Ветроэнергетическая установка (ВЭУ)

Синтетическое топливо, по мнению американских ученых, может стать  важным источником энергии в XXI веке. Специалисты обращают внимание на метанол, отличающийся простотой транспортировки  и меньшим, чем бензин, уровнем  местного загрязнения окружающей среды (если ментол производится на основе природного газа). Однако в продуктах сгорания метанола, синтезированного из угля, содержится в два раза больше углекислого  газа, чем его выделяется при сжигании бензина. Выход может быть найден на пути синтеза метанола при газификации  древесной биомассы.

На сегодняшний день сельское хозяйство ЮФО располагает большой  сырьевой базой для производства биоэтанола. Самыми продуктивными в  этом производстве являются зерновые культуры пшеницы, сорго и кукурузы. Кроме того, в АЧГАА разработана технология, позволяющие использовать для получения биоэтанола пожнивные остатки этих зерновых культур и отходы процессов переработки сельскохозяйственной продукции – отруби, кукурузная кочерыжка, стебли кукурузы, солома пшеницы и риса.  

Технологический процесс  такого производства  содержит небольшое число участков и ступеней, используются высокоэффективные ферменты и дрожжи, повышающие выход биоэтанола.  

Производство биоэтанола является безотходным, т.к. барда -  это ценный корм для животноводства, его применение увеличивает до 30% привесы в свиноводстве и на 20% производство молока на фермах КРС.  

В АЧГАА разработано малогабаритное технологическое оборудование для производства биоэтанола в условиях малых и средних хозяйств. В основной состав оборудования входит смеситель, разварник, осахариватель, дрожжевые аппараты и бродильные аппараты.  

Проведена оценка рентабельности производства биоэтанола из зерна пшеницы. Причем, оказалось, что себестоимость  получаемого биоэтанола зависит  не только от стоимости зерна, но и  от производительности минизавода. 

АЧГАА предлагает хозяйствам комплектное оборудование для получения биоэтанола с различной суточной производительностью. 

В АЧГАА закончены работы над перспективным направлением в биоэнергетике – это технология получения углеводородных органических соединений, имеющих теплоту сгорания близкую к бензину и выше, чем у этанола. Сырьевая база является точно такой же как и в производстве биоэтанола. 

В основе технологии производства лежит микробиологический способ  получения бутанола, ацетона и др. органических веществ как результат жизнедеятельности ацетонобутиловых бактерий Клостридий. 

Основным выходным продуктом  здесь является Бутанол (бутиловый спирт) - это дорогостоящий органический растворитель, широко применяется при изготовлении нитролаков и масляных лаков, в производстве сложных растворителей, синтетической резины и шелка, служит сырьем для производства практически всех пластмасс и их растворителей, поэтому на рынке химических реактивов и веществ имеет постоянно большой спрос. 

Следующим по значимости продуктом  выступает биобензин - это смесь ацетона, этанола, изопропанола, и др. веществ,  имеет теплоту сгорания близкую к бензину, поэтому может использоваться автотранспортом в качестве добавки к моторному топливу, что позволяет существенно снизить затраты на ГСМ. 

При брожении выделяется большое  количество водорода – и он рассматривается  в перспективе как высококалорийный энергоноситель.

Получаемые биопродукты  имеют высокие энергетические характеристики. Теплота сгорания бутанола очень  высокая – его не зря называют биотопливом второго поколения. 

 АЧГАА разработано оборудование для ректификации бутанола, которое содержит три колонны. Первые две работают на получение биобензина, а третья служит для выделения бутилового спирта.

Технология является также  безотходной, т.к. получаемая после  перегонки барда идет на корм свиней или КРС. 

В АЧГАА спроектирован и изготовлен универсальный ректификационный аппарат для получения биобутанола, биоэтанола и биобензина.

Потенциальное использование  биомассы в России может позволить заменить всю нефть, расходуемую сейчас в качестве горючего для легковых автомобилей, а также уголь, сжигаемый для производства электричества. При этом число выбросов углекислого газа сократилось бы наполовину.

Ежегодный объем органических отходов (биомассы) в СНГ составляет 500 млн. т. Их переработка потенциально позволяет получить до 150 млн.т условного топлива в год: за счет производства биогаза (120 млрд. м3) — 100-110 млн. т, этанола — 30-40 млн. т. Окупаемость современных технологий производства биогаза из отходов по оценкам специалистов составляет от 3 до 5 лет.

За счет использования  биогаза к 2000 г. можно получить годовую  экономию органического топлива 6 млн. т, а к 2010 г. в 3 раза больше. Для этого  необходимо создать высокоэффективные  штампы анаэробных микроорганизмов, специальные  виды энергетической биомассы, технологии, эффективное оборудование.

 

1.17 Вторичные энергоресурсы

 

Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР) — это энергия различных  видов, покидающая технологический  процесс или установку, использование  которой не является обязательным для  осуществления основного технологического процесса. Экономически она представляет собой побочную продукцию, которая  при соответствующем уровне развития техники может быть частично или  полностью использована для нужд новой технологии или энергоснабжения  других агрегатов (процессов) на самом  предприятии или за его пределами.

Экономика стала бы значительно  менее энергоемкой и менее  загрязняющей окружающую среду за счет вторичного использования отходов. Большая часть используемых сегодня  материалов выбрасывается после  одноразового применения. Это примерно 2/3 всего алюминия, 3/4 стали и бумаги и еще большая часть пластмасс. Всего лишь 5% энергии, затрачиваемой  на добычу алюминия из бокситов, требуется  для его регенерации. Для стали, изготавливаемой только из лома, экономия энергозатрат составляет примерно 65%. Производство газетной бумаги из макулатуры требует на 25 - 60% меньше энергии, чем ее изготовление из древесной массы. Получение стекла из вторсырья экономит до 33% энергии, необходимой для его изготовления из первичного сырья.

В настоящее время особенно велики потери теплоты на электростанциях, в металлургической, химической, нефтедобывающей  и нефтеперерабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве.

Теплота уносится также с  вентиляционным воздухом, с канализационными и бытовыми стоками. Согласно расчетам, из 1,7 млрд. т у. т., расходуемого в  стране за год, полезно используется примерно 700 млн. т. Утилизация ВЭР позволит получить большую экономию топлива  и существенно уменьшить капитальные  затраты на создание соответствующих  энергоснабжавдщих установок, так  как при одинаковом эффекте затраты  на улучшение использования энергоресурсов в 1,5-2 раза ниже затрат на добычу топлива. Рациональное и возможно более полное использование вторичных энергоресурсов дает большую экономию материальных, денежных и трудовых затрат, обеспечивает снижение выбросов вредных веществ, в том числе и тепловых.

ВЭР разделяются на три  основные группы: избыточного давления, горючие и тепловые.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ОБЗОР СТРУКТУРЫ ВЭУ

                                    

      Ветроэнергетика  – отрасль науки и техники,  разрабатывающая теоретические  основы, методы и средства использования  энергии ветра для получения механической, электрической и тепловой энергии (ветротехника) и определяющая области и масштабы целесообразного использования ветровой энергии в народном хозяйстве.

Использование энергии ветра  осуществляется с помощью специальных  установок.

Ветроэнергетическая установка (ВЭУ) – это комплекс технических  устройств для преобразования кинетической энергии ветрового потока в какой  – либо другой вид энергии.

Ветродвигателем называют двигатель, использующий кинетическую энергию ветра для механической энергии. Различают ветродвигатели крыльчатые (наиболее распространённые) с коэффициентом использования энергии ветра до 0,48, карусельные (роторные) с коэффициентом использования не более 0,15 и барабанные.  

      К основным  компонентам системы, без которых  работа ветряка невозможна, относят  следующие элементы:

От его мощности зависит  как быстро будут заряжаться ваши аккумуляторы. Генератор необходим  для выработки переменного тока. Сила тока и напряжение генератора зависит от скорости и стабильности ветра;

 ―лопасти–приводят в движение вал генератора благодаря кинетической энергии ветра;

 ―мачта–обычно, чем выше мачта, тем стабильнее и сильнее сила ветра. Отсюда следует – чем выше мачта, тем больше выработка генератора. Мачты бывают разных форм и высот.

