Гелиосистемы, ветроустановки и волновые электростанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Доклад

Гелиосистемы, ветроустановки и волновые электростанции

Выполнил:

Шарыпов Д.Е

студент группы 14-ЭС-1

Проверил:

Шахарова Г.Т

Содержание

1. Гелиосистемы

2. Ветроустановки

3. Волновые электростанции

Заключение

Список литературы

1. Гелиосистемы

Гелиосистема - устройство для преобразования энергии солнечной радиации в другие, удобные для использования виды энергии (напр., тепловую или электрическую через тепловую). Гелиоустановки применяют для нагревания и охлаждения воды и воздуха, сушки овощей и фруктов, опреснения воды, выработки электроэнергии и в других целях. Гелиоустановки являются экологически чистыми источниками возобновляемой энергии. Во многих странах наряду с опытными действуют гелиоустановки, изготовляемые серийно. В большинстве развитых стран, установка гелиосистем поощряется на уровне государства.

Все гелиоустановки можно разделить на две больших группы - термосифонные (циркуляция теплоносителя в них происходит за счет естественной конвекции) и установки, оборудованные принудительной системой циркуляции. У каждой из этих гелиоустановок есть свои преимущества и недостатки.

Термосифонная система

Работа системы термосифонного типа базируется на принципах естественной циркуляции воды. Как правило, система состоит из накопительного бака и труб или панели (ей), заполняющихся нагреваемой водой. Кроме того, как отдельный подвид существуют коллекторы косвенного нагрева. Они оснащаются внутренним теплообменником и благодаря этому срок их работы увеличивается. Это также дает возможность пользоваться системой горячего водоснабжения под давлением

Преимущества:

1. Такая система не требует для работы никаких дополнительных источников энергии.

2. Ее можно быстро и легко смонтировать на любую кровлю.

Недостатки:

1. Поскольку внутри установки циркулирует теплоноситель или нагреваемая вода, которые требуют значительного нагрева, термосифонная система работает только при активном солнечном излучении. Поэтому при низкой солнечной активности замедляется циркуляция теплоносителя, соответственно, теплосъем тоже будет снижаться.

2. Возможность подключить дополнительный нагреватель воды, кроме электротена, не предусмотрена.

3. Защиты от перегрева и системы антизамерзания нет.

4. На рынке, в основном, доступны китайские аналоги, они производятся, как безнапорные системы, поэтому установка должна находиться выше точки расхода горячей воды.

5. В продаже имеются и закрытые напорные термосифонные системы от европейских производителей, однако их цена близка к стоимости систем с принудительной циркуляцией.

Особенности применения.

С учетом этих особенностей, применение таких установок имеет смысл только в сезон. Установка будет эффективно работать с июня по август. Перед наступлением холодов теплоноситель или воду нужно обязательно слить из системы, чтобы они не замерзли внутри.

Гелиоустановки с принудительной системой циркуляции

Циркуляция теплоносителя в такой системе регулируется принудительно с помощью циркуляционного насоса.

Преимущества:

1. Этот тип гелиоустановки может работать практически круглогодично.

2. Система может самостоятельно регулировать подачу теплоносителя и температуру воды, нагреваемой в баке.

3. Можно включить в систему отопления дополнительные нагревательные приборы, такие, как котел, термокамин или электротен.

4. Переключение приборов отопления в системе производится автоматически.

5. Все эти функции дают гелиоустановке возможность накапливать тепловую энергию максимально эффективно.

6. Среди других важных функций установки нужно отдельно упомянуть о системах оттаивания снега и защиты от перегрева теплоносителя (возможна на плоских коллекторах).

7. По желанию клиента возможна установка дополнительной системы погодозависимой автоматики.

8. Гелиоустановка может отапливать помещение зимой и кондиционировать воздух летом. Для этого ее нужно использовать вместе с абсорбционной машиной.

Недостатки.

1. Эта гелиоустановка более сложная и потому ее себестоимость выше.

