Енергозбереження матеріального складу за допомогою вітроенергетичної установки з вертикальним ва

Міністерство освіти Російської Федерації

Ставропольський Аграрний Державний Університет

Контрольна робота

З дисципліни: Нетрадиційні джерела енергії

Тема: Енергозбереження матеріального складу за допомогою вітроенергетичної установки з вертикальним валом.

Виконав: студент 4 курсу заочного відділення спеціальність

311400 електрифікація і автоматизація с / г Ніколаєнко Сергій Сергійович

Шифр 39353

перевірив:

Ставрополь 2004

зміст

Запровадження ...................................................... .стр.3

1. Конструктивні особливості ........................ ..стр.4

2. Вибір і обгрунтування конструкції

електроагрегату .......................................... ..стр.9

3. Конструкції енергоагрегатов ......................... стор.10

4. Розрахунок енергоспоживача .............................. стор.16

5. Розрахунок вітроенергетичної установки ... .. ......... стор.17

6. Правила експлуатації ВЕУ ............................ стор.18

7. Оцінка економічної ефективності ВЕУ ...... ..стр.19

8. Схема енергозабезпечення складу ............... ... ... .. стор.20

Література ...................................................... стор.22

ВСТУП

Існування людини немислимо без споживання енергії. Рівень розвитку промисловості, транспорту, сільського господарства і побуту людини в значній мірі визначаються запасами і використанням енергоресурсів. Вся історія розвитку цивілізації - це пошук більш досконалих джерел живлення. Крім традиційних джерел енергії палива дров, вугілля, урану існують також і не традиційні джерела енергії сонця, вітру, землі.

Перед нами в цій роботі поставлена ​​задача, в приміщенні матеріального складу з допомогою нетрадиційних джерел енергії забезпечити енергопостачання. Основними споживачами енергії в приміщенні матеріального складу є висвітлення, тобто лампи розжарювання і установка для опалення.

1. Конструктивні особливості.

В будівлі складу будуть матися деякі конструктивні особливості.

Розглянемо кілька конструкцій:

а) Покриття та стіни будівлі утеплені. Будівля орієнтоване на місцевості таким чином, щоб одна з його поздовжніх стін була орієнтована на південь. Верхня частина стіни південного фасаду на висоту 1,8 метра виконана вертикально, а нижня під кутом 60 градусів до отмостке будівлі. У нижній похилій частині південного фасаду влаштований сонячний колектор, довжина колектора 22 метра, висота 2,5 метра. Светопрозрачная теплоізоляція колектора виконана з двох шарів склопластику з повітряним прошарком 2 мм. Підігрітий в колекторі повітря надходить в канали спеціального настилу з пустотельних бетонних блоків.

Мал. 1. 1 - сонячний колектор

2 - светопрозрачная теплоізоляція

3 - канал для подачі гарячого повітря

4 - теплоізоляція

5 - пісок

По верху настилу покладений шар піску товщиною 18 см, а знизу шар теплоізоляції служить пінопласт (рис. 1). Це дозволяє акумулювати додаткову сонячну енергію під підлогою.

б) Склад має двосхилий дах. Південний скат даху покритий прозорим склопластиком. Північна частина даху і стіни утеплені пеноплеурітаном. Холодне повітря надходить в горищне приміщення складу через отвори з південного боку будівлі. У горищному приміщенні повітря нагрівається сонячними променями, що проходять через склопластик. Нагріте повітря через стелю надходить в приміщення складу. Теплоізоляція виконана з пінополіуретану товщиною 10 мм. Циркуляція повітря здійснюється за допомогою витяжного вентилятора створює розрядження (рис. 2). У приміщенні складу підтримується температура 18,3-21,1 градус Цельсія.

Мал. 2. Конструкція з кришним колектором.

1 - прозорий теплопластік,

2 - витяжний вентилятор

3 - теплоізоляція.

