Магистерский диплом (ВКР) на тему Альтернативные источники питания в индивидуальном жилом строении.

Содержание:

Введение. 3

1 Теоретический раздел. 7

1.1 Проблемы применения традиционных источников питания. 7

1.2 Перспективы применения альтернативных источников питания. 16

2 Исследовательский раздел. 22

2.1 Солнечная энергетика. 22

2.2 Ветряная энергетика. 41

2.3 Другие виды альтернативной энергетики. 47

3 Проектный раздел. 53

3.1 Расчет и выбор ветрогенератора. 53

3.2 Расчет и выбор солнечных панелей. 59

3.3 Расчет и выбор системы электроснабжения индивидуального
жилого дома. 66

Заключение. 80

Список литературы. 82

Введение:

В настоящее время большинство жилых домов
на территории Российской Федерации подключены к электрическим сетям. Но не всех
потребителей устраивает централизованное подключение к источникам энергии.

Постоянные
кратковременные или долговременные отключения питания в сети, повышение цен на
энергоносители, все это подталкивает население в сторону применения
альтернативных источников питания в индивидуальном жилищном строительстве.

 Учитывая простоту, доступность и огромный
потенциал, солнечная энергетика одна из самых популярных направлений. Солнце
является чистым и возобновляемым источником энергии. Солнечная энергия,
является бесплатной и практически неисчерпаемой.

Энергия
солнца используется для получения электричества и нагрева воды. К сожалению, в
центральной полосе России количество солнечных теплых дней в году ограничено. И
в темное время суток выработка электроэнергии солнечными панелями невозможно.

Ветровая электростанция. Важным условием для эффективной
работы установки являются скорость и равномерность ветра. Скорость
воздушного потока на высоте 10 метров от поверхности земли должна быть не менее
4-5 м/с. Эти данные сильно отличаются в различных регионах Российской Федерации
и непосредственно влияют на рентабельность использования ветрогенераторов.

 Издаваемый при работе
установки гул и вибряция является серьезным аргументом  против размещения его в непосредственной
длизости от жулых построек. В связи с этим ветрогенераторы не получили широкого
распространения в частном секторе.

Геотермальное отопление
подразумивает использование теплового насоса с помощью которого возможно экономить
на отоплении индивидуального жилищного строительства немалые средства. Принцип работа основан на
цикле Карно. Трубы укладываются в грунт
или на дно водоема и теплоноситель двигаясь по ним  из за разницы температуры нагревается на
несколько градусов.

Проходя через теплообменник теплоноситель отдает накопленное
тепло хладагенту который перекачивается компрессором переходя в пар. Пар
поставляется в конденсатор, отдает тепло теплоносителю дома, и
охладившись,  снова превращается в
жидкость и поступает в теплообменник, где 
нагревается от новой порции нагретого теплоносителя. Цикл постоянно
повторяется.

Хотя для работы теплового насоса и привод компрессора
необходимо электричество, это выгодное устройство, поскольку тепла выдается в
3-5 раз больше, чем электроконвектор при одинаковом потреблении электроэнергии.
Законы физики не нарушаются, ведь та энергия которой отапливается дом не производиться
из электроэнергии, а «перекачивается» из окружающей среды, а вот на эту
«перекачку» и нужна электроэнергия.

Заключение:

В проделанной работе были решены следующие
задачи:

1. Рассмотрены проблемы применения
традиционных источников питания. Было показано, что одной из
проблем использования традиционных источников энергии является ограниченность
их запасов, что, в конце концов, приведет к полному истощению ископаемого
топлива. Проблема настолько очевидна, что не нуждается в доказательстве.

2. Рассмотрены перспективы применения
альтернативных источников питания. Альтернативные источники
энергии – это любые источники, которые мы используем для дополнения или даже
замены традиционных источников энергии, используемых для производства
электроэнергии.

3. Была рассмотрена солнечная энергетика и
ветрогенераторы, как альтернативные источники энергии.

4. Из результатов расчета ветрогенератора
был сделан вывод о том, что для покрытия потребностей в мощности будет
недостаточно ветрогенератора с диаметром лопастей, равной 10 м., так как в
период с наименьшей скоростью ветра в июле, которая составляет 1,9 м/с, он
будет вырабатывать в Московской области мощность, равную 131,92 Вт.ч.

