Проблема развития нетрадиционной энергетики в Демократической Республике Конго

Размещено на http://www.allbest.ru/

Кубанский государственный технологический университет.

Проблема развития нетрадиционной энергетики в демократической республике Конго

Гайтова Тамара Борисовна,

доктор технических наук,

Сангамай Муйемби,

аспирант

Современная электроэнергетика Демократической Республики Конго основана главным образом на использовании богатых гидроэнергоресурсов рек Лиалаба, Луфира, Инкиси, Конго и др. Общая установленная мощность всех электростанций страны составляет около 2,4 млн кВт. Большую часть производства электроэнергии страны дают 8 ГЭС: Инга-1 - в нижнем течении реки Конго мощностью около 351 тыс. кВт, Инга-2 (1424 тыс. кВт), Нсеке (258 тыс. кВт) и Нзило (108 тыс. кВт) на реке Луалаба, Муандигуша (72 тыс. кВт) и Кони (42 тыс. кВт) на реке Луфира, Зонго (75 тыс. кВт) на реке Инкиси, Рузизи-1 (29 тыс. кВт). При этом часть вырабатываемой электроэнергии экспортируется в соседние страны (Замбия, Бурунди, Ангола, Центральная Африканская Республика, Конго-Браззавиль). Дальнейшее развитие энергетики бурно развивающейся страны сопряжено со значительными трудностями, связанными с ограниченностью запасов гидроэнергоресурсов с одной стороны, и различных видов топлива (нефти, газа, угля и пр.) с другой.

В связи с этим остро встает вопрос о поиске новых природных источников энергии для дальнейшего развития электроэнергетики страны. Анализ этого вопроса показывает, что в такой южной стране как Конго (через которую, кстати проходит экватор) около трёхсот дней в году являются солнечными, излучая на землю астрономические запасы солнечной энергии, дополняемые не менее значительными запасами ветровой энергии. Отсюда следует целесообразность вопроса комплексного использования этих двух мощных естественных видов энергии с целью выработки суммарной электрической энергии.

Проблема заключается в отсутствии подобных электромеханических преобразователей энергии - генераторов. Современные общеизвестные генераторы электрической энергии (переменного и постоянного тока) преобразуют, как известно, подаваемую на вход (на вал) механическую энергию в электрическую, соответственного переменного или постоянного тока, а потому являются малоэффективными при их использовании в нетрадиционной энергетике.

Решением вопроса является использование двухмерной электрической машины - генератора (ДЭМ-Г), разработанной в Кубанском государственном технологическом университете (КубГТУ) под руководством д.т.н., профессора Гайтова Б.Х. [1]. ДЭМ-Г, потребляя одновременно энергию солнца, преобразованную в электрическую энергию посредством фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), и энергию ветра, преобразованную в механическую энергию вращения ротора посредством ветролопастей, складывает их и преобразует в суммарную электрическую энергию за вычетом естественных (электрических, механических и прочих добавочных) потерь в самой машине.

Судя по темпам освоения различных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мировом масштабе, представляется, что подобная - нетрадиционная энергетика - это не альтернатива существующей энергетике, а энергетика будущего, причём недалекого. Помимо решения энергетической проблемы она активнейшим и положительным образом влияет на решение трёх глобальных проблем человечества: энергетической, экологической и продовольственной. Поэтому неслучайно, что в разных странах уровень финансирования работ по возобновляемой энергетике составляет 10 - 30% от общего финансирования работ по энергетике в целом.

Для республики Конго, несущей в себе все черты развивающихся стран и обладающей, как известно, немалыми запасами природного органического топлива при населении всего около 0,5% от населения земного шара, создается иллюзия, что энергетический кризис ей не грозит. Однако это далеко не так, что подверждается острейшими энергетическими ситуациами, в ряде её регионов.

ДЭМ-Г (рис.1) содержит [2-3] якорь 1 машины постоянного тока с обмоткой 2, уложенной в пазах 3, коллектор 4 с щетками 5, к которым подключены провода 6. В пазах 3 размещена также трёхфазная генераторная обмотка переменного тока 21, соединенная с контактными кольцами 22 посредством проводов 23. Щетки 24 посредством проводов 25 связывают обмотку 21 с сетью переменного тока с целью передачи выработанной электроэнергии потребителям. В корпус 7 впрессован шихтованный магнитопровод ротора 8, в пазах которого уложена обмотка 9 по типу роторных обмоток асинхронных двигателей с фазным ротором. Обмотка 9 подключена проводами 10 к кольцам 11, изолированным от корпуса диэлектрическими прокладками 12, а щетки 13 связаны с трёхфазным регулируемым тиристорным преобразователем (ТП) 19 проводами 14. Подшипниковые щиты 15 с подшипниками 16, 17 и валом 18 обеспечивают концентрическое расположение якоря 1 и ротора 8 и возможность их одновременного вращения. Трёхфазный двухполупериодный выпрямитель 19 соединен с блоком коммутации (БК) 20.

