Использование ВЭУ как резервного источника питания сельских потребителей в условиях Северного Зауралья

Введение 4
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований 7
1.1. Сравнительный анализ основных типов ВЭУ 12
1.2. Состояние производства и эксплуатации ВЭУ в России 26
1.3. Анализ негативных факторов ВЭУ 32
1.3.1. Шум 35
1.3.2. Инфразвук 39
1.3.3. Ультразвук 40
1.3.4. Вибрация и резонансы 42
1.3.5. Сбой телерадиовещания и навигационных приборов 45
1.3.6. Экологические аспекты 46
1.4. Нормативы, законы, акты по ветроэнергетике в РФ и за рубежом 47
1.5. Размещение ВЭУ на ответственных инженерных объектах 48
выводы по главе. Цель и задачи исследования 53
Глава 2. Теоретические предпосылки к использованию ВУЭ для электроснабжения сельских потребителей 54
2.1. Требования к компонентам ВЭУ 56
2.2. Изготовление лопасти 57
2.3. Антиобледенительное покрытие 62
2.4. Проведение испытаний 64
2.5. Испытания лопастей 64
Основные результаты и выводы по главе 65
Глава 3. Технико-экономическая оценка внедрения ВЭУ в условиях Северного Зауралья 67
3.1. Тенденции рынка энергетики в России 68
3.2. Потенциальный рынок малых ВЭУ 75
3.3. Технико-экономическая оценка использования ВЭУ 79
3.4. Семейство малых во ВЭУ 80
Основные выводы по главе 82
Заключение 83
Основные выводы и результаты работы 84
Список литературы 86

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность работы. Работа посвящена созданию методологических основ проектирования надежного и экономичного энерго- и электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, разработке новых ветроэнергетических установок для сельскохозяйственного производства и быта населения.
С древнейших времен человек использовал энергию ветра для помола зерна, перекачивания воды и других работ, заменяющих мускульную силу. Задачей ветроэнергетики на современном этапе является обеспечение энергией удаленных потребителей. Именно вопрос энергоснабжения разрозненных сельскохозяйственных потребителей наиболее актуально стоит в большинстве регионов России, территории которых имеют природные ресурсы, возможность развития инфраструктуры и создания производства. Необходимость неоправданно больших капиталовложений в строительство линий электропередач в условиях сложного рельефа местности и совокупности с малой потребляемой мощностью объекта (в среднем до 50-100 кВт) подтверждает актуальность поиска альтернативных методов решения задачи электрификации.
В период мирового кризиса энергетика села все чаще сталкивается с глобальной зависимостью от топливно-энергетических ресурсов и их дефицитом, а также с неизменным ростом цен на топливо, что сказывается на стоимости производства. При этом в отрасли преобладает высокая энергоемкость, ощущается сильный дефицит инженеров-энергетиков, а также существуют проблемы с надежностью электроснабжения отдельных территорий и хозяйств. Все это происходит на фоне высокого процента износа электрооборудования. С другой стороны, в России имеются все необходимые ресурсные, технические, энергетические и экономические условия для широкомасштабного эффективного использования ветроэнергетических установок, в том числе для сельскохозяйственных районов.

