Помощь в учёбе, очень быстро...
Работаем вместе до победы

Автономная система энергообеспечения на основе микроГЭС

Диссертация: Автономная система энергообеспечения на основе микроГЭС
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Изложенная методика проектирования генератора, может быть использована в инженерных расчетах при разработке подобных систем. Реализация работы. Результаты работы переданы в форме технической документации и методик расчетов на ЗАО «Электротехника — БирЗСТ», г. Биробиджан для использования при разработке, проектировании и подготовки производства новых типов изделий. Результаты работы внедрены… Читать ещё >

Содержание

  • ВЕЛЕНИЕ
  • РАЗДЕЛ 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗОБНАВЛЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ В АВТОНОМНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМАХ
    • 1. 1. Перспективы использования децентрализованных энергосистем и возобновляемых природных ресурсов
    • 1. 2. Обзор источников стабильной частоты
    • 1. 3. Разработка конструкции генератора
  • ВЫВОДЫ
  • РАЗДЕЛ 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ
    • 2. 1. Разработка и исследование математической модели гидротурбины
    • 2. 2. Разработка математической модели индукторного дугостаторного генератора
    • 2. 3. Исследование магнитного поля и влияния скоса пазов индукторного дугостаторного генератора
  • ВЫВОДЫ
  • РАЗДЕЛ 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННОЙ СИСТЕМЕ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ НА БАЗЕ МИКРОГЭС
    • 3. 1. Разработка системы стабилизации выходных электрических параметров
    • 3. 2. Исследование параметров эквивалентной нагрузки
    • 3. 3. Анализ реакций системы стабилизации
  • ВЫВОДЫ
  • РАЗДЕЛ 4. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОНОМНЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМ
    • 4. 1. Особенности проектирования индукторного дугостаторного генератора для децентрализованных систем энергообеспечения на базе микроГЭС
    • 4. 2. Основные характеристики индукторного дугостаторного генератора
    • 4. 3. Макетные образцы и экспериментальные исследования
  • ВЫВОДЫ

Автономная система энергообеспечения на основе микроГЭС (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность темы

В настоящее время существует проблема обеспечения энергией потребителей, удаленных от централизованной энергосистемы. Подключение автономных потребителей к централизованной системе энергообеспечения во многих случаях нецелесообразно. Это объясняется их значительной удаленностью, рассредоточенностью и труднодоступностью населенных объектов, нуждающихся в обеспечении энергией. Особенно остро эта проблема проявляется в Дальневосточном регионе.

В этом случае, целесообразным является применение автономных систем энергообеспечения. Наибольшее распространением среди этих систем получили автономные энергоустановки на базе дизель-генераторов. Подобные системы обладают рядом очевидных недостатков, главным из которых является необходимость постоянных поставок топлива к труднодоступным объектам и постоянный рост цен на органические виды топлива. Альтернативой дизель-генераторным установкам могут служить системы, использующие энергию возобновляемых природных источников. Примером таких систем являются установки использующие энергию потоков воды и ветра.

В настоящее время достаточно полно проработаны вопросы создания автономных систем, использующих энергию высокопотенциальных потоков. Особо актуальной остается задача разработки и внедрения энергоустановок на базе микроГЭС, использующих энергию низкопотенциальных потоков равнинных рек.

Целью работы является разработка и исследование системы автономного энергообеспечения на базе микроГЭС для равнинных рек.

Методика выполнения работы базировалась на применении математического и физического моделирования. В теоретических исследованиях применялись аналитические и численные методы расчета.

