Реферат: Энергосбережение материального склада при помощи ветроэнергетической установки с вертикальным валом

Министерство образования РоссийскойФедерацииСтавропольский Аграрный  Государственный УниверситетКонтрольная работаПо дисциплине: Нетрадиционныеисточники энергии

Тема:Энергосбережение материального склада при помощи ветроэнергетической установкис вертикальным валом.

                                                                        Выполнил: студент 4курса                                                                         заочного отделения специальность                                                        

 311400  электрификация и   автоматизацияс/х                                                                          Николаенко Сергей Сергеевич

Шифр39353

                                                                           Проверил:

                                                                           

Ставрополь 2004

 

Содержание

Введение……………………………………………….стр.3

1.   Конструктивныеособенности……………………… стр.4

2.   Выбор и обоснование конструкции

электроагрегата……………………………………… стр.9

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

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

5.   Расчет ветроэнергетическойустановки…..……… стр.17

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

7.   Оценка экономической эффективностиВЭУ……… стр.19

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

Литература………………………………………………стр.22


ВВЕДЕНИЕ

 

         Существование человеканемыслимо без  потребления энергии. Уровень развития промышленности,транспорта, сельского хозяйства и быта человека в значительной степениопределяются запасами и использованием энергоресурсов. Вся история развитияцивилизации – это поиск более совершенных  источников питания. Крометрадиционных  источников энергии топлива дров, угля, урана существуют также ине традиционные источники энергии  солнца, ветра, земли.

         Перед нами в данной курсовойработе  поставлена задача, в помещении материального склада с помощью нетрадиционных источников энергии обеспечить энергоснабжение. Основнымипотребителями энергии в помещении материального склада являются освещение, т.е. лампы накаливания и установка для отопления.

1.   Конструктивные особенности.

Вздании склада будут иметься  некоторые конструктивные особенности.

Рассмотрим несколькоконструкций:

а)Покрытия и стены  здания утеплены. Здание ориентировано на местности такимобразом, чтобы одна из его продольных стен была ориентирована  на юг. Верхняячасть стены южного фасада на высоту 1,8 метра выполнена вертикально, а нижняя под углом 60 градусов к отмостке здания. В нижней наклонной части южного фасада устроен солнечный коллектор, длина  коллектора 22 метра, высота 2,5 метра. Светопрозрачная теплоизоляция коллектора выполнена из  двух слоевстеклопластика с воздушной прослойкой 2 мм. Подогретый  в коллекторе воздух поступает в каналы  специального настила из пустотельных  бетонных блоков.

/>


Рис. 1.  1 — солнечныйколлектор

              2 –светопрозрачная теплоизоляция

              3 – каналдля подачи горячего воздуха

              4 –теплоизоляция

               5 – песок

Поверху настила уложен слой песка толщиной 18 см, а снизу слой теплоизоляции служит  пенопласт (рис. 1). Это позволяет аккумулировать дополнительную солнечнуюэнергию под полом.

б) Склад имеет двухскатную крышу. Южный скат  крыши покрыт  прозрачным  стеклопластиком.Северная часть  крыши и стены утеплены пеноплеуританом. Холодный воздухпоступает  в чердачное помещение склада  через отверстия с южной стороныздания. В чердачном помещении  воздух нагревается солнечными лучами, проходящими через стеклопластик. Нагретый воздух через потолок  поступает  в помещениесклада. Теплоизоляция выполнена из пенополиуритана толщиной 10 мм. Циркуляция воздуха осуществляется при помощи  вытяжного вентилятора создающего разряжение (рис. 2). В помещении склада поддерживается температура 18,3-21,1 градусЦельсия.

/>


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  пустотельных бетонных блоков. Кладку окрашивают снаружной стороны устанавливают  деревянную рамку оббитую листами прозрачногостеклопластика. Ширину прослойки между поверхностью стены и стеклопластикапринимают равной 10 мм. Воздух нагнетается  вентилятором в чердачное помещение,поступает  в солнечный коллектор, нагревается. Между фундаментом и  первымрядом кладки из пустотельных блоков, устанавливают ряд из сплошных блоков,установленных с зазорами.

/>


Рис.3 Схема с настеннымколлектором.

1-   нагревательный вентилятор

2-   верхняя щель

3-   стена покрашенная в черный цвет

4-   стеклопластик

5-   пустотелый блок

6-   нижняя щель

Нагретыйвоздух, 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 служатаккумулятором теплоты. Под складом в фундаменте имеется  углубление, котороезаполнено каменными булыжниками. Каменная  подушка в данном случае служитаккумулятором теплоты. Аккумулятор со всех сторон теплоизолирован. Солнечные коллекторы размещают с южной стороны крыши. Изолируют двойным прозрачным слоем стеклопластика. Нагретый воздух поступает днем с помощью  насоса  ваккумулятор, а ночью за счет того, что теплый воздух поднимается вверх, воздухциркулирует естественной  циркуляцией (рис. 4).

