Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии туристической базы пансионата "Колос" (стр. 8 из 13)

t₁ и t₂ – температура теплоносителей на входе и выходе из СК, ºС

t₁ = t_x+5=8+5=13°C

t₂ = t_г+5=55+5=60°С

Е_н – средняя дневная температура наружного воздуха, ºС

Q_П – табл. 4.4, Вт·ч

А = 10м²

Анализируя расчетные данные установки видим, что наиболее эффективными месяцами эксплуатации являются апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь.

4.3.6 Проверка правильности выбора площади СК

Потребную площадь коллекторов выбираем по ясному дню самого тёплого месяца года (июль) /18/:

А = N / n ; м² (4.13)

где, N - суточный расход горячей воды, л.; N = 720 л../29/

n – суточная производительность 1 м² С.К.

n = Q_П / m·c·(t _гор – t_хол ) ; л / м² ·день. (4.14) /18/

где, Q_П – количество полезного тепла, вырабатываемого коллектором, кВт·ч/м²·сут.; Qп = 3,45 кВт·ч / м²·сут.;

m – удельный вес воды, кг/л.; m = 1 кг/л..;

с – теплоёмкость воды, кВт·ч / м²·^оС.; с = 0,001 кВт·ч / м²·^оС.;

t_гор и t_хол –соответственно температура горячей и холодной воды,^оС.;

t_гор = 55 ^оС и t_хол = 8 ^оС.

n = 3,45 / 1·0,001· (55-8) = 73,4 л / м²·день.

Потребная площадь СК;

А = 720 / 73,4 = 9,8 м².

В итоге предлагается внедрить гелиоустановку со следующими параметрами:

- Площадь СК S = 10 м².

- Объем бака аккумулятора 1,0 м³.

- Расход теплоносителя 0,14 кг/сек.

- Теплоноситель – антифриз.

Установку следует расположить на крыше дома, с южной стороны под углом 50⁰ к горизонту.

5. Специальный вопрос

Возобновляемые источники энергии (ветер и Солнце) являются неуправляемыми человеком, поэтому надо стремиться к тому, чтобы потребление электроэнергии было увязано с ее поступлением. Это является особенностью проектирования электроснабжения на основе ВИЭ по сравнению с традиционным электроснабжением.

Проанализировав метеорологические данные и предполагаемые нагрузки дома видим, что зимой, летом и осенью удельная мощность ветра более согласуется с нагрузкой на вводе в дом, чем плотность солнечного излучения, а весной наоборот. На основании этого в качестве основного источника энергии принимается ветер. Так как в течении года наблюдаются штилевые дни, то энергию ветра необходимо дублировать. В этой связи в качестве вспомогательного источника принимается солнечное излучение. Однако прямое солнечное излучение также бывает не каждый день и отсутствует ночью. Это обусловливает необходимость аккумулирования энергии на периоды одновременного отсутствия ВИЭ ветра и Солнца.

Таким образом, для электроснабжения дома принимаются следующие источники энергии:

- ветер

- солнечное излучение

- аккумуляторы (резерв ).

Схема электроснабжения по выбранному варианту показана на листе 5.

Электроснабжение осуществляется следующим образом. Если присутствует ветер, то от ветроколеса приводится во вращение машина постоянного тока, заряжающая аккумуляторы. Если ветра нет или ветроколесо выключено при недопустимо сильном ветре, то аккумулятор питает фотоэнергетическая установка, ВЭУ и ФЭУ могут также работать одновременно.

Из заряженных таким образом аккумуляторов постоянный ток через инвертер преобразуется в переменный и подается к бытовым приборам.

5.1 Определение мощности энергетических установок

Мощность ветроэнергетических установок является одной из наиболее важных характеристик, определяющей надежность системы электроснабжения.

Мощность ветроэнергетической установки (ВЭУ) должна быть достаточной для питания электроприемников дома и зарядки аккумуляторов такой емкости, которой достаточно для питания электроприемников в штилевые дни ( в течении четырех суток ). При этом нужно учитывать, что в период штиля аккумуляторы могут дозаряжаться от фотоэнергоустановки (ФЭУ). Очевидно что суммарная стоимость ВЭУ, ФЭУ и аккумуляторов должна быть при этом минимальной. Таким образом, обоснование мощности энергетических установок является оптимизационной задачей, которую можно сформулировать следующим образом - определить мощность ВЭУ, ФЭУ и емкость аккумуляторов, достаточные для бесперебойного электроснабжения дома и имеющие минимальную стоимость.

