Разработка эффективной системы энергоснабжения на основе возобновляемых источников энергии туристической базы пансионата "Колос"

Определяем процентное замещение годовой нагрузки для площадей 10 м2 и 20 м2.

 (4.10)

В нашем случае при отсутствии традиционного горячего водоснабжения дома достаточно коллекторов с площадью А = 10м2.

4.3.4 Расчет объема бака-аккумулятора

Объем бака-аккумулятора определяем из соотношения /18/:

V = 0,09·А, м3 (4.11)

где А = 10м2

V = 0,09·10=0,9м3, принимаем V = 1м3.

4.3.5 Коэффициент полезного действия установки

При расчете ССГВС одной из существенных характеристик является ее КПД, которое определяется по формуле /18/:

 (4.12)

где , q – приведенная оптическая характеристика коллектора, q = 0,

v – приведенный коэффициент теплорасхода СК, v=5Вт/м2·К

t1 и t2 – температура теплоносителей на входе и выходе из СК, ºС

t1 = tx+5=8+5=13°C

t2 = tг+5=55+5=60°С

Ен – средняя дневная температура наружного воздуха, ºС

QП – табл. 4.4, Вт·ч

А = 10м2

Анализируя расчетные данные установки видим, что наиболее эффективными месяцами эксплуатации являются апрель, май, июнь, июль, август, сентябрь, октябрь.

4.3.6 Проверка правильности выбора площади СК

Потребную площадь коллекторов выбираем по ясному дню самого тёплого месяца года (июль) /18/:

А = N / n ; м2 (4.13)

где, N - суточный расход горячей воды, л.; N = 720 л../29/

n – суточная производительность 1 м2 С.К.

n = QП / m·c·(t гор – tхол ) ; л / м2 ·день. (4.14) /18/

где, QП – количество полезного тепла, вырабатываемого коллектором, кВт·ч/м2·сут.; Qп = 3,45 кВт·ч / м2·сут.;

m – удельный вес воды, кг/л.; m = 1 кг/л..;

с – теплоёмкость воды, кВт·ч / м2·оС.; с = 0,001 кВт·ч / м2·оС.;

tгор и tхол –соответственно температура горячей и холодной воды,оС.;

tгор = 55 оС и tхол = 8 оС.

n = 3,45 / 1·0,001· (55-8) = 73,4 л / м2·день.

Потребная площадь СК;

А = 720 / 73,4 = 9,8 м2.

В итоге предлагается внедрить гелиоустановку со следующими параметрами:

- Площадь СК S = 10 м2.

- Объем бака аккумулятора 1,0 м3.

- Расход теплоносителя 0,14 кг/сек.

- Теплоноситель – антифриз.

Установку следует расположить на крыше дома, с южной стороны под углом 500 к горизонту.

5. Специальный вопрос

Возобновляемые источники энергии (ветер и Солнце) являются неуправляемыми человеком, поэтому надо стремиться к тому, чтобы потребление электроэнергии было увязано с ее поступлением. Это является особенностью проектирования электроснабжения на основе ВИЭ по сравнению с традиционным электроснабжением.

Проанализировав метеорологические данные и предполагаемые нагрузки дома видим, что зимой, летом и осенью удельная мощность ветра более согласуется с нагрузкой на вводе в дом, чем плотность солнечного излучения, а весной наоборот. На основании этого в качестве основного источника энергии принимается ветер. Так как в течении года наблюдаются штилевые дни, то энергию ветра необходимо дублировать. В этой связи в качестве вспомогательного источника принимается солнечное излучение. Однако прямое солнечное излучение также бывает не каждый день и отсутствует ночью. Это обусловливает необходимость аккумулирования энергии на периоды одновременного отсутствия ВИЭ ветра и Солнца.

Таким образом, для электроснабжения дома принимаются следующие источники энергии:

- ветер

- солнечное излучение

- аккумуляторы (резерв ).

Схема электроснабжения по выбранному варианту показана на листе 5.

Электроснабжение осуществляется следующим образом. Если присутствует ветер, то от ветроколеса приводится во вращение машина постоянного тока, заряжающая аккумуляторы. Если ветра нет или ветроколесо выключено при недопустимо сильном ветре, то аккумулятор питает фотоэнергетическая установка, ВЭУ и ФЭУ могут также работать одновременно.

Из заряженных таким образом аккумуляторов постоянный ток через инвертер преобразуется в переменный и подается к бытовым приборам.

5.1 Определение мощности энергетических установок

Мощность ветроэнергетических установок является одной из наиболее важных характеристик, определяющей надежность системы электроснабжения.