/>


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 вобратном трубопроводе установлен насос, который осуществляет  циркуляцию воды.Ветроагрегат расположен на кровле здания. (рис.5)

/>


Рис.5. Схема ВЭУсовмещенной с импеллерным устройством

1 – ветроэнергетическаяустановка

2 – импеллерноеустройство

3 – прямой трубопровод

4 – радиатор

5 – обратный трубопровод

6 – нагнетательный насос

2.   Выбор и обоснование  конструкцииэнергоагрегата.

Для энергоснабжения материальногосклада мы выбираем ветроэнергетическую установку, т.к. использование солнечныхколлекторов в зимнее время неэффективно.

         По заданию нам данаветроэнергетическая установка с вертикальным валом. Такая установка дает намвозможность  разместить редуктор и генератор внизу, что в значительной мереоблегчает его техническое обслуживание.

         Выбираем ветродвигателькарусельного типа.

3.   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  защитного слоя, теплоприемника  поглощающегосолнечную энергию, труб  или коробов для теплоносителя, слоя теплоизоляции изащитного короба, который может быть элементом коллектора или здания.Ультрафиолетовые солнечные лучи проходят через светопрозрачный защитный слой идостигают теплоприемника – темной абсорбирующей панели. Панель нагревается иначинает излучать новую инфракрасную радиацию. Для  инфракрасных лучей защитный слой лучей  не пропускает. Поэтому внутри коллектора температураповышается. Теплоту выводит из коллектора воздушный или жидкий теплоноситель.Защитный слой 1 обладает высокой проводимостью и пропускает  солнечную радиациюв коллектор, а также предотвращает потери теплоты из него. Стекло для негоизготавливают с низким содержанием железа

/>


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 по трубопроводам, воздушный – или потрубопроводам или в изолированном от внешней среды пространстве междутеплоприемником и светопрозрачной поверхностью.

         б) Теплоаккумулирующееустройство.

         Теплоаккумуляторы – важнаячасть теплоаккумулирующего  устройства. Солнце  светит ограниченное число часовв сутки и не каждый день, а тепловая энергия нужна постоянно и особенно вночное время суток зимой. Поэтому  солнечную энергию необходимо  сохранить дляпотребителя. Этой цели служат  теплоаккумуляторы (рис. 7). Теплоаккумулирующееустройство может представлять собой закрытую сверху яму, наполненнуюбулыжником. Циркуляция воздуха от коллектора к теплоаккумулятору и из него вобогреваемое помещение можно обеспечить  не только при помощи вентиляционнойсистемы (рис. 7), но и путем естественной конвенции.

/>


Рис. 7 Аккумулятор теплоты  с каменевойподушкой

1,4,6 – выход соответственно холоднойжидкости, направленной  к солнечной панели, теплой воды, пригодной киспользованию, теплого воздуха.

2,3,5 – вход соответственно холодноговоздуха, нагретой в солнечной панели  жидкости, холодной воды, которая проходитчерез змеевик в теплонакопительной камере

7 – корпус  накопителя

8 – камни теплоаккумуляторы

9 – змеевик.

         в) Конструкции ВЭУ

         В состав ВЭУ входят:ветродвигатель, редуктор, преобразователь механической энергии, аккумулятор ипотребитель. Ветродвигатель преобразует энергию ветра в механическую  илиэлектрическую.

         Промышленность выпускает восновном ветроэнергетические агрегаты с крыльчатым колесом (рис.9а). Во времясильных ураганов, ветров и  штормов центробежные силы могут разрушить полости,поэтому в состав ВЭУ включены специальные устройства для перевода лопастей вофлюгерное положение. Их  ξ   достаточно высокий: 0,3….0,46.  Окружнаяскорость двигателей не превышает скорости ветра, масса на единицу мощностинебольшая. Их используют для установок с малым начальным крутящим моментом, атакже чтобы обеспечить работу центробежных насосов или энергогенераторов.

         У ветродвигателей  свертикальной  осью вращения ветроколеса, линейная скорость  вращения лопастей в несколько раз больше ветра. Такие ветродвигатели подразделяют на карусельные(рис,9б) и роторные (рис. 9б). Полуцилиндры ротора устанавливают на одинаковомрасстоянии от вертикальной оси. Вращение ветровых колес не зависит отнаправления ветра. Они медленно реагируют  на изменения скорости ветра, т.е.работают стабильно.

