Реферат: Энергосбережение материального склада при помощи ветроэнергетической установки с вертикальным валом
Министерство образования РоссийскойФедерацииСтавропольский Аграрный Государственный УниверситетКонтрольная работаПо дисциплине: Нетрадиционныеисточники энергииТема:Энергосбережение материального склада при помощи ветроэнергетической установкис вертикальным валом.
Выполнил: студент 4 курса заочного отделения специальность
311400 электрификация и автоматизация с/х Николаенко Сергей Сергеевич
Шифр 39353
Проверил:
Ставрополь 2004
Содержание
Введение……………………………………………….стр.3
1.<span Times New Roman"">
Конструктивныеособенности……………………… стр.42.<span Times New Roman"">
Выбор и обоснование конструкцииэлектроагрегата……………………………………… стр.9
3.<span Times New Roman"">
Конструкции энергоагрегатов……………………. стр.104.<span Times New Roman"">
Расчет энергопотребителя………………………… стр.165.<span Times New Roman"">
Расчет ветроэнергетическойустановки…..……… стр.176.<span Times New Roman"">
Правила эксплуатации ВЭУ………………………. стр.187.<span Times New Roman"">
Оценка экономической эффективностиВЭУ……… стр.198.<span Times New Roman"">
Схема энергообеспечения склада……………...……стр.20Литература………………………………………………стр.22
ВВЕДЕНИЕ
Существованиечеловека немыслимо без потребленияэнергии. Уровень развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства ибыта человека в значительной степени определяются запасами и использованиемэнергоресурсов. Вся история развития цивилизации – это поиск болеесовершенных источников питания. Крометрадиционных источников энергии топливадров, угля, урана существуют также и не традиционные источники энергии солнца, ветра, земли.
Переднами в данной курсовой работе поставленазадача, в помещении материального склада с помощью не традиционных источниковэнергии обеспечить энергоснабжение. Основными потребителями энергии в помещенииматериального склада являются освещение, т.е. лампы накаливания и установка для отопления.
1.<span Times New Roman"">
Конструктивные особенности.Вздании склада будут иметься некоторыеконструктивные особенности.
Рассмотрим несколькоконструкций:
а)Покрытия и стены здания утеплены. Зданиеориентировано на местности таким образом, чтобы одна из его продольных стенбыла ориентирована на юг. Верхняя частьстены южного фасада на высоту <st1:metricconverter ProductID=«1,8 метра» w:st=«on»>1,8 метра</st1:metricconverter> выполнена вертикально, а нижняя под углом 60градусов к отмостке здания. В нижней наклонной части южного фасада устроен солнечный коллектор, длина коллектора <st1:metricconverter ProductID=«22 метра» w:st=«on»>22 метра</st1:metricconverter>, высота <st1:metricconverter ProductID=«2,5 метра» w:st=«on»>2,5 метра</st1:metricconverter>.Светопрозрачная теплоизоляция коллектора выполнена из двух слоев стеклопластика с воздушнойпрослойкой <st1:metricconverter ProductID=«2 мм» w:st=«on»>2 мм</st1:metricconverter>.Подогретый в коллекторе воздух поступаетв каналы специального настила изпустотельных бетонных блоков.
<img src="/cache/referats/17215/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">
Рис. 1. 1 — солнечный коллектор
2 – светопрозрачная теплоизоляция
3 – канал для подачи горячеговоздуха
4 – теплоизоляция
5 – песок
Поверху настила уложен слой песка толщиной <st1:metricconverter ProductID=«18 см» w:st=«on»>18 см</st1:metricconverter>, а снизу слой теплоизоляции служит пенопласт (рис. 1). Это позволяетаккумулировать дополнительную солнечную энергию под полом.
