Классификация и конструктивные схемы приливных электростанций пэс: 8.10. Приливные электростанции

Содержание

Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии

ПРОГРАММА-МИНИМУМ

кандидатского экзамена по специальности

05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии»

по техническим наукам

Введение

Данная программа составлена на основе дисциплин направлений «Энергомашиностроение» и «Электроэнергетика», связанных с особенностями анализа принципов использования возобновляемых видов энергии, синтеза и оптимального использования энергоустановок на их основе.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по энергетике, электрификации и энергетическому машиностроению при участии Московского энергетического института (технического университета).

1. Возобновляемые виды энергии и энергоустановки на их основе.

Источники возобновляемых видов энергии и их особенности. География энергоресурсов. Основные понятия и определения в практике исследования и использования возобновляемых видов энергии. Параметры возобновляемых видов энергии и методы их измерения. Расчеты основных категорий потенциала. Современное состояние и перспективы использования возобновляемых видов энергии.

2. Принципы использования солнечной энергии.

Основные понятия и определения. Источники потенциала солнечной энергии. Солнечная радиация: прямая и диффузная. Спектры внеатмосферного и наземного, солнечного излучения. Методы измерения солнечной радиации. Методы расчета прихода солнечной радиации на горизонтальную и произвольно ориентированную площади на поверхности Земли в произвольно взятой ее точке. Зависимость солнечной радиации от времени и широты местности. Продолжительность дня с солнечным излучением, поглощение в атмосфере (оптическая масса). Оптимальная ориентация приемника солнечного излучения.

Основные категории потенциала солнечной энергии и методы их расчета. Кадастр солнечной энергии. Современное состояние и перспективы использования солнечной энергии в мире.

Основные виды солнечных энергоустановок (СЭУ) и систем наземного и космического назначения (станции СЭС). Системы солнечного электроснабжения, горячего водоснабжения, отопления, охлаждения, сушки, опреснения, гидролиза и т. п.

Башенные СЭС. Основная технологическая схема, ее компоненты и их энергетические характеристики. Уравнение движения Солнца и гелиостатов. Затенение и блокировка гелиостатов. Коэффициент улавливания приемником солнечной радиации. Тепловой приемник и методы его расчета. Оптимизация системы «концентратор (гелиостаты) – приемник».

СЭС на основе солнечных прудов. Технологическая схема преобразования энергии и ее компоненты. Термальный градиент. Теплоаккумулирующая характеристика солнечных прудов. Методы расчета основных параметров СЭС на основе солнечных прудов.

СЭС с параболическими и параболоцилиндрическими концентраторами: технологическая схема преобразования энергии и ее компоненты. Эффект концентрации излучения. Методы расчета основных параметров.

Фотоэлектрические СЭС. Фотоэлектрическая генерация энергии. Структура солнечных элементов и принципы их работы. Фотоэлектрические свойства цепи и нагрузки фотоэлементов. Основные виды потерь энергии и факторы, влияющие на КПД фотоэлемента. Конструкции солнечных элементов. Основные технические требования к материалам солнечных элементов. Жесткие и гибкие фотоэлементы. Концентраторы излучения, их разновидности и особенности использования. КПД основных типов фотоэлементов. Фотоэлектростанции.

Солнечные коллекторы и их разновидности. Принцип действия, основные конструктивные особенности, КПД солнечных коллекторов. Расчет температурного поля тепловых потерь, отвода тепла, оптического КПД Селективные покрытия их разновидности и свойства.

Системы солнечного горячего водоснабжения и отопления. Схемы и элементы. Методы расчета систем солнечного теплоснабжения (ССТ). Аккумуляция тепла в ССТ. Краткосрочная и длительная аккумуляция тепла. Методы расчета характеристик ССТ. Принцип действия, конструктивные особенности и методы расчета подогревателей воды и воздуха, сушилок, кондиционеров, холодильников, опреснителей воды на базе ССТ.

Пассивные солнечные системы (ПСС). Основные типы и их особенности. Пассивные солнечные системы с непосредственным обогревом помещений (солнечные окна, оранжереи, теплицы, прозрачная крыша), с обогревом пассивного элемента вне помещения (стена Тромба, термопруды, контейнеры с водой на крыше зданий и т. п.). Энергетические характеристики ПСС. Аккумуляция тепла элементами зданий и конструкций. Использование пристроенных и встроенных теплиц в качестве приемников солнечного тепла.

Космические СЭС (КСЭС). Основные схемы преобразования и концентрации солнечного излучения на КСЭС (фотоэлектрические, машинные и прямые преобразования энергии Солнца). Достоинства и недостатки схем. Проблемы сооружения КСЭС и передачи энергии на Землю. Перспективные системы передачи энергии с КСЭС на Землю (СВЧ- излучение, лазерный луч).

3. Энергия ветра и источники на ее основе.

Основные понятия и определения. Источники потенциала ветровой энергии. Преобразования энергии ветра. Ветроэнергетические установки (элементы аэродинамики). Основные характеристики ветра и методы их определения. Зависимость параметров ветра от высоты и времени. Характерные функции распределения ветра (распределения Рэлея, Вейбулла–Гудрича и др.). Роза ветров. Высота флюгера. Географические факторы и местные расчетные параметры ветра. Основные категории потенциала ветровой энергии и методы их расчета. Кадастр ветровой энергии. Основные технические схемы использования энергии ветра и их классификация.

Теория идеального и реального ветрового двигателя. Основные положения и допущения. Осевая или подъемная сила. Рабочий момент и мощность. Потери энергии ветродвигателя. Методы получения энергетических характеристик ветроколеса. Способы установки ветроколеса на ветер. Силы, действующие на ветроколесо при его работе в косом потоке. Гироскопический момент ветроколеса.

