контрольная работа_Вар-18
.pdfМинистерство образования и науки РФ
Федеральное агентство по образованию
НГТУ
Кафедра СЭСП
Контрольная работа
По курсу: «Автономные системы энергоснабжения»
Факультет: ФЭН Группа: ЭСз-93 Студент: Порошенко В.В.
Преподаватель: Удалов С.Н. Дата сдачи работы: Отметка о защите:
Новосибирск, 2012г.
2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………..3
1.ВЫБОР МОЩНОСТИ И КОЛИЧЕСТВА ВЭУ
1.1.Расчёт электрической нагрузки проектируемого объекта……………4
1.2.Выбор типа и мощности источников энергии………………………….4
1.3.Ветроэнергетический расчёт……………………………………………5
1.4.Выбор количества ветроэнергетических установок……………….…11
1.5Выбор режима работы ВЭУ и компоновка гондолы………………….12
1.6.Выбор места расположения ВЭУ……………………………………...13
2.КОМПОНОВКА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА И РАСЧЁТ ЗАЩИТНО-КОММУТАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ
2.1Определение количества отходящих линий к потребителям………...15
2.2Расчёт плавких вставок предохранителей ……………………………16
2.3Выбор магнитных пускателей и контакторов………………………...18
3.РАСЧЁТ ЭЛЕКТРОПИТАЮЩИХ СЕТЕЙ
3.1Выбор типа линии и сечения проводов(жил) по нагреву……………...20
3.2Выбор сечения проводов (жил) по потере напряжения……………….21
3.3Проверка чувствительности плавких вставок
при однофазном коротком замыкании. …………………………………23
4. КОНСТРУКТИВНОЕ ИСПОЛНЕНИЕ ЛЭП…………………………………..26 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ …………………………………32
ПРИЛОЖЕНИЕ…………………………………………………………………….33
3
ВВЕДЕНИЕ
К нетрадиционным (возобновляемым) источникам энергии относятся: солнце, ветер, биомасса, геотермальные воды и горячие скальные грунты, морские приливы, гидроэнергия и другие виды, не связанные с использованием энергоносителей, имеющихся на земле в ограниченном количестве. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) иногда называют альтернативными или дополнительными. Первое название отражает возможность в будущем широкого применения некоторых видов этих источников в "большой" энергетике. Второе название характеризует ограниченное применение ВИЭ в настоящее время.
Ветроэнергетика с её современным техническим оснащением является вполне сложившимся направлением энергетики. Ветроэнергетические установки мощностью от нескольких киловатт до мегаватт производятся в Европе, США и других частях мира. Большая часть этих установок используется для производства электроэнергии - как в единой энергосистеме, так и в автономных режимах.
4
1.ВЫБОР МОЩНОСТИ И КОЛИЧЕСТВА ВЭУ
1.1.Расчёт электрической нагрузки проектируемого объекта
Исходя из исходных данных (табл.1.1), необходимо рассчитать электри-
ческую нагрузку поселка:
Таблица 1.1. Исходные данные
|
|
Пром. |
|
Освеще- |
|
|
Тип источни- |
Кол-во от- |
|
Жилой сектор |
Теплица |
ние по- |
Ферма |
Птичник |
ходящих |
||||
сектор |
ка |
||||||||
|
|
|
сёлка |
|
|
линий |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кол-во |
Р1, кВт |
Р2, кВт |
Р3, кВт |
Р4, |
Р5, кВт |
Р6, кВт |
ВЭУ-09-300; |
n2, шт |
|
домов, |
|
|
|
кВт |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
ВЭУ-10-200; |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
n1, шт |
|
cosφ=0.7 |
cosφ=0.75 |
|
cosφ=0.8 |
cosφ=0.8 |
|||
|
|
ДЭС. |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
25 |
108 |
52 |
31 |
6 |
32 |
21 |
|
8 |
|
|
Тип |
источников энергии: ветро-энергетическая |
установка; дизель- |
генераторная электростанция. Место расположения: Бина. Таблица скоростей ветра: №3. Номер графика нагрузки: №4.
Суммарная мощность ЭП:
PΣ=(Р1+Р1+Р3+Р4+Р5+Р6)*0,9;
PΣ=(108+52+31+6+32+21) * 0,9 = 225 кВт.
Для электроприемников посёлка необходимо рассчитать реактивную составляющую полной мощности:
Q = Р2 * tgϕ 2 + Р3 * tgϕ 3 + Р5 * tgϕ 5 + Р6 * tgϕ 6
QΣ = 52·1,02+31·0,88+32·0,75+21·0,75 = 120,1 квар
Величина полной мощности:
225 120,1 255 кВА .
