CC BY
7УДК 621.321
Ю.П. Мухин, студент ФБОУ ВПО «ВГАВТ» В.И. Самулеев, профессор ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5А.
ПЛАВУЧАЯ ВЕТРО-ДИЗЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ ПИТАНИЯ БЕРЕГОВЫХ ОБЪЕКТОВ И ЗАРЯДКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ
На Второй Международной конференции по ветроэнергетике «Wind Fresh-2012» 30 марта сего года была освещена очень важная проблема. Заключается она в том, что очень часто установка ветро-дизельной станции класса А [1] производится не на промеренныгх участках вблизи хозяйственные объектов и в том, что расчётыы производятся по неутонченныгм данныым. О них идет речь в настоящем научном докладе.
Однако, даже правильно установленная ВЭУ может работать с пониженными показателями производительности в течение определённого периода. Цель решения такой проблемы - найти такое место, где ветроустановка будет работать с большей отдачей энергии именно ветрового потока в сеть.
Авторы доклада видят решение в установке ВДЭС (ветро-дизельной электростанции) на стоечном судне (см. рис. 1), которое устанавливается в акватории морских и озёрных побережий Северных частей России. Лучше всего, если она устанавливается в заливе или бухте, так, как лёд имеет свойство дрейфовать, чем может повредить корпус стоечного судна.
Мировой опыт говорит о том, что интерес к установке ВЭУ на понтонах и судах начал расти в последнее время. Строится плавучий ветропарк на Мальте и на побережье Германии.
По существу, плавучая конструкция заменит стальные монолитные сваи или бетонные основания. Дополнительные капитальные затраты на ВЭУ не будут существенно выше затрат на современные, приспособленные для морских условий ветродвигатели на мелководье [1].
Смысл решения заключается в том, что разность прогрева двух сред: водной и земной, часто неоднородна. Поэтому даже в холодное время ветер, как следствие восходящих и нисходящих потоков на границе этих сред, будет дуть чаще, чем на одной из них. Благодаря этому, экономический эффект может увеличиться [2].
Вместе с тем, в Северных районах существует проблема эксплуатации и ремонта парка аккумуляторов, который присутствует на судах, работающих в этих районах (рыболовецкие траулеры, транспортные суда, ледоколы и т. п.). В частности необходимо производить контрольно-тренировочные циклы аккумуляторных батарей, их ремонт и замена. Это можно сделать на конечных пунктах назначения или на перевалочных пунктах и зимовках. Тогда, эксплуатация мастерских по ремонту аккумуляторов на борту такой станции, как на коммерческой (отдельная организация), так и на внутрикорпоративной основе (ремонтная служба завода, порта) представляется выгодной как для владельцев станции, так и для владельцев судов, и соответственно увеличит коэффициент использования ветроэнергетической установки в целом.
Однако, проблемы организации расчёта, постройки и установки такой станции также весьма велики. Большой износ оборудования станции (в частности системы автоматического регулирования напряжения и частоты генераторов), проблемы с перемещением станции на более безопасные районы по ледовым условиям, а также конкретные ветровые условия бухты залива могут стать большим препятствием к разви-
тию постройки таких станций. Во всех случаях эти проблемы решаются чисто техническим путем, но нужно и технико-экономическое обоснование (во сколько обойдётся установка и окупится ли она?)
Расчёт плавучей ВДЭС. Расчёты нагрузок на корпус с учётом парусности самой ВЭУ необходимо производить, руководствуясь расчётами нагрузок на фундамент ВЭУ, расчётами и документацией стоечных судов и плавучих станций, расчётами и конструкциями буровых плавучих вышек [3, 4].
Водный транспорт сегодня представляет собой многогранную, по назначению, структуру. По теории судовых электроэнергетических установок ВЭУ, если она устанавливается на судне, представляет собой отдельную электроустановку. Исходя из этого, она требует собственный расчет мощности и надёжности [5, 6]. Однако, следует учитывать, что любой ответственный потребитель, запитанный от неё должен иметь аварийный источник питания. Принимая во внимание этот факт, и рассматривая ВЭУ, как отдельную систему, необходима установка аккумуляторной батареи обеспечивающей, совместно с ВЭУ, нормальный режим работы ответственных потребителей (рис. 2). При классических методах расчёта САЭЭС строится таблица определения мощности судовой электростанции:
№ пп Наименование механизмов и другого оборудования Количество однотипного оборудования,П Номинальная мощность, РМ ном. Номинальные данные приёмников из каталога Коэффициент использования Потребная мощность Режим (ходовой)
единичная суммарная коэффициент загрузки механизма, КМ коэффициент одновременности К 0 активная мощность, Рреж, кВт реактивная мощность, Qреж. квар
тип мощность, Рд ном. а о сД 008(3 _ Дном ^ Дном активная, Р, кВт реактивная, Q квар активная, п • Р реактивная, п • Q
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
1.
