Лабораторная работа №2 по энергетике. Лабораторная работа 2. Инструкция по получению доступа прилагается к заданию в курсе. 2 Откройте на виртуальном рабочем столе папку Лабораторные работы
 Скачать 2.19 Mb.
|
Лабораторная работа 2 «КПД ветроэнергетической системы» по курсу «Энергоменеджмент и энергомониторинг на предприятиях 2»Раздел 1. Методы и средства повышения энергетической эффективности Цель работы – провести обучающий физический эксперимент по изучению КПД ветроэнергетической системы. 1. Порядок запуска виртуальной лабораторной работы (ВЛР)1) Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по получению доступа прилагается к заданию в курсе. 2) Откройте на виртуальном рабочем столе папку «Лабораторные работы», выберите папку «ЕМАКЕТ», в ней запустите двойным щелчком левой кнопкой мыши программу eLabsClient. 3) В правой части экрана можно ознакомиться с руководством пользователя по эксплуатации программы. 4) В левой части экрана в списке доступных продуктов нажмите на блок «Альтернативные, возобновляемые и традиционные источники энергии», чтобы развернуть список, и кликните по названию работы «КПД ветроэнергетической системы» для запуска. В появившемся окне нажмите кнопку «Запустить». 5) Подведите курсор к правому верхнему углу экрана – появится пиктограмма листка бумаги — это методическое пособие к лабораторной работе. Щелкните по ней, чтобы развернуть и ознакомиться.  Второй щелчок по этой пиктограмме свернет методическое пособие. 2. Управление ВЛРВ виртуальной лаборатории используются стандартные средства управления.
3. Краткая теория Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка, сокращенно ВЭУ) – устройство для преобразования кинетической энергии ветрового потока в механическую энергию вращения ротора с последующим её преобразованием в электрическую энергию. Ветрогенераторы можно разделить на три категории: - промышленные; - коммерческие; - бытовые (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате чего получается ветровая электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) – полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС – высокий среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 8 МВт. Мощность ветрогенератора зависит от мощности воздушного потока N, определяемой скоростью ветра и ометаемой площадью:  ,где  – скорость ветра; – плотность воздуха; – ометаемая площадь.Существуют классификации ветрогенераторов по количеству лопастей, по материалам, из которых они выполнены, по оси вращения и по шагу винта. Выделяют два основных типа ветротурбин: - с вертикальной осью вращения («карусельные» – роторные (в том числе «ротор Савониуса»), «лопастные» ортогональные – ротор Дарье); - с горизонтальной осью круглого вращения (крыльчатые). Они бывают быстроходными с малым числом лопастей и тихоходными многолопастными, КПД – до 40 %. Также существуют барабанные и роторные ветротурбины. Ветрогенераторы, как правило, используют три лопасти для достижения компромисса между величиной крутящего момента (возрастает с ростом числа лопастей) и скоростью вращения (снижается с ростом числа лопастей). Теоретически доказано, что коэффициент использования энергии ветра идеального ветроколеса (КИЭВ) горизонтальных, пропеллерных и вертикально-осевых установок равен 0,593. Это объясняется тем, что роторы ВЭУ обоих типов используют один и тот же эффект подъемной силы, возникающий при обтекании ветровым потоком профилированной лопасти, К настоящему времени достигнутый на горизонтальных пропеллерных ВЭУ коэффициент использования энергии ветра составляет 0,4. На данный момент этот коэффициент у ветрогенераторов (ветроустановок) «ГРЦ-Вертикаль» составляет 0,38. Проведенные экспериментальные исследования российских вертикально-осевых установок показали, что достижение значения 0,4-0,45 – вполне реальная задача. Таким образом, можно отметить, что коэффициенты использования энергии ветра горизонтально-осевых пропеллерных и вертикально-осевых ВЭУ близки. Промышленная ветровая установка (рис. 4) состоит: из фундамента; силового шкафа, включающего силовые контакторы и цепи управления; башни; лестницы; поворотного механизма; гондолы; электрического генератора; системы слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр); тормозной системы; трансмиссии; лопастей; системы изменения угла атаки лопасти; обтекателя; системы пожаротушения; телекоммуникационной системы для передачи данных о работе ветрогенератора; системы молниезащиты; привода питча.  