Способы регулирования частоты вращения ветроколеса и его мощности. Конструктивные особенности и энергетические характеристики основных элементов ветроэнергетической установки. Режимы работы ветроколеса. Быстроходность и ее связь с коэффициентом мощности. Подведенная и полезная мощность ветроэнергоустановки с вертикальной и горизонтальной осями. Основные виды потерь энергии.

Ветроустановки, предназначенные для производства электроэнергии, тепла, механической энергии, и их особенности.

Ветроустановки с горизонтальной осью вращения. Основные элементы конструкции. Одно- и многолопастные системы ВЭУ со стабилизаторами, без него или с дополнительным боковым колесом, с серводвигателем или с самоориентацией. Особенности режимов работы разных видов ВЭУ.

Конструкции редуктора и генератора, их энергетические характеристики.

Баланс энергии в ВЭУ. Основные энергетические характеристики. Расчетные скорости: минимальная, рабочая, максимальная. Концентраторы воздушного потока, их эффективность, особенности их конструкции.

Ветроустановки с вертикальной осью вращения. Основные элементы конструкции. Одно- и многоярусные системы. Преимущества и недостатки. Основные типы ВЭУ. Энергетические характеристики ВЭУ разного типа с вертикальной осью вращения.

Ветроэлектростанция (ВЭС), или ветропарк. Основные принципы оптимального использования энергопотенциала ветра в заданном регионе. Схемы оптимального размещения ВЭУ относительно друг друга и ветрового потока с учетом розы ветров в регионе. Эффект затемнения в ветропарке.

4. Использование энергии перемещения водных потоков.

Основные принципы использования энергии воды. Источники потенциала гидроэнергетики: естественные и искусственные водотоки и водохранилища, водохозяйственные и другие гидротехнические системы, ледники, подземные воды, приливы и отливы, волны и течения в морях и океанах. Традиционная и нетрадиционная (малая) гидроэнергетика и их особенности. Основные гидравлические и энергетические параметры источников потенциала малой гидроэнергетики (МГЭ). Методы измерения напора и расхода воды. Гидрометрические характеристики источника потенциала МГЭ. Гидрологическая информация МГЭ и ее особенности по сравнению с информацией традиционной гидроэнергетики. Использование детерминированных и вероятностных методов расчета в гидрологии МГЭ. Особенности формирования водосборов и водостоков в МГЭ.

Энергия морских волн и течений. Источники потенциала и их особенности. Поверхностные волны на глубокой и мелкой воде (основы теории волнового движения). Энергия и мощность волны и методы ее использования. Идеальные и реальные волны и методы их описания. Энергетический спектр (распределение мощности волны) волн. Методы использования энергии волн при непрерывном волновом движении. География волн на Земле.

Энергия приливов. Источники потенциала и их особенности. Влияние Солнца и Луны на приливы. Прилив в открытом океане и вблизи берегов. Приливная волна. Энергетика приливных течений и методы ее расчета. Основные характеристики приливной волны, и особенности их изменения во времени и от основных влияющих факторов, методы их расчета. Лунный месяц. География приливов. Основные категории потенциала малой гидроэнергетики (включая волны и приливы) и методы их расчета. Вводно-энергетические кадастры гидроэнергетики.

Малые гидроэнергетические установки (ГЭУ) и гидроэлектростанции (ГЭС) различных типов, включая волновые энергоустановки (ВлЭУ) или электростанции (ВлЭС), а также приливные электростанции (ПЭС).

Малые ГЭС: классификационные признаки. Основные методы и способы концентрации напора и расхода воды. Основные типы и виды турбинного оборудования МГЭС. Его энергетические характеристики, методы их получения и расчета. Модельные и натурные испытания гидроагрегатов. Нетрадиционные схемы и виды оборудования МГЭС. Водоподводящие и водоотводящие сооружения МГЭС и их энергетические характеристики.

Основные типы гидрогенераторов МГЭС (на постоянном и переменном токе, синхронные и асинхронные). Энергетические характеристики гидрогенераторов. Методы выбора и обоснования основных параметров гидроагрегатов МГЭС.

Волновые электростанции (ВлЭС). Основные типы и схемы ВлЭС: устройства, отслеживающие профиль волны, использование колеблющегося водяного столба; системы улавливающие волны; надводные и подводные устройства. Методы расчета подведенной и полезной мощности ВлЭУ и ВлЭС. Основные энергетические характеристики элементов ВлЭУ и методы их расчета.

Приливные электростанции (ПЭС). Энергия и мощность приливных течений и приливного подъема – спада воды. Методы расчета скорости и мощности приливных течений и приливного подъема – спада воды. Сизигийный и квадратурный прилив. Энергия прилива за лунный месяц. Перспективные районы и схемы использования энергии приливов: одно- и многобассейновые; с обратимыми и необратимыми агрегатами; с гидравлической аккумуляцией энергии. Методы выбора и обоснования основных параметров оборудования ПЭС.

5. Источники на основе геотермальной энергии.

Геотермальная энергия, основные понятия и определения. Источники потенциала геотермальной энергии (ГеоТЭ). Основы геофизики. Тепловое поле Земли. Методы излучения геотермальных ресурсов и их классификация. Системы извлечения геотермальных ресурсов и их классификация. Сухие скальные породы и естественные водоносные пласты (термальные воды и парагидротермы). География геотермального тепла Земли. Методы расчета теплосодержания глубинных пород Земли. Потенциал геотермальной энергии и методы его расчета. Современное состояние и перспективы использования геотермальной энергии в мире.