в) При установці плоского поступового колектора для приміщення матеріального складу вздовж його південної стіни виконують майданчик з пустотельних бетонних блоків. Кладку забарвлюють з зовнішньої сторони встановлюють дерев'яну рамку оббиту листами прозорого склопластику. Ширину прошарку між поверхнею стіни і склопластику приймають рівною 10 мм. Повітря нагнітається вентилятором в горищне приміщення, надходить в сонячний колектор, нагрівається. Між фундаментом і першим рядом кладки з пустотельних блоків, встановлюють ряд з суцільних блоків, встановлених з зазорами.

Рис.3 Схема з настінним колектором.

1 нагрівальний вентилятор

2 верхня щілину

3 стіна пофарбована в чорний колір

4 склопластик

5 пустотіла блок

6 нижня щілина

Нагріте повітря, надходячи в порожнечу, нагріває стінку, таким чином кладка є акумулятором, потім нагріте повітря через щілину, зроблену у верхній частині кладки надходить в склад (рис. 3). Видаляється повітря через отвір в серверній стіні будівлі.

г) Ще одне з конструкцій складу в якій грунт і підстава над ним служать акумулятором теплоти. Під складом в фундаменті є поглиблення, яке заповнене кам'яними кругляками. Кам'яна подушка в даному випадку служить акумулятором теплоти. Акумулятор з усіх боків теплоізольовані. Сонячні колектори розміщують з південного боку даху. Ізолюють подвійним прозорим шаром склопластику. Нагріте повітря надходить вдень за допомогою насоса в акумулятор, а вночі за рахунок того, що тепле повітря піднімається вгору, повітря циркулює природною циркуляцією (рис. 4).

Мал. 4. Схема з кришним колектором і підпільним акумулятором

1 - сонячний колектор

2 - надпрозоре ізоляція

3 - насос

4 - кам'яна подушка.

д) Крім сонячних колекторів можна також використовувати вітроенергетичну установку, поєднану з Імпеллерний пристроєм. Імпелеерное пристрій розміщується в горищному приміщенні. До нього підключається водопровід з прямого і зворотного водою. По периметру складу розміщені радіатори. При вході в Імпеллерний пристрій в зворотному трубопроводі встановлено насос, який здійснює циркуляцію води. Вітроагрегат розташований на покрівлі будинку. (Рис.5)

Рис.5. Схема ВЕУ поєднаної з Імпеллерний пристроєм

1 - вітроенергетична установка

2 - Імпеллерний пристрій

3 - прямий трубопровід

4 - радіатор

5 - зворотний трубопровід

6 - нагнітальний насос

2. Вибір і обгрунтування конструкції енергоагрегату.

Для енергопостачання матеріального складу ми вибираємо вітроенергетичну установку, тому що використання сонячних колекторів в зимовий час неефективно.

За завданням нам дана вітроенергетична установка з вертикальним валом. Така установка дає нам можливість розмістити редуктор і генератор внизу, що в значній мірі полегшує його технічне обслуговування.

Вибираємо вітродвигун карусельного типу.

3. Конструкції енергоагрегатов.

Розглянемо деякі конструкції енергоагрегатов.

а) Плоский сонячний колектор

Плоскі колектори вловлюють енергію прямих і розсіяних променів, тобто працюють і в похмуру погоду. Вони складаються (рис. 6) з світлопрозорого захисного шару, теплоприемника поглинає сонячну енергію, труб або коробів для теплоносія, шару теплоізоляції і захисного короба, який може бути елементом колектора або будівлі. Ультрафіолетові сонячні промені проходять через світлопрозорий захисний шар і досягають теплоприемника - темної абсорбуючій панелі. Панель нагрівається і починає випромінювати нову інфрачервону радіацію. Для інфрачервоних променів захисний шар променів не пропускає. Тому всередині колектора температура підвищується. Теплоту виводить з колектора повітряний або рідкий теплоносій. Захисний шар 1 має високу провідність і пропускає сонячну радіацію в колектор, а також запобігає втрати теплоти з нього. Скло для нього виготовляють з низьким вмістом заліза

Мал. 6. Схема геліоустановки.

