Установка солнечных панелей. 1665751669337_Доклад. 3 Источник электрической энергии с двигателем внутреннего сгорания 4 1
 Скачать 298.22 Kb.
|
|
Содержание 1. Введение………………………………………………………….................. 3 2. Источник электрической энергии с двигателем внутреннего сгорания … 4 2.1. Устройство электростанции с двигателем внутреннего сгорания …….. 5 2.2. Принцип работы …………………………………………………………... 5 2.3. Плюсы и минусы работы дизельной электростанции ………………….. 8 3. Солнечная энергия ………………………………………………………….. 9 3.1. Солнечная электростанция ....……………………………………………. 9 3.2. Устройство солнечной электростанции ………………………………… 9 3.3. Принцип работы ………………………………………………………….. 10 3.4. Плюсы и минусы работы солнечной электростанции …………………. 10 4. Проект установки солнечной электростанции на базу П/Ш 8469 «Ермак» …………………………………………………………. 11 5. Заключение …………………………………………………………………. 16 Введение Основные работы АТУ № 1 Яблоновского УАВР проходят в полевых условиях. Там же, в поле, люди проживают во время проведения этих работ. Для этого существует вагон-гостиница на базе П/Ш 8469 «Ермак». В нем есть все для поддержания условий жизни во время командировки. Спальные места, холодильник, сплит – система, освещение и другие приборы быта. Для обеспечения электричеством используют дизельную электростанцию SDMO 5 кВт. Так с каждым годом объем работы электростанции и стоимость топлива увеличивается. От этого увеличиваются затраты на обслуживание электростанции. В связи с этим, а также с улучшением воздействия на человека и окружающую среду нужно искать другие источники энергии. Так можно использовать солнечную энергию. Благодаря тому, что большинство работ проходят в Краснодарском крае, то это благоприятно скажется на получении энергии от Солнца. Цель работы: изучение эффективности использования солнечной энергии в полевых условиях. Задачи: Изучить устройство, принцип работы и дать оценку электростанции на традиционном топливе, а также солнечной электростанции. Разработать и рассчитать возможность установки солнечной электростанции на вагон-гостиницу. 2. Источник электрической энергии с двигателем внутреннего сгорания Источник электрической энергии с двигателем внутреннего сгорания – это электроустановка, в которой электрическая энергия производится путем преобразования химической энергии топлива с помощью двигателя внутреннего сгорания и приводимого им во вращение электрогенератора.1 Электрогенератор – это устройство, в котором неэлектрические виды энергии (механические, химические, тепловые) преобразуются в электрическую энергию. Существует определенное количество названий для обозначения одного и того же оборудования, которое понимается под термином – электростанция. К таким относятся: - портативная электростанция -переносная электростанция - бензиновая электростанция - дизельная электростанция - газовая электростанция - бензогенератор - дизель-генератор - стационарная, промышленная, передвижная и контейнерная электростанция - генераторная установка Все электростанции можно разделить: - по назначению – бытовые, профессиональные - по применению – резервные, основные - по виду топлива – бензин, ДТ, газ. - по исполнению – открытые, в корпусе, в контейнере, в кунге. - по виду пуска – ручной, электростартерный, автоматический - по фирме производителя. 2.1. Устройство электростанции с двигателем внутреннего сгорания. Разберем устройство электростанции на традиционном топливе. Так как в работах Яблоновского УАВР в основном используют двигатели с дизельным топливом, то в дальнейшем докладе будем рассматривать только тип дизельной электростанции. В составе классической электростанции присутствуют: двигатель внутреннего сгорания, блок управления и контроля системы, генератор переменного тока, емкость для топлива, смазочное и выхлопное оборудование, аккумулятор, регулятор напряжения, а также корпус или рама конструкции, в рамках которой все узлы объединяются воедино. 2.2. Принцип работы Электростанция на традиционном топливе имеет принцип работы, основывающийся на использовании двигателя внутреннего сгорания. Именно эта деталь инициирует активацию системы и обеспечивает выполнение ее основных задач. ДВС в таких системах чаще всего имеет верхнеклапанное устройство, поскольку это решение наиболее компактное, малошумное, надежное и менее токсичное, чем остальные аналоги. Современные генераторы электричества комплектуются двигателями воздушного и жидкостного охлаждения. Воздушные чаще применимы в быту, в то время как жидкостные подходят для заводских условий. Также по особенностям подачи воздуха различают системы с турбонаддувом и без турбонаддува, а также комбинированные с промежуточным воздушным охлаждением и турбонаддувом. Учитывая, что дизельная электростанция характеризуется принципом работы, при котором энергия расширения газов становится механической, а та, в свою очередь, электрической, в этой системе одно из наиболее важных мест отведено альтернатору или генератору переменного тока. Он может быть, как синхронным, так и асинхронным. Данное изделие включает корпус, внутри которого подвижный ротор, вращаемый в статоре (сердечник с обмоткой). Ротор может быть щеточным или бесщеточным, но его задача стандартна: формирование ЭМ-поля. Благодаря этому эффекту в обмотках статора появляется электродвижущая сила, дающая на выходе ток с нужными характеристиками. 