Геотермальные энергоустановки (ГеоТЭУ) и электростанции (ГеоТЭС). Использование геотермальной энергии: возможности и потребности. Техника извлечения тепла Земли. Основные схемы технологического процесса на ГеоТЭС: цикл с одним рабочим телом, цикл с двумя рабочими телами, прямой паровой и двухконтурный циклы. Схемы утилизации отработанного рабочего тепла ГеоТЭС. Виды рабочего тела и их особенности. Методы выбора и обоснования основных параметров оборудования ГеоТЭС. Энергетические характеристики ГеоТЭС, методы их изучения и расчета. Особенности энергетического оборудования ГеоТЭС.

6. Биомасса как источник энергии.

Энергия биомассы. Основные понятия и определения. Источник потенциала биомассы и ее география. Классификация биотоплива. Влага, плотность и содержание углерода в биомассе. Основные типы энергопроцессов, связанных с переработкой биомассы: термохимические, биологические, агрохимические. Производимое из биомассы биотопливо. Технология преобразования: сжигание, пиролиз, сбраживание, анаэробное разложение и т.п. Удельная потенциальная величина урожайности биомассы различных культур. Основы фотосинтеза. Современное состояние и перспективы использования энергии биомассы в мире.

Биоэнергетические установки (БиоЭУ). Классификация БиоЭУ по типу энергетических процессов, связанных с переработкой биомассы. Основные элементы технологического процесса, их энергетические характеристики и методы их получения и расчета.

Технологические процессы переработки биомассы, основанные на термохимичеких методах. Сжигание топлива для получения тепла, приготовление пищи и обогрев жилищ, сушка технических культур, сжигание отходов, производство тепла и электроэнергии. КПД установок. Пиролиз и сухая перегонка сырья для пиролиза и его ресурсы. КПД пиролиза. Твердый остаток (древесный уголь). Сепарация жидкостей и газов (газификация). Другие термохимические процессы: гидрогенерация; гидрогенерация с применением СО и пара; гидролиз под воздействием кислот и ферментов; метиловый спирт в качестве топлива.

Технологические процессы, основанные на биохимических методах.

Спиртовая ферментация, или брожение. Методы получения этилового спирта (этанола) из сахарного тростника, сахарной свеклы, растительного крахмала, целлюлозы. Выход этанола из различных культур. Этанол в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания. Анаэробное сбраживание или разложение. Необходимые условия реализации. Биогаз как смесь СН₄ и СО₂. Основное уравнение анаэробного сбраживания. Методы расчета основных параметров биогазогенераторов и его энергетические характеристики.

Агрохимические методы получения топлива в процессе жизнедеятельности растений. Недостатки и достоинства методов.

7. Использование низкотемпературного тепла земли, воды, воздуха.

Основные понятия и определения. Источники потенциала и география. Тепловой баланс Земли. Естественные источники и поглотители теплоты. Производство теплоты в мире. Рассеивание теплоты: механизмы теплопередачи. Прямоточное охлаждение. Градирни. Методы утилизации сбросной теплоты. Качество теплоты и ее транспорт.

Потенциал низкотемпературного тепла земли, воды и воздуха в мире и основные влияющие на него факторы. Методы его расчета. Современное состояние и перспективы использования низкотемпературного тепла земли, воды и воздуха в мире. Океанические тепловые электростанции (ОТЭС). Принцип работы ОТЭС. Допустимая разность температур. Технологическая схема и энергетические характеристики ОТЭС.

Теплонасосные установки (ТНУ). Тепловые насосы, принципы их работы и использования. Источники низкотемпературного тепла: воздух окружающей среды, вентиляционный воздух, тепло грунта, стоячие воды, промышленные сбросы, подземные воды, озерная, морская и речная вода и другие источники нетрадиционного тепла. Основные компоненты технологического цикла ТНУ: системы сбора тепла, испаритель, компрессор, конденсатор, расширитель. Баланс энергии ТНУ. Коэффициент преобразования тепла. Направления и области применения ТНУ. Экологически чистые рабочие тела ТНУ, их особенности и перспективы использования. Энергетические характеристики компонентов ТНУ. Применение ТНУ для получения тепла в системах индивидуального и коллективного использования энергии.

8. Аккумуляция и транспорт энергии.

Основные понятия и определения. Назначение аккумуляторов энергии и принципы аккумулирования: биологическое, химическое, тепловое, электрическое, механическое. Основные характеристики аккумуляторов.

Транспорт первичной и вторичной энергии. Основные способы передачи энергии: трубопроводы, кабельная сеть, линии электропередачи, контейнерные перевозки и т. п, их особенности и характеристики. Энергоаккумулирующие установки (ЭАкУ) и станции (ЭАкС). Гидроаккумулирующие, тепловые, индуктивные, водородные и другие виды аккумуляции энергии. Технологические циклы ЭАкУ и принцип их действия. КПД аккумуляции. Основные энергетические характеристики, методы их получения и расчета. Глубина и скорость заряда-разряда. Длительность цикла аккумуляции. Гарантированное число циклов заряда-разряда. Преобразователи энергии ЭАкУ.

Основные технические схемы преобразования возобновляемых видов энергии (ВВЭ).

Технологический процесс преобразования энергии в электроустановках на базе ВВЭ. Основные энергетические характеристики этапов преобразования энергии и всей установки в целом. Методы расчета и измерения основных параметров и характеристики в установившихся и переходных режимах. Влияние энергетических объектов на базе ВВЭ на окружающую среду.

Океанические тепловые электростанции (ОТЭС). Принцип работы ОТЭС. Допустимая разность температур. Технологическая схема ОТЭС. Энергетические характеристики ОТЭС.

Энергетические комплексы (ЭК) и электротехнологические комплексы (ЭТК) с установками на базе ВВЭ и ЭАкУ. Основные схемы ЭК и ЭТК и принципы их использования для обеспечения энергией автономного потребителя и электрической системы. Достоинства и недостатки различных схем ЭК и ЭТК. Методы расчета основных энергетических параметров ЭК и ЭТК с аккумуляторами энергии разного вида.

Транспорт первичной и вторичной энергии. Энергетические характеристики, КПД.

Основные этапы проектирования схем установок и станций на базе ВВЭ. Исходная информация, методы ее получения и хранения. Основные энергетические параметры энергоустановок и станций на базе ВВЭ и методы их расчета. Использование систем автоматизированного проектирования (САПР) при выборе и обосновании параметров энергоустановок и станций на базе ВВЭ при их работе на изолированного потребителя и энергосистему. Разработка элементов САПР, их информационного и программного обеспечения.

Расчеты краткосрочных и длительных режимов работы энергоустановок на базе разных ВВЭ в целях обоснования их основных проектных параметров. Учет наличия аккумуляторов энергии и традиционных видов электростанций и энергоустановок. Расчеты водно-энергетических режимов традиционных и малых ГЭС, НС, ГАЭС, ПЭС и других типов ГЭУ в условиях проектирования при детерминированной, вероятностной и неопределенной информации для установившихся и неустановившихся режимов работы. Постановки задачи, методы решения, основные допущения. Особенности решения каскадной задачи с ГЭУ разного типа.

Особенности проектирования малых ГЭУ, работающих на автономного и объединенного потребителя. Оптимизация структуры генерирующих мощностей локальных, региональных и объединенных энергосистем с энергоустановками на базе ВВЭ. Работа энергоустановок на базе разных ВВЭ на автономного и локального потребителя. Особенности исходной информации и методы решения задачи.

Методы оптимального управления и организации эксплуатации схем, установок и станций на базе ВВЭ. Автоматизированные системы диспетчерского управления (АСДУ) в энергетике. Структура и система управления энергообъектами в электроэнергетике. Разработка элементов АСДУ, их информационного и программного обеспечения.

Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) энергообъектов на базе ВВЭ и их особенности. Информационное и программное обеспечение. Разработка элементов АСУ ТП, их информационное и программное обеспечение.

Основная литература.

1. Твайделл Дж., Уэйр А. Возобновляемые источники энергии / Пер. с англ. М.: Энергоатомиздат, 1990.

2. Валов М. И., Казанджан Б. И. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения. М.: Изд-во МЭИ, 1991.

3. Андреев В. М., Грилихес В. А., Румянцев В. Д. Фотоэлектрическое преобразование концентрированного солнечного излучения. Л.: Наука, 1989.

4. Грилихес В. А. Солнечные космические энергостанции. М.: Наука, 1986.

5. Дьяков А. Ф., Перминов Э М., Шакарян Ю. Г. Ветроэнергетика России. Состояние и перспективы развития. М.: Изд-во МЭИ, 1996.

6. Гидроэнергетика. 2-е изд., перераб. и доп. / Под ред. В. И. Обрезкова. М.: Энергоатомиздат, 1988.

7. Гидроэлектрические станции / Под ред. В.Я. Карелина и Г.И. Кривченко. М.: Энергоатомиздат, 1987.

8. Васильев Ю. С., Виссарионов В. И., Кубышкин Л. И. Решение гидроэнергетических задач на ЭВМ. М.: Энергоатомиздат, 1986.

9. Использование водной энергии: Учеб. для вузов. . 4-е изд. перераб. и доп. / Под ред. Ю. С. Васильева. М.: Энергоатомиздат, 1995.

10. Приливные электростанции / Под ред. Л. Б. Бернштейна. М.: Энергоатомиздат, 1987.

11. Использование волновой энергии: Учеб. пособие / Под ред. В.И. Виссарионова. М.: Изд-во МЭИ, 2002.

12. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России. /Коллектив авторов. СПб.: Наука, 2002.

13. Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М.: Мир, 1987.

14. Виссарионов В. И., Золотов Л. А. Экологические аспекты возобновляемых источников энергии. М.: Изд-во МЭИ, 1996.

15. Накопители энергии / Под ред. Д. А. Бута. М.: Энергоатомиздат, 1991.

Дополнительная литература.

1. Васильев Ю. С., Харитонов Н. И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. Л.: ЛГУ, 1991.

2. Расчет ресурсов солнечной энергетики / Под ред. В. И. Виссарионова. М.: Изд-во МЭИ, 1998.

3. Расчет ресурсов ветровой энергетики / Под ред. В. И. Виссарионова. М.: Изд-во МЭИ, 1997.

4. Водно-энергетические и водохозяйственные расчеты / Под ред. В.И. Виссарионова. М.: Изд-во МЭИ, 2001.

5. Оборудование нетрадиционной и малой энергетики: Справочник-каталог. 2-е изд. М.: АО ВИЭН, 2000.

Ветряные электростанции: принцип работы, плюсы, минусы

Практически вся электроэнергия производится установками, использующими энергию природных ресурсов. Темпы производства постоянно увеличиваются, и полезные ископаемые рано или поздно закончатся. В связи с этим, уже сейчас ведутся перспективные разработки, внедряются новые технологии, выступающие в качестве альтернативных источников электроэнергии. Одним из таких вариантов являются ветряные электростанции, применяемые в производственной сфере и в частном секторе. Превращая энергию ветра в электричество, они способны обеспечить основные потребности в питании приборов и электрооборудования.

Содержание

Устройство ветряной установки

Ветрогенераторы отличаются абсолютной экологической чистотой и способны обеспечивать бесплатной энергией потребителей в течение неограниченного времени. Ветряные генераторы – ВЭС обладают различной мощностью, что дает возможность использовать их в разных областях.