5.1.1 Выбор ветроагрегата

Рассчитываем валовой потенциал ветровой энергии на территории пансионата /8/:

(5.1.)

где: N_УД – удельная валовая мощность ветрового потока,

V – скорость ветра,

t(V) – дифференциальная повторяемость скорости ветра.

Удельная мощность ветрового потока, проходящего через 1 м² поперечного сечения находится по формуле:

(5.2.)

где:

- заданная плотность воздуха, при нормальных условиях: = 1,226 кг/м² .

Результаты вычислений сводим в таблицу 5.1

Таблица 5.1 Расчет валового потенциала ветровой энергии по станции Усть-Баргузин.

V, м/с	t(V) %	NудВт/кв.м	ЭудкВт*ч/м2*год	Эsтехн,МВт*ч/км*годпри Vnp (м/с).
				5 кВтБРИЗ-5000	1,5 кВтВЭУ-1500
0.5	31.9	0.0788	0.11	-	-
2.5	29.8	9.8438	64.2	-	75,43
4.5	17.7	57.409	400.5	261,3	261,3
6.5	8.8	173.01	866.9	391,5	391,5
8.5	4.4	386.9	1267.6	437,7	437,7
10.5	1.6	729.3	1073.3	285,77
12.5	2.3	1230.5	3097.7
14.5	1.0	1920.6	2438.8	1198,8
16.5	2.1	2830.0	8590	1623,6
19.0	0.4	4321.2	2876
	11659	20675	2289,3	3075,3

Следовательно средняя удельная валовая мощность ветрового потока составляет

N_уд^вал = Э_уд^вал / Т= 20675/8760=2360 Вт/м².

Анализируя вышеизложенное выбираем ветроагрегат мощностью 1,5 кВт. основные технические характеристики которого приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2Характеристики ветроагрегата ВА-1,5.

Наименование параметра	ВА-1,5 кВт
Мощность на зажимах АБ при скорости ветра 12 м/с	1,5 кВт
Максимальная мощность при скорости ветра 15 м/с	1,7 кВт
Начальная рабочая скорость ветра	2,5 м/с
Буревая скорость ветра	50 м/с
Диаметр ротора	2,8 м
Количество лопастей	3
Напряжение АБ	24 В
Рекомендуемая емкость АБ	215 Ач
Масса без мачты	45 кг
Высота мачты	14 м
Срок службы	15лет
Температурный диапазон	-40 +60°С

Рис. 5.1 Зависимость мощности ветроагрегата от скорости ветра.

Конструктивные особенности ветроустановки

Буревая защита -	вывод ротора из-под ветра
Ориентация на направление ветра -	флюгер
Материал лопастей -	полиэфирный стеклопластик
Соединение генератора с ротором -	без редуктора
Генератор -	бесконтактный, синхронный с постоянными магнитами Nd-Fe-B
Тип мачты -	стальная труба с растяжками

Из графика нагрузки видим, что в диапазоне скоростей ветра до 3 м/с и от 25 м/с мощность ВЭУ равна нулю. Суммируя по табл. 5.3 все значения t_i(V_i) для

и получаем время простоя ВЭУ в течении года:

t_пр= 8760*(0,319)=2794 ч/год.

Выработанная ВЭУ энергия в течении года Э_ВЭУ^год (кВт*ч) рассчитывается по формуле:

(5.3.)

Результаты расчетов представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 Э_ВЭУ^год энергетических характеристик ВЭУ:

_ВЭУ (V) и

N_BЭУ (V)

Vi , м/с	ti, %	NBЭУ, кВт	Эi, кВт*ч	NВЭУпод, кВт	NBЭУ, кВт	ВЭУ, %
1	2	3	4	5	6	7
2.5	29.8	0.05	130.5	0.07'	0.02	71.4
4.5	17.7	0.2	310.0	0.428	0.228	46.7
6.5	8.8	0.4	308.3	1.29	0.890	31.0
8.5	4.4	0.95	203.23	2.45	1.50	38.8
1	2	3	4	5	6	7
10.5	1.6	1.45	203.23	5.18	3.73	28
12.5	2.3	1.65	332.4	9.18	7.53	18
14.5	1.0	1.70	312.7	14.32	12.62	11.87
16.5	2.1	1.70	312.7	21.11	19.41	8.05
19.0	0.4	1.70	59.16	32.23	30.53	5.27
	2171.7

Суммируя все значения Э_i получаем, что Э_ВЭУ^год = 2171,7 кВт*ч/год., тогда число часов использования ВЭУ N_ВЭУ^уст=1,5 кВт будет равно: