Энергосбережение материального склада при помощи ветроэнергетической установки с вертикальным валом

	Загрузить архив:
	Файл: ref-18456.zip (275kb [zip], Скачиваний: 117) скачать

Министерство образования Российской Федерации

Ставропольский Аграрный  Государственный Университет

Контрольная работа

По дисциплине: Нетрадиционные источники энергии

Тема: Энергосбережение материального склада при помощи ветроэнергетической установки с 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.Конструктивные особенности……………………..стр.4

2.Выбор и обоснование конструкции

электроагрегата……………………………………..стр.9

3.Конструкции энергоагрегатов……………………. стр.10

4.Расчет энергопотребителя………………………… стр.16

5.Расчет ветроэнергетической установки…..……… стр.17

6.Правила эксплуатации ВЭУ………………………. стр.18

7.Оценка экономической эффективности ВЭУ……..стр.19

8.Схема энергообеспечения склада……………...….. стр.20

Литература……………………………………………… стр.22

ВВЕДЕНИЕ

         Существование человека немыслимо безпотребления энергии. Уровень развития промышленности, транспорта, сельского хозяйства и быта человека в значительной степени определяются запасами и использованием энергоресурсов. Вся история развития цивилизации – это поиск более совершенныхисточников питания. Кроме традиционныхисточников энергии топлива дров, угля, урана существуют также и не традиционные источники энергиисолнца, ветра, земли.

         Перед нами в данной курсовой работепоставлена задача, в помещении материального склада с помощью не традиционных источников энергии обеспечить энергоснабжение. Основными потребителями энергии в помещении материального склада являются освещение,  т.е. лампы накаливания и установка для отопления.

1.Конструктивные особенности.

В здании склада будут иметьсянекоторые конструктивные особенности.

Рассмотрим несколько конструкций:

а) Покрытия и стеныздания утеплены. Здание ориентировано на местности таким образом, чтобы одна из его продольных стен была ориентированана юг. Верхняя часть стены южного фасада на высоту 1,8 метра выполнена вертикально, а нижняя под углом 60 градусов к отмостке здания. В нижней наклонной части южного фасадаустроен солнечный коллектор, длинаколлектора 22 метра, высота 2,5 метра. Светопрозрачная теплоизоляция коллектора выполнена издвух слоев стеклопластика с воздушной прослойкой 2 мм. Подогретыйв коллекторе воздух поступает в каналыспециального настила из пустотельныхбетонных блоков.

Рис. 1.1 - солнечный коллектор

              2 – светопрозрачная теплоизоляция

              3 – канал для подачи горячего воздуха

              4 – теплоизоляция

               5 – песок

По верху настила уложен слой песка толщиной 18 см, а снизу слой теплоизоляции служитпенопласт (рис. 1). Это позволяет аккумулировать дополнительную солнечную энергию под полом.

б) Склад имеетдвухскатную крышу. Южный скаткрыши покрыт  прозрачнымстеклопластиком. Северная частькрыши и стены утеплены пеноплеуританом. Холодный воздух поступает  в чердачное помещение склада  через отверстия с южной стороны здания. В чердачном помещениивоздух нагревается солнечными лучами, проходящимичерез стеклопластик. Нагретый воздух через потолокпоступаетв помещение склада. Теплоизоляция выполнена из пенополиуритана толщиной 10 мм. Циркуляция воздуха осуществляется при помощивытяжного вентилятора создающего разряжение(рис. 2). В помещении склада поддерживается температура 18,3-21,1 градус Цельсия.

Рис. 2. Конструкция с крышным коллектором.

1 – прозрачный теплопластик,

2 -вытяжной вентилятор

3 – теплоизоляция.

в) При установке плоского постепенного коллектора для помещения материального склада вдоль его южной стены выполняют площадку изпустотельных бетонных блоков. Кладку окрашивают с наружной стороны устанавливают деревянную рамку оббитую листами прозрачного стеклопластика. Ширину прослойки между поверхностью стены и стеклопластика принимают равной 10 мм. Воздух нагнетаетсявентилятором в чердачное помещение, поступаетв солнечный коллектор, нагревается. Между фундаментом ипервым рядом кладки из пустотельных блоков, устанавливают ряд из сплошных блоков, установленных с зазорами.

Рис.3 Схема с настенным коллектором.