1 - Двошарове засклення

2 - трубопровід для циркуляції рідини

3 - панель-теплоприемник

4 - шар теплоізоляції

5 - захисний короб

6 - напрямок сонячних променів

8 - насос для теплоносія

9 - теплообмінник

10 - акумулятор

11,12 - вода нагріта і холодна

або противідбивні покриттям. У сільській місцевості захисний шар виготовляють з 2-х і більше шарів светопрозрачной плівки. теплоприемник

Виготовляють з листів міді або алюмінію забарвлених в чорний колір. Потік теплоносія повинен проходити вздовж теплоприемника по трубах, коробах або в замкнутій поверхні сонячної панелі. Роль рідкого теплоносія зазвичай грає вода. У зимових умовах для цих цілей краще використовувати не замерзлу рідина: антифриз, трансформаторне масло. Рідкий теплоносій циркулює по трубопроводах, повітряний - або по трубопроводах або в ізольованому від зовнішнього середовища просторі між теплоприемником і світлопрозорої поверхнею.

б) Теплоаккумулирующее пристрій.

Теплоаккумулятори - важлива частина теплоакумулюючого пристрою. Сонце світить обмежене число годин на добу і не кожен день, а теплова енергія потрібна постійно і особливо в нічний час доби взимку. Тому сонячну енергію необхідно зберегти для споживача. Цій меті служать теплоакумулятори (рис. 7). Теплоаккумулирующее пристрій може являти собою закриту зверху яму, наповнену кругляком. Циркуляція повітря від колектора до теплоаккумулятор і з нього в приміщення, що обігрівається можна забезпечити не тільки за допомогою вентиляційної системи (рис. 7), але і шляхом природної конвенції.

Мал. 7 Акумулятор теплоти з Каменєва подушкою

1,4,6 - вихід відповідно холодної рідини, спрямованої до сонячної панелі, теплої води, придатної до використання, теплого повітря.

2,3,5 - вхід відповідно холодного повітря, нагрітої в сонячної панелі рідини, холодної води, яка проходить через змійовик в теплонакопичувальне камері

7 - корпус накопичувача

8 - камені теплоакумулятори

9 - змійовик.

в) Конструкції ВЕУ

До складу ВЕУ входять: вітродвигун, редуктор, перетворювач механічної енергії, акумулятор і споживач. Вітродвигун перетворює енергію вітру в механічну або електричну.

Промисловість випускає в основному вітроенергетичні агрегати з крильчатим колесом (рис.9). Під час сильних ураганів, вітрів і штормів відцентрові сили можуть зруйнувати порожнини, тому до складу ВЕУ включені спеціальні пристрої для перекладу лопатей у флюгерне ​​положення. Їх ξ досить високий: 0,3 ... .0,46. Окружна швидкість двигунів не перевищує швидкості вітру, маса на одиницю потужності невелика. Їх використовують для установок з малим початковим крутним моментом, а також щоб забезпечити роботу відцентрових насосів або енергогенераторів.

У вітродвигунів з вертикальною віссю обертання вітроколеса, лінійна швидкість обертання лопатей в кілька разів більше вітру. Такі вітродвигуни поділяють на карусельні (рис, 9б) і роторні (рис. 9б). Напівциліндри ротора встановлюють на однаковій відстані від вертикальної осі. Обертання вітрових коліс не залежить від напрямку вітру. Вони повільно реагують на зміни швидкості вітру, тобто працюють стабільно.

Мал. 9. Схеми принципові вітрових установок.