1.2.Выбор типа и мощности источников энергии
Вданной работе для электроснабжения поселка используются два источника энергии: дизельная электростанция (ДЭС) и ветроэнергетическая установка (ВЭУ), которые работают параллельно друг другу. В период безветрия предполагается использовать дизельную электростанцию. Когда же скорость ветра достигает (5 м/с2 и более), дизельная электростанция прекращает свою работу и энергия вырабатывается ветроустановкой.
5
Принимаем расчетное значение мощности дизельной установки равным половине суммарного потребления активной мощности поселком:
Sд = ∑ = = 127,5 кВт.
Дизельные установки выполняются на стандартный ряд мощностей: 25, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 400, 630 кВт. Округляя полученное значение мощности до ближайшего большего стандартного значения, принимаем мощность дизельной установки равной 150 кВт.
Определим количество ВЭУ для конкретной местности. Для электроснабжения поселка используем два типа ветроустановок:
Wind Master 300 кВт и Wincon 200 кВт.
1.3. Ветроэнергетический расчёт
Для определения ожидаемой выработки электроэнергии в конкретном местоположении необходимо располагать данными о распределении скорости ветра по градациям f (u) . Учитывая изменчивость скорости ветра во времени,
для получения достоверных данных о повторяемости необходимо иметь ряд наблюдений за период не менее 10 лет по флюгеру или анеморумбометру. Недостатком наземных наблюдений за ветром является существенная их зависимость от степени защищенности метеостанции. Практически, наблюдения за ветром на метеостанциях характеризуют условия ветрового режима на самой станции, а ни того района, где предполагается устанавливать ВЭУ. Поэтому для того чтобы получить расчетные значения скорости ветра у земли лучше использовать данные радиозондовых измерений на различных высотах нижнего слоя атмосферы при условии их достоверности и репрезентативности. Преимущество такого подхода заключается в том, что здесь используются данные о скорости ветра на высотах, где влияние рельефа и прочих неоднородностей подстилающей поверхности несущественно. В таблице 1.2 представлены технические данные ВЭУ.
|
|
|
6 |
|
|
|
Таблица 1.2. Технические данные ВЭУ |
||
|
|
|
|
|
Марка |
Wind Master |
Wincon 200 |
|
|
300 |
кВт |
|
||
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Номинальная мощ- |
300 |
кВт |
200 кВт |
|
ность |
|
|||
|
|
|
|
|
Количество лопастей |
3 против ветра |
3 против ветра |
|
|
Высота оси |
32 м |
30 м |
|
|
Минимальная рабочая |
6 м/с |
4,5 м/с |
|
|
скорость ветра |
|
|||
|
|
|
|
|
Максимальная рабо- |
25 |
м/с |
20 м/с |
|
чая скорость ветра |
|
|||
|
|
|
|
Вдальнейшем, для удобства, установки будут наименоваться по номинальной мощности: ВЭУ-300; ВЭУ-200.
Втаблице 1.3 показаны зависимости мощности ВЭУ от скорости ветра.
Таблица 1.3. Зависимости мощности ВЭУ от скорости ветра
Скорость ветра м/с |
ВЭУ-300 кВт |
ВЭУ-200 кВт |
3 |
0 |
0 |
4 |
0 |
0,62 |
5 |
0 |
2,11 |
6 |
13 |
18,31 |
7 |
36 |
40,25 |
8 |
63 |
67,52 |
9 |
98 |
96,39 |
10 |
137 |
124,9 |
11 |
180 |
151,71 |
12 |
224 |
175,2 |
13 |
267 |
192,38 |
14 |
290 |
203,56 |
15 |
300 |
203,68 |
16 |
300 |
199,65 |
17 |
300 |
195,72 |
18 |
300 |
188,89 |
19 |
300 |
184,49 |
20 |
300 |
184,49 |
21 |
300 |
184,49 |
22 |
300 |
184,49 |
23 |
300 |
184,49 |
24 |
300 |
184,49 |
25 |
300 |
184,49 |
|
|
|
Табл.1.4. Коэффициент возрастания скорости ветра с высотой в нижнем 100-метровом слое атмосферы и показатель степени m; (ровная открытая местность).
