19.02.2003 на защите инженеров кафедры
"Электроснабжение и энергосбережение" электромеханического факультета Санкт-Петербургского
Государственного Политехнического Университета мой дипломный проект был удостоен
отличной оценки, а его автору (то бишь мне) присвоена квалификация "инженер-электрик".
В составе комиссии, кроме преподовательского и профессорского состава кафедры, а также декана факультета, присутствовал САМ советник Президента по энергетике г-н Решетов, прибывший из Москвы специально на защиту инженеров нашей кафедры.
Дипломный проект
Тема диплома: "Электротеплоснабжение
полярной метеостанции от ветродизельного энергоблока".
Научный руководитель: заместитель
гендиректора по энергетике ОАО "Звезда", д.т.н., профессор Орлов А.В.
Рецензент: начальник научно-исследовательского
отдела ВИТУ, д.т.н. Толмачев В.Н.
132 страницы, 16 рисунков, 5 демонстрационных плакатов.
Содержание доклада по дипломному проекту
В последнее время нарастающий интерес к нетрадиционным возобновляемым источникам энергии (НВИЭ) в целом обусловлен стремлением заместить в электроэнергетике ограниченные по запасам минеральные ископаемые топлива (уголь, нефть, газ), которые, с одной стороны, неуклонно дорожают, а с другой - являются ценным сырьем для других отраслей промышленности (например, химической ).
Интерес к НВИЭ усилился и в связи с созданием большого количества новых объектов энергопотребления в районах с суровыми климатическими условиями, удаленных от госэнергосистем.
Наибольшее распространение из НВИЭ как в нашей стране, так и за рубежом получили
так называемые ветроэнергетические установки (ВЭУ).
Однако сравнительно медленное внедрение ВЭУ в практическую энергетику обусловлено рядом объективных причин, среди которых можно выделить три основных.
Первая причина связана с непостоянными характеристиками ветра.
Вторая причина обусловлена низким качеством энергии, вырабатываемой ВЭУ по сравнению с традиционными источниками энергии.
Третьей причиной является достаточно высокая стоимость оборудования ВЭУ.
При мощности от десятков до сотен тысяч киловатт представляет интерес использование ВЭУ
в сочетании с дизель-электрической станцией (ДЭС).
Для того, чтобы лучше понять функционирование ВЭУ в составе автономной системы энергоснабжения, я кратко поясню устройство и принцип действия ветроагрегата, общий вид которого представлен на плакате №1.
ВЭУ состоит из следующих основных частей:
1) башня с основанием;
2) трансмиссия;
3) ветроколесо с тремя лопастями;
4) виндрозный механизм поворота на ветер;
5) механизм принудительного останова и стабилизации оборотов и механизм вывода ветроколеса во флюгер и установки лопастей;
6) механизм подъёма и опускания башни;
7) генератор;
8) шкаф управления электроэнергией.
Кратко принцип действия ветроагрегата:
Механизм поворота на ветер осуществляет разворот ветроколеса перпендикулярно направлению ветрового потока. Под действием крутящего момента от набегающего ветрового потока ветроколесо начинает вращаться. Вращение ветроколеса передаётся на цилиндрический редуктор и далее через систему вертикальных карданных валов и нижний редуктор на генератор, установленный на платформе у основания башни. Генератор вырабатывает переменное напряжение 230/400 В, которое через шкаф управления электроэнергией поступает потребителю.
На втором плакате представлена общая структурно-принципиальная схема системы энергообеспечения автономного объекта на базе ветродизельного комплекта.
Электрическая энергия, вырабатываемая ВЭУ, либо ДЭС (при отсутствии ветра, а также в случаях, когда V
1) по каналу электроснабжения - для питания ответственных потребителей через ИБП (источник бесперебойного питания). ИБП обеспечивает требуемыми параметрами качества электроэнергию. К тому же, ИБП резервирует электроснабжение ВЭУ в течение кратковременных перерывов ветрового потока.