2 Принцип работы любого топливного генератора заключается в сотрудничестве ДВС и генератора переменного тока. Однако, если двигатель будет пребывать не в лучшем состоянии, это негативным образом скажется на состоянии всей конструкции. Чтобы обеспечить мотору максимальную продуктивность и хорошую работоспособность, производители снабдили его рядом дополняющих структур: - охлаждающей (складывается из помпы, бака, трубопроводов; может быть водяной или воздушной, основывающейся на использовании различных хладагентов); - запускающей работу двигателя (стартер, пусковой клапан, аккумулятор с зарядкой, компрессор, трубки; комплекс этих элементов помогает без эксцессов активировать двигатель); - смазочной (состоит из масляных емкостей, фильтров, радиаторов, маслопроводов и насосов; нейтрализует эффект чрезмерного трения ДВС с соседними элементами); - топливной (выполнена с использованием топливников, трубопроводов, насосов; обеспечивает подачу дизеля к двигателю для его последующей переработки); - подогревающей (поддерживает термические параметры двигателя на должном уровне, что особенно актуально для систем уличной эксплуатации; включает элементы как вентиляции, так и отопления: змеевики, подогреватели, лампы и т.д.). В настоящее время в мире существует несколько вариаций ДЭС: основные (применяются в местах, удаленных от цивилизации или лишенных возможности подключения к централизованным сетям подачи электричества), аварийные (помогают избежать отключения оборудования на объектах, где остановка техпроцесса недопустима), резервные (актуальны в случае отключения основной сети). Практически все перечисленные дизельные электростанции имеют схожее устройство и принцип работы, поэтому всем им требуется специальный модуль, позволяющий настраивать систему под конкретные пользовательские задачи или, как минимум, управлять ей. Эта роль отводится панели управления и пультам ДУ. Ключевая функция панели управления – автозапуск оборудования в моменты отсутствия напряжения в основной электросистеме, дополнительные – отслеживание параметров конструкции (давление масла, частота вращения, температура), контроль функционирования ДВС, автоотключение генератора, остановка системы в случае фиксации критических симптомов на отдельных ее участках. Монтаж элементов электростанции осуществляется на единой платформе. Как правило, она характеризуется наличием рамы (несущая часть + кожух) и заземлителя. Роль этого элемента защитная. Он предохраняет как технику от окружающей среды, так и операторов оборудования от нежелательного контакта с элементами конструкции. В зависимости от формата станины, изделия могут относиться к числу открытых (актуальны только для использования внутри зданий) или закрытых (подходят для уличной эксплуатации). В специальный защитный противопогодный кожух одевают системы, которым назначена эксплуатация в полевых условиях. Контейнер становится пристанищем генератора в ситуации, если нужно вырабатывать энергию на открытом воздухе при сильном морозе или других критических внешних условиях. Зная компоненты электростанции, легко представить, как они взаимодействуют друг с другом, обеспечивая на обслуживаемом объекте продуцирование электричества в необходимом объеме. Ключевая роль в рабочем процессе отводится ДВС. Именно в двигателе происходит сгорание дизеля, поставляемого из топливного резервуара. Образуемые в ходе этого процесса газы расширяются, формируя всплеск энергии, служащей стимулом вращения коленчатого вала. Кривошипно-шатунный механизм позволяет получить из энергии свежеобразованных газов искомую механическую энергию. Далее полученный вращательный момент передается ротору генератора, который, в свою очередь, отвечает за создание достаточного по мощности электромагнитного поля. Генератор включается в работу, благодаря чему в его обмотке появляется индукционный переменный ток, который и подается к конечному потребителю электричества. Таков принцип работы и устройство каждого дизельного генератора. Зная этот несложный процесс, легко диагностировать поверхностные повреждения и поломки. Например, если оборудование не запускается, есть