/>


/>


Рис. 9. Схемы принципиальные ветровыхустановок.

а) АВЭУ с крыльчатым колесом

б) карусельная

в) роторная

г) барабанная

д) цепная

         Ветродвигатели могут бытьтакже барабанными (рис 9г) и цепными (рис. 9д). Лопасти цепных ветродвигателейгибкие и при вращении принимают форму цепной линии. Под воздействием центробежных и аэродинамических сил  они приобретают такую форму при которойвозникающие  в установке усилия уравновешиваются, то  есть не требуетсяспециальных элементов. Достоинства таких  ветродвигателей – способностьвоспринимать ветер в любых направлениях и высоким   ξ =0,6; недостаток –сложность в изготовлении.

         Генератор преобразуетмеханическую энергию в электрическую. Частота  его вращения должна в 4 раза иболее  превышать частоту вращения ротора ветродвигателя. достичь этого можнопутем правильного выбора типа  генератора либо передаточного устройства.Различают генераторы постоянного  и переменного потока.

         Аккумулятор  предназначендля сохранения энергии в течение ограниченного  безветренного периода. Вветреные дни проще всего накопить энергию  в электрических аккумуляторах.Емкость аккумуляторных батарей может  держаться  от 3 до 6 суток. Стоимость ихможет 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 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

         Выбираем для отопления два тепловентилятора марки ТВ – 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 метрав длину, и 2,5 м в ширину в три ряда. Для освещения используется  21 лампа. Потребляемаямощность

Nоб =  n*Nл = 0,2*21 = 4,2

         Для энергообеспечения складанам необходима мощность

N потр = Nот+Nосв

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

5.    Расчет ветроэнергетическойустановки.

         Рассчитаем мощность ВЭУ необходимую для обеспеченияэнергоснабжения  склада.

Она определяется  по формуле:

N вет = Nпотр/ηмех*ξ

где ηмех – КПД  механическойпередачи

η = 0,89 для редуктора сзубчатой передачей

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

N веет = 21300/0,89*0,14 =  170947 Вт

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

N веет = 170947/8 = 21368 Вт

Исходя из значениянайденной нами  мощности ВЭУ, определим площадь 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 = 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 энергоснабжениясклада 8 установок карусельного типа  N = 213000Вт и площадью лопасти 49,2 м³

6.   Правила эксплуатации ВЭУ.

ВЭУ должныустанавливаться на открытой местности, на специально отведенных  для нихплощадках. Они должны постоянно находиться под присмотром специалиста, которыйхорошо ознакомлен с их устройством и принципом работы. Так как  у нас ВЭУ свертикальным валом, вследствие этого редактор и генератор расположены на землеи это в значительной мере облегчает техническое обслуживание ВЭУ.

         Техническое обслуживание ВЭУпроводят 1-2 раза в месяц, специалист.

         Техническое обслуживаниевключает:

1. Внешний осмотр ВЭУ

а) Осмотр лопастей и вала

б) осмотр  крепления и растяжек иосмотр подшипников

2. Проверка уровня масла в редукторе

3. Проверка напряжения  на зажимахгенератора

7.   Оценка экономической эффективностиВЭУ

При установке  ВЭУ мы избавляемся отзатрат 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.

/>/>


Описание к схеме.

         Имеется здание материальногосклада 1, утеплено теплоизоляционным материалом 2 в качестве которого служит слой пенополиуритана  толщиной 10 мм. По всей длине здания проходит воздуховод  4,в который нагнетается теплый воздух, при помощи  вентилятора 6. Воздухпоступает в калорифер 7, нагревается, поступает в воздуховод ираспространяется  по всему зданию. В складе имеются  для освещения 21 лампанакаливания. Энергообеспечение склада осуществляется  при помощи 8-миветроэнергетических установок. ВЭУ состоит  из ветрового барабана 9, которыйразмещается на валу 10, вал передает крутящий момент на редуктор 12, редукторувеличивает частоту вращения и передает  крутящий момент на вал генератора 13.Генератор начинает вырабатывать электрическую энергию, которая идет на отопление

и освещение склада.

 

Литература

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

2.   Возобновляемые источники энергии наслужбе человека. Журнал «Человек и природа» — №5, 1986 г.

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

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

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

6.   Разработка и внедрение  оборудованиядля использования возобновляемых источников энергии.

7.   Рекомендации по применениюветроэнергетических  установок в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1972 г.

8.   Романенко Н.Н. Основы ветроэнергетических расчетов и ветроиспользования

еще рефераты
Еще работы по остальным рефератам