Энергосбережение материального склада при помощи ветроэнергетической установки с вертикальным ва (стр. 2 из 2)

б) Теплоаккумулирующее устройство.

Теплоаккумуляторы – важная часть теплоаккумулирующего устройства. Солнце светит ограниченное число часов в сутки и не каждый день, а тепловая энергия нужна постоянно и особенно в ночное время суток зимой. Поэтому солнечную энергию необходимо сохранить для потребителя. Этой цели служат теплоаккумуляторы (рис. 7). Теплоаккумулирующее устройство может представлять собой закрытую сверху яму, наполненную булыжником. Циркуляция воздуха от коллектора к теплоаккумулятору и из него в обогреваемое помещение можно обеспечить не только при помощи вентиляционной системы (рис. 7), но и путем естественной конвенции.

Рис. 7 Аккумулятор теплоты с каменевой подушкой

1,4,6 – выход соответственно холодной жидкости, направленной к солнечной панели, теплой воды, пригодной к использованию, теплого воздуха.

2,3,5 – вход соответственно холодного воздуха, нагретой в солнечной панели жидкости, холодной воды, которая проходит через змеевик в теплонакопительной камере

7 – корпус накопителя

8 – камни теплоаккумуляторы

9 – змеевик.

в) Конструкции ВЭУ

В состав ВЭУ входят: ветродвигатель, редуктор, преобразователь механической энергии, аккумулятор и потребитель. Ветродвигатель преобразует энергию ветра в механическую или электрическую.

Промышленность выпускает в основном ветроэнергетические агрегаты с крыльчатым колесом (рис.9а). Во время сильных ураганов, ветров и штормов центробежные силы могут разрушить полости, поэтому в состав ВЭУ включены специальные устройства для перевода лопастей во флюгерное положение. Их ξ достаточно высокий: 0,3….0,46. Окружная скорость двигателей не превышает скорости ветра, масса на единицу мощности небольшая. Их используют для установок с малым начальным крутящим моментом, а также чтобы обеспечить работу центробежных насосов или энергогенераторов.

У ветродвигателей с вертикальной осью вращения ветроколеса, линейная скорость вращения лопастей в несколько раз больше ветра. Такие ветродвигатели подразделяют на карусельные (рис,9б) и роторные (рис. 9б). Полуцилиндры ротора устанавливают на одинаковом расстоянии от вертикальной оси. Вращение ветровых колес не зависит от направления ветра. Они медленно реагируют на изменения скорости ветра, т.е. работают стабильно.

Рис. 9. Схемы принципиальные ветровых установок.

а) АВЭУ с крыльчатым колесом

б) карусельная

в) роторная

г) барабанная

д) цепная

Ветродвигатели могут быть также барабанными (рис 9г) и цепными (рис. 9д). Лопасти цепных ветродвигателей гибкие и при вращении принимают форму цепной линии. Под воздействием центробежных и аэродинамических сил они приобретают такую форму при которой возникающие в установке усилия уравновешиваются, то есть не требуется специальных элементов. Достоинства таких ветродвигателей – способность воспринимать ветер в любых направлениях и высоким ξ =0,6; недостаток – сложность в изготовлении.

Генератор преобразует механическую энергию в электрическую. Частота его вращения должна в 4 раза и более превышать частоту вращения ротора ветродвигателя. достичь этого можно путем правильного выбора типа генератора либо передаточного устройства. Различают генераторы постоянного и переменного потока.

Аккумулятор предназначен для сохранения энергии в течение ограниченного безветренного периода. В ветреные дни проще всего накопить энергию в электрических аккумуляторах. Емкость аккумуляторных батарей может держаться от 3 до 6 суток. Стоимость их может доходить до половины стоимости ветродвигателя.

4. Расчет энергопотребителя.

1) На отопление.

Рассчитаем поток теплоты, необходимый на отопление:

Фот = gот* Vн (tв – tн)а

где gот – удельная относительная характеристика здания, Вт/(м³*С)

gот = 0,43 Вт/(м³*С) для склада

Vн - объем помещения по наружному обмеру, м³

tв – внутренняя температура, С, tв = +14С

tн - наружная температура зимой, tн = -18 С

а – коэффициент запаса а = 1,1

Фот = 0,43*1080(14-(-18))*1,1 = 17,1 кВт

Выбираем для отопления два тепловентилятора марки ТВ – 36, рабочая мощность 8,8 кВт, потребляемая 9,7 кВт.

2. На освещение.

Для освещения будем использовать лампы накаливания мощностью 200 Вт. Они будут размещены через каждые три метра в длину, и 2,5 м в ширину в три ряда. Для освещения используется 21 лампа. Потребляемая мощность

Nоб = n*Nл = 0,2*21 = 4,2

Для энергообеспечения склада нам необходима мощность

N потр = Nот+Nосв

N потр = 17,1 +4,2 = 21,3 кВт = 21300 Вт

5. Расчет ветроэнергетической установки.

Рассчитаем мощность ВЭУ необходимую для обеспечения энергоснабжения склада.

