Введение к работе
Актуальность проблемы
Основным источником энергии на Земле, как известно, является ископаемое топливо. Этот факт свидетельствует о малой доле использования нетрадиционных источников энергии. Доля растительного топлива большой энергетики стран в мире составляет всего 16 % от общего потребления энергоресурсов. Наряду с этим солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, превосходит нынешнее энергопроизводство в 2*104 раз. Примерно 2 % этой радиации вследствие преобразования в тепловую энергию превращается в энергию ветра.
Основными проблемами использования ископаемого топлива является развивающийся в мире энергетический кризис, невозобновляемость энергетических ресурсов, ухудшающаяся экологическая обстановка и др.
Все эти причины приводят к уменьшению эксплуатации невозобновляемых источников энергии (НВИЭ). Ситуацию также обостряет перспектива развития ядерной энергетики. Основным направлением в поиске выходов из складывающейся ситуации является поиск альтернативных экологически чистых и возобновляемых источников энергии, таких, как энергия солнца, ветра, малых рек, биотопливо, приливная энергетика, энергия морских волн, подводных течений, геотермальных вод, использование эффекта запоминания формы и др.
Эти факторы заставляют решать задачу генерации электроэнергии в системах нетрадиционной энергетики посредством электромашинного либо фотоэлектрического преобразования.
Плотность радиации Солнца у земной поверхности и ветровой энергии при скорости до 10 м/с колеблется от нуля до 1 кВт/м2, тогда как плотность потока электромагнитной энергии в воздушном зазоре обычной электрической машины (ЭМ) составляет 500 кВт/м2.
Таким образом, перспектива расширенного использования НВИЭ напрямую связана с проблемой разработки новых, нетрадиционных типов ЭМ и систем управления ими, т.е. с развитием нетрадиционной электромеханики.
Развивая мысль профессора Копылова И.П. профессор Б.Х. Гайтов предложил оригинальную конструкцию двухмерной электрической машины (ДЭМ), потребляющей одновременно энергию Солнца, предварительно преобразованную в электрическую с помощью ФЭП и энергию, например, ветра, биогаза, или геотермальных вод и т.д., предварительно преобразованную в механическую энергию. На выходе ДЭМ, в зависимости от режима работы машины снимается за вычетом потерь суммарная энергия в виде механической (режим двигателя) или электрической (режим генератора).
Тема работы связана с научно-технической программой Т. 14.01 "Разработать и создать производство энергетических комплексов с использованием возобновляемых источников и осуществить широкомасштабный эксперимент по их применению для объектов агропромышленного, жилищно-гражданского и курортно-оздоровительного назначения", а также Краснодарской краевой программой "Состояние тепло- и электроснабжения, обеспечение топливом. Уровни и структура потребления. Местные энергоресурсы, запасы возобновляемых источников энергии (малые ГЭС, термоэнергетика, ветроэнергетика, тепловые насосы и т.д.), разработанной в соответствии с Постановлением главы администрации края от 20.06.96, №269.
Цель работы
Целью работы является анализ параллельной работы нескольких ДЭМ-Г с учетом возможных аварийных режимов в автоматизированной системе автономного энергоснабжения (АСАЭС).
Задачи исследования
1. Обосновать целесообразность построения эффективной автоматизированной системы автономного электроснабжения на базе параллельно работающих ДЭМ-Г.
2. Разработать рациональную конструкцию и схему управления двухмерных электрических машин – генераторов (ДЭМ-Г) в системах нетрадиционной энергетики малой мощности до 50 кВА, имеющей в своём составе звено постоянного тока.
3. Создать математические модели, устанавливающие связь параметров и характеристик ДЭМ-Г в области расчета энергии поля в рабочем зазоре машины и математические модели номинальных, и аварийных режимов работы автоматизированной системы автономного энергоснабжения на базе ДЭМ-Г.
Научная новизна
В работе решены вопросы теории работы систем управления параллельно работающих двухвходовых электрических машин - генераторов в системе нетрадиционной энергетики, а именно:
-теоретически обоснована целесообразность и эффективность использования параллельной работы двух и более ДЭМ-Г;
-получены аналитические зависимости, характеризующие аварийные режимы работы системы автономного энергоснабжения на базе ДЭМ-Г и построены математические модели ДЭМ-Г для систем нетрадиционной энергетики, позволяющие определить их характеристики в динамических и статистических режимах работы, получена взаимосвязь конструктивных параметров и характеристик ДЭМ-Г;
-обоснована рациональная система управления ДЭМ-Г и регулирование ее выходных параметров.
Практическая ценность работы
Работа имеет прикладной характер и ставит своей основной задачей повысить эффективность освоения нетрадиционной энергетики. В связи с этим решены следующие практические вопросы:
-разработаны основы методики инженерного расчета ДЭМ-Г как элемента звена постоянного тока АСАЭС для нетрадиционной энергетики;
-предложен вариант системы автономного электроснабжения на базе параллельной работы двух ДЭМ-Г.
Внедрение результатов работы
Разработанная с участием автора методика расчёта аварийных режимов работы оборудования, которая позволяет увеличить точность и достоверность расчётов элементов защиты технологического оборудования. В настоящее время успешно эксплуатируется компанией ООО «Югнефтемаш» (г. Армавир).
Испытания образца АСАЭС, проведённые на базе ООО «НПО Экотехнологии» (г. Москва), показали, что разработанное устройство может быть успешно применено при подборе наиболее стойких к внешним воздействиям систем энергоснабжения при конструировании систем автономного электропитания систем очистки сложно загрязнённых поверхностей. На основании выше изложенного в производственном цеху возможно выполнение модифицированной установки ОУЗП-50 с применением АСАЭС на базе ДЭМ-Г, что необходимо при наличии высоких требований по электромагнитной совместимости рабочей камеры и модуля питания.
Теоретическая значимость работы
Полученные автором результаты и разработанные методики могут быть использованы учебными, проектными, производственными и научно-исследовательскими организациями при обучении, проектировании, эксплуатации, а также при совершенствовании системы энергоснабжения в нетрадиционной энергетике.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международной научной конференции «Технические и технологические системы» г. Краснодар, 2009 г. и на международной научно-технической конференции (г. Краснодар 2010г.).
Публикации результатов работы
По результатам выполненных исследований опубликовано 6 работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 116 наименований и приложения. Общий объем 174 страниц машинописного текста, включая 76 рисунков, 6 таблиц.
Похожие диссертации на Разработка автоматизированной системы автономного энергоснабжения на базе двухмерной электрической машины-генератора