Экспериментальные исследования проводились на физических моделях, отвечающих принципам подобия элементам исследуемой системы. Научная новизна работы заключается в следующем:

— впервые разработана конструкция индукторного дугостаторного генератора для микроГЭС, позволяющая значительно повысить потребительские свойства автономной системы энергообеспечения;

— разработана математическая модель бесплотинной осевой гидротурбины пропеллерного типа для бесплотинной микроГЭС;

— разработана математическая модель индукторного дугостаторного генератора предложенной конструкции;

— исследовано влияние конструктивных особенностей дугового статора, формы полюсов ротора, величины воздушного зазора на гармонический состав и эффективность использования магнитного поля;

— исследованы особенности определения коэффициента скоса пазов, обусловленные спецификой конструкции генератора и его влияние на величину первой гармонической составляющей ЭДС;

— определены зависимости и расширен исследуемый диапазон величины и характера эквивалентной нагрузки генератора, при изменении величины и характера полезной нагрузки источника электропитания. Основные положения выносимые на защиту:

— конструкция индукторного дугостаторного генератора для микроГЭС;

— результаты теоретических исследований генератора учитывающие особенности его конструкции;

— результаты исследования системы стабилизации выходных электрических параметров.

— результаты физического моделирования элементов системы. Практическая ценность работы:

— предложенная конструкция генератора позволяет полностью отказаться от процесса штамповки пазов и изготавливать генератор на предприятиях, не обладающих технологиями производства вращающихся электрических машин;

— конструкция микроГЭС на базе предложенного индукторного генератора, некритична к осевым и радиальным перемещениям рабочего колеса гидротурбины;

— в процессе исследований выработаны рекомендации по проектированию и выбору геометрии дугового статора;

— разработанные макетные образцы и физические модели позволяют исследовать элементы системы в различных режимах работы;

— изложенная методика проектирования генератора, может быть использована в инженерных расчетах при разработке подобных систем. Реализация работы. Результаты работы переданы в форме технической документации и методик расчетов на ЗАО «Электротехника — БирЗСТ», г. Биробиджан для использования при разработке, проектировании и подготовки производства новых типов изделий. Результаты работы внедрены в учебный процесс КнАГТУ.

Апробация работы. Основное содержание и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи энергии» (г. Томск, 2001, 2005 г.) — научно-технической конференции аспирантов и студентов КнАГТУ (1999;2002г.) — на научно-техническом семинаре Электротехнического факультета КнАГТУ (2006 г)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 свидетельство на полезную модель.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 146 страницах машинописного текста, списка литературы из 107 наименований и 3 приложений.

Основные результаты и выводы, сделанные в ходе выполнения диссертационной работы:

1. Эффективной заменой децентрализованных систем энергообеспечения на базе дизель-генераторов являются автономные системы, использующие энергию возобновляемых природных ресурсов, в частности низкопотенциальную энергию равнинных рек.

2. Предложенная конструкция генератора для микроГЭС, позволяет создавать безредукторные установки и значительно повышать потребительские свойства системы энергоснабжения.

3. Разработана и исследована математическая модель осевой гидротурбины пропеллерного типа для безплотинной микроГЭС. Получены зависимости мощности гидротурбины от скорости потока и диаметра рабочего колеса.

4. Разработана математическая модель индукторного дугостаторного генератора предложенной конструкции, позволяющая исследовать рабочие режимы источника электропитания.

5. Проведено моделирование магнитного поля в воздушном зазоре генератора. Выработаны рекомендации по выбору геометрии зубцовой зоны и величины воздушного зазора для улучшения формы кривой распределения магнитной индукции в воздушном зазоре.

6. Исследовано влияние коэффициента скоса пазов на величину ЭДС генератора и разработаны рекомендации по выбору размеров дуги статора.

7. Уточнены характеристики и расширен диапазон зависимостей угла управления вентилями, а так же величины и характера эквивалентной и балластной нагрузок от величины и характера полезной нагрузки генератора. Зависимости получены для стабилизации полного и активного эквивалентного сопротивления.