1-нагревательный вентилятор

2-верхняя щель

3-стена покрашенная в черный цвет

4-стеклопластик

5-пустотелый блок

6-нижняя щель

Нагретый воздух, поступая в пустоту, нагревает стенку, таким образом кладка является аккумулятором, затем нагретый воздух через щель, сделанную в верхней части кладки поступает в склад (рис. 3). Удаляется воздух через отверстие в серверной стене здания.

г) Еще одно из конструкций склада в которой грунт  и основание над ним служат аккумулятором теплоты. Под складом в фундаменте имеетсяуглубление, которое заполнено каменными булыжниками. Каменная  подушка в данном случае служит аккумулятором теплоты. Аккумулятор со всех сторон теплоизолирован. Солнечные  коллекторы размещают с южной стороны крыши. Изолируют двойным прозрачным слоемстеклопластика. Нагретый воздух поступает днем с помощьюнасосав аккумулятор, а ночью за счет того, что теплый воздух поднимается вверх, воздух циркулирует естественнойциркуляцией (рис. 4).

Рис. 4. Схема с крышным коллектором и подпольным аккумулятором

1 – солнечный коллектор

2 – сверхпрозрачная изоляция

3 – насос

4 – каменная подушка.

д) Кроме солнечных коллекторов можно также использовать ветроэнергетическую установку, совмещенную с импеллерным устройством. Импелеерное устройство размещается в чердачном помещении. К нему подключается водопровод с прямой и обратной водой. По периметру склада размещены радиаторы. При  входе в импеллерное устройство в обратном трубопроводе установлен насос, который осуществляетциркуляцию воды. Ветроагрегат расположен на кровле здания. (рис.5)

Рис.5. Схема ВЭУ совмещенной с импеллерным устройством

1 – ветроэнергетическая установка

2 – импеллерное устройство

3 – прямой трубопровод

4 – радиатор

5 – обратный трубопровод

6 – нагнетательный насос

2.Выбор и обоснованиеконструкции энергоагрегата.

Для энергоснабжения материального склада мы выбираем ветроэнергетическую установку, т.к. использование солнечных коллекторов в зимнее время неэффективно.

         По заданию нам дана ветроэнергетическая установка с вертикальным валом. Такая установка дает нам возможность  разместить редуктор и генератор внизу, что в значительной мере облегчает его техническое обслуживание.

         Выбираем ветродвигатель карусельного типа.

3.Конструкции энергоагрегатов.

Рассмотрим некоторые конструкции энергоагрегатов.

а) Плоский солнечный коллектор

Плоские коллекторы улавливают энергию прямых и рассеянных лучей, то есть работают и в пасмурную погоду. Они состоят (рис. 6) из светопрозрачногозащитного слоя, теплоприемникапоглощающего солнечную энергию, трубили коробов для теплоносителя, слоя теплоизоляции и защитного короба, который может быть элементом коллектора или здания. Ультрафиолетовые солнечные лучи проходят через светопрозрачный защитный слой и достигают теплоприемника – темной абсорбирующей панели. Панель нагревается и начинает излучать новую инфракрасную радиацию. Дляинфракрасных лучейзащитный слой лучейне пропускает. Поэтому внутри коллектора температура повышается . Теплоту выводит из коллектора воздушный или жидкий теплоноситель. Защитный слой 1 обладает высокой проводимостью и пропускаетсолнечную радиацию в коллектор, а также предотвращает потери теплоты из него. Стекло для него изготавливают с низким содержанием железа

Рис. 6. Схема гелиоустановки.

1 – Двухслойное остекление

2 – трубопровод для циркуляции жидкости

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. В сельской местности защитный слой изготавливают из 2-х и более слоев светопрозрачной пленки. Теплоприемник

Изготавливают из листов меди или алюминия окрашенных в черный цвет. Поток теплоносителя должен проходить вдоль теплоприемника по трубам, коробам или в замкнутой поверхности солнечной панели. Роль жидкого теплоносителя обычно играет вода. В зимних условиях для этих целей лучше использовать не замерзшую жидкость: антифриз, трансформаторноемасло. Жидкий теплоноситель циркулирует по трубопроводам, воздушный – или по трубопроводам или в изолированном от внешней среды пространстве между теплоприемником и светопрозрачной поверхностью.

         б) Теплоаккумулирующее устройство.