б) Склад имеет двухскатную крышу. Южный скат крыши покрыт прозрачным стеклопластиком.Северная часть крыши и стены утепленыпеноплеуританом. Холодный воздух поступает в чердачное помещение склада через отверстия с южной стороны здания. В чердачном помещении воздух нагревается солнечными лучами, проходящими через стеклопластик. Нагретый воздух черезпотолок поступает в помещение склада. Теплоизоляция выполненаиз пенополиуритана толщиной <st1:metricconverter ProductID=«10 мм» w:st=«on»>10 мм</st1:metricconverter>. Циркуляция воздуха осуществляется при помощи вытяжного вентилятора создающегоразряжение (рис. 2). В помещении складаподдерживается температура 18,3-21,1 градус Цельсия.
<img src="/cache/referats/17215/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1026">
Рис. 2. Конструкция скрышным коллектором.
1 – прозрачныйтеплопластик,
2 - вытяжной вентилятор
3 – теплоизоляция.
в) При установке плоскогопостепенного коллектора для помещения материального склада вдоль его южнойстены выполняют площадку из пустотельныхбетонных блоков. Кладку окрашивают с наружной стороны устанавливают деревянную рамку оббитую листами прозрачногостеклопластика. Ширину прослойки между поверхностью стены и стеклопластикапринимают равной <st1:metricconverter ProductID=«10 мм» w:st=«on»>10 мм</st1:metricconverter>.Воздух нагнетается вентилятором вчердачное помещение, поступает всолнечный коллектор, нагревается. Между фундаментом и первым рядом кладки из пустотельных блоков,устанавливают ряд из сплошных блоков, установленных с зазорами.
<img src="/cache/referats/17215/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">
Рис.3 Схема с настеннымколлектором.
1-<span Times New Roman"">
нагревательный вентилятор2-<span Times New Roman"">
верхняя щель3-<span Times New Roman"">
стена покрашенная в черный цвет4-<span Times New Roman"">
стеклопластик5-<span Times New Roman"">
пустотелый блок6-<span Times New Roman"">
нижняя щельНагретыйвоздух, поступая в пустоту, нагревает стенку, таким образом кладка являетсяаккумулятором, затем нагретый воздух через щель, сделанную в верхней частикладки поступает в склад (рис. 3). Удаляется воздух через отверстие в сервернойстене здания.
г) Ещеодно из конструкций склада в которой грунт и основание над ним служат аккумулятором теплоты. Под складом вфундаменте имеется углубление, котороезаполнено каменными булыжниками. Каменная подушка в данном случае служит аккумулятором теплоты. Аккумулятор совсех сторон теплоизолирован. Солнечные коллекторы размещают с южной стороны крыши. Изолируют двойным прозрачнымслоем стеклопластика. Нагретый воздухпоступает днем с помощью насоса в аккумулятор, а ночью за счет того, что теплыйвоздух поднимается вверх, воздух циркулирует естественной циркуляцией (рис. 4).
<img src="/cache/referats/17215/image008.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">
Рис. 4. Схема с крышнымколлектором и подпольным аккумулятором
1 – солнечный коллектор
2 – сверхпрозрачнаяизоляция
3 – насос
4 – каменная подушка.
д) Кроме солнечныхколлекторов можно также использовать ветроэнергетическую установку, совмещеннуюс импеллерным устройством. Импелеерное устройство размещается в чердачномпомещении. К нему подключается водопровод с прямой и обратной водой. Попериметру склада размещены радиаторы. При входе в импеллерное устройство в обратном трубопроводе установлен насос,который осуществляет циркуляцию воды.Ветроагрегат расположен на кровле здания. (рис.5)
<img src="/cache/referats/17215/image010.jpg" v:shapes="_x0000_i1029">
Рис.5. Схема ВЭУсовмещенной с импеллерным устройством
1 – ветроэнергетическаяустановка
2 – импеллерноеустройство
3 – прямой трубопровод
4 – радиатор
5 – обратный трубопровод
6 – нагнетательный насос
2.<span Times New Roman"">
Выбор и обоснование конструкции энергоагрегата.Для энергоснабжения материальногосклада мы выбираем ветроэнергетическую установку, т.к. использование солнечныхколлекторов в зимнее время неэффективно.