Рис. 4. Устройство ветрогенератора Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7-10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой фермы может занимать год и более. Кроме того, для обоснования строительства ветроустановки или ветропарка необходимо проведение длительных (не менее года) исследований ветра в районе строительства. Эти мероприятия значительно увеличивают срок реализации ветроэнергетических проектов. Для строительства необходимы дорога до строительной площадки, место для размещения узлов при монтаже, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров. В ходе эксплуатации промышленных ветрогенераторов возникают различные проблемы. Неправильное устройство фундамента. Если фундамент башни неправильно рассчитан или неправильно устроен дренаж фундамента, башня от сильного порыва ветра может упасть. Обледенение лопастей и других частей генератора. Обледенение способно увеличить массу лопастей и снизить эффективность работы ветрогенератора. Для эксплуатации в арктических областях части ветрогенератора должны быть изготовлены из специальных морозостойких материалов. Жидкости, используемые в генераторе, не должны замерзать. Может замёрзнуть оборудование, замеряющее скорость ветра. В этом случае эффективность ветрогенератора может серьёзно снизиться. Из-за обледенения приборы могут показывать низкую скорость ветра и ротор останется неподвижным. Отключение/поломка тормозной системы. При этом лопасть набирает слишком большую скорость и, как следствие, ломается. Отключение. При резких колебаниях скорости ветра срабатывает электрическая защита аппаратов, входящих в состав системы, что снижает эффективность системы в целом. Также для больших ветростанций существует большая вероятность срабатывания защиты на отходящих ЛЭП. Нестабильность работы генератора. Ввиду того, что в большинстве промышленных ветрогенерирующих установках стоят асинхронные генераторы, их стабильная работа зависит от постоянства напряжения в ЛЭП. Пожары. Пожар может возникнуть из-за трения вращающихся частей внутри гондолы, утечки масла из гидравлических систем, обрыва кабелей и т. д. Пожары ветрогенераторов редки, но их трудно тушить из-за отдалённости ветровых электростанций и большой высоты, на которой происходит пожар. На современных ветрогенераторах устанавливаются системы пожаротушения. Удары молний. Удары молний могут привести к пожару. На современных ветрогенераторах устанавливаются молниеотводящие системы. Шум и вибрация. 4. Лабораторное оборудованиеВ лабораторное оборудование входит следующее: 1) панель управления скоростью ветра (вызывается при нажатии на дерево); 2) бытовые ветрогенераторы (рис. 6); 3) ветрогенераторы промышленного типа (рис. 5);  Рис. 5. Лабораторное оборудование. Ветрогенераторы промышленного типа  Рис. 6. Лабораторное оборудование. Бытовые ветрогенераторы различных конструкций В составе лабораторного оборудования представлены 2 ветрогенератора промышленного типа (рис. 5) и 6 типов бытовых ветрогенераторов различных конструкций (рис. 6). 5. Порядок выполнения работыИзучите конструктивные особенности ветрогенераторов, определите типы ветротурбин. При помощи панели управления (1) установите силу ветра 2 м/с, в последующем увеличивайте силу ветра на 1 м/с для каждого эксперимента. «Подойдите» к каждому ветрогенератору и нажмите на любую его часть – в результате отобразится информация об эквивалентном диаметре ротора (если он не указан, необходимо рассчитать (см. п. 5)), а также информация о вырабатываемой в данный момент мощности. Зафиксируйте данные в отчете. Аналитически рассчитайте мощность ветрогенератора от скорости ветра. Зафиксируйте данные в отчете. Если эквивалентный диаметр не указан, рассчитайте его по известной мощности и скорости ветра. Зафиксируйте данные в отчете. Сравните полученные данные с расчетными для каждого ветрогенератора. Постройте график зависимости мощности каждого ветрогенератора от скорости ветра. Оформите отчет согласно структуре, приведенной ниже, и прикрепите его в курс для проверки. 6. Структура отчета по проделанной работеТитульный лист (стандартный, прикреплен в курсе). Цель и задачи работы (бланк). Схема установки и используемое оборудование. Типы ветротурбин (бланк). Определение неизвестных эквивалентных диаметров по известной скорости ветра и вырабатываемой мощности. Результаты измерений (таблица 3 в бланке). Тип ветротурбины, эквивалентный диаметр. Скорость ветра, м/с. Вырабатываемая мощность (фактическая и расчетная), Вт. Графики зависимости мощности ветрогенератора от скорости ветра (по оси X – скорость ветра, Y – вырабатываемая мощность). Письменные ответы на контрольные вопросы (таблица 4 в бланке). Выводы (бланк). 7. Контрольные вопросыЧто такое мощность ветрогенератора? Что представляет собой ветрогенератор? Что такое мощности воздушного потока? Что понимается под КПД ветроэнергетической системы? Что такое вольт? Что такое ампер? Что называется генератором? Что такое КПД ветрогенератора? Что называется инвертором? Что такое оптимальный режим работы ветрогенератора? |