Мощность ветроэнергетической установки (ВЭУ) должна быть достаточной для питания электроприемников дома и зарядки аккумуляторов такой емкости, которой достаточно для питания электроприемников в штилевые дни ( в течении четырех суток ). При этом нужно учитывать, что в период штиля аккумуляторы могут дозаряжаться от фотоэнергоустановки (ФЭУ). Очевидно что суммарная стоимость ВЭУ, ФЭУ и аккумуляторов должна быть при этом минимальной. Таким образом, обоснование мощности энергетических установок является оптимизационной задачей, которую можно сформулировать следующим образом - определить мощность ВЭУ, ФЭУ и емкость аккумуляторов, достаточные для бесперебойного электроснабжения дома и имеющие минимальную стоимость.

5.1.1 Выбор ветроагрегата

Рассчитываем валовой потенциал ветровой энергии на территории пансионата /8/:

 (5.1.)

где: NУД – удельная валовая мощность ветрового потока,

V – скорость ветра,

t(V) – дифференциальная повторяемость скорости ветра.

Удельная мощность ветрового потока, проходящего через 1 м2 поперечного сечения находится по формуле:

 (5.2.)

где:  - заданная плотность воздуха, при нормальных условиях: = 1,226 кг/м2 .

Результаты вычислений сводим в таблицу 5.1

Таблица 5.1 Расчет валового потенциала ветровой энергии по станции Усть-Баргузин.

Следовательно средняя удельная валовая мощность ветрового потока составляет

Nудвал = Эудвал / Т= 20675/8760=2360 Вт/м2.

Анализируя вышеизложенное выбираем ветроагрегат мощностью 1,5 кВт. основные технические характеристики которого приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 Характеристики ветроагрегата ВА-1,5.

Рис. 5.1 Зависимость мощности ветроагрегата от скорости ветра.

Конструктивные особенности ветроустановки

Из графика нагрузки видим, что в диапазоне скоростей ветра до 3 м/с и от 25 м/с мощность ВЭУ равна нулю. Суммируя по табл. 5.3 все значения ti(Vi) для и получаем время простоя ВЭУ в течении года:

tпр= 8760*(0,319)=2794 ч/год.

Выработанная ВЭУ энергия в течении года ЭВЭУгод (кВт*ч) рассчитывается по формуле:

 (5.3.)

Результаты расчетов представлены в таблице 5.3.

Таблица 5.3 ЭВЭУгод энергетических характеристик ВЭУ: ВЭУ (V) и NBЭУ (V)

Суммируя все значения Эi получаем, что ЭВЭУгод = 2171,7 кВт*ч/год., тогда число часов использования ВЭУ NВЭУуст=1,5 кВт будет равно:

h= 2171,7/1,5=1448 ч.

Общее число часов работы ВЭУ в году будет равно:

hВЭУ= Тгод – tпр = 8760 – 2749 = 5965 ч.

Удельная установленная мощность при этом равна:

 (5.4.)

На основании полученных значений Эsтехн и Nsуст рассчитаем число часов использования удельной установленной мощности ВЭУ на 1 км2

Hр= Эsтехн/ Nsуст=3075300/3196,8 = 962 ч.

5.1.2 Выбор емкости аккумуляторов

Для расчета емкости аккумуляторов воспользуемся формулой /30/:

, (5.5.)                                                                                        

где: Eа- емкость аккумулятора, А ч;

Uа- напряжение аккумулятора, В.

Wо- суточное расчетное потребление электроэнергии, Вт ч.

Выбираем свинцовый кислотный аккумулятор марки 6СТ190А;

Определяем необходимое количество аккумуляторов:

N= 1340/190 = 7 шт.

Заряд свинцовых кислотных аккумуляторов ведется двумя ступенями: током  в течении времени t1 до начала газообразования, а затем меньшим током  в течении времени t1= 2 – 3ч.

Общее время заряда аккумуляторной батареи (АБ):

 (5.6.)

Где: САБ = 770 А*ч – емкость АБ

i = 68 А – зарядный ток,

- КПД АБ,

5.1.3 Расчет мощности фотоэлектрической установки

Как уже было сказано выше, ФЭУ является вспомогательным источником энергии и его мощность идет на зарядку АБ, следовательно, зная необходимое время зарядки АБ, можем определить необходимую мощность ФЭУ /30/:

 (5.7.)

где: САБ – емкость АБ,

ЕТ – коэффициент разрядки АБ,

U – напряжение АБ,

tзар – время зарядки АБ.

Определим время, с которым ФЭУ работает с номинальной мощностью:

 (5.8.)

где: - среднесуточный приход солнечной радиации, Вт/ч.

Рпик – приход пиковой мощности Вт на м2.

tном = 3000/1000 = 3 ч/день.

Теперь можем определить мощность, которую необходимо выработать за день:

Выбираем фотомодуль марки ФСМ –30-12, с пиковой мощностью 30 Вт.

Отсюда необходимое количество фотомодулей:

n = 370/3012 шт.