Позаданию нам дана ветроэнергетическая установка с вертикальным валом. Такаяустановка дает нам возможность разместить редуктор и генератор внизу, что в значительной мере облегчаетего техническое обслуживание.
Выбираемветродвигатель карусельного типа.
3.<span Times New Roman"">
Конструкции энергоагрегатов.Рассмотримнекоторые конструкции энергоагрегатов.
а) Плоский солнечныйколлектор
Плоские коллекторы улавливают энергиюпрямых и рассеянных лучей, то есть работают и в пасмурную погоду. Они состоят(рис. 6) из светопрозрачного защитногослоя, теплоприемника поглощающегосолнечную энергию, труб или коробов длятеплоносителя, слоя теплоизоляции и защитного короба, который может бытьэлементом коллектора или здания. Ультрафиолетовые солнечные лучи проходят черезсветопрозрачный защитный слой и достигают теплоприемника – темной абсорбирующейпанели. Панель нагревается и начинает излучать новую инфракрасную радиацию.Для инфракрасных лучей защитный слой лучей не пропускает. Поэтому внутри коллекторатемпература повышается. Теплоту выводит из коллектора воздушный или жидкий теплоноситель.Защитный слой 1 обладает высокой проводимостью и пропускает солнечную радиацию в коллектор, а такжепредотвращает потери теплоты из него. Стекло для него изготавливают с низкимсодержанием железа
<img src="/cache/referats/17215/image012.jpg" v:shapes="_x0000_i1030">
Рис. 6. Схема гелиоустановки.
1 – Двухслойное остекление
2 – трубопровод для циркуляциижидкости
3 - панель-теплоприемник
4 – слой теплоизоляции
5 – защитный короб
6 – направление солнечных лучей
8 – насос для теплоносителя
9 - теплообменник
10 – аккумулятор
11,12 – вода нагретая и холодная
или противоотражающим покрытием. Всельской местности защитный слой изготавливают из 2-х и более слоевсветопрозрачной пленки. Теплоприемник
Изготавливают из листов меди илиалюминия окрашенных в черный цвет. Поток теплоносителя должен проходить вдольтеплоприемника по трубам, коробам или в замкнутой поверхности солнечной панели.Роль жидкого теплоносителя обычно играет вода. В зимних условиях для этих целейлучше использовать не замерзшую жидкость: антифриз, трансформаторное масло. Жидкий теплоноситель циркулирует потрубопроводам, воздушный – или по трубопроводам или в изолированном от внешнейсреды пространстве между теплоприемником и светопрозрачной поверхностью.
б)Теплоаккумулирующее устройство.
Теплоаккумуляторы– важная часть теплоаккумулирующего устройства. Солнце светитограниченное число часов в сутки и не каждый день, а тепловая энергия нужнапостоянно и особенно в ночное время суток зимой. Поэтому солнечную энергию необходимо сохранить для потребителя. Этой целислужат теплоаккумуляторы (рис. 7).Теплоаккумулирующее устройство может представлять собой закрытую сверху яму,наполненную булыжником. Циркуляция воздуха от коллектора к теплоаккумулятору ииз него в обогреваемое помещение можно обеспечить не только при помощи вентиляционной системы(рис. 7), но и путем естественной конвенции.
<img src="/cache/referats/17215/image014.jpg" v:shapes="_x0000_i1031">
Рис. 7 Аккумулятор теплоты с каменевой подушкой
1,4,6 – выход соответственно холоднойжидкости, направленной к солнечнойпанели, теплой воды, пригодной к использованию, теплого воздуха.
2,3,5 – вход соответственно холодноговоздуха, нагретой в солнечной панели жидкости, холодной воды, которая проходит через змеевик в теплонакопительнойкамере
7 – корпус накопителя
8 – камни теплоаккумуляторы
9 – змеевик.