Она определяется по формуле:

N вет = Nпотр/ηмех*ξ

где ηмех – КПД механической передачи

η = 0,89 для редуктора с зубчатой передачей

ξ – коэффициент использования ветрового потока. Для ветроагрегатов карусельного типа ξ = 0,1…0,13 принимаем ξ = 0,14

N веет = 21300/0,89*0,14 = 170947 Вт

Так как при такой мощности ВЭУ она будет иметь очень большие размеры, что нецелесообразно, то мы установим 8 ВЭУ меньшего размера, тогда мощность одной ВЭУ

N веет = 170947/8 = 21368 Вт

Исходя из значения найденной нами мощности ВЭУ, определим площадь воздействия ветрового потока, по формуле:

F = 2N/ρΰ³

где ρ – плотность воздушного потока г/м3 по справочнику принимаем ρ = 1,193 кг/м³

ΰ – скорость ветра, принимаем ΰ = 9 м/с

F=2*21368/1,1193*9³ = 49,1 м²

Наиболее лучшей является отношение

a/b = ¾ a = 6м b = 8,2 м F = a*b = 6*8,2 = 49,2 м²

Мы устанавливаем для энергоснабжения склада 8 установок карусельного типа N = 213000Вт и площадью лопасти 49,2 м³

6. Правила эксплуатации ВЭУ.

ВЭУ должны устанавливаться на открытой местности, на специально отведенных для них площадках. Они должны постоянно находиться под присмотром специалиста, который хорошо ознакомлен с их устройством и принципом работы. Так как у нас ВЭУ с вертикальным валом, вследствие этого редактор и генератор расположены на земле и это в значительной мере облегчает техническое обслуживание ВЭУ.

Техническое обслуживание ВЭУ проводят 1-2 раза в месяц, специалист.

Техническое обслуживание включает:

1. Внешний осмотр ВЭУ

а) Осмотр лопастей и вала

б) осмотр крепления и растяжек и осмотр подшипников

2. Проверка уровня масла в редукторе

3. Проверка напряжения на зажимах генератора

7. Оценка экономической эффективности ВЭУ

При установке ВЭУ мы избавляемся от затрат на топливо.

Годовая экономия рассчитывается по формуле:

Эсу = ЗтВ-Ен*К+Ен*Кдоб*В+Вдл*Зэл

Зт – стоимость условного топлива

Зт = 2300 руб/Тут

В – годовая экономия условного топлива в кг/ч рублях

Вч = 3,6 Ф/(g* ηка)

Вч = 3,6*17100/29300*0,8=2,6 кг

Годовой расход топлива В = Вч*24*n

n – количество отопительных дней

В = 2,6*24*169 = 10345,6 кг/год +10,5 т/год

К- капитальные затраты на изготовление установки.

Себестоимость одной установки 1000 руб. Установок 8 шт., к = 8*10000 = 80000 руб.

Ен – нормативный коэффициент Ен=0,15

Кдоб – удельные налогообложения в прирост добычи топлива К доб = 104 руб/т

Вэл – годовая экономия электричества

В час = 4,2 кВт/ч

Вгод = Вчас*ng* nч

ng – количество дней в году ng = 365 дней

nч – количество часов потребления энергии в сутки nч = 10 часов

В год = 365*4,2*10 = 15330 Вт

Зэл – стоимость электроэнергии Зэл = 0,4 руб.

Эсу = 10,5*2300-0,15*80000+0,15*104*10,5+15330*0,4 = 18445,8 руб.

Срок окупаемости установки

τсу = К/Эсу

τсу = 80000/18445,8 = 4,34 год

Срок окупаемости ВЭУ 4,34 года. Т.к. срок окупаемости установки меньше 10 лет, то ВЭУ эффективно.

Описание к схеме.

Имеется здание материального склада 1, утеплено теплоизоляционным материалом 2 в качестве которого служит слой пенополиуритана толщиной 10 мм. По всей длине здания проходит воздуховод 4, в который нагнетается теплый воздух, при помощи вентилятора 6. Воздух поступает в калорифер 7, нагревается, поступает в воздуховод и распространяется по всему зданию. В складе имеются для освещения 21 лампа накаливания. Энергообеспечение склада осуществляется при помощи 8-ми ветроэнергетических установок. ВЭУ состоит из ветрового барабана 9, который размещается на валу 10, вал передает крутящий момент на редуктор 12, редуктор увеличивает частоту вращения и передает крутящий момент на вал генератора 13. Генератор начинает вырабатывать электрическую энергию, которая идет на отопление

и освещение склада.

Литература

1. Ветроэнергия в сельском хозяйстве. М.: ГосНИИТИ 1960 г.

2. Возобновляемые источники энергии на службе человека. Журнал «Человек и природа» - №5, 1986 г.

3. Б.М.Берновский Возобновляемые источники энергии на службе человека. М.: Наука 1987 г.

4. Стефанова В.Э. Возобновляемые источники энергии на сельскохозяйственных предприятиях. М,:»Агропромиздат», 1989 г.

5. Оборудование для использования нетрадиционных источников энергии «АгроНИИТЭИИТО» М.: 1996 г.

6. Разработка и внедрение оборудования для использования возобновляемых источников энергии.

7. Рекомендации по применению ветроэнергетических установок в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1972 г.

8. Романенко Н.Н. Основы ветроэнергетических расчетов и ветроиспользования