Ветроэнергетическая установка

 

     Так як електроприлади 5, 7, 10, 13 використовуються не завжди, а лише інколи, тому їх беремо як середнє значення за тиждень.

           З табл. 8.1 визначено, що"пік" споживання енергії складає близько 5,8 кВт, коли протягом 1-2 годин увімкнені майже всі прилади. Середньозважена потужність розраховується за формулою 8.1.

      (8.1) 
 

   де  Т_і – час роботи і-того приладу, год.;

     Т_∑ - сумарна кількість годин роботи всіх приладів, год.

     Таким чином середньозважена потужність, споживана будинком, становить 1 кВт за годину.

     В табл. 8.2 наведено опис навантаження постійного струму. 

Таблиця 8.2 - Перелік навантаження постійного струму

Використання енергозберігаючих ламп	Потужність,Вт	Кількість, шт.	Години  використання, год./добу	Споживана електрична енергія, Вт×год./добу
В кімнатах будинку	18	5	9	810
На  подвір’ї та ін.	7	2	12	168
В сумі	25	7	21	978

 

     Енергія дорівнює потужності, прикладеної за одиницю часу (година). 

      (8.1) 

   де Р_і - потужність i-того навантаження, Вт;

     Т - час роботи.

     Розрахуємо  вибрану вітроустановку. Для цього  необхідно визначити потужність ВЕУ в залежності від швидкості  вітру для даного будинку в Кіровоградській області.

     В будинку стоять запобіжники на 25 А. При напрузі 220 В максимальна споживана потужність складає 220 В∙25 А = 5500 Вт або 5,5 кВт. При перевищенні даного навантаження запобіжник би постійно відключав електроживлення. Тобто, середнє споживання складає 1 кВт. Зважаючи на те, що малі ВЕУ (до 10 кВт) прості в монтажі, установці й обслуговуванні, рекомендується для збільшення потужності ставити декілька малих ВЕУ замість однієї великої. Наприклад, замість однієї EuroWind 10 (9 кВт) краще поставити три EuroWind 2 (3 кВт) загальною потужністю 9 кВт. До речі, у цьому випадку вартість 3-х малопотужних інверторів буде значно менше вартості одного потужного.

     Так як видно, EuroWind 2 потужністю 3 кВт на середньорічній швидкості 3 м/с видає лише 300 Вт, тому візьмемо три EuroWind 2 для забезпечення необхідної середньорічної потужності 1 кВт∙год.

     Залежність  потужності від швидкості вітру  вітроенергетичної установки потужністю EuroWind 2 надано на рис. 7.16, основні параметри ВЕУ EuroWind 2 надано в табл. 8.3. 

Таблиця 8.3 – Основні параметри EuroWind 2

Основні параметри	Значення
Робочий діапазон швидкостей  вітру, м/с	2-45
Діаметр ротора, м	3,2
Номінальна  напруга, В	240
Максимальна потужність при 12 м/с, Вт	4000
Номінальна  швидкість обертання, об/хв.	220
Матеріал  лопатей	SRP (композитний матеріал)
Тип вітротурбін	PMG (на постійних  магнітах)
Кількість лопатей	3
Робоча  температура, ˚С	-40 - +60
Середнє виробництво електроенергії за рік (при 6 м/с), кВт	8200
Час для  повної зарядки акумуляторів, год.	10

 

     Визначимо значення необхідної потужності інвертора  і ємкості акумуляторної батареї.

     Необхідний запас електроенергії АБ для споживання у безвітряні дні розраховується за формулою 8.2: 

     (8.2) 

     Е_міс – кількість кВт, котрі ми втрачаємо за місяць;

     n_міс –кількість днів у місяці; 

     

кВт∙год 

     Одна  АБ ємністю 200 А·год може видавати 0,8 -1,2 кВт·год з урахуванням глибини розряду АБ (20 %). Розрахуємо по гіршому варіанту і приймемо, що 1 АБ ємністю 200 А·год видає 0,8 кВт·год. Таким чином необхідна кількість АБ визначаємо по формулі: 

            (8.3) 

     Для забеспечення добового споживання 15 кВт∙год буде достатньо  

      ,      

тобто 20 АБ загальної ємності 4000 А×год.