8. Исследование физических моделей позволило выявить наиболее эффективные типы турбин и подтвердило эффективность использования осевой гидротурбины пропеллерного типа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Показать весь текст

Список литературы

  1. И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию, в пер., 477 стр., 2003 г.
  2. А. с. 1 144 171 (СССР). Машино-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты. Ройз Ш. С., Цукублин А. Б., Лукутин Б. В., Озга А. И., Пяталов А. В., Кузьмин В. М. Опубл. в Б.И., 1985, № 9.
  3. А. с. 1 046 861 (СССР). Машино-вентильный источник трехфазного напряжения стабильной частоты. Ройз Ш. С., Цукублин А. Б., Лукутин Б. В., Озга А. И., Кузьмин В. М. Опубл. в Б.И., 1983, № 37.
  4. А.С. 861 617 (СССР). Безредукторный ветроагрегат. Копылов И. П., Лядова Т. В. Опубл. в Б.И., 1981, № 3.
  5. А.С. 969 948 (СССР). Безредукторный ветроагрегат. Копылов И. П., Лядова Т. В. Опубл. в Б.И., 1982, № 40.
  6. А.с. 1 305 429 (СССР). Микрогидроэлектростанция. Лукутин Б. В., Обухов С. Г. Опубл. в Б. И. Бюлл. № 17, 1987.
  7. Н. Я., Терзян А. А. Индукторные генераторы М.: «Энергия» 1970 — 192с.
  8. М. В., Герасимов Л. С. Технология производства электрических машин: Учеб. пособие для ВУЗов. М.: Энергоиздат, 1982 — 512с.
  9. Ю.Арнольд Р. Р. Расчет и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами — М.: «Энергия» 1969 184с.
  10. В. А., Галтеев Ф. Ф., Ларионов А. Н. Электрические машины с постоянными магнитами М.: «Энергия» 1964 — 480с.
  11. В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока: Учеб. пособие для студентов вузов.-М.: Высш. школа, 1982- 272с., ил.
  12. З.Беспалов В .Я., Котеленец Н. Ф. Электрические машины. М.: «Академия», 2006 -320 е., ил.
  13. В.Я., Колоткин A.M. Состояние и перспективы применения вентильно-индукторных приводов в промышленности и на транспорте. Электричество, № 3,2002 67−68с.
  14. С. В. Охрана окружающей среды: Учебник для техн., Спец. ВУЗов и доп. М.: Высш. школа, 1991 — 319с., ил.
  15. Н. М. Сопротивление материалов М.: Наука, 1976 — 608с.
  16. А.И. Переходные процессы в машинах переменного тока. Л.: Энергия. Ленинг. отд ние, 1980. — 256 е., ил.
  17. Г. П. Экологические аспекты внедрения нетрадиционных возобновляемых источников энергии в энергетический баланс Москвы // Энергосбережение. 2004. — N 1. — С. 34−38
  18. К. М. Экономика и организация производства в дипломных проектах. JL, «Машиностроение» 1977 — 208с.
  19. В.А. Электромеханические переходные процессы в электрических системах.-M.-JI.: Госэнергоиздат, 1958 -488 с. 21 .Ветроэлектростанция Пат. 2 300 912, Франция, МКИ 03 11/04, Кг, 1976.
  20. Д.В. Автоматизация электроэнергетических систем. Часть 1. Л.: Изд-во ВМОЛА, 1961 — 106с.
  21. А. И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. заведений. -3-е изд. перераб. JI. Энергия, 1978. — 832 е., ил.
  22. А.Н., Лукутин Б. В., Обухов С. Г., Шандарова Е. Б. Устройство для регулирования амплитуды и частоты напряжения автономного электрогенератора. Свидетельство на полезную модель RU 16 320 U1 7 Н02 Р 9/04
  23. О. Д. Проектирование электрических машин: Учебное пособие для ВУЗов М.: Высш. школа, 1984 — 431с., ил.
  24. А. В. Оборудование микроГЭС. Энергохозяйство за рубежом. 1982, № 5, 35−37 с.