Максимальной эффективности ветряной электростанции можно добиться, установив ее в местах с постоянными активными воздушными потоками. Обычно для этого используются горы и холмы, берега морей и океанов и другие аналогичные условия. Основной деталью установки служит крыльчатка, выполняющая функцию турбины. В большинстве случаев используются трехлопастные конструкции ВЭС в виде пропеллера, устанавливаемые на большой высоте от земной поверхности.

Для того чтобы получить наибольший эффект, лопасти вместе с ротором устанавливаются в оптимальное положение при помощи специальных механизмов, в зависимости от направления и силы ветра. Существуют и другие конструкции – барабанные, не зависящие от вышеперечисленных факторов и не требующие каких-либо регулировок. Однако, если КПД пропеллерных установок находится на уровне 50%, то у барабанных устройств он значительно ниже.

Каждая воздушная электростанция, независимо от конструкции, полностью связана с действием воздушных потоков, часто изменяющих свои показатели. Это в свою очередь приводит к изменениям количества оборотов крыльчатки и производимой электрической мощности. Такое положение требует сопряжения генератора и электрической сети при помощи дополнительного оборудования.

Как правило, для этого используются аккумуляторные батареи вместе с инверторами. Вначале от генератора осуществляется зарядка АКБ, для которой равномерность тока не имеет значения. Далее заряд аккумулятора, преобразованный в инверторе, передается в сеть.

Пропеллерные конструкции ВЭС в случае необходимости могут управляться. При слишком высокой скорости ветра, производится изменение угла атаки лопастей, вплоть до самого минимального. Это приводит к снижению ветровой нагрузки на турбину. Тем не менее, под действием ураганов, крыльчатки ветровых электростанций нередко подвергаются деформациям, и вся домашняя установка выходит из строя. Полностью избежать негативных воздействий не получается, поскольку электрические генераторы размещаются на высоте, составляющей в среднем 50 м. За счет этого удается использовать более сильные и стабильные ветра, господствующие на больших высотах.

Принцип работы

Практически все ветровые установки имеют общий принцип работы. Под действием воздушного потока лопасти приходят в движение и, связанные специальным приводом с ротором, вызывают его вращение. Сам ротор помещен внутрь статорной обмотки, и в результате вращения происходит образование электрического тока. Лопасти ВЭС обладают особенными аэродинамическими свойствами, поэтому турбина вращается с высокой скоростью.

Каждая лопасть с одной стороны ровная, а с другой – закругленная. Когда воздух проходит закругленную сторону, на этом участке создается вакуум, засасывающий лопасть и уводящий ее в сторону. За счет этой энергии возникает общий крутящий момент. В этом состоит основной принцип работы станций.

Полученное электричество накапливается в аккумуляторной батарее. Количество произведенной энергии зависит от скорости вращения лопастей и от скорости воздушного потока. Частота произведенного электрического тока такая же как в домашней сети, поэтому энергия, полученная от ветровой электростанции, вполне пригодна для питания приборов и оборудования. Однако, полученный переменный ток не может сразу аккумулироваться, для этого он должен быть преобразован в постоянный ток. Подобное преобразование выполняется специальными электронными устройствами, расположенными в турбине.

Зарядка аккумуляторной батареи управляется контроллером. По мере накопления заряда, лопасти замедляют вращение, а при разрядке они вновь начинают крутиться. Такой режим работы дает возможность поддерживать заряд АКБ на заданном уровне.

Работа системы торможения

При высокой скорости воздушного потока ветровые электростанции могут выйти из строя. Чтобы этого не случилось, в конструкции применяется тормозная система. В ней используется сила действия вращающихся магнитов ротора. Они не только индуцируют ток в обмотках статора, но и в определенной ситуации замедляют движение вала. С этой целью требуется создать короткое замыкание, вызывающее противодействие и замедляющее вращение.

Автоматическое торможение наступает при скорости ветра свыше 50 км/ч. Если скорость возрастает до 80 км/ч, в этом случае происходит полная остановка лопастей. Конструкция турбины позволяет максимально эффективно использовать энергию ветра и путем двойного преобразования энергии получать электрический ток. Наличие аккумуляторной батареи дает возможность использовать электроприборы при полном отсутствии ветра.

Некоторые конструкции установок оборудованы ветровым датчиком, собирающим информацию о параметрах воздушного потока. В конечном итоге мощность ветровой установки на выходе будет зависеть от мощности подключенного инвертора. Исходя из этого показателя определяется и максимально возможное количество подключаемых приборов. С целью увеличения выходной мощности установки, рекомендуется параллельное подключение сразу нескольких инверторов. В трехфазных системах на каждую фазу устанавливается собственный инвертор.

Классификация

Основными критериями, определяющими типы ветряных установок, являются следующие:

Различие по количеству лопастей. Быстроходные и малолопастные имеют до 4 лопастей, а 4 и выше относятся к тихоходным многолопастным устройствам. Чем меньше количество лопастей, тем выше обороты двигателя.
Величина номинальной мощности. Бытовые – до 15 кВт, полупромышленные – от 15 до 100 кВт, промышленные – от 100 кВт до 1 Мвт. Границы между показателями довольно условные, поэтому установки применяются там, где это действительно необходимо.
Направление оси. В конструкциях используются два типа. В первом случае это горизонтальная ось, расположенная перпендикулярно относительно движения воздуха, напоминающая обычный флюгер. Такие генераторы отличаются более высоким КПД и приемлемой стоимостью. Второй вариант – это вертикальная ось, благодаря которой конструкция генератора становится более компактной. Она не зависит от направления ветра, а ее лопасти изготовлены в виде турбин. Нагрузка на ось значительно снижена, поэтому и мощность таких установок гораздо меньше. В некоторых электростанциях одновременно используется несколько генераторов с различными осями, объединенными в сеть, что позволяет получить высокую мощность на сравнительно небольшой площади.