2. Для ее работы требуется электропитание - до 100 ватт.

Использование гелиосистем.

1. Горячее водоснабжение и отопление частных коттеджей и дач.

2. Горячее водоснабжение и отопление частных гостиниц, пансионатов и домов отдыха.

3. Солнечные вакуумные коллектора для системы горячего водоснабжения в ресторанах, кафе и барах.

4. Горячее водоснабжение домов клубного типа и многоэтажных домов.

5. Солнечные системы подогрева бассейнов.

6. Балконные солнечные коллекторы для автономного горячего водоснабжения и обеспечения теплом систем теплого пола в городских квартирах.

7. Горячее водоснабжение временных построек и бытовок строителей.

8. Горячее водоснабжение и отопление промышленных объектов.

2. Ветроустановки

Использование ВЭС в развитых странах мира, позволяет решать не лишь проблемы автономного энергоснабжения коттеджей, загородных домов, дачных сообществ, но и проблемы экологические, поскольку загрязнения окружающей среды при выработке электроэнергии современными ветроэлектростанциями вообще нет.

Рассмотрим принцип работы и более подробно основные типы современных ветровых электрических станций.

Принцип работы ветровых электрогенераторов

Принцип работы любой ветроэнергетической установки (ВЭУ) состоит в преобразовании кинетической энергии воздушного потока, движущегося через плоскость лопастей или турбин в энергию электрическую - посредством использования электрогенераторов. Наиболее распространенным типом современной ветроэлектростанции являются крыльчатые ВЭС, объединяющие в себе крыльчатые ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения и ветрогенераторы карусельные, у которых - ось вращения расположена вертикально. Эти-то типы ветрогенераторов мы и рассмотрим ниже более подробно.

Конструктивное исполнение основных типов ветрогенераторов

Любой ветроэлектрогенератор конструктивно состоит из основания, иначе называемого мачтой, поворотного устройства с вращающимися на нем лопастями или ветровой турбиной, генератора - вырабатываемого электроэнергию и блока аккумуляторных батарей. Также в любой ВЭС, обязательно наличие блока управления и преобразования.

Относительно количества лопастей, то турбины ВЭС могут быть двух, трех и многолопастными. Наибольшее распространение получили трехлопастные турбины. Для предотвращения преждевременного выхода со строя турбин ветрогенераторов, установки ВЭС оснащаются системой аэромеханической стабилизации частоты вращения их лопастей.

Электрогенератор, вырабатывающий в ВЭС электроэнергию - соединен с ее турбиной напрямую, когда ось вращения ветровой турбины и генератора одна, или же посредством механической трансмиссии, передающей вращательные движения лопастей турбины на электрогенератор. В современных ветроэлектростанциях, преимущественно используют синхронные многополюсные, бесщеточные генераторы с постоянными магнитами, которые конструктивно выполнены в полностью закрытом корпусе, и из стандартных элементов.

В зависимости от направления и "напора" воздушного потока на лопасти турбины, она может посредством поворотного механизма установки, переориентироваться в оптимальном для ее эффективной работы, направлении.

Функционально, блок управления и преобразования электроэнергии предназначен для накопления выработанной ветровой электроустановкой электрической энергии в ее аккумуляторных батареях с последующим ее преобразованием из напряжения 12В постоянного тока, в напряжение переменного тока 220В - посредством "инвертора".

Блок управления, также дает возможность контролировать и управлять процессом зарядки батарей, мощностью электрогенератора и пр.

В настоящий момент наибольшее распространение в мире получили ветрогенераторы крыльчатые, ось вращения лопастей которых, параллельна или горизонтальна направлению потока воздуха. В основном об этих ветроустановках - мы и поговорим далее.

Крыльчатая ВЭС с горизонтальной осью вращения

Коэффициент полезного действия по использованию энергии ветра у данного типа ветрогенераторов достигает 48%, что намного выше, нежели у генераторов карусельного типа. Этот тип ветровых электрогенераторов бывает двух и трехлопастным.