альтернативный энергетика машина электрический

Рис.1. Общий вид стабилизированной радиальной ДЭМ-Г.

При подаче постоянного тока (например, от фотоэлектрических преобразователей - ФЭП) на зажимы 6 через щетки 5 (рис.2) и коллектор 4 обмотка 2 якоря 1 обтекается током. При этом создается магнитный поток реакции якоря Ф_а (с полюсами Na-Sa). Если при этом ротор 8 с обмоткой 9 придет во вращение под действием некоторого приложенного извне момента (например, ветротурбины, газотурбины и т.д.), то под действием магнитного потока Ф_а в обмотке 9, как в обычной обмотке асинхронного двигателя, по закону электромагнитной индукции индуцируется ЭДС e_a . Под действием этой ЭДС в обмотке ротора протекает электрический ток, создающий магнитное поле Ф_р с полюсами Np-Sp. При взаймодействии потоков Ф_а и Ф_р якорь машины придет во вращение с частотой n_a.

Рис. 2. К принципу работы ДЭМ.

При этом частота вращения якоря определяется зависимостью

, (1)

где n_a - частота вращения якоря, об/мин;

U_a - подводимое к якорной обмотке напряжение от ФЭП, В;

Ra и I_a - активное сопротивление и ток в обмотке якоря, Ом и А;

C_e - постоянный коэффициент;

Ф_д - магнитный поток машины, Тл.

ЭДС обмотки ротора

, (2)

где В_д - магнитная индукция в воздушном зазоре ДЭМ-Г;

L_p - активная длина проводника обмотка ротора;

V - скорость перемещения проводника обмотки ротора;

D_p - диаметр ротора;

n_p - частота ротора.

Ток в обмотке ротора

, (3)

где Х_р = 2рnL_p - индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора.

Зависимости тока и магнитного потока, а также частоты вращения якоря приведены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимости I_p(n_p), Ф_p(n_p), n_a(n_p) в ДЭМ-Г.

При постоянном напряженнии на зажимах якоря получаем

, (4)

С целью стабилизации частоты выходного напряжения при выходной частоте вращения ДЭМ-Г выход обмотки 9 ротора 8 (рис. 1) с помощью соединительных проводов 10 и 14, трёхконтактных колец 11 и трёх щеток 13 включен на вход трёхфазного двухполупериодного тиристорного выпрямителя 19. Регулирование последнего может быть автоматизировано, например, функции скорости.

Выпрямленное напряжение с выхода выпрямителя включается в цепь последовательно с ФЭП. Регулирование выпрямителя производится так, что изменение добавочной ЭДС будет отслеживать изменение скорости вращения ротора. При этом обеспечивается непрерывная стабилизация частоты вращения якоря ДЭМ-Г, а потому отпадает необходимость в дополнительном устройстве для её стабилизации.

Уровень выходного трёхфазного напряжения ДЭМ-Г прямо пропорционально потокосцеплению ротора и при изменении её скорости вращения в пределах 3:1 изменяется (исходя из экспериментальных данных) не более чем на 5 - 6%, что вполне приемлемо для большинства потребителей электрической энергии.

Представляется, что разработанная в КубГТУ (Россия) двухмерная электрическая машина представляет существенный интерес для дальнейщего развития электроэнергетики Конго, богатой природными запасами солнечной и ветровой энергии.

Литература

1. Пат. РФ № 2091967, 6 H 02 К 23/44. - 27.09.97 г. Бюл. № 27. двухвходовая электрическая машина. // В.В. Красавин, Т.Б. Гайтова, Б.Х. Гайтов.

2. Гайтова Т.Б., Развитие теории и практики электромеханических комплексов для нетрадиционной энергетики. Дис. на соискание ученой степени д.т.н., Москва, 2006. - 306с.

3. Пат. РФ № 2332775. Двухмерная электрическая машина - генератор. // Б.Х. Гайтов, А.В. Самародов, Т.Б. Гайтова, Л.Е. Копелеевич.

Размещено на Allbest.ru