфере Земли. К данным источникам энергии относиться [21]. Чаще всего к возобновляемым источникам энергии относят энер¬гию солнечного излучения, ветра, потоков воды, биомассы, тепловую энергию верхних слоев земной коры и океана. К данным источникам энергии относиться [21]: - энергия солнца; - энергия ветра; - энергия воды, в том числе энергия волн, энергия приливов; - геотермальная энергия; - низкопотенциальная тепловая энергия земли, воздуха, воды с применением особых теплоносителей; - энергия биомассы, включающая в себя: отходы производства и потребления, биогаз; газ, выделяемый отходами из свалок и т.п. Традиционная энергетика основана на применении ископаемого топлива, запасы которого ограничены. Она зависит от величины поставок и уровня цен на него. Возобновляемая энергетика основана на разных природных ресурсах, что позволяет экономить не возобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики, а также сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию. ВИЭ экологически чистые: при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы. Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива. В большинстве случаев ВИЭ-электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека. В технологиях возобновляемой энергетики реализуются новейшие достижения многих научных направлений и отраслей: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологий, материаловедения и т. д. Развитие наукоемких технологий позволяет создавать дополнительные рабочие места за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также экспорта наукоемкого оборудования [11]. Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Основными преимуществами ВИЭ по сравнению с энергоисточниками на органическом топливе являются практическая неисчерпаемость ресурсов, повсеместное распространение многих из них, отсутствие топливных затрат и выбросов вредных веществ в окружающую среду [25]. Однако они, как правило, более капиталоемкие, и их доля в общем энергопроизводстве пока невелика (за исключением гидроэлектростанций). Согласно большинству прогнозов, эта доля останется умеренной и в ближайшие годы. К основным недостаткам ВИЭ, сле¬дует отнести относительно низкую энергетическую плотность и край¬нюю изменчивость. Низкая удельная мощность потока энергоносителя приводит к увеличению массогабаритных показателей энергоустановок, а изменчивость первичного энергоресурса, вплоть до периодов его пол¬ного отсутствия, вызывает необходимость в устройствах аккумулирова¬ния энергии или резервных энергоисточников. Повышение энергетической эффективности установок, использу¬ющих ВИЭ, является весьма актуальной проблемой, которая решается путем улучшения технико-¬экономических характеристик собственно энергетического оборудова-ния, оптимизацию его энергетических балансов и режимов с уче¬том изменяющейся нагрузки и энергии возобновляемого источника [24]. А, так же, путем комбинирования энергоустановок для взаимного компенсирования неравномерности производящей энергии возобновляемым источником, что позволит снизить мощность установок, следовательно, снизить стоимость. 1.2 Солнечные энергоустановки 1.2.1 Потенциал солнечной энергетики РФ На рисунке 1.1 приведено распределение суммарной солнечной радиации на территории Российской Федерации (РФ). В силу протяженности территории РФ уровни солнечной радиации в различных регионах существенно варьируются. Так, солнечная радиация в отдаленных северных районах составляет 810 кВт·час/м2 в год, тогда как в южных районах она превышает 1400 кВт·час/м2 в год. Ее значения демонстрируют также большие сезонные колебания. Например, на широте 55° (Москва) солнечная радиация составляет в январе 4,69 кВт·час/м2 в день, а в июле - 11,41 кВт·час/м2 в день [26]. Существенное значение имеет также количество часов в сутках, в течение которого в данном месте светит солнце. Эта величина очень различна для разных регионов. Причем на нее влияет не только географическая широта местности, но и другие факторы, например, расположение в гористой местности или просто наличие неподалеку горной гряды, которая закрывает солнце