а) АВЕУ з крильчатим колесом

б) карусельна

в) роторна

г) барабанна

д) ланцюгова

Вітродвигуни можуть бути також барабанними (рис 9г) і ланцюговими (рис. 9д). Лопаті ланцюгових вітродвигунів гнучкі і при обертанні приймають форму ланцюгової лінії. Під впливом відцентрових і аеродинамічних сил вони набувають таку форму при якій виникають в установці зусилля врівноважуються, тобто не потрібно спеціальних елементів. Переваги таких вітродвигунів - здатність сприймати вітер в будь-яких напрямках і високим ξ = 0,6; недолік - складність у виготовленні.

Генератор перетворює механічну енергію в електричну. Частота його обертання повинна в 4 рази і більше перевищувати частоту обертання ротора вітродвигуна. досягти цього можна шляхом правильного вибору типу генератора або передавального пристрою. Розрізняють генератори постійного та змінного потоку.

Акумулятор призначений для збереження енергії протягом обмеженого безвітряного періоду. У вітряні дні найпростіше накопичити енергію в електричних акумуляторах. Ємність акумуляторних батарей може триматися від 3 до 6 діб. Вартість їх може доходити до половини вартості вітродвигуна.

4. Розрахунок енергоспоживача.

1) На опалення.

Розрахуємо потік теплоти, необхідний на опалення:

Фот = gот * Vн (tв - tн) а

де gот - питома відносна характеристика будівлі, Вт / (м ³ * С)

gот = 0,43 Вт / (м ³ * С) для складу

Vн - об'єм приміщення по зовнішньому обміру, м³

tв - внутрішня температура, С, t в = + 14С

tн - зовнішня температура взимку, tн = -18 С

а - коефіцієнт запасу а = 1,1

Фот = 0,43 * 1080 (14 - (- 18)) * 1,1 = 17,1 кВт

Вибираємо для опалення два тепловентилятора марки ТВ - 36, робоча потужність 8,8 кВт, споживана 9,7 кВт.

2. На освітлення.

Для освітлення будемо використовувати лампи розжарювання потужністю 200 Вт. Вони будуть розміщені через кожні три метри в довжину, і 2,5 м в ширину в три ряди. Для освітлення використовується 21 лампа. споживана потужність

Nоб = n * Nл = 0,2 * 21 = 4,2

Для енергозабезпечення складу нам необхідна потужність

N потр = NОТ + Nосв

N потр = 17,1 +4,2 = 21,3 кВт = 21300 Вт

5. Розрахунок вітроенергетичної установки.

Розрахуємо потужність ВЕУ необхідну для забезпечення енергопостачання складу.

Вона визначається за формулою:

N вет = Nпотр / ηмех * ξ

де ηмех - ККД механічної передачі

η = 0,89 для редуктора з зубчастої передачею

ξ - коефіцієнт використання вітрового потоку. Для вітроагрегатів карусельного типу ξ = 0,1 ... 0,13 приймаємо ξ = 0,14

N віє = 21300 / 0,89 * 0,14 = 170947 Вт

Так як при такій потужності ВЕУ вона матиме дуже великі розміри, що недоцільно, то ми встановимо 8 ВЕУ меншого розміру, тоді потужність однієї ВЕУ

N віє = 170947/8 = 21368 Вт

Виходячи із значення знайденої нами потужності ВЕУ, визначимо площа впливу вітрового потоку, за формулою:

F = 2N / ρΰ³

де ρ - щільність повітряного потоку г / м3 за довідником приймаємо ρ = 1,193 кг / м³

ΰ - швидкість вітру, приймаємо ΰ = 9 м / с

F = 2 * 21368 / 1,1193 * 9³ = 49,1 м²

Найбільш кращою є ставлення

Ми встановлюємо для енергопостачання складу 8 установок карусельного типу N = 213000Вт і площею лопаті 49,2 м³

6. Правила експлуатації ВЕУ.

ВЕУ повинні встановлюватися на відкритій місцевості, на спеціально відведених для них майданчиках. Вони повинні постійно перебувати під наглядом фахівця, який добре ознайомлений з їх пристроєм і принципом роботи. Так як у нас ВЕУ з вертикальним валом, внаслідок цього редактор і генератор розташовані на землі і це значною мірою полегшує технічне обслуговування ВЕУ.