Здесь наибольшая эффективность работы устройства достигается тогда, когда ветер направлен перпендикулярно плоскости вращения лопастей генератора. Поэтому, даже конструктивно - у этого типа "ветряков" предусмотрено устройство, позволяющее в автоматическом режиме поворачивать крыльчатку генератора перпендикулярно направлению ветра. Мощность выработки электроэнергии данного типа ВЭС зависит напрямую от скорости ветра (его напора), а также диаметра и площади лопастей самого ветроагрегата.

Карусельные или роторные ВЭС

У этого типа ветрогенераторов, ось вращения вертикальная, с насаженным на нее колесом и закрепленными на нем, приемными поверхностями для ветра. Существенным преимуществом данного типа ВЭС является то, что работать они могут, не меняя своего положения - при любом направлении потока воздуха. Данный тип ветрогенераторов тихоходен и бесшумен, а в качестве генераторов по выработке энергии здесь используют низкооборотистые, многополюсные электрогенераторы.

Другие типы современных ВЭС

Кроме того, совсем недавно появились новейшие разработки ветрогенераторов принципиально новых конструкций, которые конструктивно состоят из несущего трехопорного основания, располагающегося на мощном фундаменте. На основании монтируется кольцеобразный генератор, с встроенным подшипником и центральным ротором. Кольцо такого генератора в диаметре может достигать размеров более 100 метров. Используются такие ВЭС для промышленной выработки электроэнергии. гелиосистема ветроустановка волновой электростанция

Есть также действующие ВЭС, состоящие из нескольких десятков малых ветроагрегатов-модулей, объединенных конструктивно, в единую - отлаженную систему по выработке электроэнергии.

Совсем недавно американскими специалистами разработана и внедрена в промышленное производство малая турбинная ВЭС "Windgate", предназначенная для частного сектора. Колесо турбины в диаметре достигает 1,8 метра и вращается на горизонтальной оси. Концы лопастей такой турбинной установки имеют постоянные магниты, вследствие чего, фактически мы имеем ротор больших размеров - вращающийся в целостном корпусе-статоре установки. Такие ветроустановки Windgate, могут даже монтироваться на крыше частного дома или коттеджа, и есть очень высокоэффективными, а их цена составляет примерно 4,5-5 тысяч долларов США.

3. Волновые электростанции

Энергия волн океанов превосходит по удельной мощности как ветровую, так и солнечную энергию. Средняя мощность волн океанов и морей превышает 15 кВт на погонный метр, а при высоте волн в 2 метра, мощность может достигать и все 80 кВт на погонный метр. Таким образом, при освоении этой энергии, можно вполне рассчитывать на постепенный выход из мирового энергетического кризиса.

При преобразовании энергии волн, эффективность может существенно превышать прочие альтернативные способы, такие как ветряные и солнечные электростанции, достигая коэффициента полезного использования в 85%.

Энергию из морской качки можно получить, преобразовав колебательное движение волн вверх и вниз в электрическую энергию посредством генератора. В простейшем случае генератор должен получать вращательный момент на вал, при этом промежуточных преобразований не должно быть много, а большая часть оборудования должна находиться по возможности на суше.

Первый промышленный вариант волновой электростанции, построенный шотландской компанией Pelamis Wave Power, был запущен в эксплуатацию в 2008 году в 5 километрах от берега в городе Повуа-ди-Варзин, в районе Агусадора в Португалии. Электростанция называется Pelamis P-750. Она состоит из трех одинаковых конвертеров, качающихся на волнах Атлантического океана, и вырабатывающих вместе 2,25 МВт электрической энергии. Каждый конвертер состоит из четырех секций.

Конвертеры имеют длину по 120 метров, диаметр 3,5 метра, а весят по 750 тонн. Эти конструкции змеевидной формы похожи на плавающие составы из четырех вагонов, или на морских змей, как их называют местные жители.

