Ветроэнергетическая установка для автономного энергоснабжения маломощного объекта.

Номер документа 7820160047

РУБРИКА:
15. Использование нетрадиционных источников энергии

РУБРИКА ГРНТИ:
75.31.31. Электроснабжение

АТРИБУТЫ:
Отрасли: оборудование
Тепловая энергия:
Электрическая энергия:
Виды топлива:
Водные ресурсы:

РЕКВИЗИТЫ:
Вид документа: Статья
Номер: без номера
Автор (принявший орган): Зуев Н. В. (Санкт-Петербургский Государственный Аграрный Университет)Санкт-Петербург, 196601, г. Пушкин, Петербургское шоссе, дом 2 (812) 470-04-22
Дата: 21.07.2016
Регион: Санкт-Петербург
Источник информации: http://www.udachadom.ru/stat7.html

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ ДОКУМЕНТА:

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ)  заряжает аккумуляторную батарею (АБ).Для преобразования трехфазного напряжения ВЭУ в постоянное имеется выпрямитель. Инвертор преобразует энергию, запасенную в АБ, в высококачественное однофазное напряжение 220В/50Гц. Непосредственно к АБ подключаются потребители постоянного напряжения. Для получения ряда напряжений постоянного тока (12/24/48В) имеются делители напряжения. К инвертору подключаются потребители стандартного напряжения. Контролер заряда регулирует зарядное напряжение и тем самым предохраняет АБ от перезаряда. Избыток энергии ВЭУ, который остается при регулировании зарядного напряжения, идет на нагрев воды в бойлере или нагрев воздуха в помещении. Для этого имеется водяной или воздушный ТЭН. Для предотвращения переразряда АБ имеется контроллер нагрузок постоянного тока. Как только батарея приближается к опасному уровню переразряда, данный контроллер отключает нагрузки постоянного тока. Защиту АБ от переразряда в линии переменного тока осуществляет инвертор. В случае длительного штиля имеется какой-либо резервный энергоисточник для заряда АБ. В данном случае это ДЭС, которая подключается к инвертору. Большинство современных инверторов имеют встроенное зарядное устройство от генератора переменного тока или сети.

Мощность ВЭУ в рассматриваемой энергоустановке обычно не превышает 5кВт. Данное ограничение связано с входным напряжением серийных инверторов, которое не превышает 48В. При увеличении мощности ВЭУ больше 5кВт и низком напряжении АБ номинальный ток генератора достигает такой величены, что эффективность энергоустановки снижается.

Рассматриваемая энергоустановка может использоваться для электроснабжения бытовых нагрузок в жилом доме, таких как:

  • Освещение.
  • Теле- и аудиотехника (телевизоры, спутниковые антенны, видеомагнитофоны магнитофоны, приемники).
  • Холодильники и другие кухонные электроприборы (миксеры, небольшие электропечи, кипятильники, печи СВЧ, кофеварки, электрочайники, тостеры, и т.п.).
  • Оргтехника (компьютеры, принтеры, сканеры, ксероксы, телефоны, факсы и т.п.).
  • Ручной электроинструмент (дрели, электролобзики, электрорубанки и т.п.).
  • Другие бытовые электроприборы (пылесосы, фены, утюги, стиральные машины, вентиляторы, кондиционеры, электронагреватели небольшой мощности и т.п.).
  • Однофазное промышленное электрооборудование небольшой мощности (насосы, компрессоры, настольные станки и т.п.).
  • Электроприборы, приводимые в действие двигателями постоянного тока (холодильники, насосы, и т.п.).
  • Электроприборы, в которых предусмотрена возможность работы от аккумуляторов или батареек (телевизоры, магнитофоны, приемники и т. п.).