     При аналізі даних по швидкості вітру  в Кіровоградській області, де знаходиться  сільська садиба, що розглядається, встановлено, що найбільша кількість безвітряних днів складає 4 доби підряд влітку. Отже 20 АБ загальною ємністю 4000 А·год можуть забеспечити енергопостачання садиби в цей період на рівні 3,9 кВт·год за добу, тобто в економному режимі енергоспоживання (табл. 8.4)

Таблиця 8.4 – Енергоспоживання сільскою садибою в економному режимі, Вт×год

Електроприлади	Потужність, Вт	Ранок	День	Вечір	Ніч	Разом
Телевізор	185	0	185	370	0
Електроплита	1200	900			0
Мікрохвильова піч	1300		390	390
Холодильник	125	125	125	125	125
Насос	300	150	150	150	0
Електрочайник	1200	240	240	240	0
Всього:	3010	1415	1090	1275	125	3905

 

     Кількість послідовно з’єднанних АБ залежить від напруги в системі постійного струму: 

      .      (8.4) 

     Обираємо  U₌=48 В. Виходячи з цього,  

     

 

     Кількість паралельно з’єднанних АБ дорівнює 20:4=5 шт.

     Схема розробленої автономної системи електропостачання сільської садиби на базі трьох ВЕУ EuroWind 2 представлена на рис. 8.1.

     Основні параметри компонентів розробленої  системи представлені у табл. 8.4-8.6. 

Таблиця 8.4 – Основні параметри АБ ACUMAX Co-AML 200-12

Основні параметри	Значення
Ємкість, А∙год.	200
Напруга, В	12
Вага, кг	62
Срок  служби, рік	8-10

 

Рисунок 8.1 – Схема розробленої автономної системи електропостачання сільської садиби

Таблиця 8.5 – Основні параметри інвертора ФОРТ F55

Основні параметри	Значення
Номінальна  потужність навантаження, Вт	3000
Вхідна  напруга, В	48
Вихідна напруга, В	220
ККД, %	90-92

 

Таблиця 8.6 – Основні параметри контролера заряду PRS1010

Основні параметри	Значення
Діапазон  вхідної напруги, В	0~320
Діапазон  вихідної напруги, В	0~450
Потужність, Вт	0~4

 

 

9 ЕКОНОМІЧНА  ДОЦІЛЬНІСТЬ ВИКОРИСТАННЯ АВТОНОМНОЇ  ВІТРОЕНЕРГЕТИЧНОЇ СИСТЕМИ ДЛЯ  СІЛЬСЬКОЇ САДИБИ 

     Для України, у зв’язку зі стрімким ростом цін на традиційні енергоносії та їх недостатньою екологічністю, виглядає привабливою перспектива використання альтернативних джерел енергії, зокрема, енергії вітру.

     Метою даного розділу є визначення суми капіталовкладень у розробку автономного  енергоустаткування для сільської  садиби та порівняння її з центральною системою електропостачання сільської садиби.

     У даній дипломній роботі розглядається  система електропостачання сільської  садиби з використанням енергії  вітру, яка працює таким чином. Вітроелектрична  установка (ВЕУ) заряджає акумуляторну батарею (АБ). Інвертор перетворює енергію, яка запасається в АБ, у високоякісну однофазну напругу 220 В/50 Гц. До інвертора підключаються споживачі стандартної напруги. У разі тривалого штилю використовується резервне енергоджерело. В даному випадку це дизель-генератор.

     У сільській садибі, яка розглядається у даній дипломній роботі, використовуються 3 ВЕУ потужністю 3 кВт кожна, 3 інвертора, 30 АБ та 1 дизель-генератор.

     У табл. 9.1 наведено вартість всіх елементів систем електропостачання. 

Таблиця 9.1 – Витрати на устаткування автономної вітрової системи електропостачання

Найменування	Кількість	Ціна, грн	Сума, грн
Вітрогенератор EuroWind 2	3	12000	36000
Акумуляторна  батарея ACUMAX Co-AML 200-12	20	3650	73000
Інвертор  IR5000-48	1	6390	6390
Контролер заряду Steca PRS1010	1	2000	2000
Дизельгенератор Kipor KDE6500E3	1	8000	8000
Загальна  ціна ВЕУ			125290
Монтажні  роботи, 10 % від заг. ціни ВЕУ			12529
Всього			137929