Тема Использование возобновляемой энергии

• Название: Тема Использование возобновляемой энергии
• Дата: 02.05.2022
• Размер: 30.04 Kb.
• Имя файла: zadanie_5-6 (1).docx
• Тип: Документы; #507401

Практическое задание 5

Проектирование ветроэлектростанции для энергоснабжения фуникулера
Тема 3. Использование возобновляемой энергии

Задание

Требуется спроектировать систему электроснабжения фуникулера в составе ветрогенератора и аккумуляторов, а именно: определить суммарную площадь лопастей воздушного винта и выбрать комплект аккумуляторных батарей.

Ветрогенератор имеет коэффициент полезного действия (КПД) винта η₁, КПД генератора η₂ и должен обладать двукратным запасом мощности. Емкости аккумуляторов должно хватать на полный рабочий день.

Фуникулер предназначен для подъема на гору высотой hкабины с пассажирами общей массой mза время t. Максимальное количество рейсов в течение дня x. Средняя скорость ветра vм/с.

Грузоподъемный механизм фуникулера включает однофазный 220-вольтовый мотор-редуктор с неизвестной номинальной мощностью P_ном, коэффициентом мощности cosφ = 0,7, коэффициентом полезного действия η = 0,9.

Исходные данные приведены в табл. 5.1. Выбор варианта осуществляется по первой букве фамилии.
Таблица 5.1

Исходные данные

Первая буква фамилии	h м	m кг	t сек	x	v м/с	η1	η2
А–В	110	400	80	150	5	0,7	0,8
Г–Е	120	450	90	200	6	0,75	0,75
Ж–И	130	420	75	180	7	0,72	0,82
К–М	150	390	80	175	5	0,82	0,7
Н–П	140	440	90	120	8	0,6	0,8
Р–Т	110	450	80	150	5	0,7	0,8
У–Х	120	420	90	200	6	0,75	0,75
Ц–Ш	130	390	75	180	7	0,72	0,82
Щ–Э	150	440	80	175	5	0,82	0,7
Ю–Я	140	500	90	120	8	0,6	0,8

Рекомендации по выполнению задания

1. 
   Расчет энергетических характеристик мотор-редуктора
   

1. 
   Расчет механической энергии, необходимой для подъема кабины фуникулера на требуемую высоту:
   

[Дж]. (5.1)

2. 
   Расчет номинальной мощности мотор-редуктора, то есть механической мощности на валу:
   

[Вт]. (5.2)

3. 
   Расчет потребляемой электрической мощности мотор-редуктора:
   

[Вт]. (5.3)

4. 
   Расчет энергии, потребляемой фуникулером за рабочий день:
   

[Вт]. (5.4)

2. 
   Расчет мощности ветрогенератора
   

Так как ветрогенератор работает круглосуточно, для накопления необходимой суточной энергии с двукратным запасом потребуется мощность

[Вт]. (5.5)

Классическая эмпирическая формула механической мощности винта с горизонтальной осью позволяет рассчитать предельную мощность, то есть без учета КПД винта и электрогенератора:

(5.6)

где S – суммарная площадь лопастей винта, м²; V – скорость ветра, м/с.

С учетом КПД винта и генератора формула для мощности электрогенератора примет вид:

.(5.7)

Отсюда следует:

. (5.8)

3. 
   Выбор аккумуляторов
   

Учитывая, что 1 джоуль – это 1 ватт в секунду, а 1 киловатт-час равен 3,6 мегаджоулям, выразим энергию в киловатт-часах.

Для каждого аккумулятора, например автомобильного, известны емкость в ампер-часах и номинальное напряжение. Их произведение будет величиной запасаемой энергии в ватт-часах. Отсюда найдем количество аккумуляторных батарей.

Результаты расчетов
Суммарная площадь лопастей винта, м2
Тип и количество аккумуляторных батарей

Образец выполнения задания 5

Исходные данные

Первая буква фамилии	h м	m кг	t сек	x	v м/с	η1	η2
Ъ	100	500	100	200	5	0,7	0,8

1. 
   Расчет энергетических характеристик мотор-редуктора
   

1. 
   Расчет механической энергии, необходимой для подъема кабины фуникулера на требуемую высоту:
   

= 500 ∙ 10 ∙ 100 = 500 кДж

2. 
   Расчет номинальной мощности мотор-редуктора, то есть механической мощности на валу:
   

=

3. 
   Расчет потребляемой электрической мощности мотор-редуктора:
   

=

4. 
   Расчет энергии, потребляемой фуникулером за рабочий день:
   

= 9 кВт ∙ 100 с ∙ 200 = 180 000 кВт-сек = 50 кВт-час

2. 
   Расчет мощности ветрогенератора и площади лопастей винта
   

Так как ветрогенератор работает круглосуточно, для накопления необходимой суточной энергии с двукратным запасом потребуется мощность:



Классическая эмпирическая формула механической мощности винта с горизонтальной осью позволяет рассчитать предельную мощность, то есть без учета КПД винта и электрогенератора:



где S – суммарная площадь лопастей винта, м²; V – скорость ветра, м/с.

С учетом КПД винта и генератора формула для мощности электрогенератора примет вид:



Отсюда следует:

= м²

3. 
   Выбор аккумуляторов
   

Согласно расчетам энергия = 50 кВт-час.