5. Из результатов расчета солнечных
панелей был сделан вывод о том, что, наибольший пик вырабатываемой энергии
солнечными батареями выбранной марки приходится на май – июль. Он достигает
максимального значения, которое составляет 3,46 кВт.ч.

6. Из результатов расчетов солнечных
панелей и ветрогенератора был сделан вывод о том, что мощности солнечных
панелей и ветрогенератора не достаточно для покрытия потребностей в
электроэнергии рассматриваемого индивидуального жилого дома.

Для электроснабжения индивидуального
жилого дома, рассматриваемого в данной работе, было решено использовать
комбинированное электроснабжение, которое будет состоять из электроэнергии,
получаемой от трех источников:

— ветрогенератора;

— солнечных панелей;

— и городской ЛЭП 0,4 кВ.

7. В заключении была представлена схема
электроснабжения индивидуального жилого дома. Питание на секцию шин 0,4 кВ
поступает от двух источников:

— городской ЛЭП 0,4 кВ;

— аккумуляторной батареи, которая
заряжается от ветрогенератора и солнечных панелей.

Управление переключением осуществляется
посредством конроллера Arduino UNO R3, подающего управляющие сигналы на
пускатели ПМ1 и ПМ2.

Фрагмент текста работы:

1 Теоретический
раздел

1.1
Проблемы применения традиционных источников питания Одной из проблем использования традиционных источников
энергии является ограниченность их запасов, что, в конце концов, приведет к
полному истощению ископаемого топлива. Проблема настолько очевидна, что не
нуждается в доказательстве.

В настоящее время обсуждается лишь время, в течение
которого запасы ископаемого углеводородного топлива иссякнут. По
пессимистическим прогнозам, этих запасов осталось на 30 – 40 лет. Существуют и
более оптимистические прогнозы, но все они не превышают ста лет. Это значит,
что не позднее последней четверти текущего столетия наступит энергетический
кризис использования традиционных источников энергии.

Проблема истощения запасов ископаемого топлива
выдвинула задачу поиска его заменителей, в связи с чем, 21 век станет веком
поиска новых источников энергии, способных удовлетворять растущие
энергетические потребности человечества.

Сейчас большие надежды возлагаются на атомные
электростанции и на изыскание практических способов использования для этих
целей урана 238U, основного изотопа природного урана [1].

Однако уран, как и всякое ископаемое топливо, имеет
конечные запасы, и, не смотря на его большой энергетический потенциал, так же
подвержен истощению. Это значит, что применение ядерной энергии не решает
проблему истощения, а лишь отодвигает кризисные явления, хотя потенциально и на
очень большое время.

Истощение запасов углеводородного топлива породило
вторую проблему, которую невозможно устранить путем использования ядерного
топлива. Эта проблема состоит в интенсивном росте стоимости энергии, получаемой
путем сжигания традиционного топлива.

Цены на нефть и нефтепродукты растут немыслимыми
темпами и за 2005 – 2006 год выросли почти в десять раз. Несмотря на
значительное увеличение, цены на этот вид топлива продолжают увеличиваться и
превышают все прогнозы по их динамике. Росту цен способствует также и
нестабильная политическая обстановка в странах поставщиках нефти. Непрерывное
ведение боевых действий в нефтеносных регионах ускоряет расходование
(уничтожение) мировых запасов нефти.

Повышение цен на нефть и нефтепродукты увеличило
спрос, а, следовательно, и цены на другие традиционные носители энергии, хотя и
в меньшей степени. В итоге повышаются цены на электроэнергию и тепло.

Здесь следует отметить, что стоимость электроэнергии,
производимой атомными электростанциями, вопреки ожиданиям, оказалась наиболее
высокой. И это без учета предстоящих затрат на утилизацию отходов ядерного
топлива и повышение безопасности АЭС.

То есть, атомная энергия, решая в значительной мере
первую проблему традиционной энергетики (истощение запасов ископаемого
топлива), обостряет вторую проблему (быстрое увеличение стоимости энергии,
получаемой от традиционных источников).