семестр 10 / Энергосиловые установки систем электроснабжения / задание 5-6

М ИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт Химии и энергетики

(наименование института полностью)

Кафедра /департамент /центр¹ «Электроснабжение и электротехника»

(наименование кафедры/департамента/центра полностью)

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

(код и наименование направления подготовки, специальности)

«Электроснабжение»

(направленность (профиль) / специализация)

Практическое задание № 5―6

по учебному курсу «_Энергосиловые установки систем электроснабжения _»

(наименование учебного курса)

Вариант «Я» (при наличии)

Студент	Яшин И.А. (И.О. Фамилия)
Группа	ЭЭТбп-1801а (И.О. Фамилия)
Преподаватель	Горохов Илья Васильевич (И.О. Фамилия)

Тольятти 2023

Практическое задание 5

Проектирование ветроэлектростанции для энергоснабжения фуникулера

Тема 3. Использование возобновляемой энергии

Задание

Требуется спроектировать систему электроснабжения фуникулера в составе ветрогенератора и аккумуляторов, а именно: определить суммарную площадь лопастей воздушного винта и выбрать комплект аккумуляторных батарей.

Ветрогенератор имеет коэффициент полезного действия (КПД) винта η₁, КПД генератора η₂ и должен обладать двукратным запасом мощности. Емкости аккумуляторов должно хватать на полный рабочий день.

Фуникулер предназначен для подъема на гору высотой h кабины с пассажирами общей массой m за время t. Максимальное количество рейсов в течение дня x. Средняя скорость ветра v м/с.

Грузоподъемный механизм фуникулера включает однофазный 220-вольтовый мотор-редуктор с неизвестной номинальной мощностью P_ном, коэффициентом мощности cosφ = 0,7, коэффициентом полезного действия η = 0,9.

Дано:

Первая буква фамилии	h м	m кг	t сек	x	v м/с	η1	η2
Ю–Я	140	500	90	120	8	0,6	0,8

1. Расчет энергетических характеристик мотор-редуктора

1. Расчет механической энергии, необходимой для подъема кабины фуникулера на требуемую высоту:

= 500 ∙ 10 ∙ 140 = 700 кДж

2. Расчет номинальной мощности мотор-редуктора, то есть механической мощности на валу:

=

3. Расчет потребляемой электрической мощности мотор-редуктора:

4. Расчет энергии, потребляемой фуникулером за рабочий день:

= 16 кВт ∙ 90 с ∙ 120 = 172 800 кВт-сек = 48 кВт-час

2. Расчет мощности ветрогенератора и площади лопастей винта

Так как ветрогенератор работает круглосуточно, для накопления необходимой суточной энергии с двукратным запасом потребуется мощность:

Классическая эмпирическая формула механической мощности винта с горизонтальной осью позволяет рассчитать предельную мощность, то есть без учета КПД винта и электрогенератора:

где S – суммарная площадь лопастей винта, м²; V – скорость ветра, м/с.

С учетом КПД винта и генератора формула для мощности электрогенератора примет вид:

Отсюда следует:

3. Выбор аккумуляторов

Согласно расчетам энергия = 48 кВт-час.

Рассмотрим аккумуляторную батарею BANNER Buffalo Bull EFB, используемую во многих грузовых автомобилях. Ее емкость составит

2880 кВт-ч.

Тогда для накопления 48 кВт-часов потребуется 17 батарей.

Результаты расчетов
Суммарная площадь лопастей винта, м2	27
Тип и количество аккумуляторных батарей	17

Задание 6

Выбор солнечных батарей для дачного дома

Тема 3. Использование возобновляемой энергии

Задание

Выбор солнечных батарей для дачного дома

На крыше дачного дома предполагается установить солнечные батареи для энергоснабжения в летний период (с апреля по сентябрь включительно). Батареи не будут оборудоваться устройством слежения за солнцем, потери за счет неточной ориентации учитываются коэффициентом К₁, а потери в электрооборудовании – коэффициентом К₂. Дополнительно нужно учесть необходимость обеспечения зарядки аккумуляторов в процессе реального энергообеспечения. Для этого вводится коэффициент запаса мощности К₃. Город, для которого выполняются расчеты, а также вышеуказанные коэффициенты приведены в табл. 6.1.

Инсоляция для места расположения выбирается по табл. 6.2 для города, указанного в таблице исходных данных. Для расчетов выбирается наихудший месяц за летний период. Перечень потребителей электроэнергии и время их использования в сутки вы определяете самостоятельно. Он должен включать не менее трех электроприборов, например, телевизор, холодильник и систему освещения. Перечень оформляется в виде табл. 6.3. Также самостоятельно вы выбираете солнечную панель.

Дано:

Исходные данные

Первая буква фамилии	Город	К1	К2	К3
И, К, Я	Петропавловск-Камчатский	0,68	0,88	1,7

Инсоляция городов России

Город	Суммарная солнечная радиация по месяцам, кВт.час/м2
	Апрель	Май	Июнь	Июль	Август	Сентябрь
Петропавловск-Камчатский	148,1	147,4	142,5	137,6	140,9	120,2

Характеристики потребителей электроэнергии (образец)

№п/п	Нагрузка переменного тока	Ватт	Часов/день	Втч/день
1	Электрический чайник	1000	0,15	150
2	Холодильник	250	12	3 000
3	Телевизор	150	4	600
4	Освещение, экономлампы	100	4	400
5	Компьютер	80	8	640
	Всего	1 580		4 790

Пусть согласно исходным данным в наихудший месяц инсоляция составляет 120,2 кВт∙ч/м², число дней равно 30, К₁ = 0,68, К₂ = 0,88, К₃ = 1,7. Суточная потребность в электроэнергии = 4,8 кВт.

Месячная потребность в электроэнергии с учетом поправок:

= 4,8∙30∙1,7 = 244,8 кВт∙ч

Для инсоляции 120,2 кВт∙ч/м² число пикочасов Т составит 120,2.

Выберем солнечные панели с номинальной мощностью 540 Вт = 0,54 кВт. Одна панель за месяц выработает ( учетом коэффициентов):

= 0,54∙120,2∙0,68∙0,88 = 38,8 кВт∙ч

Число батарей составит

Ответ – 7 панелей мощностью 540 Вт.

1 Оставить нужное