    Список дополнительно необходимых компонентов:

 ―контроллер–управляет многими процессами ветроустановки, такими, как поворот лопастей, заряд аккумуляторов, защитные функции и др. Он преобразовывает переменный ток, который вырабатывается генератором в постоянный для заряда аккумуляторных батарей;

―аккумуляторные батареи–накапливают электроэнергию для использования в безветренные часы. Также они выравнивают и стабилизируют выходящее напряжение из генератора. Благодаря им вы получаете стабильное напряжение без перебоев даже при порывистом ветре. Питание вашего объекта идёт от аккумуляторных батарей;

―анемоскоп и датчик направления ветра – отвечают за сбор данных о скорости и направлении ветра в установках средней и большой мощности;

―АВР–автоматическое включение резерва. Производит автоматическое переключение между несколькими источниками электропитания за промежуток в 0,5 секунды при исчезновении основного источника. Позволяет объединить ветроустановку, общественную электросеть, дизель-генератор и другие источники питания в единую автоматизированную систему. Внимание: АВР не позволяет работать сети одного объекта одновременно от двух разных источников питания;

―инвертор–преобразовывает ток из постоянного, который накапливается в аккумуляторных батареях, в переменный, который потребляет большинство электроприборов.  

                   Инверторы бывают четырёх типов:

―модифицированная  синусоида  –преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с модифицированной синусоидой (ещё одно название: квадратная синусоида). Пригоден только для оборудования, которое не чувствительно к качеству напряжения: освещение, обогрев, заряд устройств и т.п.;

―чистая синусоида― преобразовывает ток в переменный с напряжением 220В с чистой синусоидой. Пригоден для любого типа электроприборов: электродвигатели, медицинское оборудование и др.;

―трехфазный― преобразовывает ток в трехфазный с напряжением 380В. Можно использовать для трехфазного оборудования;

―сетевой в отличие от предыдущих типов позволяет системе работать без аккумуляторных батарей, но его можно использовать только для вывода электроэнергии в общественную электросеть. Их стоимость, обычно, в несколько раз превышает стоимость несетевых инверторов. Иногда они стоят дороже, чем все остальные компоненты ветроустановки вместе взятые.

 

2.1 Промышленные ветрогенераторы

 

Ветер раскручивает ротор. Выработанное электричество подаётся через контроллер на аккумуляторы. Инвертор преобразует  напряжение на контактах аккумулятора в пригодное для использования

Ветрогенератор (ветроэлектрическая установка или сокращенно ВЭУ) —устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую.

Ветрогенераторы можно разделить  на две категории: промышленные и  домашние (для частного использования). Промышленные устанавливаются государством или крупными энергетическими корпорациями. Как правило, их объединяют в сети, в результате получается ветряная электростанция. Её основное отличие от традиционных (тепловых, атомных) — полное отсутствие как сырья, так и отходов. Единственное важное требование для ВЭС — высокий  среднегодовой уровень ветра. Мощность современных ветрогенераторов достигает 6 МВт.

 

 

 

2.2  Строение малой ветряной установки

 

Ротор, лопасти, ветротурбина

Генератор (как правило  это синхронный трёхфазный с возбуждением от постоянных магнитов напряжением =36 В)

Мачта с растяжками

Контроллер заряда аккумуляторов

Аккумуляторы (необслуживаемые  на 36 В)

Инвертор (= 36 В -> ~ 220 В 50Гц)

Сеть

 

2.3 Строение промышленной ветряной установки

 

Строение ветрогенератора

1 Фундамент

2Cиловой шкаф, включающий  силовые контакторы и цепи      управления

3 Башня

4 Лестница

5 Поворотный механизм

6 Гондола

7 Электрический генератор

8 Система слежения за направлением и скоростью ветра (анемометр)

9  Тормозная система

10 Трансмиссия

11 Лопасти

12 Система изменения угла атаки лопасти

13 Колпак ротора

 

На рисунке 2.1 показано общее строение ветроэнергетической установки.