в утренние или вечерние часы. Рисунок 1.1 Распределение суммарной солнечной радиации на территории РФ 1.2.2 Типы солнечных энергетических установок Рассмотрим основные конструктивные типы солнечных электростанций (СЭС) и их возможности. Характеристики основных СЭС: Сетевые СЭС. Простейшая схема сетевой солнечной электростанции представлена на рисунке 1.2. Рисунок 1.2 Схема сетевой СЭС Для нормальной её работы необходимо подключение к внешней электросети. Наличие и качество внешней электросети (помимо солнца) имеет критическое значение для работы СЭС. При её отсутствии, или несоответствии нормам такая СЭС становится бесполезной даже в самую солнечную и безоблачную погоду. Эта зависимость от центрального электроснабжения является главным недостатком таких СЭС. К достоинствам следует отнести относительную, но существенную дешевизну СЭС и более высокий общий КПД системы (90…95%) по сравнению с другими типами СЭС. Эти два качества делают этот тип СЭС несомненно более привлекательным для выработки электроэнергии и для её продажи. Гибридные СЭС (автономные, соединенные с сетью). Представляет собой базовую схему сетевой СЭС с добавлением банка аккумуляторных батарей (АКБ), контроллера заряда и заменой сетевого инвертора на гибридный. Отличительной особенностью является возможность запасать часть выработанной в солнечный период электроэнергии в АКБ (рисунок 1.3). Рисунок 1.3 Схема автономной, соединённой с сетью (гибридной) СЭС Благодаря наличию банка АКБ они менее зависимы от источника центрального электроснабжения. Такие СЭС применяют преимущественно как часть системы бесперебойного питания там, где центральное электроснабжение недостаточно или нестабильно. К недостаткам следует отнести высокую цену системы, за счёт банка АКБ и мощности инвертора, которые должны быть тем больше, чем больше требуется времени бесперебойной работы и подключаемых нагрузок соответственно. Автономные СЭС. СЭС, работающие без подключения к внешней электросети называются автономные (рисунок 1.4). Рисунок 1.4 Схема автономной СЭС Автономная фотоэлектростанция, кроме солнечных панелей, как правило содержит аккумуляторные батареи и контроллер заряда. При необходимости электроснабжения потребителей, требующих стандартного напряжения 220/380В переменного тока, в состав фотоэлектростанции необходимо включить инвертор. Единственный недостаток таких станций является потеря энергии при малых нагрузках [28]. Также можно использовать модульные инверторы. В такой конфигурации средняя номинальная мощность обычно достигает уровня 10 кВт. Также возможны следующие вариации: 1) Каждая панель обслуживается небольшим интегрированным инвертором, обеспечивая сотни Вт мощности. 2) Отдельные DC/DC-преобразователи используются в каждой секции фотогальванических элементов, выходы DC/DC-преобразователей подключаются параллельно к одному DC/AC-инвертору. Эта топология является самой эффективной, номинальная мощность достигает 100 кВт. Основная функция инвертора заключается в преобразовании постоянных токов от фотогальванических панелей или батареи с различным уровнем напряжений в переменный ток с определенным уровнем напряжения и частотой для питания устройств или передачи в энергетическую систему. DC/DC-преобразователь повышает или понижает уровень входного напряжения, подстраивает свой выход для получения максимальной эффективности на этапе DC/AC-преобразования. 3) Конденсатор выполняет функцию буферизации напряжения. 4) MOSFETы в составе моста переключаются с частотой около 20 кГц для преобразования постоянного тока в переменный. 5) Индуктивности «сглаживают» сигнал после ключей для получения синусоиды. В некоторых случаях уровень напряжения на входе DC/AC- преобразователя должен быть выше, чем на выходе DC/DC-преобразователя. Для этого используется трансформатор после индуктивностей. Несмотря на то, что трансформатор увеличивает вес, габариты и стоимость устройства, а также уменьшает КПД в среднем на 2 %, он увеличивает защиту устройства и безопасность пользователя, осуществляя гальваническую развязку между DC- и AC-частями схемы. Эту же функцию может выполнять DC/DC-преобразователь с нулевым напряжением переключения (эквивалент трансформатора). 