Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Данные расчета суммарной мощности приведены в таблице 3.5. Далее рассмотрению подлежат альтернативные источники, способные вырабатывать необходимую мощность для питания устройств СЦБ.

4 ВЫБОР ВЕТРОУСТАНОВКИ ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

УСТРОЙСТВ СЦБ

4.1 Использование энергии ветра

Воздушный поток, как и всякое движущееся тело, обладает кинетической энергией. Одним из видов использования кинетической энергии является пре­вращение ее в механическую работу.

Кинетическая энергия воздушного потока, определяется по выраже­нию (4.1):

где m – масса движущегося воздушного потока; – скорость воздушного потока, м/с.

где V – объем массы воздуха, м³, протекающего за секунду через сечение F, м², со скоростью м/с; – плотность воздуха, кг/м³.

Количество энергии ветра, протекающего через поперечное сечение:

Энергия ветра изменяется пропорционально кубу его скорости и попереч­ного сечения [13].

Отличительным свойством ветра является его повсеместность. Однако тех­ническое использование энергии ветра во многих случаях крайне затруднено из-за низкой плотности воздуха (она в 800 раз меньше плотности воды). Для получения значительной мощности необходимо ветроколесо очень больших размеров, т.к. ветроагрегат может преобразовать только часть потенциальной энергии, определяемой коэффициентом использования энергии ветра . При этом частота вращения ветроколеса должна регулироваться из-за непостоянства скорости ветра во времени и вырабатываемая мощность, изменяясь пропорцио­нально третьей степени скорости ветра, будет иметь большую амплитуду коле­баний. Мощность, развиваемая ветроколесом, определяется как кинетическая энер­гия ветра, действующая в единицу времени, с учетом коэффициента ее исполь­зования найдем по формуле (4.4):

где – коэффициент использования энергии ветра; А – поверхность ометаемая крыльями ветроколеса, м², определяется по формуле (4.5):

где D – диаметр ветроколеса, м.

При плотности воздуха кг/м³ мощность, развиваемую ветроколесом, можно определить по выражению (4.6):

Таким образом, мощность, развиваемая ветроколесом, определяется оме­таемой площадью ветроколеса, скоростью ветра и величиной коэффициента использования энергии ветра.

4.2 Коэффициент использования энергии ветра

Ветроколесо преобразует в механическую энергию только часть полной энергии потока. Воздушный поток при прохождении через поперечное сечение, ометаемое ветроколесом.

Скорость воздушного потока снижается по мере приближения его к ветро­колесу и на некотором расстоянии за ним. По классической теории, полные по­тери скорости воздушного потока за ветроколесом в два раза больше, чем по­тери в плоскости вращения ветроколеса. Вместе с тем давление воздуха по мере приближения к ветроколесу повышается, а за ним оно резко падает, вследствие чего за колесом образуется некоторое разрежение [13]. Энергия, затраченная на вращение ветроколеса, равна разности кинетической энергии ветра перед вет­роколесом и за ним и определяется по формуле (4.7):

где – скорость воздушного потока за ветроколесом.

С другой стороны, воспринятую ветроколесом энергию можно выразить как произведение силы давления ветра G на скорость потока в плоскости ветроко­леса:

где G – сила давления ветра, Па; ­– скорость ветра в плоскости ветроко­леса, м/с.

Отношение энергии, воспринятой ветроколесом, к полной энергии, которой обладает воздушный поток, называется коэффициентом использования энергии ветра:

где – кинетическая энергия воспринимаемая ветроколесом; – полная энергия ветра.

Коэффициент использования энергии ветра зависит от величины потери скорости ветра при прохождении его через плоскость ветроколеса.

Н.Е. Жуковский для идеального ветроколеса установил максимальную ве­личину коэффициента использования энергии ветра [7].

В действительности значительно меньше, и согласно теории реального вет­роколеса, у лучших быстроходных ветроко­лес максимальная величина коэффициента , у тихоходных – . Данный коэффициент в основном зависит от аэродинамических характеристик ветроколеса [7].