Основные элементы, которые определяют стоимость энергоустановки, – это ВЭУ, инвертор и АБ. От ВЭУ зависит выработка электроэнергии. Для того чтобы понизить стоимость энергоустановки, надо понизить энергопотребление. Можно дать следующие советы для понижения энергопотребления:

  • Использовать экономичные глаогеновые электролампы. При потреблении 12Вт, данные лампы соответствует по освещенности лампам накаливания, потребляющим 100Вт.
  • Использовать современную транзисторную электротехнику с малым энергопотреблением.
  • Сократить до минимума время использования мощных бытовых электроприборов (печь СВЧ, утюг, электропечь, электронагреватель, фен, электрочайник, кофеварка, тостер, стиральная машина с подогревом воды, ручной электроинструмент и т.п.).
  • Отказаться от использования электропечей при приготовлении пищи, отопления и электрических систем получения горячей воды, а использовать для этого какое-либо топливо, например дрова, газ, солярку т.п.

От инвертора зависит пиковая мощность энергопотребления. Для снижения мощности инвертора можно согласовывать подключение мощных электроприборов. Другой способ понизить мощность инвертора – это перевести часть нагрузок, например освещение, на постоянное напряжение. Благодаря способности АБ отдавать большой ток, мощность приборов постоянного тока практически неограничена. От АБ зависит длительность штиля, который может перекрыть энергоустановка. Для снижения емкости АБ необходимо вводить в маловетреные дни экономный режим потребления энергии. Другой способ понизить емкость АБ – это использовать резервный источник энергии для перекрытия длительных штилей, например ДЭС.
В Санкт-Петербургском Государственном Аграрном Университете (СПбГАУ) проводятся исследования в области нетрадиционных энергоисточников. В частности в учебном хозяйстве СПбГАУ был сооружен лабораторный стенд, включающий ветроустановку “Mecanix 1500”. Основные характеристики данной ВЭУ приведены в табл. 1. Нагрузкой ВЭУ является железо-никелевая АБ емкостью 250Ач. К ВЭУ подключена многоканальная измерительная система, включающая аналого-цифровой преобразователь (АЦП), компьютер, электрические схемы преобразования каналов. Система измерения позволяет записывать данные в файл. Разработанная в СПбГАУ методика статистической обработки данных, позволяет получить основные рабочие характеристики ВЭУ, рассчитать выработку электроэнергии и др. параметры. Результаты испытания в целом подтвердили паспортные данные ВЭУ. Приведенные в статье рекомендации по выбору элементов энергосистемы с ВЭУ основаны, в основном, на результатах испытаний, полученных на лабораторном стенде СПбГАУ.

ВЭУ выбирается на основе энергопотребления объекта (в кВтч) в течении какого-либо расчетного периода и среднегодовой скорости ветра в районе сооружения ВЭУ. Мощность энергопотребления во внимание не принимается. Среднегодовая скорость ветра берется по данным метеостанции, которая ближе всего расположена к объекту. Эти данные можно взять, например, из справочника “Климат СССР. Ветер”.

При выборе ВЭУ необходимо скорректировать среднегодовую скорость ветра и суммарное энергопотребление. Необходимость коррекции среднегодовой скорости ветра связна с тем, что выработка энергии ВЭУ зависит от высоты мачты. Среднегодовые скорости ветра, приведенные в табл. 1, соответствуют высоте мачты 10м. Выбирая высокую мачту для ВЭУ (выше 10м) можно в ряде случаев увеличить среднегодовую скорость ветра на оси ротора ВЭУ до 50%. При коррекции суммарного энергопотребления учитываются потери в кабеле, инверторе и АБ. Потери в кабеле могут снижать выработку энергии ВЭУ до 30%, поэтому для снижения потерь рекомендуется при использовании длинного кабеля выбирать большое сечение жилы. Потери в АБ и инверторе связаны с КПД преобразования энергии. КПД свинцовой АБ составляет примерно 90%, КПД щелочной батареи составляет примерно 80%. Номинальный КПД современных инверторов составляет примерно 95%. Для всего рабочего диапазона инвертора можно принять среднее КПД инвертора 90%.Стоимость 1кВтч, вырабатываемого энергоустановкой, велика и поэтому данную энергоустановку целесообразно применять на объектах удаленных от центральных электросетей.