1.3 Ветроэнергетические установки Ветроэнергетика стала ответом на растущую потребность мира в электричестве и источниках возобновляемой и чистой энергии. Все больше людей считают энергию ветра лучшим способом генерирования электричества, чем электростанции, которые работают на атомной энергии, энергии воды или угля. В странах Европы ветроэнергетика занимает около 25 % от всего объёма вырабатываемой электроэнергии. Остальные 75 % приходятся на выработку электроэнергии от атомных, гидро- и теплоэлектростанций. Обслуживающие электросети компании не зависят от этих поставщиков. Потребитель электроэнергии, например, рядовой гражданин, вправе выбирать - какой вырабатывающей энергокомпании он будет платить за электричество. Такая энергетическая политика обеспечивает должный уровень конкуренции между поставщиками электроэнергии, исключает монополию в этом секторе и, соответственно, приводит к снижению тарифов. Стремящиеся к энергонезависимости западные страны активно стимулируют инновационные разработки в этой области и вкладывают большие средства в развитие ветроэнергетических установок. На рисунке 1.5 показана схема передачи электричества от ветряных установок к потребителю [42]. Рисунок 1.5 Схема передачи электричества от ветряных установок к потребителю Такие фирмы-гиганты, как SIEMENS и CONVERTEAM, разрабатывают комплексные силовые установки, которые преобразуют изменяющееся от ветряных электростанций в стабилизированное, привычное нам напряжение с частотой 50 (60) Гц [32]. Качественные параметры такого напряжения отвечают всем требованиям. Пока что лидерами по применению ветряных электростанций остаются Европа и Америка, однако Россия также увеличивает применение ветрогенераторов, например, в скором времени в Краснодарском крае планируется установить комплекс ветряных электростанций мощностью 1 МВт. В России ветроэнергетика пока находится в начале пути развития, так как цены на энергоресурсы низкие, а капитальные затраты на строительство ветрогенераторных электростанций довольно высоки и, как правило, такие дорогостоящие проекты растягивают срок окупаемости на десятки лет. Рост строительства загородных домовладений (частные дома, сады, дачи), сельские потребители и труднодоступные места России, где ещё не проведена электросеть – это благоприятная область для развития автономной малой ветроэнергетики. Стационарные ветрогенераторы могут полностью обеспечивать электрическим питанием жилой дом или небольшой производственный объект, накапливать в аккумуляторные батареи необходимый ресурс электроэнергии для применения в периоды отсутствия ветра, могут функционировать в сочетании с дизельгенераторами или солнечными генераторами, а также давать экономию при использовании центральной электросети. Мобильные ветряные электростанции могут применяться в путешествиях для подзарядки автомобильных аккумуляторов или для непосредственного питания электроприборов. Все ветряные электростанции можно разделить на две основные категории: промышленные и бытовые ветрогенераторы [42]. Промышленные ветрогенераторы отличаются очень большой мощностью, которая для некоторых ветрогенераторов может достигать 5…6 МВт. Как правило, такие ветрогенераторы объединяют в единые сети. Бытовые ветрогенераторы, в отличие от промышленных ветроустановок, обычно имеют мощность не более 10…15 кВт. Ввиду большой стоимости ветрогенераторов, среди населения наибольшим спросом пользуются ветряные электростанции относительно небольшой мощности 2…5 кВт. На рисунке 1.6 приведены кинематические схемы ветрогенератора, приводимого в движение ветротурбиной через ременную передачу (рисунок 1.6а) и непосредственно от вала ветротурбины (рисунок 1.6б). Ременная либо шестеренная передача применяются для увеличения скорости вращения генератора. Генератор, приводимый в движение непосредственно от ветротурбины, как правило тихоходный. а б Рисунок 1.6 Кинематические схемы ветрогенератора: РП – ременная передача; Г –генератор; ОП опорный подшипник; а - ветрогенератор, приводимый в движение ветротурбиной через ременную передачу; б - ветрогенератор, приводимый в движение от вала ветротурбины При среднегодовой скорости ветра превышающей 3…4 м/с миниэлектростанции вполне хватит для полного энергообеспечения загородного дома средних размеров, кафе, станций техобслуживания и т.