Весь текст будет доступен после покупки

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
В последние годы в связи с бурным развитием технологий использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), прежде всего повсеместно доступной солнечной и ветровой энергии, наряду с мощными ветроэлектростанциями (ВЭС) все более широкое применение в агропромышленном секторе экономики находят автономные системы локального энергообеспечения [1-3]. Потребителями таких систем являются как малые потребители (фермы, частные дома, дачи, коттеджи), так и муниципальные образования с целью энергопитания наружного освещения, светофоров, дорожных знаков, парковочных автоматов и т.п., оснащенных, как правило, электрохимическими аккумуляторами [1, 4]. Ветровые, солнечные и гибридные установки сегодня можно встретить на улицах городских и поселковых образований мира, автомобильных магистралях, в общественных местах. Растет число предприятий, продвигающих на рынок, в том числе в России, установки различной модификации для энергоснабжения как простейших парковых фонарей мощностью в несколько Ватт, так и офисных и жилых здании мощностью десятки кВт [4].
Ключевой задачей при разработке или выборе на рынке той или иной системы автономного энергопитания является определение места расположения установки, ее оптимальной конструкции, конфигурации и состава системы электропитания с учетом климатических условий района предполагаемой эксплуатации, а также особенностей нагрузки [1]. Система электропитания должна обеспечивать высокий показатель гарантированности энергоснабжения рассматриваемого сельского потребителя, иметь приемлемые размеры и стоимость, высокую надежность, продолжительный срок службы при минимальных затратах на обслуживание. Соответствие перечисленным требованиям должно обеспечивать конкурентоспособность таких систем по сравнению с традиционными техническими решениями – прокладкой протяженных кабельных линий или, в случае отсутствия электрических сетей, автономным электропитанием от бензиновых, газовых и дизель-генераторов.
Еще 100 лет назад в крестьянских хозяйствах России насчитывалось около 250 тыс. ветряных мельниц, которые ежегодно перемалывали половину урожая (около 33 млн. т, или 2 млрд. пудов зерна). Разработка Н.Е. Жуковским теории быстроходного ветродвигателя и научных основ создания высокопроизводительных ВЭУ в начале XX века положила начало появлению множества конструкций ВЭУ различных типов мощностью до 100 квт для механизации и электрификации процессов сельскохозяйственного производства и других целей. Мировой уровень разработок в этой области был поддержан советскими учёными Н.В. Красовским, Г.Х. Сабининым, Е.М. Фатеевым, что позволило в послевоенный период выпустить более 40 тыс. ветродвигателей ТВ-8, ТВ-5, Д-12, ВЭ-2, которые с большой эффективностью применялись в колхозах и совхозах. Крупный вклад в развитие ВЭУ и ВЭУ для АПК был сделан известными Российскими учеными в XX-XXI вв. (В.Н. Андриянов, П.П. Безруких, Д.Н. Быстрицкий, В.Р. Вашкевич, В.П. Ветчинкин, В.И. Виссарионов, Я.Б. Данилевич, Г.И. Денисенко, В.В. Елистратов, Е.И. Куклин, М.В. Кузнецов, В.А. Минин, Г.Х. В.В. Харитонов, Ю.Г. Шакарян и др.), что позволяет утверждать, что проблема ускорения электрификации сельского хозяйства на основе внедрения ВЭУ может быть с успехом решена в России, причем в настоящее время (Приложения 1-4, 10, 17).
Сегодня в ряде стран за счет совершенствования технологий ветроэнергетика выделилась в отдельную отрасль (Дания, Бельгия, Германия, США, Китай) и уверенно конкурирует с традиционной энергетикой [1, 2]. В настоящее время в мировом эксплуатируемом парке ветроэнергетических установок традиционные горизонтально-осевые установки (ГО ВЭУ), известные с XIX века, составляют подавляющее большинство, а их серийным выпуском занимаются сотни предприятий [5, 6]. Отставание в освоении вертикально-осевых ВЭУ (ВО ВЭУ) вызвано несколькими причинами. Во-первых, вертикально-осевые ВЭУ были изобретены позже горизонтально-осевых пропеллерных (ротор Савониуса – в 1929 г., ротор Дарье – в 1931 г., ротор Масгроува – в 1975 г.). Во-вторых, до недавнего времени считалось, что предельный коэффициент использования энергии ветра у вертикально–осевых ВЭУ ниже, чем у горизонтально-осевых пропеллерных, по причине чего этот тип ВЭУ почти 40 лет вообще не разрабатывался [3], и только в 60-х – 70-х годах XX века сначала канадскими, а затем американскими и английскими специалистами было экспериментально доказано, что роторы Дарье, использующие подъемную силу лопастей, имеют максимальное отношение линейной скорости точек их лопастей к скорости ветра (быстроходность) 6:1 и