  25. Г. К. Обмотки электрических машин. — Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение 1989 —400с.28.3имин Е.Н., Яковлев В. И. Автоматическое управление электроприводами: Учеб. Пособие для студентов вузов. М.: Высш. школа, 1979. — 318 е., ил.
  26. Иванов Смоленский А. В. Электрические машины. Учебник для вузов. — М.: Энергия, 1980. — 928 е., ил.
  27. В.В., Зубарев В. В., Франкфудт М. О. Использование энергии ветра, океанских волн, течений. Итоги науки и техники. ВИНИТИ АН СССР. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии, 1983. —100 с.
  28. А. И. Электрические машины. -М.: Энергия, 1974.- 832 с.
  29. Э.П. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии / Э. П. Гужулев, В. Н. Горюнов и др. 2004, Омск: Изд-во ОмГТУ.
  30. А. В. Оборудование микроГЭС. Энергохозяйство за рубежом. 1982, № 5, 35−37 с.
  31. Зб.Загорский В. Г. Исследование пуска асинхронных короткозамкнутых двигателей от генераторов соизмеримой мощности. Львов, 1958. -51 с.
  32. В.М., Кузьмин Р. В. Свидетельство РФ № 10 791 на полезную модель, МКИ F 03 D 1/00 98 121 288/20. Генератор для микроГЭС — Заявлено 23.11.98- Опубл. 16.083.99 Бюл. № 8. 2с.
  33. В.М., Кузьмин Р. В. Исследование системы стабилизации выходных электрических параметров в децентрализованных системах энергообеспечения. Вестник КнАГТУ, Комсомольск-на-Амуре, 1999 г. 24−25с.
  34. В.М., Кузьмин Р. В. МикроГЭС на основе дугостаторного генератора с автобалластной нагрузкой. Материалы 28-ой НТК аспирантов и студентов КнАГТУ, Комсомольск-на-Амуре, 1999 г. 47с.
  35. В.А., Кузьмин В. М., Кузьмин Р. В. Математическая модель дугостаторного генератора для микроГЭС. Вестник КнАГТУ, Комсомольск-на-Амуре, 2000 г. 38−39с.
  36. О.Р., Кузьмин Р. В., Размыслов В. А. Перспективы и особенности применения нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Материалы 29-ой НТК аспирантов и студентов КнАГТУ, Комсомольск-на-Амуре, 2000 г. 24с.
  37. Р.В., Размыслов В. А., Разработка модели системы децентрализованного энергообеспечения с автономным источником электропитания на базе микроГЭС. Вестник КнАГТУ, Комсомольск-на-Амуре, 2001 г. 43с.
  38. Р.В., Размыслов В. А. Исследование магнитного поля в воздушном зазоре индукторного дугостаторного генератора. Материалы МНТК «Электромеханические преобразователи энергии», г. Томск: ТПУ, 2001 г. -с.108
  39. Р.В., Размыслов В. А. Исследование коэффициента скоса пазов индукторного дугостаторного генератора. Материалы 31-й НТК аспирантов и студентов КнАГТУ, Комсомольск-на-Амуре, 2002 г. 17с.
  40. О.И., Кузьмин В. М., Кузьмин Р. В., Суздорф В. И. Проблемы развития нетрадиционных возобновляемых источников энергии на дальнем востоке. Дальневосточный энергопотребитель. № 4−5 апрель- май 2005, с.32−33
  41. Э. Синхронные машины и устойчивость электрических систем.-M.-JL: Госэнергоиздат, 1960. -390с.
  42. И.П. Математическое моделирование электрических машин.- М.: Высшая школа, 1987.— 245с.
  43. А.А. Перспективы развития ветроэнергетики Томской области //Энергетика, экология, надежность!, безопасность: Труды пятого Всероссийского студенческого научно-технического семинара Томск, 2324 апреля 2003. — Томск: Изд. ТПУ, 2003. — с. 60.
  44. В. Страна трех тысяч ветряков // Энергия. 1992. № 1. С. 10−13.