п. При отсутствии в доме централизованного электроснабжения возможны два варианта обеспечения электроэнергией. Первый способ - обеспечить наличие двух комплектов аккумуляторных батарей, из которых один находится в работе, а другой на зарядке. Второй вариант - установка ветрового турбогенератора, применяемого только для заряда батарей. Чаще всего комбинируют оба способа как взаимно дополняемые (рисунок 1.7). Рисунок 1.7 Схема обеспечения электроэнергией без централизованного электроснабжения При наличии централизованного электроснабжения применяется комбинированная схема для резервного электроснабжения дома при частых отключениях сетевого электропитания (рисунок 1.8). Рисунок 1.8 Схема обеспечения электроэнергией с централизованным электроснабжением Если напряжение в сети присутствует, контроллер заряжает аккумуляторы и передает в цепь потребителей электроэнергию сети через встроенный стабилизатор напряжения. Переключение в режим инвертора при отключении сети происходит за время 4 мс посредством АВР, которое не сказывается на работе никаких бытовых потребителей [41]. Альтернативой централизованной электросети может служить дизель-генератор, который будет включаться в работу при пониженных значениях напряжения аккумуляторной станции в безветренную погоду (рисунок 1.9). Такой вариант электропитания обеспечит надежное бесперебойное электроснабжение. Рисунок 1.9 Схема обеспечения электроэнергией с дизель-генератором В западных странах широко используется схема электроснабжения ветряных электростанций параллельно с централизованной сетью (рисунок 1.8). Сетевой инвертор, в отличие от предыдущих типов, позволяет системе работать как с аккумуляторными батареями, так и без них. Он также позволяет выводить излишки электроэнергии в общественную электросеть. В этом режиме энергокомпания покупает электроэнергию у потребителя (счетчик электроэнергии СЧ при этом крутится в другую сторону). Такая схема электроснабжения защищена законом государства и наиболее выгодна для населения, имеющего частные дома. К сожалению, в России пока такая схема не применима – нет закона. Важность развития ветроэнергетики в нашей стране определяется тем, что 70 % территории России, на которой проживает 10 % населения и которая практически совпадают с зоной потенциальных ветроресурсов, находится в зоне децентрализованного энергоснабжения [38]. За несколько лет до финансового кризиса в России стала создаваться нормативно-правовая база развития рынка ветроэнергетических установок. Первым шагом в вопросе законодательного регулирования отрасли стало принятие в конце 2007 года поправок к Федеральному закону «Об электроэнергетике», заложивших рамочные основы развития отрасли. Это событие способствовало как формированию институциональных условий функционирования рынка, так и повышению инвестиционной привлекательности отрасли [38]. Суммарная мощность ВЭУ сегодня в России составляет около 16 МВт. На данный момент в стране действуют 9 ветроэнергетических станций установленной мощностью от 0,2 до 5,6 МВт. Средняя за год выработка электроэнергии всеми ВЭУ составляет 12,8 кВт ч/год. Ветроустановки в России, при их значительном развитии, могут быть применимы в различных масштабах - как в частных, так и в производственных целях. На планете в целом ежегодно устанавливается большое их количество; суммарная мощность составляет примерно 200 МВт. Сравнимую мощность вырабатывает крупная ГЭС. В перспективе ветрогенераторы могут быть установливаемы на любой открытой местности - это может быть сельскохозяйственное угодье или степь, предгорье или побережье - в тех районах, где имеется подключение к действующим электрическим сетям. Нет сомнения, что большие и малые ВЭС могли бы высокоэффективно работать на значительных пространствах России, так как страна обладает мощным ветроэнергетическим потенциалом, который оценивается в 40 млрд. кВт·ч электроэнергии в год. В России подходящими для использования и развития ветряных электростанций являются многие районы, в частности, регионы Нижнего Поволжья, Тюменская, Архангельская, Новосибирская области, Краснодарский край, республика Хакасия, Карелия, Коми и другие (рисунок 1.10). Рисунок 1.10 Распределение среднегодовой скорости ветра на территории России Рисунок показывает, где в России целесообразно устанавливать ветроэнергетические установки. 