в)Конструкции ВЭУ
Всостав ВЭУ входят: ветродвигатель, редуктор, преобразователь механическойэнергии, аккумулятор и потребитель. Ветродвигатель преобразует энергию ветра вмеханическую или электрическую.
Промышленностьвыпускает в основном ветроэнергетические агрегаты с крыльчатым колесом(рис.9а). Во время сильных ураганов, ветров и штормов центробежные силы могут разрушить полости, поэтому в состав ВЭУвключены специальные устройства для перевода лопастей во флюгерное положение.Их ξ достаточно высокий: 0,3….0,46. Окружная скорость двигателей не превышаетскорости ветра, масса на единицу мощности небольшая. Их используют дляустановок с малым начальным крутящим моментом, а также чтобы обеспечить работуцентробежных насосов или энергогенераторов.
Уветродвигателей с вертикальной осью вращения ветроколеса, линейнаяскорость вращения лопастей в несколько раз больше ветра. Такиеветродвигатели подразделяют на карусельные (рис,9б) и роторные (рис. 9б).Полуцилиндры ротора устанавливают на одинаковом расстоянии от вертикальной оси.Вращение ветровых колес не зависит от направления ветра. Они медленнореагируют на изменения скорости ветра,т.е. работают стабильно.
<img src="/cache/referats/17215/image016.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">
<img src="/cache/referats/17215/image018.jpg" v:shapes="_x0000_i1033">
Рис. 9. Схемы принципиальные ветровыхустановок.
а) АВЭУ с крыльчатым колесом
б) карусельная
в) роторная
г) барабанная
д) цепная
Ветродвигателимогут быть также барабанными (рис 9г) и цепными (рис. 9д). Лопасти цепныхветродвигателей гибкие и при вращении принимают форму цепной линии. Подвоздействием центробежных иаэродинамических сил они приобретаюттакую форму при которой возникающие вустановке усилия уравновешиваются, то есть не требуется специальных элементов. Достоинства таких ветродвигателей – способность восприниматьветер в любых направлениях и высоким ξ=0,6; недостаток – сложность в изготовлении.
Генераторпреобразует механическую энергию в электрическую. Частота его вращения должна в 4 раза и более превышать частоту вращения ротораветродвигателя. достичь этого можно путем правильного выбора типа генератора либо передаточного устройства.Различают генераторы постоянного ипеременного потока.
Аккумулятор предназначен для сохранения энергии в течениеограниченного безветренного периода. Вветреные дни проще всего накопить энергию в электрических аккумуляторах. Емкость аккумуляторных батарей может держаться от 3 до 6 суток. Стоимость их может доходить до половины стоимостиветродвигателя.
4.<span Times New Roman"">
Расчет энергопотребителя.1)<span Times New Roman"">
На отопление.Рассчитаем поток теплоты,необходимый на отопление:
Фот = gот* Vн (tв – tн)а
где gот – удельная относительнаяхарактеристика здания, Вт/(м³*С)
gот = 0,43 Вт/(м³*С) для склада
Vн — объем помещения по наружномуобмеру, м³
tв – внутренняя температура, С, tв = +14С
tн - наружная температура зимой, tн = -18 С
а – коэффициент запаса а = 1,1
Фот = 0,43*1080(14-(-18))*1,1 = 17,1кВт
Выбираемдля отопления два тепловентилятора маркиТВ – 36, рабочая мощность 8,8 кВт, потребляемая 9,7 кВт.
2.На освещение.
Для освещения будем использоватьлампы накаливания мощностью 200 Вт. Они будут размещены через каждые три метра в длину, и <st1:metricconverter ProductID=«2,5 м» w:st=«on»>2,5 м</st1:metricconverter> в ширину в три ряда.Для освещения используется 21 лампа. Потребляемаямощность
Nоб = n*Nл = 0,2*21 = 4,2
Дляэнергообеспечения склада нам необходима мощность
N потр = Nот+Nосв
Nпотр= 17,1 +4,2 = 21,3 кВт = 21300 Вт
5.<span Times New Roman"">
Расчет ветроэнергетической установки.Рассчитаеммощность ВЭУ необходимую для обеспечения энергоснабжения склада.