  45. .В., Обухов С. Г., Яворский М. И. Оценка эффективности регионального использования возобновляемых энергоресурсов //Технологии ТЭК. Москва, 2003, — № 2. — с. 65−71.
  46. .В. Способы стабилизации параметров электроэнергии автономных микрогидроэлектростанций. Мех. и электрификация сельского х/ва, 1987, № 8. с.42−44.
  47. .В., Обухов С. Г. Динамика микрогидроэлектростанции с автобалластной стабилизацией напряжения. Электротехника, 1989, N10. с.9−12.
  48. .В., Обухов С. Г. Система управления затвором микрогидроэлектростанции. Патент К11 2 005 138С1 P03B15/06. Опубл. БИ№ 47.48, 1993.
  49. .В., Обухов С. Г. Микрогидроэлекгростанция .с автобалластной нагрузкой, регулируемой по частоте выходного напряжения. Электромеханика. -1990. -№ 6. -с. 111−119
  50. .В., Обухов С. Г. Выбор способа регулирования микрогидроэлектростанций с автобалластной нагрузкой. Гидротехническое строительство. -1990, № 7, с.33−35.
  51. .В., Обухов С. Г. Особенности работы микрогэс на асинхронный двигатель соизмеримой мощности. Электротехника. -1991, № 7, с.36−40.
  52. .В., Обухов С. Г., Озга А. И. Выбор параметров циф рового регулятора частоты автономной микрощдроэлектрос-нанции. Гидротехническое строительство. —1992, № 9, с.40—43.
  53. .В., Обухов С. Г., Шандарова Е. Б. Устройство для регулирования частоты вырабатываемого тока электрогене ратора. Свидетельство на полезную модель К1) 6958 111 6 Н02 р 9/04 Опубл. в бюлл. № 6. 16.06.98.
  54. .В., Обухов С. Г., Шандарова Е. Б. Способы повы шения качества выходного напряжения микрогидроэлектро станции с тиристорным автобалластом. Промышленная энер гетика. -2000, № 8, с.49−52.
  55. .В. Стабилизация напряжения автономных микрогидроэлектростанций. Техника в сельском хозяйстве. 1989.
  56. .В. Стабилизация выходного напряжения микро-гэс с помощью автобалластной нагрузки. Сб. «Использование возобновляемых источников энергии в Киргизии». -Фрунзе.: Илим, 1988. с. 53−58.
  57. .В., Обухов С. Г. Эквивалентная нагрузка генератора микрогидроэлектростанции с автобалластной нагрузкой. Электромеханика, Изв. вузов 1988, № 5. с. 99−104.
  58. В.А. Проектирование и расчет систем регулирования гидротурбин.- Л. Машиностроение, 1973.- 273 с.
  59. Т.М. Россия на фоне современных тенденций в развитии энергетики западных стран Журнал «Экономика и производство» № 1 январь, 1999 стр.: 10−13.
  60. Энергетика. Ресурсы и эффективность использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии в России/ П. П. Безруких, Ю. Д. Арбузов, Г. А. Борисов и др.- Под общ.ред. П. П. Безруких.-СПб.: Наука, 2002.-315 с. Библиогр.: с.288−294
  61. В.Я., Волшаник В. В. Сооружения и оборудование малых гидроэлектростанций. -М.: Энергоатомиздат, 1986. 199 с.
  62. В. С. и др. Малые гидротурбины. М.: Машгиз, 1950. — 268 с.
  63. .Б. Гидроэлектрические и ветроэлектрические станции малой мощности. -М.:Госпланиздат, 1946.- 135 с.
  64. А.Л. и др. Расчет электромагнитных полей электрических машин методом конечных элементов./ Кислицин А. Л., Критсштейн A.M., Солнышкин А. Д. Саратов.: Изд — во Сарат. ун — та, 1980. — 168.
  65. . А. и др. Охрана труда в электроустановках: Учебник для ВУЗов -М.: Энергоатомиздат, 1983 -336с.
  66. А. С. Экономика электротехнической промышленности. М.: «Высшая школа» 1976−430с.