2) по каналу теплоснабжения;
3) по каналу балластной нагрузки в случае избытка мощности, вырабатываемой ВЭУ.
Данная система может быть дополнена системой управления, следящей за изменениями параметров ветра, мощности и температуры воздуха объектов теплопотребления и выдающей сигналы управления на основе полученной информации.
Конкретное применение ветродизельного энергоблока я рассматриваю на примере системы автономного электротеплоснабжения полярной метеостанции, первоначальная структурная схема которой представлена на третьем плакате.
В состав энергокомплекса входят:
1) 5 ВЭУ мощностью по 30 кВт;
2) 3 дизель-генераторных установки (ДГУ) мощностью по 100 кВт;
3) распределительное устройство 0,4 кВ;
4) аккумуляторные установки.
ВЭУ являются основным источником энергоснабжения. При отсутствии ветра и, следовательно, остановке ВЭУ, электропотребители переходят на питание разрядным током аккумуляторных батарей, емкости которых должно хватить на 6-10 часов работы в зависимости от графика работы оборудования. При 50% разряде аккумуляторных батарей и при отсутствии ветровой нагрузки автоматически запускаются ДГУ и принимают на себя питание потребителей, одновременно подзаряжая батареи аккумуляторных установок. При появлении ветровой нагрузки и запуске ВЭУ ДГУ автоматически отключаются от сети.
Для электропотребителей, работающих только на переменном токе (электродвигатели насосов, бытовые приборы, технологическое оборудование и проч.), предусматривается установка инверторов по месту, в сооружениях.
В связи с тем, что представленный энергокомплекс является довольно-таки сложным и дорогостоящим, было принято решение о его реализации путём постепенного внедрения единичных ветродизельных энергоблоков (ВДЭБ). Принципиальная структурная схема такого энергоблока представлена на четвёртом плакате.
ВДЭБ состоит из ВЭУ мощностью 30 кВт и двух ДГУ мощностью также по 30 кВт. Первая ДГУ резервирует ВЭУ, а вторая ДГУ предназначена для аварийного резервирования первой ДГУ в случае её выхода в ремонт или по причине не запуска по каким-либо причинам.
Для ВДЭБ спроектирована система автоматического управления ВЭУ и нагрузкой.
В дипломном проекте более детально рассмотрены состав и структура ВДЭБ, а также произведён расчёт токов коротких замыканий и выбор электрооборудования.
И на последнем плакате представлено два графика.
Первый график отображает зависимость мощности ВЭУ "Ветроток-30" от скорости ветра. Как видно из графика, диапазон рабочих скоростей ветра для ВЭУ находится в пределах от 4 до 25 м/с. Нижняя граница данного диапазона объясняется тем, что крутящий момент на лопастях ветроколеса, достаточный для его страгивания, достигается при скорости ветра от 4-4,5 м/с. При скорости ветра 8,4 м/с ветроагрегат выходит на установившийся режим, обеспечивающий подключение нагрузки 16 кВт. При увеличении скорости ветра до 10,5 м/с и выше, к ветроагрегату можно подключать полную нагрузку 30 кВт. При скоростях ветра свыше 25 м/с ветроколесо затормаживается посредством тормозного устройства и выведения лопастей во флюгерное состояние во избежание механических разрушений ветроколеса.
На втором графике представлена зависимость себестоимости электроэнергии, вырабатываемой системой энергообеспечения объекта (СЭО), от времени использования ВЭУ. Себестоимость рассчитывалась при разных значениях цены дизельного топлива. Как видно из графика, с увеличением времени использования ВЭУ в составе СЭО практически линейно уменьшается значение себестоимости вырабатываемой энергии. К тому же, с увеличением времени использования ВЭУ уменьшается и разброс значений себестоимости при разных ценах на дизельное топливо.
Для тех, кто дочитал до конца и ещё не свихнулся от всего написанного, ЗДЕСЬ находятся Отзыв и Рецензия на дипломный проект, а также мои ответы на вопросы рецензента.
<< Вернуться ко ВСЯЧИНЕ