Технічне обслуговування ВЕУ проводять 1-2 рази на місяць, фахівець.

Технічне обслуговування включає:

1. Зовнішній огляд ВЕУ

а) Огляд лопатей і валу

б) огляд кріплення і розтяжок і огляд підшипників

2. Перевірка рівня масла в редукторі

3. Перевірка напруги на затискачах генератора

7. Оцінка економічної ефективності ВЕУ

При установці ВЕУ ми позбавляємося від витрат на паливо.

Річна економія розраховується за формулою:

ЕСУ = ЗТВ-Ен * К + Ен * Кдоб * В + ВДЛ * Зел

З т - вартість умовного палива

З т = 2300 руб / Тут

В - річна економія умовного палива в кг / год рублях

Вч = 3,6 Ф / (g * ηка)

Вч = 3,6 * 17100/29300 * 0,8 = 2,6 кг

Річна витрата палива В = Вч * 24 * n

n - кількість опалювальних днів

В = 2,6 * 24 * 169 = 10345,6 кг / рік +10,5 т / рік

К капітальні витрати на виготовлення установки.

Собівартість однієї установки 1000 руб. Установок 8 шт., К = 8 * 10000 = 80000 руб.

Ен - нормативний коефіцієнт Ен = 0,15

Кдоб - питомі оподаткування в приріст видобутку палива До доб = 104 руб / т

Вел - річна економія електрики

О першій годині = 4,2 кВт / ч

Вгод = Вчас * ng * nч

ng - кількість днів в році ng = 365 днів

nч - кількість годин споживання енергії на добу nч = 10 годин

У рік = 365 * 4,2 * 10 = 15330 Вт

Зел - вартість електроенергії Зел = 0,4 руб.

ЕСУ = 10,5 * 2300-0,15 * 80000 + 0,15 * 104 * 10,5 + 15330 * 0,4 = 18445,8 крб.

Термін окупності установки

τсу = К / ЕСУ

τсу = 80000 / 18445,8 = 4,34 рік

Термін окупності ВЕУ 4,34 року. Оскільки термін окупності установки менше 10 років, то ВЕУ ефективно.

Опис до схеми.

Є будинок матеріального складу 1, утеплено теплоізоляційним матеріалом 2 в якості якого служить шар пінополіуретану товщиною 10 мм. По всій довжині будівлі проходить воздуховод 4, в який нагнітається тепле повітря, за допомогою вентилятора 6. Повітря надходить в калорифер 7, нагрівається, надходить в повітропровід і поширюється по всій будівлі. У складі є для освітлення 21 лампа розжарювання. Енергозабезпечення складу здійснюється за допомогою 8-ми вітроенергетичних установок. ВЕУ складається з вітрового барабана 9, який розміщується на валу 10, вал передає крутний момент на редуктор 12, редуктор збільшує частоту обертання і передає крутний момент на вал генератора 13. Генератор починає виробляти електричну енергію, яка йде на опалення

і освітлення складу.

література

1. вітроенергією в сільському господарстві. М .: ГосНІІТІ 1960 р

2. Поновлювані джерела енергії на службі людини. Журнал «Людина і природа» - №5, 1986 р

3. Б.М.Берновскій Поновлювані джерела енергії на службі людини. М .: Наука 1987 р

4. Стефанова В.Е. Поновлювані джерела енергії на сільськогосподарських підприємствах. М,: "Агропромиздат», 1989 г.

5. Устаткування для використання нетрадиційних джерел енергії «АгроНІІТЕІІТО» М .: 1996 р

6. Розробка і впровадження обладнання для використання поновлюваних джерел енергії.

7. Рекомендації щодо застосування вітроенергетичних установок в сільському господарстві. М .: Колос, 1972 р

8. Романенко М.М. Основи вітроенергетичних розрахунків і ветроіспользованія