Она определяется поформуле:
Nвет = Nпотр/ηмех*ξ
где ηмех – КПД механической передачи
η = 0,89 для редуктора сзубчатой передачей
ξ – коэффициент использованияветрового потока. Для ветроагрегатовкарусельного типа ξ = 0,1…0,13 принимаем ξ = 0,14
Nвеет = 21300/0,89*0,14 = 170947 Вт
Таккак при такой мощности ВЭУ она будет иметь очень большие размеры, что нецелесообразно, то мы установим 8 ВЭУменьшего размера, тогда мощность одной ВЭУ
Nвеет = 170947/8 = 21368 Вт
Исходя из значениянайденной нами мощности ВЭУ, определимплощадь воздействия ветрового потока, по формуле:
F= 2N/ρΰ³
где ρ – плотностьвоздушного потока г/м3 по справочнику принимаем ρ = 1,193 кг/м³
ΰ – скорость ветра, принимаемΰ = 9 м/с
F=2*21368/1,1193*9³ = <st1:metricconverter ProductID=«49,1 м²» w:st=«on»>49,1 м²</st1:metricconverter>
Наиболее лучшей является отношение
a/b = ¾
a = 6м b = <st1:metricconverter ProductID=«8,2 м» " w:st=«on»>8,2 м</st1:metricconverter>
F = a*b = 6*8,2 = <st1:metricconverter ProductID=«49,2 м²» w:st=«on»>49,2 м²</st1:metricconverter>
<img src="/cache/referats/17215/image020.jpg" v:shapes="_x0000_i1034">
Мы устанавливаем для энергоснабжениясклада 8 установок карусельного типа N= 213000Вт и площадью лопасти <st1:metricconverter ProductID=«49,2 м³» w:st=«on»>49,2 м³</st1:metricconverter>
6.<span Times New Roman"">
Правила эксплуатации ВЭУ.ВЭУ должныустанавливаться на открытой местности, на специально отведенных для них площадках. Они должны постояннонаходиться под присмотром специалиста, который хорошо ознакомлен с ихустройством и принципом работы. Так как у нас ВЭУ с вертикальным валом, вследствие этого редактор и генераторрасположены на земле и это в значительной мере облегчает техническоеобслуживание ВЭУ.
Техническоеобслуживание ВЭУ проводят 1-2 раза в месяц, специалист.
Техническоеобслуживание включает:
1. Внешний осмотр ВЭУ
а) Осмотр лопастей и вала
б) осмотр крепления и растяжек и осмотр подшипников
2. Проверка уровня масла в редукторе
3. Проверка напряжения на зажимах генератора
7.<span Times New Roman"">
Оценка экономической эффективностиВЭУПри установке ВЭУ мы избавляемся от затрат на топливо.
Годовая экономия рассчитывается поформуле:
Эсу = ЗтВ-Ен*К+Ен*Кдоб*В+Вдл*Зэл
Зт – стоимость условного топлива
Зт = 2300 руб/Тут
В – годовая экономия условноготоплива в кг/ч рублях
Вч = 3,6 Ф/(g* ηка)
Вч = 3,6*17100/29300*0,8=2,6 кг
Годовой расход топлива В = Вч*24*n
n– количество отопительных дней
В = 2,6*24*169 = 10345,6 кг/год +10,5т/год
К- капитальные затраты наизготовление установки.
Себестоимость одной установки 1000руб. Установок 8 шт., к = 8*10000 = 80000 руб.