Таким образом, параметры энергосистемы на основе ВИЭ следующие:

Основной источник ВЭУ, Рв= 1,5 кВт;

Дополнительный источник ФЭУ, Рс= 0,36 кВт;

Резерв, аккумуляторы 6СТ190А Еа= 7*190 = 1340 А×ч.

5.1.4 Выбор инвертора

Существует две группы инверторов, которые различаются по стоимости примерно в 1,5 раза.

·            Первая группа более дорогих инверторов обеспечивает синосидальное выходное напряжение.

·            Вторая группа обеспечивает выходное напряжение в виде упрощенный сигнала, заменяющего синусоиду.

Для подавляющего большинства бытовых приборов можно использовать упрощенный сигнал. Синусоида важна только для некоторых телекоммуникационных приборов.

Выбор инвертора производится исходя из пиковой мощности энергопотребления стандартного напряжения 220В/50Гц. Существует два режима работы инвертора. Первый режим – это режим длительной работы. Данный режим соответствует номинальной мощности инвертора. Второй режим – это режим перегрузки. В данном режиме большинство моделей инверторов в течении нескольких десятков минут (до 30) могут отдавать мощность в 1,5 раза больше, чем номинальная. В течении нескольких секунд большинство моделей инверторов могут отдавать мощность в 2,5-3,5 раза большую чем номинальная. Сильная кратковременная перегрузка возникает, например, при включении холодильника. Как правило, мощность инвертора примерно равна расчетной мощности ВЭУ.

Анализируя вышесказанное принимаем инвертер с напряжением в виде упрощенного сигнала марки МАП 1,5 кВт.

6. Электротехнический раздел

6.1 Выбор аппаратуры управления и защиты

Автоматический выключатель предназначен для защитного отключения цепи управления насосом системы солнечных коллекторов горячего водоснабжения и выбирается из условий :

Uан ³ Uн;

Iан ³Iр.mах; (6.1.)

Iа.откл ³ Iк.

где: Uан, Uн - номинальное напряжение автоматического выключателя и сети соответственно, В;

Iан,, Iр.mах - соответственно номинальный ток автоматического выключателя и максимальный рабочий ток в сети, А;

Iа.откл - максимальное значение тока короткого замыкания, которое автомат способен отключить, оставаясь в работоспособном положении, А;

Iк - наибольший ток короткого замыкания А.

Принимаем автоматический выключатель АВДТ32 Uн= 230В, Iан=25А./30/

Диоды для предотвращения разряда аккумуляторных батарей ФВУ выбираем исходя из назначения и коммутируемых токов:

принимаем диод VD Iном = 100А Uном = 400В./30/

Для контроля температуры выбираем датчики немецкой фирмы Tauchhulse марки ТН100Е SW21.

6.2 Расчет сечения провода

Сечение провода ФВУ определяем по формуле /31/:

 (6.2.)

где: l – длинна провода,

Р – мощность установки, кВт,

U – напряжение установки, В,

 – удельное сопротивление материала, для меди k = 56 Ом/мм2 .

Принимаем провод марки ПРД-2,5.

6.3 Выбор насоса и вентилятора для системы теплоснабжения

Насос для циркуляции теплоносителя системы горячего водоснабжения выбираем фирмы Grondfos марки GS-25, мощностью 25 Вт.

Вентилятор для циркуляции воздуха в пассивной солнечной системе и комплекс оборудования для открытия и закрытия заслонок принимаем фирмы Resol , марки Deita-501, мощностью 120 Вт.

6.4. Расчет освещения

Несомненно, естественное освещение наиболее ценно и полезно для человека, однако, в зимний период, а также поздней осенью, оно недостаточно. Нормальное освещение помещения обеспечивается при соблюдении нормативов искусственной освещённости.

Искусственное освещение можно рассчитать тремя способами: точечным методом, методом коэффициента светового потока и методом удельной мощности.

Расчёт искусственного освещения помещения производим наиболее точным методом – точечным методом по формуле /7/:

 (6.3)

где:  - необходимый световой поток лампы, лм,

ЕМИН – нормированная освещенность, лк,

k – коэффициент запаса,

 - коэффициент добавочной освещенности,

 - суммарная условная освещенность расчетной точки, лк.

Рассчитаем необходимый световой поток для одной из комнат:

Исходные данные: расчетная высота hР = 2,5 м, ЕМИН = 75 лк, k = 1,5, = 1,2.

На плане намечаем контрольные точки А и Б, в которых освещенность может оказаться наименьшей. Определяем расстояние от этих точек до ближайшей лампы и определяем условную освещенность: ОА=2,54 м, е = 34 лк, ОБ=2,8 м , е = 36 лк.

За расчетную точку принимаем точку Б:

Выбираем 2 лампы марки БК215-225-100, со световым потоком 1450 лк, и мощностью 100 Вт.

Аналогичный расчет ведем для всего дома, мощность и количество осветительных установок сведены в табл. 6.1.

Таблица 6.1 Перечень осветительных установок.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6