         Теплоаккумуляторы – важная часть теплоаккумулирующего  устройства. Солнцесветит ограниченное число часов в сутки и не каждый день, а тепловая энергия нужна постоянно и особенно в ночное время суток зимой. Поэтомусолнечную энергию необходимосохранить для потребителя. Этой цели служаттеплоаккумуляторы (рис. 7). Теплоаккумулирующее устройство может представлять собой закрытую сверху яму, наполненную булыжником. Циркуляция воздуха от коллектора к теплоаккумулятору и из него в обогреваемое помещение можно обеспечитьне только при помощи вентиляционной системы (рис. 7), но и путем естественной конвенции.

Рис. 7 Аккумулятор теплотыс каменевой подушкой

1,4,6 – выход соответственно холодной жидкости, направленнойк солнечной панели, теплой воды, пригодной к использованию, теплого воздуха.

2,3,5 – вход соответственно холодного воздуха, нагретой в солнечной панели  жидкости, холодной воды, которая проходит через змеевик в теплонакопительной камере

7 – корпуснакопителя

8 – камни теплоаккумуляторы

9 – змеевик.

         в) Конструкции ВЭУ

         В состав ВЭУ входят: ветродвигатель, редуктор, преобразователь механической энергии, аккумулятор и потребитель. Ветродвигатель преобразует энергию ветра в механическуюили электрическую.

         Промышленность выпускает в основном ветроэнергетические агрегаты с крыльчатым колесом (рис.9а). Во время сильных ураганов, ветров и  штормов центробежные силы могут разрушить полости, поэтому в состав ВЭУ включены специальные устройства для перевода лопастей во флюгерное положение. Ихξ   достаточно высокий: 0,3….0,46.Окружная скорость двигателей не превышает скорости ветра, масса на единицу мощности небольшая. Их используют для установок с малым начальным крутящим моментом, а также чтобы обеспечить работу центробежных насосов или энергогенераторов.

         У ветродвигателейс вертикальнойосью вращения ветроколеса, линейная скоростьвращения лопастейв несколько раз больше ветра. Такие ветродвигатели 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 медленно реагируютна изменения скорости ветра, т.е. работают стабильно.

Рис. 9. Схемы принципиальные ветровых установок.

а) АВЭУ с крыльчатым колесом

б) карусельная

в) роторная

г) барабанная

д) цепная

         Ветродвигатели могут быть также барабанными (рис 9г) и цепными (рис. 9д). Лопасти цепных ветродвигателей гибкие и при вращении принимают форму цепной линии. Под воздействиемцентробежных и аэродинамических силони приобретают такую форму при которой возникающиев установке усилия уравновешиваются, то  есть не требуется специальных элементов. Достоинства такихветродвигателей – способность воспринимать ветер в любых направлениях и высоким   ξ =0,6; недостаток – сложность в изготовлении.

         Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Частотаего вращения должна в 4 раза и болеепревышать частоту вращения ротора ветродвигателя. достичь этого можно путем правильного выбора типагенератора либо передаточного устройства. Различают генераторы постоянногои переменного потока.

         Аккумуляторпредназначен для сохранения энергии в течение ограниченногобезветренного периода. В ветреные дни проще всего накопить энергию  в электрических аккумуляторах. Емкость аккумуляторных батарей можетдержаться  от 3 до 6 суток. Стоимость их может доходить до половины стоимости ветродвигателя.

4.Расчет энергопотребителя.

1)На отопление.

Рассчитаем поток теплоты, необходимый на отопление:

Фот = gот* Vн (tв – tн)а

где gот – удельная относительная характеристика здания, Вт/(м³*С)

gот = 0,43 Вт/(м³*С) для склада

Vн  - объем помещения понаружному обмеру, м³

tв – внутренняя температура, С, tв = +14С

tн -  наружная температура зимой, tн = -18 С

а – коэффициент запасаа = 1,1

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

         Выбираем для отопления дватепловентилятора марки ТВ – 36, рабочая мощность 8,8 кВт, потребляемая 9,7 кВт.

         2. На освещение.

Для освещения будем использовать лампы накаливания мощностью 200 Вт. Они  будут размещены через каждые три метра в длину, и 2,5 м в ширину в три ряда. Для освещения используется21 лампа. Потребляемая мощность

Nоб = n*Nл = 0,2*21 = 4,2

         Для энергообеспечения склада нам необходима мощность

N потр = Nот+Nосв

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

5.Расчет ветроэнергетической установки.

         Рассчитаем мощность ВЭУ необходимую для обеспечения энергоснабжениясклада.

