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 4 курса заочного отделения специальность

311400 электрификация и автоматизация с/х Николаенко Сергей Сергеевич

Шифр 39353

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

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.

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.

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.

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.

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 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).

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)

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 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.

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

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.

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.

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.

Расчет энергопотребителя.

1)

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.

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>

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.

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.

Оценка экономической эффективностиВЭУ

При 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.

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.

Ветроэнергия в сельском хозяйстве.М.: ГосНИИТИ <st1:metricconverter ProductID=«1960 г» w:st=«on»>1960 г</st1:metricconverter>.

2.

Возобновляемые источники энергии наслужбе человека. Журнал «Человек и природа» — №5, <st1:metricconverter ProductID=«1986 г» w:st=«on»>1986 г</st1:metricconverter>.

3.

Б.М.Берновский Возобновляемыеисточники энергии на службе человека. М.: Наука <st1:metricconverter ProductID=«1987 г» w:st=«on»>1987 г</st1:metricconverter>.

4.

Стефанова В.Э. Возобновляемыеисточники энергии на сельскохозяйственных предприятиях. М,:»Агропромиздат», <st1:metricconverter ProductID=«1989 г» w:st=«on»>1989 г</st1:metricconverter>.

5.

Оборудование для использования нетрадиционных источников энергии«АгроНИИТЭИИТО» М.: <st1:metricconverter ProductID=«1996 г» w:st=«on»>1996 г</st1:metricconverter>.

6.

Разработка и внедрение оборудования для использования возобновляемыхисточников энергии.

7.

Рекомендации по применениюветроэнергетических установок в сельскомхозяйстве. М.: Колос, <st1:metricconverter ProductID=«1972 г» w:st=«on»>1972 г</st1:metricconverter>.

8.

Романенко Н.Н. Основы ветроэнергетических расчетов иветроиспользования

еще рефераты

Еще работы по технике

Реферат по технике

История развития часов

29 Августа 2013

Реферат по технике

Часовое производство в царской России и СССР

29 Августа 2013

Реферат по технике

Инженерное творчество. Этапы проектирования шариковой ручки

29 Августа 2013

Реферат по технике

Теория технических систем. Мясорубка

29 Августа 2013