Существует отдельная классификация ветровых электростанций по месту их расположения. Среди них можно выделить три основных типа:

Наземные установки, получившие наиболее широкое распространение. Они монтируются на холмах и высотах, а также на специально подготовленных площадках. Строительство ведется с использованием дорогостоящей подъемной техники, поскольку все основные конструкции устанавливаются на большую высоту. Несколько устройств объединяются в общую систему с помощью электрических кабелей.
Прибрежные ветровые электростанции. Строятся неподалеку от берегов морей и океанов. Работа системы зависит от морского бриза, который создает воздушные потоки с определенной периодичностью. Сам бриз возникает в результате неравномерного нагрева поверхностей водоемов и суши. Днем движение воздуха осуществляется в направлении с воды на сушу, а ночью, наоборот, с побережья к водоему. Таким образом, получение электроэнергии происходит круглосуточно, без каких-либо перерывов.
Шельфовые ветряные электростанции. Устанавливаются в море далеко от берега, на расстоянии 10-12 км. В этом случае генераторы используют энергию, создаваемую регулярными морскими ветрами. Для установки используются участки морского дна, расположенные на незначительной глубине. Фундамент конструкции представляет собой сваи, забиваемые в грунт на глубину до 30 м. Передача электроэнергии на берег, осуществляется при помощи подводного кабеля.

Особенности выбора

Основным критерием, которым руководствуются покупатели, являются размеры ветряной установки. Чем больше ее размер, тем выше вырабатываемая мощность. Поэтому, выбирая ветряные электростанции для дома, нужно заранее рассчитать месячное энергопотребление. Полученный результат умножается на 12 месяцев.

Далее расчеты для частного дома ведутся при помощи формулы: AEO = 1.64 х D х D х V х V х V, в которой АЕО является электроэнергией, потребляемой за год, D – диаметр ротора в метрах, V – среднегодовая скорость ветра в м/с. Подставив нужные значения, можно легко рассчитать размеры требуемой установки.

Приобретая электростанцию, следует заранее продумать о месте ее расположения. В этом случае учитываются следующие факторы:

Территория возле генератора должна быть свободной от построек, сооружений, деревьев и других факторов, снижающих продуктивность установки. Имеющиеся помехи располагаются на расстоянии не ближе 200 метров от места установки.
Высота конструкции для монтажа генератора должна быть как минимум на 2-3 метра выше помех, имеющихся на прилегающей территории.
Расстояние от жилых домов – не менее 30-40 м, поскольку при вращении лопастей создается некоторый шум, вызывающий у окружающих определенный дискомфорт.
Следует учитывать среднегодовые изменения погодных условий, когда в одном и том же месте в течение года будет вырабатываться разное количество электроэнергии.

Преимущества ветровых генераторов

Ветровые электростанции уже долгое время используются в быту, на производстве и других областях.

За это время удалось выявить их основные положительные качества и преимущества:

Энергия ветра, используемая для ветроэлектростанций, является бесплатной и самое главное – возобновляемой. Устройства не загрязняют окружающую среду и не выделяют каких-либо вредных веществ. В перспективе планируется еще шире использовать экологически чистые ветровые электростанции в России, что позволит сократить количество обычных установок с вредными выбросами.
Снижается зависимость электроснабжения через центральные электрические сети.
Широкие перспективы для дальнейшего развития и внедрения новых прогрессивных технологий, и это не последние достоинства этих установок.
Постепенное снижение затрат на получение энергии, без которых не обойтись на первоначальном этапе. В течение последних 20 лет стоимость оборудования и комплектующих снизилась примерно на 80%. Энергия ветра становится наиболее прибыльной среди всех альтернативных источников электроэнергии.
Ветряки имеют достаточно высокий срок эксплуатации, составляющий 20-30 лет. В течение этого срока окружающий ландшафт остается неповрежденным.
Простота сборки и дальнейшего использования. Ветряная электростанция монтируется очень быстро, затраты на ремонт и обслуживание сравнительно низкие. Произведенная электроэнергия количественно превышает затраченную энергию ветра примерно в 85 раз. Потери при передаче электроэнергии сравнительно невысокие.

Минусы ветровых электростанций

Идеальных устройств не существует в принципе. Это касается и ветровых установок, обладающих специфическими недостатками:

Существенные инвестиционные вложения в ветряные электростанции на первоначальном этапе. Хотя они и снижаются, их нельзя полностью сбрасывать со счетов при планировании.
Непостоянство и непредсказуемость силы и направления ветровых потоков, вызывающих колебания в количестве выработанной энергии. Иногда ветер может отсутствовать в течение нескольких дней, и потребители полностью остаются без электричества.
Движущиеся элементы ветряных установок нередко убивают пролетающих рядом птиц и летучих мышей. Особую опасность они представляют в периоды массовых миграций. Таким образом, определенный вред экологии все-таки наносится, хотя он и не носит системного характера.
Работа ветрогенераторов сопровождается постоянными шумами низкой частоты и практически неслышным инфразвуков. Эти минусы ветряных электростанций, превращаясь в отрицательные факторы, негативно воздействуют на человека, вызывая усталость и дискомфорт. В некоторых случаях лопасти, вращаясь с высокой скоростью, могут привести к радиолокационным помехам, искажению телевизионных сигналов.
Затраты на размещение достаточно высокие из-за дорогой аренды земли. При использовании большого количества ветровых электростанций, этот фактор приобретает важное значение в расчетах себестоимости электроэнергии.

Приливные электростанции: компоненты, классификация и работа

В этой статье мы обсудим:- 1. Компоненты приливных электростанций 2. Классификация приливных электростанций 3. Эксплуатация.

Компоненты приливных электростанций:

Для использования энергии приливов вода должна собираться во время прилива за плотиной или плотиной, а затем приводиться в движение турбиной, соединенной с электрогенератором, когда она возвращается в море во время отлива. Доступная энергия пропорциональна квадрату амплитуды.