1.4 Тепловые насосы в системе энергообеспечения Тепловым насосом называется устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой [4]. Теоретически такая возможность вытекает из обратного цикла Карно abсd, изображенного на рисунке 1.11 а и 1.11 б в pv и Ts диаграммах. По первому закону термодинамики для любого процесса q=?u+l, где ?u- изменение внутренней энергии в процессе. Известно, что внутренняя энергия есть функция состояния тела, т. е. она зависит лишь от давления и температуры тела в данной точке (например, в точке а). Следовательно, если мы начали цикл в точке а и вернулись в эту точку, то для такого кругового процесса (цикла) ?u=0. Отсюда l_ц=q_ц=q_пол-q_н. В результате осуществления цикла потребитель получает теплоту q_пол=q_н+l_ц. а б Рисунок 1.11 Обратный цикл Карно: а – pv - диаграмма; б - Ts-диаграмма. Основу эксплуатируемого сегодня в мире парка теплонасосного оборудования составляют парокомпрессионные тепловые насосы (рисунок 1.12), но применяются также и абсорбционные, электрохимические и термоэлектрические. Эффективность тепловых насосов принятохарактеризовать величиной безразмерного коэффициента трансформации энергии Ктр, определяемого для идеального цикла Карно по следующей формуле [18]: K_тр=T_out/(T_out-T_in ) , (1.1) где Тоut - температурный потенциал тепла, отводимого в систему отопления или теплоснабжения, К; Тіn - температурный потенциал источника тепла, К. Коэффициент трансформации теплового насоса, или теплонасосной системы теплоснабжения (ТСТ) Ктр представляет собой отношение полезного тепла, отводимого в систему теплоснабжения потребителю, к энергии, затрачиваемой на работу теплонасосной системы теплоснабжения, и численно равен количеству полезного тепла, получаемого при температурах Тоut и Тin, на единицу энергии, затраченной на привод ТН. Рисунок 1.12 Схема компрессионного теплового насоса: 1 – конденсатор, 2 – дроссель, 3 – испаритель, 4 – компрессор К основным достоинства тепловых насосов относятся: Экономичность. Тепловой насос использует введенную в него энергию на голову эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Повсеместность применения. Источник рассеянного тепла можно обнаружить в любом уголке планеты. Земля и воздух найдутся и на самом заброшенном участке вдали от газовых магистралей и линий электропередач. Экологичность. Тепловой насос не только сэкономит деньги, но и сбережет здо¬ровье обитателям дома и их наследникам. Агрегат не сжигает топливо, значит, не об¬разуются вредные окислы типа СО, С02, NOx, S02, РЬ02. Потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Применяемые же в тепловых насосах фреоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны. Универсальность. Тепловые насосы обладают свойством обратимости (реверсив¬ности). Безопасность. Эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны. В сущности, тепловой насос опасен не более чем холодильник. 1.5 Выбор направления исследований Исходя из проведенного анализа существующих технологий возобновляемой энергетики и смежных областей науки и техники можно сделать вывод о том, что необходимо подробное исследование комбинированных систем электроснабжения на основе ВИЭ для обеспечения электрической и тепловой энергией блочной теплицы. Необходимо комплексное решение вопроса повышения эффективности комбинированного использования энергоустановок на основе ВИЭ в системе энергообеспечения теплицы на примере комбинированной автономной системы электроснабжения с использованием энергии Солнца, ветра, и низкопотенциального тепла. Выбор источников был обусловлен