Сезон |
10 |
20 |
40 |
60 |
80 |
100 |
m |
Зима |
1 |
1,12 |
1,26 |
1,35 |
1,43 |
1,50 |
0,17 |
Весна |
1 |
1,17 |
1,36 |
1,50 |
1,59 |
1,66 |
0,22 |
Лето |
1 |
1,18 |
1,40 |
1,55 |
1,67 |
1,76 |
0,24 |
Осень |
1 |
1,12 |
1,26 |
1,35 |
1,43 |
1,50 |
0,17 |
Год |
1 |
1,15 |
1,32 |
1,44 |
1,53 |
1,60 |
0,20 |
7
Табл.1.5. Среднемесячная скорость ветра на высоте флюгера для заданной области
|
Месяц |
Ui, м/с |
|
|
январь |
5,6 |
|
|
февраль |
7,4 |
|
|
март |
7,6 |
|
|
апрель |
6,5 |
|
|
май |
7,1 |
|
|
июнь |
6,0 |
|
|
июль |
9,4 |
|
|
август |
6,4 |
|
|
сентябрь |
6,6 |
|
|
октябрь |
4,9 |
|
|
ноябрь |
6,4 |
|
|
декабрь |
6,0 |
|
Средняя годовая скорость ветра на высоте флюгера (hф = 9 м) принимает- |
|||
ся равной 6,8 м/с. |
|
|
Для расчета выработки энергии ВЭУ в конкретном пункте на заданной высоте необходимо в значение скорости ветра на уровне флюгера ввести поправку на уменьшение u (z ), приведя ее к высоте оси ветроколеса, с учетом
рельефа и климатических условий местности, см. табл. 1.4.
На основе степенного закона ветра рассчитывается средняя скорость ветра, приведенная к высоте оси ветроколеса.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ось |
|
|
|
|
|
|
|
uоси = u |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
флюг × |
H |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фл |
|||
где Uфлюг – скорость ветра на высоте флюгера, м/с ; |
|||||||||||||
Носи – |
высота оси, м; |
|
|
|
|
|
|||||||
Нфл – |
высота флюгера, м; |
|
|
|
|
|
|||||||
m – коэффициент, зависящий от сезона года. |
|||||||||||||
Среднегодовая скорость на высоте оси ВЭУ: |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
32 |
0,2 |
|||
|
|
uоси (ВЭУ -300) = |
|||||||||||
|
|
6,8× |
|
|
|
= 8,76 (м/с) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
0,2 |
|||
|
uоси (ВЭУ - 200) = |
|
= 8,65 (м/с) |
||||||||||
|
6,8 × |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
Определим среднеквадратичное отклонение скорости ветра:
σUоси(ВЭУ-300) = 0,5Uосивэу300 = 0,5·8,1 =4,38;
σUоси(ВЭУ-200) = 0,5Uосивэу200 = 0,5·8,4 =4,325.
8
Определим годовую выработку электроэнергии ВЭУ по выражениям ветроэнергетического расчета [стр.196, 1]:
Таблица 1.6. Расчет годовой выработки электроэнергии ВЭУ-300
ВЭУ-300
U0 |
Uiоси |
Zi |
σ*F(U)i |
F(U)i |
Ti |
Pi |
Wгод, кВт*ч |
3 |
|
-1,315 |
0,090 |
0,021 |
180,000 |
0 |
0,00 |
4 |
|
-1,087 |
0,140 |
0,032 |
280,000 |
0 |
0,00 |
5 |
|
-0,858 |
0,210 |
0,048 |
420,000 |
0 |
0,00 |
6 |
|
-0,630 |
0,280 |
0,064 |
560,000 |
13 |
7280,00 |
7 |
|
-0,402 |
0,315 |
0,072 |
630,000 |
36 |
22680,00 |
8 |
|
-0,174 |
0,340 |
0,078 |
680,000 |
63 |
42840,00 |
9 |
|
0,055 |
0,355 |
0,081 |
710,000 |
98 |
69580,00 |
10 |
|
0,283 |
0,365 |
0,083 |
730,000 |
137 |
100010,00 |
11 |
|
0,511 |
0,367 |
0,084 |
734,000 |
180 |
132120,00 |
12 |
|
0,740 |
0,366 |
0,084 |
732,000 |
224 |
163968,00 |
13 |
8,76 |
0,968 |
0,350 |
0,080 |
700,000 |
267 |
186900,00 |
14 |
1,196 |
0,325 |
0,074 |
650,000 |
290 |
188500,00 |
|
15 |
|
1,425 |
0,293 |
0,067 |
586,000 |
300 |
175800,00 |
16 |
|
1,653 |
0,254 |
0,058 |
508,000 |
300 |
152400,00 |
17 |
|
1,881 |
0,213 |
0,049 |
426,000 |
300 |
127800,00 |
18 |
|
2,110 |
0,177 |
0,040 |
354,000 |
300 |
106200,00 |
19 |
|
2,338 |
0,138 |
0,032 |
276,000 |
300 |
82800,00 |
20 |
|
2,566 |
0,108 |
0,025 |
216,000 |
300 |
64800,00 |
21 |
|
2,795 |
0,088 |
0,020 |
176,000 |
300 |
52800,00 |
22 |
|
3,023 |
0,073 |
0,017 |
145,000 |
300 |
43500,00 |
23 |
|
3,251 |
0,061 |
0,014 |
122,000 |
300 |
36600,00 |
24 |
|
3,479 |
0,052 |
0,012 |
104,000 |
300 |
31200,00 |
25 |
|
3,708 |
0,039 |
0,009 |
77,000 |
300 |
23100,00 |
|
|
Суммарная выработка ВЭУ: |
|
|
1810878,0 |
Для расчета выработки энергии ВЭУ в конкретном пункте на заданной высоте необходимо в значение скорости ветра на уровне флюгера ввести поправку на уменьшение u (z ), приведя ее к высоте оси ветроколеса, с учетом рельефа и климатических условий местности.