Рассмотрим аккумуляторную батарею 6СТ-90, используемую во многих грузовых автомобилях. Ее емкость составит

1,080 кВт-ч.

Тогда для накопления 50 кВт-часов потребуется 50 батарей.

Результаты расчетов
Суммарная площадь лопастей винта, м2	100
Тип и количество аккумуляторных батарей	50

Проверяемое задание 6

Выбор солнечных батарей для дачного дома

Тема 3. Использование возобновляемой энергии

Задание

Выбор солнечных батарей для дачного дома

На крыше дачного дома предполагается установить солнечные батареи для энергоснабжения в летний период (с апреля по сентябрь включительно). Батареи не будут оборудоваться устройством слежения за солнцем, потери за счет неточной ориентации учитываются коэффициентом К₁, а потери в электрооборудовании – коэффициентом К₂. Дополнительно нужно учесть необходимость обеспечения зарядки аккумуляторов в процессе реального энергообеспечения. Для этого вводится коэффициент запаса мощности К₃. Город, для которого выполняются расчеты, а также вышеуказанные коэффициенты приведены в табл. 6.1.

Инсоляция для места расположения выбирается по табл. 6.2 для города, указанного в таблице исходных данных. Для расчетов выбирается наихудший месяц за летний период. Перечень потребителей электроэнергии и время их использования в сутки вы определяете самостоятельно. Он должен включать не менее трех электроприборов, например, телевизор, холодильник и систему освещения. Перечень оформляется в виде табл. 6.3. Также самостоятельно вы выбираете солнечную панель.
Выбор варианта осуществляется по первой букве фамилии.

Таблица 6.1

Исходные данные

Первая буква фамилии	Город	К1	К2	К3
А, Б	Астрахань	0,65	0,9	2
В, Г	Владивосток	0,6	0,86	2,1
Д, Е	Москва	0,55	0,85	2,2
Ж, З	Петрозаводск	0,62	0,92	1,6
И, К, Я	Петропавловск-Камчатский	0,68	0,88	1,7
Л, М	Сочи	0,7	0,91	1,7
Н, О	Астрахань	0,62	0,86	2
П, Р, Ю	Владивосток	0,68	0,85	2,1
С, Т	Москва	0,7	0,92	2,2
У, Ф	Петрозаводск	0,65	0,88	1,6
Х, Ц, Э	Петропавловск-Камчатский	0,6	0,91	1,7
Ч, Ш, Щ	Сочи	0,55	0,84	1,7

Таблица 6.2

Инсоляция городов России

Город	Суммарная солнечная радиация по месяцам, кВт.час/м2
	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь
Астрахань	161,6	187,8	197,7	184,5	189,9	164,6
Владивосток	138,1	121,1	109,6	109,1	121,7	144,1
Москва	127,6	166,3	163,0	167,7	145,0	104,6
Петрозаводск	127,7	148,1	166,3	163,7	128,6	77,3
Петропавловск-Камчатский	148,1	147,4	142,5	137,6	140,9	120,2
Сочи	125,0	163,0	184,9	198,1	197,0	161,6

Таблица 6.3

Характеристики потребителей электроэнергии (образец)

№п/п	Нагрузка переменного тока	Ватт	Часов/день	Втч/день
1	Электрический чайник	1000	0,15	150
2	Холодильник	250	12	3 000
3	Телевизор	150	4	600
4	Освещение, экономлампы	100	4	400
	Всего	1 500		4 150

Рекомендации по выполнению задания

1. 
   Определение потребности в электроэнергии
   

Согласно образцу (табл. 6.3) составьте перечень электроприборов и определите суточное энергопотребление W_сут [киловатт-часов в сутки]. Для расчета месячного потребления W_треб нужно умножить это значение на число дней n в месяце с наименьшей инсоляцией и на коэффициент запаса К₃:

. [киловатт-часов] (6.1)

2. 
   Определение инсоляции
   

По табл. 6.1 и 6.2 выберите город и инсоляцию за наихудший месяц W_мин [киловатт-часов в месяц на 1 кв. м].

Учитывая, что солнечные батареи выдают номинальную мощность при инсоляции 1 кВт/м², рассчитайте так называемое число пикочасов, то есть условное время, когда Солнце светит с указанной интенсивностью:

T = W_мин/1 [часов в месяц].

3. 
   Выбор солнечных панелей
   

На практике панели выбирают с учетом многих факторов, в данном случае выбирайте произвольно. Для выбранного типа найдите номинальную мощность P_ном.

4. 
   Расчет месячной выработки электроэнергии одной батареей:
   

. (6.2)

5. 
   Расчет количества солнечных батарейN
   

.(6.3)

Образец выполнения задания 6

Пусть согласно исходным данным в наихудший месяц инсоляция составляет 200 кВт∙ч/м², число дней равно 30, К₁ = 0,6, К₂ = 0,7, К₃ = 2. Суточная потребность в электроэнергии = 4 кВт.

Месячная потребность в электроэнергии с учетом поправок:

= 4∙30∙2 = 240 кВт∙ч

Для инсоляции 200 кВт∙ч/м² число пикочасов Т составит 200.

Выберем солнечные панели с номинальной мощностью 160 Вт = 0,16 кВт. Одна панель за месяц выработает ( учетом коэффициентов):
= 0,16∙200∙0,6∙0,7 = 13,44 кВт∙ч

Число батарей составит

=
Ответ – 18 панелей мощностью 160 Вт.