Ен – нормативный коэффициент Ен=0,15
Кдоб – удельные налогообложения вприрост добычи топлива К доб = 104 руб/т
Вэл – годовая экономия электричества
В час = 4,2 кВт/ч
Вгод = Вчас*ng* nч
ng– количество дней в году ng= 365 дней
nч – количество часов потребленияэнергии в сутки nч = 10 часов
В год = 365*4,2*10 = 15330 Вт
Зэл – стоимость электроэнергии Зэл =0,4 руб.
Эсу =10,5*2300-0,15*80000+0,15*104*10,5+15330*0,4 = 18445,8 руб.
Срок окупаемости установки
τсу = К/Эсу
τсу = 80000/18445,8 = 4,34 год
Срок окупаемости ВЭУ 4,34 года. Т.к. срококупаемости установки меньше 10 лет, то ВЭУ эффективно.
Схема энергообеспечения склада
1 – помещение склада; 2 – теплоизоляция; 3 – чердачное перекрытие; 4 – воздуховод;
5 – жалюзи; 6 – вентилятор; 7 – калорифер; 8 – лампа; 9 – ветровой барабан; 10 – вал;
11 – подшипник; 12 – редуктор; 13 – генератор.
<img src="/cache/referats/17215/image021.gif" " " v:shapes="_x0000_s1028" v:dpi=«96»><img src="/cache/referats/17215/image023.jpg" v:shapes="_x0000_i1035">Описание к схеме.
Имеетсяздание материального склада 1, утеплено теплоизоляционным материалом 2 в качествекоторого служит слойпенополиуритана толщиной <st1:metricconverter ProductID=«10 мм» w:st=«on»>10 мм</st1:metricconverter>. По всей длине зданияпроходит воздуховод 4, в которыйнагнетается теплый воздух, при помощи вентилятора 6. Воздух поступает в калорифер 7, нагревается, поступает ввоздуховод и распространяется по всемузданию. В складе имеются для освещения21 лампа накаливания. Энергообеспечение склада осуществляется при помощи 8-ми ветроэнергетическихустановок. ВЭУ состоит из ветровогобарабана 9, который размещается на валу 10, вал передает крутящий момент наредуктор 12, редуктор увеличивает частоту вращения и передает крутящий момент на вал генератора 13.Генератор начинает вырабатывать электрическую энергию, которая идет на отопление
и освещение склада.
Литература
1.<span Times New Roman"">
Ветроэнергия в сельском хозяйстве.М.: ГосНИИТИ <st1:metricconverter ProductID=«1960 г» w:st=«on»>1960 г</st1:metricconverter>.2.<span Times New Roman"">
Возобновляемые источники энергии наслужбе человека. Журнал «Человек и природа» — №5, <st1:metricconverter ProductID=«1986 г» w:st=«on»>1986 г</st1:metricconverter>.3.<span Times New Roman"">
Б.М.Берновский Возобновляемыеисточники энергии на службе человека. М.: Наука <st1:metricconverter ProductID=«1987 г» w:st=«on»>1987 г</st1:metricconverter>.4.<span Times New Roman"">
Стефанова В.Э. Возобновляемыеисточники энергии на сельскохозяйственных предприятиях. М,:»Агропромиздат», <st1:metricconverter ProductID=«1989 г» w:st=«on»>1989 г</st1:metricconverter>.5.<span Times New Roman"">
Оборудование для использования нетрадиционных источников энергии«АгроНИИТЭИИТО» М.: <st1:metricconverter ProductID=«1996 г» w:st=«on»>1996 г</st1:metricconverter>.6.<span Times New Roman"">
Разработка и внедрение оборудования для использования возобновляемыхисточников энергии.7.<span Times New Roman"">
Рекомендации по применениюветроэнергетических установок в сельскомхозяйстве. М.: Колос, <st1:metricconverter ProductID=«1972 г» w:st=«on»>1972 г</st1:metricconverter>.8.<span Times New Roman"">
Романенко Н.Н. Основы ветроэнергетических расчетов иветроиспользования