  67. И.П. Проектирование электрических машин: Учеб. Пособие для студентов вузов.- М.: Высш. Школа. 1979. 378с., ил.
  68. .В., Сипайлов Г. А. Использование механической энергии возобновляемых природных источников для электроснабжения автономных потребителей./Под. ред. Алимова О. Д. Изд во Академия наук Киргизкой ССР институт автоматики, 1987. — 131 с. ид.
  69. , Б.В., Сипайлов Г. А. Использование механической энергии возобновляемых природных источников для электроснабжения автономных потребителей. Фрунзе, 1987−143с.
  70. И.М., Менский Б. М. Линейные автоматические системы. М.: Машиностроение, 1977.-477 с.
  71. И. В. Сборник задач по теоретической механике. Учеб. пособие М.: Наука, гл. ред. физ.-мат. лит., 1986 — 448с.
  72. Патент № 2 056 084 (Россия). Гидроэнергетическая установка / Лабугин Н. Ю. Опубл. в Б. И., 1992, № 6.
  73. Патент № 1 836 586 (Россия). Бесплотинная всесезонная гидроэлектростанция / Озеров Г. И. Опубл. в Б. И., 1993, № 22.
  74. Патент № 2 049 924 (Россия). Плавучее устройство для генерирования электроэнергии за счет использования кинетической энергии /Рылкухин Г. С. Опубл. в Б. И., 1995, № 23.
  75. Патент № 2 179 260 (Россия). Гидроагрегат / Казяев С. В. Опубл. в Б. И., 2002, № 1.
  76. Н.Д. О процессах в цепи переменного тока, содержащей электрический вентиль. /Собрание трудов.-Изд-во АН СССР, 1948.-426 с.
  77. В.А. Проектирование и расчет систем регулирования гидротурбин. Л.: Машиностроение, 1973. — 273 с.
  78. Е.Г. «Математическое моделирование электромашинно — вентильных систем». Львов: Вища шк. Изд во при Львов, ун — т. е., 1986. -164 с. ил.
  79. А.В. Дугостаторный генератор безредукторной ветроэлектрической установки. Автореф. Дисс. канд. техн. наук. — Томск, 1983.-25с.
  80. А.В. Исследование магнитного поля в воздушном зазоре синхронной машины./Сост. Пяталов А. В. — Комсомольский- на Амуре политехи, ин -т, 1990. — 14 с.
  81. Ю. М. Постоянные магниты. Справочник. — М.: «Энергия» 1971 — 376с.
  82. Г. А., Лоос А. В. Математическое моделирование электрических машин. Учеб. Пособие для студентов вузов. — М.: Высш. школа, 1980. — 176 с.
  83. С. М. Краткий курс теоретической механики. М.: Наука, 1968 -378с.
  84. Э.А. Дугостаторные и линейные синхронные машины с магнитоэлектрическим возбуждением./ Толкачев Э. А. Изд во Ленингр. ун-та, 1974.- 130 с. ил.
  85. П. А. Безредукторный дугостаторный электропривод. -Ленинградское отделение. «Энергия» 1970- 138с.
  86. .Ш. Нетрадиционные источники энергии Грузии, Э Энергия № 1. 1999 с. 14.
  87. Я. И. Использование энергии ветра. М.: Энергоатомиздат, 1983. -200 с.
  88. М. Г. Работа генератора на выпрямительную нагрузку. Труды ЛПИ, № 3,1940.
  89. В. П. Расчет электрических машин (перевод с немецкого). «Энергия», 1968., 732с., ил.
  90. Экологически чистая энергетика (в помощь лектору) / Авт.-сост. Каюмов А. А. Горький: Горьковский областной совет В ООП.
  91. Энергия. / Под ред. Д. Дэвинса, М.: Энергоатомиздат, 1985.
  92. Энерго и ресурсосбережение. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Сборник тезисов докладов всероссийской научно-технической конференции. (20−24) марта 2000 г. Екатеринбург. Изд.УГТУ.
Заполнить форму текущей работой

Пора сдавать?