возможностью повышения надежности гарантированного электроснабжения потребителя, поскольку тепловой насос функционирует круглосуточно, а ФЭУ с ВЭУ компенсируют друг друга благодаря синергетическому эффекту. Все разработки должны быть проведены с максимально возможной унификацией с целью их применения для разного рода комбинированных установок на основе ВИЭ. На примере определенной системы необходимо создать базис, который берется за основу при создании любых подобных установок в зависимости от наличия того или иного ресурса ВИЭ, а также приемлемой разработанности технологий их использования и смежных областей. На первом этапе должна быть разработана структурная схема комбинированной системы электроснабжения, выбраны элементы, определяющие ее эффективное функционирование. Она является определяющей для создания электрической схемы системы. Помимо поиска схемных решений, направленных, главным образом, на повышение энергоэффективности систем, необходимо предусмотреть (в связи с нестабильностью ВИЭ) реализацию функции согласования процесса производства и потребления электрической энергии. Предлагаемая структурная схема автономного энергообеспечения представлена на рисунке 1.13 [13]. Таким образом в состав предлагаемой автономной системы энергоснабжения блочной теплицы войдут следующие элементы: 1) Солнечные батареи. 2) Ветроэнергетическая установка. 3) Тепловой насос. 4) Аккумуляторные батареи. 5) Инвертор. 6) Бак-аккумулятор теплоносителя. 7) Блок контроля заряда-разряда батареи. Рисунок 1.13 Структурная схема автономного энергообеспечения теплицы Таким образом, автономный комбинированный энергетический блок для обеспечения электрической и тепловой энергией блочных теплиц актуален. Применение ВИЭ по отдельности не целесообразно, так как например используя лишь солнечные батареи и коллекторы не получится обеспечить теплом теплицу из-за отсутствия солнечной инсоляции, поэтому эффективнее использование солнечных установок с ветровой установкой или совмещая их с тепловым насосом, или же использовать это всё в одной системе. Выводы по разделу. Рассмотрены наиболее перспективные возобновляемые источники энергии для энергообеспечения объектов сельскохозяйственного производства. Предложена архитектура функциональной схемы автономного энергообеспечения теплицы, с целью повышения эффективности комбинированного использования энергоустановок с использованием энергии Солнца, ветра, и низкопотенциального тепла. ? 2 РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛИЦЫ 2.1 Прогрессивные технологий в теплице Основные технологические требования к теплицам отражены в СП 107.13330.2012 Теплицы и парники. Актуализированная редакция СНиП 2.10.04-85 (с Изменением N 1) [36]. Технологические требования учитывают необходимые условия выращивания растений и определяют в основном характеристики технологического оборудования теплиц. Это прежде всего системы отопления и вентиляции, увлажнение воздуха и почвы, автоматического регулирования и системы дополнительного облучения рассады. В практике защищенный грунт обогревают за счет солнечной радиации, биотоплива, горячей водой или паром от котельных, отходами теплоты от промышленных предприятий, а также электронагревательными установками. Водяной трубный обогрев - самый распространенный вид обогрева благодаря высоким эксплуатационным и экономическим показателям.
Не смогли найти подходящую работу?
Вы можете заказать учебную работу от 100 рублей у наших авторов.
Оформите заказ и авторы начнут откликаться уже через 5 мин!
Похожие работы
Дипломная работа, Энергетическое машиностроение, 69 страниц
1725 руб.
Дипломная работа, Энергетическое машиностроение, 102 страницы
2550 руб.
Дипломная работа, Энергетическое машиностроение, 65 страниц
1625 руб.
Дипломная работа, Энергетическое машиностроение, 67 страниц
1675 руб.
Дипломная работа, Энергетическое машиностроение, 61 страница
1525 руб.
Служба поддержки сервиса
+7(499)346-70-08
Принимаем к оплате
Способы оплаты
© «Препод24»

Все права защищены

Разработка движка сайта

/slider/1.jpg /slider/2.jpg /slider/3.jpg /slider/4.jpg /slider/5.jpg