Она определяетсяпо формуле:

N вет = Nпотр/ηмех*ξ

где ηмех – КПДмеханической передачи

η = 0,89 для редуктора с зубчатой передачей

ξ – коэффициент использования ветровогопотока. Для ветроагрегатов карусельного типа ξ = 0,1…0,13 принимаем ξ = 0,14

N веет = 21300/0,89*0,14 =170947 Вт

         Так как при такой мощности ВЭУ она будет  иметь очень большие размеры, что нецелесообразно, то мы установим 8 ВЭУ меньшего размера, тогда мощность одной ВЭУ

N веет = 170947/8 = 21368 Вт

Исходя из значения найденной намимощности ВЭУ, определим площадь воздействия ветрового потока, по формуле:

F = 2N/ρΰ³

где ρ – плотность воздушного потока г/м3 по справочнику принимаем  ρ = 1,193 кг/м³

ΰ – скорость ветра, принимаем ΰ = 9 м/с

F=2*21368/1,1193*9³ = 49,1 м²

Наиболее лучшей является отношение

a/b = ¾                                              a = 6м   b = 8,2 м F = a*b = 6*8,2 = 49,2 м²

Мы устанавливаем для энергоснабжения склада 8 установок карусельного типаN = 213000Вт и площадью лопасти 49,2 м³

6.Правила эксплуатации ВЭУ.

ВЭУ должны устанавливаться на открытой местности, на специально отведенныхдля них площадках. Они должны постоянно находиться под присмотром специалиста, который хорошо ознакомлен с их устройством и принципом работы. Так как  у нас ВЭУ с вертикальным валом, вследствие этого редактор и генератор расположены на земле и это в значительной мере облегчает техническое обслуживание ВЭУ.

         Техническое обслуживание ВЭУ проводят 1-2 раза в месяц, специалист.

         Техническое обслуживание включает:

1. Внешний осмотр ВЭУ

а) Осмотр лопастей и вала

б) осмотркрепления и растяжек и осмотр подшипников

2. Проверка уровня масла в редукторе

3. Проверка напряженияна зажимах генератора

7.Оценка экономической эффективности ВЭУ

При установкеВЭУ мы избавляемся от затрат на топливо.

Годовая экономия рассчитывается по формуле:

Эсу = ЗтВ-Ен*К+Ен*Кдоб*В+Вдл*Зэл

Зт – стоимость условного топлива

Зт = 2300 руб/Тут

В – годовая экономия условного топлива в кг/ч рублях

Вч = 3,6 Ф/(g* ηка)

Вч = 3,6*17100/29300*0,8=2,6 кг

Годовойрасход топлива В = Вч*24*n

n – количество отопительных дней

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

К- капитальные затраты на изготовление установки.

Себестоимость одной установки 1000 руб. Установок 8 шт., к = 8*10000 = 80000 руб.

Ен – нормативный коэффициент Ен=0,15

Кдоб – удельные налогообложения в прирост 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 потребления энергии 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. срок окупаемости 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.

Описание к схеме.

         Имеется здание материального склада 1, утеплено теплоизоляционным материалом 2 в качестве которого служитслой пенополиуританатолщиной 10 мм. По всей длине здания проходит воздуховод 4, в который нагнетается теплый воздух, при помощи  вентилятора 6. Воздух поступает в калорифер 7, нагревается, поступает в воздуховод и распространяетсяпо всему зданию. В складе имеются для освещения 21 лампа накаливания. Энергообеспечение склада осуществляетсяпри помощи 8-ми ветроэнергетических установок. ВЭУ состоитиз ветрового барабана 9, который размещается на валу 10, вал передает крутящий момент на редуктор 12, редуктор увеличивает частоту вращения и передаеткрутящий момент на вал генератора 13. Генератор начинает вырабатывать электрическую энергию, которая идет наотопление

и освещение склада.

Литература

1.Ветроэнергия в сельском хозяйстве. М.: ГосНИИТИ 1960 г.

2.Возобновляемые источники энергии на службе человека. Журнал «Человек и природа» - №5, 1986 г.

3.Б.М.Берновский Возобновляемые источники энергии на службе человека. М.: Наука 1987 г.

4.Стефанова В.Э. Возобновляемые источники энергии на сельскохозяйственных предприятиях. М,:»Агропромиздат», 1989 г.

5.Оборудование для использованиянетрадиционных источников энергии «АгроНИИТЭИИТО» М.: 1996 г.

6.Разработка и внедрениеоборудования для использования возобновляемых источников энергии.

7.Рекомендации по применению ветроэнергетическихустановок в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1972 г.

8.Романенко Н.Н. Основыветроэнергетических расчетов и ветроиспользования