вероятность, что сломалась топливная система (не подается ДТ), неисправен стартер или система холодного пуска.3 2.3. Плюсы и минусы работы дизельной электростанции. В АТУ № 1 Яблоновского УАВР имеется дизельная электростанция SDMO 5 кВт. Исходя из опыта работ можно выделить положительные стороны работы, связанные с низким расходом топлива (1,3 л/ч) и большого моторесурса. И с моей точки зрения это все положительные стороны дизельной электростанции, так как минусов в работе электростанции я увидел больше. - трудность в ремонте станции, связанные с дорогостоящими запчастями и трудностями в их поиске. - выброс выхлопных газов. Так как станция в основном работает круглосуточно, это сказывается на органах дыхания работников и на загрязнение окружающей среды. - высокий уровень шума. Уровень шума составляет 85 дБА на 7 м. Говоря простым языком – это как громкий человеческий крик. На постоянной основе влияет на органы слуха и на нервную систему работника. - снижение оперативности при срочном перемещении дизельной электростанции. Паспортная масса составляет 198 кг. Для погрузки или перемещения потребуется сила четырех человек. - Затраты на топливо. Хоть и расход станции составляет 1,3 л/ч, затраты на топливо несутся большие. Станция в среднем работает 25 суток в месяц, т.е. 300 суток или 7200 часов в год. Объем израсходованного топлива получаем 9360 литров. При цене Д/Т в 50 рублей получаем затраты в год 468000 рублей. 3. Солнечная энергия. Солнечная энергия – энергия от Солнца в форме радиации и света. Эта энергия в значительной мере управляет климатом и погодой, и является основой жизни. Технология, использующая солнечную энергию, называется солнечной энергетикой.4 Солнечная энергетика - направление альтернативной энергетики, основанное на непосредственном использовании солнечного излучения для получения энергии в каком-либо виде. Солнечная энергетика использует возобновляемый источник энергии и является «экологически чистой», то есть не производящих вредных отходов во время активной фазы использования.5 3.1. Солнечная электростанция. Солнечная электростанция – инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной энергии различны и зависят от конструкции электростанции.6 Самый распространенный тип солнечных электростанций, так как СЭС состоит из большого числа отдельных модулей различной мощности и выходных параметров. Данные СЭС широко применяются для энергоснабжения, как малых – так и крупных объектов. 3.2. Устройство солнечной электростанции. Теперь разберем устройство фотоэлектрической электростанции. Основное место занимают фотоэлементы. Именно они выполняют основную функцию – собирают энергию солнца. Так как они очень хрупкие, то их дополнительно защищают стеклом и полимерной подложкой. Однако солнечные панели – это всего лишь часть от всей электростанции. Так же в нее входят: - аккумуляторные батареи - контроллер заряда - инвертор - стабилизатор. 3.3.Принцип работы. Каждое из перечисленных устройств выполняет свою функцию. Аккумулятор – накапливает и хранит полученную энергию от фотоэлементов. Контроллер заряда – контролирует мощность и управляет работой панели. Инвертор – он же преобразователь. Его задача превратить прямой ток в переменный. Стабилизатор – стабилизирует напряжение от скачков. Тем самым защищая всю систему. Солнечные панели собирают лучи. Они попадают на фотоэлектрический слой. Солнечный свет приводит к высвобождению электронов из двух слоев. На освободившиеся место из первого слоя встают электроны второго слоя. Происходит постоянное движение электронов, что приводит к естественному образованию напряжения на внешней цепи. В результате один из фотоэлектрических слоев приобретает отрицательный заряд, а второй – положительный. Эти действия приводят в работу аккумулятор. Он начинает набирать и хранить заряд. При этом уровень заряда аккумулятора постоянно контролируется. Если он низкий, контролер включает в работу солнечную панель. В случае высокого заряда это же устройство панель отключает. Далее включается в работу инвертор. Он преобразовывает ток из постоянного в переменный. С его помощи на выходе электростанции появляется напряжение в 220 В. Это дает возможность подключать и питать от электростанции бытовые приборы. 