4.3 Методика выбора ветроэнергетических установок для энергоснабжения устройств СЦБ

Для энергоснабжения технологических процессов ветроэнергетические ус­тановки выбираются по основным техническим характеристикам: мощности; диаметру ветроколеса; минимальной и расчетной скорости ветра и по наличию преобразующих (выпрямитель, инвертор) и аккумулирующих устройств.

Расчетная мощность ветроагрегата определяется диаметром ветроколеса, коэффициентом использования энергии ветра и расчетной скоростью ветра:

Если ветроагрегат работает без дублирующей установки и имеет аккумули­рующее устройство, то мощность агрегата должна быть не меньше, чем расчет­ная нагрузка потребителя, определяемая из графика нагрузки. При этом может потребоваться несколько ветроустановок. При наличии дублирующего источ­ника энергии мощность ветроустановки не должна быть меньше той мощности, которая требуется для обеспечения энергией основных потребителей или тех­нологических процессов. Дублирующая установка по мощности должна обес­печивать питание энергией всей нагрузки в дни безветрия. Ясно, что предла­гаемые варианты возможны, когда ветроустановка экономически выгодна.

Зная диаметр ветроколеса, несложно определить общее количество выраба­тываемой энергии. При использовании нескольких однотипных ветроустановок ометаемую площадь увеличивают на количество установок.

При проектировании ВЭУ решают следующие задачи:

1) определить количество вырабатываемой ВЭУ энергии при заданных ее параметрах;

2) определить количество ВЭУ, необходимых для удовлетворения потреб­ности данного технологического процесса;

3) по энерго - экономическим показателям выбрать оптимальное количество ВЭУ.

Возможное количество вырабатываемой энергии зависит от ресурса энергии ветра и режима работы ВЭУ. Количество энергии с ометаемой площади ВЭУ можно определить по выражению:

где Т – время работы ВЭУ.

Для рассматриваемого сезона или года определенную трудность может со­ставить выбор оптимального количества ВЭУ и потребуются сравнительные расчеты, с оценкой энергетических и экономических показателей каждого рас­сматриваемого варианта.

4.4 Выбор ветроустановки

Проведем расчет для ветроустановок Сокол-1 и Канюк-2.

1) Определение количества вырабатываемой энергии.

1.1) Выписываем необходимые технические данные ветроустановок:

для Сокол-1:

кВт; D = 6 м; м/с; м/с; м,

для Канюк-2:

кВт; D = 8 м; м/с; м/с; м.

1.2) Производим расчет среднегодовой скорости ветра в Приморском крае

На высоте 14 м:

м/с,

На высоте 17 м:

м/с,

1.3) Определяем расчетную мощность ветроагрегата по формуле (4.10):

для ветрогенератора Сокол-1:

Вт,

для ветрогенератора Канюк-2:

Вт,

Количество вырабатываемой энергии за январь определим по выражению (4.11):

одним ветрогенератором Сокол-1:

кВт ч,

одним ветрогенератором Канюк-2:

кВт ч,

Результаты расчетов сведены в таб­лицу 4.1

Таблица 4.1 – Суммарная месячная выработка электроэнергии

ветрогенерато­рамиСокол-1 и Канюк-2

2) Определение количества ветроустановок для удовлетворения потребности в энергии.

2.1) Потребное количество энергии определяется из данных потребленной энергии за 2015 год, предоставленными Дальневосточной дирекцией по энерго­обеспечению СП Трансэнерго-филиала ОАО «РЖД» по Владивостокской дистанции сигнализации, централизации и блокировки (ШЧ-9) (Приложение Б).

2.2) Предварительно оценим обеспеченность потребной энергии от одной установки:

где - потребное количество энергии, кВт ч; m – расчетный месяц; n – тип вет­рогенераторов, с – Сокол-1, к – Канюк-2.

Например, обеспеченность потребной энергии за январь:

Характеристики

Список файлов ВКР