Основными компонентами приливных электростанций являются:

(i) Плотина

(ii) Шлюзы из бассейна в море и наоборот, и

(iii) Электростанция.

Функция плотины заключается в создании барьера между морем и бассейном или между одним бассейном и другим бассейном в случае нескольких бассейнов. Наиболее подходящее слово для обозначения приливной электростанции – барраж. Заграждения должны противостоять волнам, удары которых могут быть сильными и где давление постоянно меняет сторону.

Шлюзовые пути являются устройствами, управляемыми воротами. Они используются для заполнения бассейна во время прилива или опорожнения бассейна во время отлива. На существующих заводах используются вертикальные подъемные ворота. Также используются откидные ворота. Откидные ворота пропускают только в направлении моря к бассейну. Поэтому уровень бассейна повышается.

Вспомогательное оборудование, турбины и генераторы являются основными компонентами электростанции. Турбины большого размера используются из-за низкого напора. Обычно используются колбовые и ободные турбины. Вал турбины также находится под устойчивым.

Классификация приливных электростанций :

Приливные электростанции можно классифицировать на основе бассейнов, используемых для выработки электроэнергии.

Существует два типа бассейновых систем, а именно:

1. Система с одним бассейном и

2. Система двойного бассейна.

1. Система с одним бассейном:

Система с одним бассейном может генерировать энергию только периодически. Это простейшая система генерирования приливной энергии. Схема с одним бассейном имеет только один бассейн. Бассейн отделен от моря плотиной (плотиной, дамбой). Шлюз открывается во время прилива, чтобы наполнить бассейн. Турбогенераторные установки смонтированы в каналах внутри плотины.

Система с одним бассейном может быть дополнительно классифицирована как:

(i) Система с одним циклом отлива,

(ii) Система единого приливного цикла,

(iii) Система двойного цикла.

(i) Система с одним циклом отлива:

В системе с одним циклом отливов и отливов, когда падают приливы (сторона паводка), открываются шлюзы, чтобы морская вода могла попасть в бассейн, а турбинные установки закрываются. Уровень котловины начинает повышаться. Энергия хранится в виде приливного диапазона. Диапазон приливов обеспечивает напор воды во время отливов. Генерация электроэнергии происходит, когда вода из бассейна течет через турбину в морскую воду низкого уровня. Турбины рассчитаны на одностороннюю работу. Выходная мощность такой системы носит прерывистый характер и сильно варьируется.

(ii) Система единого приливного цикла:

В системе с одним циклом прилива на генерацию влияет прилив на море. Морская вода поступает в бассейн над турбинами. Когда период половодья заканчивается и уровень моря снова начинает падать, генерация прекращается. Бассейн сливается в море через шлюзы. В этой системе выходная мощность также является прерывистой.

(iii) Двухконтурная система:

В системе двойного цикла установлены реверсивные турбины, и энергия вырабатывается во время заполнения и опорожнения резервуара. Процесс наполнения происходит, когда океан находится во время прилива, в то время как вода в бассейне находится на уровне отлива, опорожнение происходит, когда океан находится во время отлива, а бассейн во время прилива.

Поток воды в обоих направлениях используется для привода реверсивных турбин. Каждая турбина приводит в действие генератор. В этой системе также невозможна непрерывная выработка энергии из-за короткой продолжительности. Электроэнергия вырабатывается в течение двух коротких периодов, в течение каждого приливного периода продолжительностью 12 часов 25 минут или один раз в 6 часов 12,5 минут.

2. Система двойной раковины:

Два бассейна на разных уровнях. Между двумя бассейнами предусмотрена плотина. Турбины расположены в плотине. В плотине предусмотрены шлюзовые затворы. Один бассейн называется верхним; уровень воды поддерживается выше, чем в другом, низком бассейне. Ворота бассейна высокого уровня называются входными воротами, а ворота нижнего уровня — выходными воротами. Верхний бассейн заполнен водой.

Когда уровень воды в верхнем бассейне А обеспечивает достаточную разницу напора между двумя бассейнами, запускаются турбины. Вода течет из бассейна A в бассейн B через турбины, и вырабатывается электроэнергия. Таким образом, выработка электроэнергии продолжается одновременно с заполнением водой бассейна А. Когда прилив достигает своего пикового значения, уровень воды в бассейне А максимален; впускные шлюзы затем закрываются. Вода течет из верхнего бассейна в нижний через турбины.

Таким образом, уровень воды в верхнем бассейне падает, а в нижнем поднимается. Когда уровень подъема в нижнем бассейне Б сравняется с уровнем отлива, открываются выпускные шлюзы. Когда прилив достигает самого низкого уровня, выходные ворота закрываются. Через некоторое время прилив поднимается. Когда его уровень сравняется с нижним уровнем верхнего бачка, впускные затворы откроются. Следовательно, уровень воды в бассейне А начинает повышаться. Таким образом, цикл повторяется.

Схемы с двумя бассейнами имеют преимущества по сравнению с обычными схемами в том, что время генерации можно регулировать с высокой гибкостью, а также можно генерировать почти непрерывно. Однако в обычных устьевых ситуациях строительство двух бассейнов очень дорого из-за стоимости дополнительной длины плотины. Однако есть несколько благоприятных географических регионов, которые хорошо подходят для такого типа схемы.