3.4. Плюсы и минусы работы солнечной электростанции. Основные преимущества солнечной электростанции: • экологическая безопасность. В наше время экология – это одна из насущных проблем. Солнечные электростанции работают без вреда окружающей среде. Они не выделяют при работе вредных веществ; • быстрая окупаемость. С установкой панелей удастся полностью или частично перейти на альтернативный источник энергии, являющийся абсолютно бесплатным и доступным каждому. Благодаря этому, покупка и установка оборудования окупится за считанные годы работы; • легкость использования электростанции. • быстрая установка. Профессионалы монтируют все элементы станции буквально за несколько часов или дней (в зависимости от количества панелей, мощности, др.). Больше времени занимает подбор составляющих и покупка оборудования. Недостатки у таких установок тоже имеются. Самый основной заключается в дороговизне оборудования. Однако не стоит забывать, что большой вклад при покупке быстро окупится многолетним бесплатным использованием энергии солнца. Вторым серьёзным недостатком солнечных панелей является их зависимость от внешних факторов. Эффективность их работы зависит от погоды, температурных условий, положения по отношению к Солнцу, от чистоты поверхности. 4. Проект установки солнечной электростанции на базу П/Ш 8469 «Ермак». Предлагаю установить солнечную электростанцию на вагон-гостиницу П/Ш 8469 «Ермак». Габариты прицепа составляют Д-8003мм Ш-2048мм. В вагоне – гостинице приборами потребляемые энергию являются: Лампа 60 Вт/ч Холодильник 300 Вт/ч Чайник 2000 Вт/ч Собственное потребление инвертора 10 Вт/ч Кондиционер 700 Вт/ч Выясним сколько электроэнергии мы потребляем в сутки. Лампа 60 Вт/ч * 5ч = 300 Вт/сут Холодильник 300 Вт/ч * 8ч = 2400 Вт/сут Чайник 2000 Вт/ч * 0,3ч = 600 Вт/сут Собственное потребление инвертора 10 Вт/ч * 24ч = 240 Вт Кондиционер 700 Вт/ч * 5ч = 3500 Вт/сут Итого: 300+2400+600+240+3500 = 7040 Вт/сут Теперь определим количество солнечной инсоляции, согласно карте инсоляции регионов России. Таблица 1: Количество солнечной инсоляции в г. Кореновск
 Рисунок 1: Ежемесячная солнечная инсоляция, кВт*ч/м² Найдем требуемую мощность солнечной батареи на 1 кв.метр Pсп = Еп * k * Pинс / Еинс, Где Pсп – мощность солнечной панели Еп – суточное количество энергии, необходимое для питания всех потребителей. К – коэффициент потерь, равен 1,2 - 1,4 Ринс – мощность инсоляции на земной поверхности Еинс – табличное значение среднемесячной инсоляции в данном регионе. Pсп = 7040 * 1,3 * 1000 / 4020 Рсп = 2277 Вт/м² Исходя из полученного решения и данным конструктивным особенностям нам подойдут солнечные панели OSDA410-36-MH HALF-CELL мощностью 410 Вт в количестве 8 штук. Их можно установить на крыше вагона – гостинице согласно чертежу  Рисунок 2: Вид спереди п/ш 8469 «Ермак»  Рисунок 3: Вид сбоку П/Ш 8469 «Ермак» Для бесперебойной работы нам потребуется 4 аккумуляторные батареи VEKTOR GL. 12В 200 A/h. Для их размещения предлагаю установить дополнительный отсек, указанный на чертеже.  Рисунок 4: Вид с боку с ящиком под аккумуляторы. Также требуется установка инвертора. Инвертор отлично подойдет к установке в прихожей вагона-гостинице. 5.Заключение. Произведя все расчеты. Составим график выработки солнечной энергии по месяцам.  Рисунок 5: График выработки солнечной энергии по месяцам Глядя на график, мы видим, что с середины ноября и по середину января нам не будет хватать приблизительно 1 кВт/ч электроэнергии. Это связано с тем, что в зимний период активность солнца уменьшается, так с середины января и по середину ноября энергии, которую будут вырабатывать солнечную энергию будет достаточно. Если смотреть на график, то мы заметим, что с февраля по середину октября вырабатываемой электроэнергии будет больше от 2х до 4 раз чем вырабатывает дизельный генератор мощностью 5 кВт. Исходя из приведенных расчетов, построенных графиков, я прихожу к мнению, что использование солнечной энергии в полевых условиях очень перспективно. Ее можно использовать, как основной источник энергии, а на случай непредвиденных обстоятельств или в случаях плохой погоды, когда не будет хватать мощности получаемой энергии, то можно использовать дизельный генератор, как резервный источник питания. Так же можно рассчитать, что экономия топлива при резервной работе дизельной электростанции составит в год 7800 литров, а в денежном эквиваленте это экономия 390000 рублей в год. Из этого следует, что солнечная электростанция окупится за 17 месяцев работы. Если внедрять в работу солнечную энергию, то она несомненно будет перспективным витком развития и экономии. Ведь солнечной энергии несчитанное множество, которое расстилается по поверхности Земли. Получив энергию от Солнца, мы сократим свои затраты на традиционные энергоносители, сократим выработку выхлопных газов в атмосферу и упростим обслуживание объекта, а также улучшим условия комфорта для персонала. 1 https://trchnical_translator_dictionary.academic.ru 2« Современные био-,бензо-,дизель-генераторы и другие полезные конструкции» А.Кашкаров 3 http://al-energy.ru 4 http://wikipedia.org/wiki/Солнечнаяэнергия 5 http://wikipedia.org/wiki/Солнечнаяэнергетика 6 http://wikipedia.org/wiki/Солнечнаяэлектростанция |