U0 – скорость ветра с шагом в 1 м/с, начиная с минимальной рабочей скорости ветра, на высоте флюгера.
Ui – скорость ветра с шагом в 1 м/с, начиная с минимальной рабочей скорости ветра, приведена к высоте оси ВЭУ с годовым коэффициентом возрастания скорости.
где, Zi = Ui -Uоос - отклонение центрированной функции;
σ
σ = 0,5 ×Uоси -среднеквадратическое отклонение скорости ветра на оси
ВЭУ
f(U)- функция распределения от скорости;
f (U ) = σ × f (U )i закон распределения скорости в отн. ед.;
σ
9
σ × f (U )i - определим по рис. 1.1.
Tiвремя существования ветра с определенной скоростью Ti=f(U)*8760
Рис.1.1. Распределение скорости ветра в безразмерных координатах.
Годовая выработка электроэнергии Wгод = SPi × ti
Рис.1.2. Распределение скорости ветра для ВЭУ-300
10
Таблица 1.7. Расчет годовой выработки электроэнергии ВЭУ-200
ВЭУ-200
U0 |
Uiоси |
Zi |
σ*F(U)i |
F(U)i |
Ti |
|
Pi |
Wгод, кВт*ч |
|||
3 |
|
|
-1,306 |
0,097 |
0,022 |
196,467 |
0 |
|
0,00 |
||
4 |
|
|
-1,075 |
0,170 |
0,039 |
344,324 |
0,62 |
213,48 |
|||
5 |
|
|
-0,844 |
0,260 |
0,060 |
526,613 |
2,11 |
1111,15 |
|||
6 |
|
|
-0,613 |
0,303 |
0,070 |
613,706 |
18,31 |
11236,96 |
|||
7 |
|
|
-0,382 |
0,335 |
0,077 |
678,520 |
40,25 |
27310,44 |
|||
8 |
|
|
-0,150 |
0,354 |
0,082 |
717,003 |
67,52 |
48412,07 |
|||
9 |
|
|
0,081 |
0,365 |
0,084 |
739,283 |
96,39 |
71259,51 |
|||
10 |
|
|
0,312 |
0,368 |
0,085 |
745,360 |
124,9 |
93095,41 |
|||
11 |
|
|
0,543 |
0,365 |
0,084 |
739,283 |
151,71 |
112156,66 |
|||
12 |
|
|
0,775 |
0,343 |
0,079 |
694,724 |
175,2 |
121715,59 |
|||
13 |
|
|
1,006 |
0,310 |
0,072 |
627,884 |
192,38 |
120792,40 |
|||
14 |
8,65 |
|
1,237 |
0,270 |
0,062 |
546,867 |
203,56 |
111320,26 |
|||
15 |
|
|
1,468 |
0,227 |
0,052 |
459,773 |
203,68 |
93646,65 |
|||
16 |
|
|
1,699 |
0,185 |
0,043 |
374,705 |
199,65 |
74809,89 |
|||
17 |
|
|
1,931 |
0,140 |
0,032 |
283,561 |
195,72 |
55498,50 |
|||
18 |
|
|
2,162 |
0,110 |
0,025 |
222,798 |
188,89 |
42084,26 |
|||
19 |
|
|
2,393 |
0,085 |
0,020 |
172,162 |
184,49 |
31762,14 |
|||
20 |
|
|
2,624 |
0,070 |
0,016 |
141,780 |
184,49 |
26157,06 |
|||
21 |
|
|
2,855 |
0,057 |
0,013 |
115,450 |
184,49 |
21299,32 |
|||
22 |
|
|
3,087 |
0,045 |
0,010 |
91,145 |
184,49 |
16815,25 |
|||
23 |
|
|
3,318 |
0,034 |
0,008 |
68,865 |
184,49 |
12704,86 |
|||
24 |
|
|
3,549 |
0,024 |
0,006 |
48,610 |
184,49 |
8968,13 |
|||
25 |
|
|
3,780 |
0,005 |
0,001 |
10,127 |
184,49 |
1868,36 |
|||
|
|
|
Суммарная выработка ВЭУ: |
|
|
|
|
|
1104238,3 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.1.3. Распределение скорости ветра для ВЭУ-200