Эксплуатация приливных электростанций:

Схема приливной энергетики может быть спроектирована для работы в любом из следующих режимов:

1. Генерация отлива:

Бассейн заполняется через шлюзы до прилива. Затем шлюзовые ворота закрываются. На этом этапе может быть прокачка для дальнейшего повышения уровня. Затворы турбин закрыты до тех пор, пока уровень моря не упадет, чтобы создать достаточный напор через заграждение, а затем открываются, чтобы турбины вырабатывали энергию до тех пор, пока напор снова не станет низким. Затем открываются шлюзы, отключаются турбины и бассейн снова наполняется. Цикл повторяется. Генерация отлива, также известная как генерация отлива, получила свое название, потому что генерация происходит, когда прилив меняет направление прилива.

2. Генерация флуда:

Бассейн наполняется за счет турбин, которые производят приливные паводки. Обычно это намного менее эффективно, чем генерация приливов, потому что объем, содержащийся в верхней половине бассейна (где работает генерация отливов), больше, чем объем нижней половины (заполняется первой во время генерации приливов).

Таким образом, доступная разница уровней между стороной бассейна и морской стороной плотины уменьшается быстрее, чем при генерации отливов. Реки, впадающие в бассейн, могут еще больше снизить энергетический потенциал, а не увеличить его, как в случае генерации отливов. Конечно, это не проблема с моделью «лагуна», без течения реки.

3. Насос:

Турбины работают как насосы за счет избыточной энергии в сети для повышения уровня воды в бассейне во время прилива (генерация отливов). Эта энергия больше, чем возвращенная энергия во время генерации, потому что выходная мощность сильно связана с головой. Если вода поднимается на 0,61 м за счет откачки во время прилива на 3 м, то во время отлива она будет поднята на 3,7 м. Стоимость подъема на 0,61 м окупается выгодами от подъема на 3,7 м. Это связано с тем, что корреляция между потенциальной энергией не является линейной зависимостью, а связана с квадратом приливной высокой вариации.

Главная ›› Электротехника ›› Электростанции ›› Приливные электростанции

Компоненты приливных электростанций и типы Theteche.com

Советы по обучению

Электрика

31 мая 2021 г.

Ниже приведены компоненты приливных электростанций.

Плотина для образования бассейна или бассейна.
Шлюзы из бассейнов в море.
Электростанция.

Плотина – Функция плотины состоит в том, чтобы образовать барьер между морем и бассейном.

Шлюзы – используются для наполнения бассейна во время прилива или опорожнения бассейна во время отлива в соответствии с эксплуатационными требованиями.

Электростанция – Состоит из турбин, электрогенераторов и другого вспомогательного оборудования.

Типы компонентов Приливные электростанции

Приливные электростанции классифицируются в

Установка с одним бассейном
a) Система с одним приливом и циклом
b) Система с двойным циклом
c) Система с одним циклом с отливом и отливом
Система с двумя бассейнами

Схема с одним бассейном

В схемах с одним бассейном имеется только один бассейн. Выработка электроэнергии прерывистая и в основном в периоды непиковой нагрузки на суточных кривых нагрузки.

Приливный бассейн и море разделены плотиной или дамбой. Подъем и падение уровня приливной воды обеспечивают потенциальный напор.

Рабочий

На рис. показана общая конструкция приливной электростанции с одним бассейном (система двойного цикла). Такие электростанции обычно используют реверсивные гидротурбины, так что энергия вырабатывается как во время отлива, так и во время прилива.

Турбогенераторы монтируются в каналах внутри плотины или дамбы.

Общее устройство приливной электростанции

При приливе, уровне моря и приливном бассейне турбинный водовод закрывается. Когда уровень моря повышается, клапаны турбины открываются, и морская вода поступает в бассейн через рабочее колесо турбины и вырабатывает энергию.

Турбина продолжает генерировать энергию до тех пор, пока прилив не пройдет через ее высшую точку и не упадет. Затем напор воды быстро уменьшается до тех пор, пока его становится недостаточно для покрытия потерь холостого хода.

Для достижения максимального уровня воды в бассейне быстро открывается перепускной клапан, и вода поступает в бассейн. Когда уровень воды в море и бассейне снова сравняется, клапаны закрываются, как и трубопровод турбины.

Уровень воды в бассейне остается постоянным, пока отлив продолжается. Значения турбины снова открываются после получения достаточного напора воды, теперь вода течет из бассейна в море, тем самым вырабатывая энергию.

Установка с двумя бассейнами

Установка с одним бассейном не может непрерывно генерировать электроэнергию, хотя она может делать это с помощью гидроаккумулирующей станции, если питание нагрузки значительно колеблется.

Схема с двумя бассейнами может обеспечивать подачу энергии постоянно или по требованию, что является большим преимуществом.

В простейшей схеме с двумя бассейнами должна быть дамба между каждым бассейном и морем, а также дамба между бассейнами, в которых находится электростанция.

Рабочий

Фиг.0002 показывает общую компоновку двухбассейновой приливной электростанции. В этом типе два бассейна расположены отдельно друг от друга, и их воды никогда не обмениваются.

Турбина устанавливается между двумя бассейнами. Один бассейн периодически наполняется приливом, а другой периодически осушается при отливе.

Переток воды из верхнего бассейна в нижний осуществляется через турбины. Этот поток контролируется таким образом, что установка обеспечивает постоянную мощность, не дожидаясь приливной последовательности.

Преимущества и недостатки приливных электростанций

Преимущества:

Не загрязняет окружающую среду, так как не использует топливо.
Большой площади ценных земель не требуется.
Не производит вредных для здоровья отходов, таких как газы и пепел.
Он обладает уникальной способностью эффективно удовлетворять пиковые потребности в электроэнергии, когда он работает в сочетании с тепловой или гидроэлектрической системой.
Он намного превосходит гидроэлектростанции, так как полностью не зависит от дождя, который всегда колеблется из года в год.

Недостатки:

Из-за различий в диапазоне приливов и отливов выходные данные неравномерны.
Классификация и конструктивные схемы приливных электростанций пэс: 8.10. Приливные электростанции