Каждая секция содержит гидравлический мотор и генератор. Гидравлические моторы приводятся в движение маслом, которое двигают поршни, управляемые, в свою очередь, движением стыков конструкций на волнах вверх и вниз. В стыках расположены специальные силовые модули, разработанные так, чтобы поршни работали наиболее эффективно.

Гидравлические моторы вращают генераторы, которые в свою очередь вырабатывают электричество. Электроэнергия подается на берег через силовые кабели. Этой энергии достаточно для обеспечения 1600 домов прибрежного городка Повуа-ди-Варзин.

В 2009 году у берегов Оркнейских островов, в северной части Шотландии, было запущено еще одно уникальное сооружение, вырабатывающее энергию благодаря волнам Северного моря. Это разработанный и построенный эдинбургской компанией Aquamarine Power, генератор "Oyster", что в переводе означает "Устрица".

Проект представляет собой большой поплавок-насос, который раскачивается волнами вперед и назад, и приводит, таким образом, в движение двухсторонний насос, расположенный на дне, на глубине около 16 метров.

Особенность конструкции в том, что вся электрическая часть устройства вынесена на берег, а связь между этими двумя частями - поплавком-насосом и береговой электростанцией - осуществляется через трубу, по которой морская вода под давлением устремляется к гидроэлектрогенератору.

Эта станция питает электроэнергией несколько сотен домов, а максимальная мощность, которую может развить система, составляет 600 кВт.

В Aquamarine Power уверены, что проект "Oyster" является лишь первым шагом. В компании подумывают о создании парка из 20 таких агрегатов, которые могли бы вырабатывать мегаватты электроэнергии для обеспечения 9000 частных домов. Еще одним вариантом может быть постройка комплекса из нескольких поплавков-насосов, работающих на одну мощную береговую

В том же 2009 году в Великобритании, у побережья Корнуолла, началось строительство комплекса волновых генераторов Wave Hub, которые соединяются с берегом при помощи силового кабеля. Комплекс генераторов марки PowerBuoy, американской компании Ocean Power Technologies, работает за счет вертикального перемещения поплавков, которые скользят по колоннам, заякоренным у дна. Глубина, где установлены колонны, составляет 50 метров, а общая мощность системы из 400 буев составит в итоге 50 МВт.

Это крупнейшая волновая электростанция в мире, и ее строительство должно длиться по плану в течение 5 лет. Буи расположены в море начиная с расстояния 16 километров от берега, где расположен городок Хейли, и дальше, на протяжении 1800 метров, должны размещаться в общей сложности 400 таких буев. Проект постоянно (до сих пор) развивается, а данные о технических характеристиках везде разнятся. По последним неофициальным данным, достигнута максимальная мощность в 20 МВт.

Буи устроены следующим образом. Колонна содержит внутри генератор, который за счет системы поршней приводится в движение, и вырабатывает электричество, когда буй колеблется на волнах. Электрический ток от каждого буя передается по проводам на подводную подстанцию, от которой силовой кабель передает электроэнергию на сушу.

Заключение

Я считаю, что использование данных установок, может решить ряд экологических проблем. Ведь данные типы "установок зеленной энергетики" никаким образом не влияет на окружающую природу.

Проблема в том, что они довольно экономически не выгодные, и их обслуживание требует квалифицированных рабочих. А также они зависят от природы.

Список литературы

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Гелиосистема

2. http://www.rever.in.ua/?page_id=218

3. http://funik.ru/post/112740-geliosistema-ili-solnechnyy-kollektor-dlya-otopleniya-doma

4. http://electricalschool.info/energy/1043-rabota-i-konstruktivnye-osobennosti.html

5. http://dewew.ru/rabota-i-konstruktivnye-osobennosti-sovremennyh-tipov-vehs

6. http://elektrikdom.com/index/vetrjanoj_ehlektrogenerator/0-208

7. http://electricalschool.info/energy/1483-volnovye-jelektrostancii.html?source=subscribe

8. https://ru.wikipedia.org/wiki/Энергия_волн_океана

Размещено на Allbest.ru