выше, а коэффициент использования энергии ветра не ниже, чем у горизонтально-осевых пропеллерных ВЭУ [1, 2, 3]. Играет определенную роль и то обстоятельство, что объем теоретических исследований принципиально новых вопросов аэродинамики ротора и опыт разработки, отработки и эксплуатации ВО ВЭУ гораздо меньше, чем ГО ВЭУ [4]. Теоретические исследования ВО ВЭУ получили интенсивное развитие с начала 80-х годов XX века. Сегодня практически все страны эксплуатируют вертикально-осевые ВЭУ с ротором Дарье, причем в Канаде, США, Нидерландах предпочтение отдается схеме с криволинейными лопастями, а в Италии, Германии и Китае в качестве основной схемы приняты роторы с прямыми лопастями, параллельными оси вращения.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Безруких, П.П. Использование энергии ветра / П.П. Безруких. – М.: Колос, 2008. – С. 9-158.
2. Лятхер, В.М. Развитие ветроэнергетики / В.М. Лятхер // Малая энергетика. – 2006. – № 1-2 (45). – С. 18-38.
3. Концепция использования ветровой энергии в Россию. Комитет Российского Союза научных и инженерных общественных организаций по проблемам использования возобновляемых источников энергии. / под ред. П.П. Безруких – М.: Книга-Пента, 2005. – 45 с.
4. Соломин, Е.В. Информация / Е.В. Соломин // ГРЦ-Вертикаль. – www.src-vertical.com. – С. 1.
5. Елистратов, В.В. Использование энергии ветра на северо-западе России / В.В. Елистратов // Электронный журнал энергосберегающей компании «Экологические системы». – 2009. – Вып.2. – http://esco–ecosys.narod.ru/2009_2/art229.htm.
6. Соломин, Е.В. Сравнительные характеристики вертикально-осевых ветроэнергетических установок / Е.В. Соломин // Альтернативная энергетика и экология. – М.: НИИЭС, 2010. – №1. – С.48-53.
7. Пат. 2347104 Российская Федерация, МПК F03D 3/06 (2006.1). Ротор ветряной установки с вертикальной осью вращения / Ю.В.Грахов, Е.В.Соломин и др. – № 2006117014/06; заявл. 12.05.2006; опубл. 20.02.2009, Бюл. № 5. – 12с.
8. Шефтер, Я.И. Изобретателю о ветрогенераторах и ветроустановках / Я.И.Шефтер И.В.Рождественский. – М., 1957. – 146 с.
9. Стребков, Д.С. Проблемы надежного энергообеспечения животноводства / Д.С. Стребков, А.В. Тихмомиров // Сетевой научно-методический электронный агрожрурнал. – 2010. – Вып.1. –http://agromagazine.msau.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=65&Itemid=572
10. Соломин, Е.В. Предложение о сотрудничестве при производстве ветроэнергетических установок / Дж. Куль, Е.В. Соломин // Альтернативная энергетика и экология. – М.: НИИЭС, 2010. – №1. – С.115-125.
11. Соломин, Е.В. Технические особенности и преимущества ветроэнергетических установок / Е.В. Соломин, Р.Л. Холстед // Альтернативная энергетика и экология. – М.: НИИЭС, 2010. – №1. – С.36-41.
12. Мартьянов, А.С. Преобразование энергии в ветроэнергетических установках / И.М. Кирпичникова, А.С. Мартьянов, Е.В. Соломин // Альтернативная энергетика и экология. – М.: НИИЭС, 2010. – №1. – С.93-97.
13. Грахов, Ю.В. Инженерный метод и математическое моделирование в проектировании ветроэнергетических установок / Грахов Ю.В., Матвеенко О.В., Соломин Е.В. // Вестник ЮУрГУ. Серия «Математика. Механика. Физика». – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2010. – Вып.2. – №9(185). – С. 45-52.
14. Соломин, Е.В. Гашение вибраций ветроэнергетической установки с вертикальной осью вращения / Е.В. Соломин // Материалы 61 научно-практической конференции ЮУрГУ, секции технических наук. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2009. – Т.2. – С. 276-280.
15. ГОСТ 30331.2-95 (МЭК 364-3-93)/ГОСТ Р 50571.2-94 (МЭК 364-3-93) /Электроустановки зданий. Часть 3. Основные характеристики. – М., 1995. – С. 1-40.
16. СН 2.2.4/2.1.8.562-96 / «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки». – М., 1996. – С. 1-35.
17. ГОСТ Р 50571.10-96 (МЭК 364-5-54-80) / Электроустановки зданий. Часть 5. Выбор и монтаж электрооборудования / Глава 54. Заземляющие устройства и защитные проводники. – М., 1996. – С. 1-46.
18. РАО «ЕЭС России» / Официальный сайт РАО «ЕЭС России». - http://www.rao-ees.ru/ru/reforming/rynok/show.cgi?content.htm
19. Безруких, П.П. Концепция использования ветровой энергии в России / под ред. Безруких П.П. – М.: Книга-Пента, 2005. – 17 с.
20. Безруких, П.П. Экономика и возможные масштабы развития возобновляемых источников энергии / П.П. Безруких. – М.: Изд-во института народно-хозяйственного прогнозирования РАН, 2002. – 74 с.
21. Лаврентьев, Н.А. Патент RU 2178830, С2 7F 03D 3/00. Способ управления отбором мощности ветрового потока и ветроэнергетическое устройство / Н.А. Лаврентьев, В.А. Хлебцевич – М., 1998. – 2 с.

Весь текст будет доступен после покупки