24.
Сумма мощностей потребителей х р ■ У о пеж ' / * реж. Периодически работающих
Эпизодически работающих
Итого
Постоянно работающих К0
То же с учётом общего коэффициента одновременности: К0 ^ Рреж ' К0 ^ 0реж Периодически работающих к0
Эпизодически работающих к0
Итого
То же, с учётом потерь в сети 5 %
Полная мощность
Средневзвешенный коэффициент мощности
Рис. 1. Проект плавучей ветро-дизельной электроэнергетической станции
Однако при расчёте САЭЭС необходимо помимо конструкторских и электроэнергетических расчётов производить ещё и расчёт, так называемого отношения г/т [7].
Это отношение показывает: сколько дней в году на данном районе дует ветер? Фактически и дословно это отношение дней со штилем к ветреным дням. Тогда полезная работа ветроколеса, при работе на сеть и зарядку аккумуляторов (в том случае, когда ветроустановка является основным источником) будет выглядеть так:
А А сут.+
=А
Л ,
т(1+ г/т),
где А - полезная работа ветроколеса за данный период(например квартал);
А сут - работа ветроколеса за сутки;
тогда мощность на валу ветроколеса будет:
n =
^ • г N.
ср
к
+
ср _
= (1+г/т),
к •т к
где N0 - средняя мощность на валу ветроколеса за данный период К - коэффициент готовности аккумуляторных батарей, а выражение
N ■ г
N = —^— - работа в запас на штилевой период. К ■т
Представляется возможным, исходя из данного расчёта этого участка работы, рассчитать группу судовых потребителей, которые будут отдельно запитаны от ВЭУ. Полностью исключить отсутствие ветра нельзя, вследствие его неоднородной физической природы, значит существует вероятность, что ВЭУ должна заряжать аккумуляторные батареи, которые потом будут работать на соответствующую нагрузку. Но если параллельно с ВЭУ на сеть работает дизель-генератор, то использование батарей снижается, и их работа может быть направлена на бытовые нужды станции. Таким образом, мощность ВЭУ впоследствии суммируется с мощностью основной электроустановки.
Установка плавучей ВДЭС. После буксировки станции на место монтажа и установки, производится постановка её на якорные устройства. Якорные устройства должны не допустить дрейфа корпуса станции. Затем производится осадка станции
при помощи специальных балластных цистерн-понтонов. Они обеспечивают радиальную, а в некоторых случаях динамическую остойчивость станции. Как только все операции будут произведены, поднимаются ВЭУ , по дну (или другими известными способами) на берег прокладывается кабель.
Для передвижения на более «выгодное» положение, судно толкач не потребуется, если на судне можно установить гребные двигатели и тогда станция может передвигаться даже с поднятыми ВЭУ.
Таким образом, кратко изложены проблемы и возможные пути решения установки и использования ветро-дизельных станций в корпусах стоечных судов для питания береговых объектов и организации технической эксплуатации судовых аккумуляторов.
Аккумуляторные батареи
Рис. 2. Однолинейная схема судовой электроэнергетической системы ветро-дизельной станции Список литературы:
[1] Удалов С.Н. Возобновляемые источники энергии. Учебник. Новосибирск. НГТУ, 2007 г., 431 с.
[2] Безруких П.П. Ветроэнергетика, (справочное и методическое пособие). М., 2010 г., 313 с.
[3] Елистратов В.В., Константинов И.А., Панфилов А.А. Нагрузки на элементы ветроэнергетической установки, на её фундамент и основание. Учебное пособие. СПб. ГТУ, 1999 год, 40 с.
[4] Те же. Динамические расчёты системы «Ветроэнергетическая установка-фундамент-основание». Учебное пособие. СПбГТУ, 1999 год, 50 с.
[5] Краснов В.В., Мещанинов П.А., Мещанинов А.П. Основы теории и расчёта судовых электроэнергетических систем-Л: Судостроение, 1989 год, 326 страниц.
[6] Самулеев В.И. Судовые электроэнергетические системы. ВГАВТ. Н.Новгород, 2011 год, Изд-во ВГАВТ, 444 с.
[7] Фатеев Е.М. Методика определения параметров ветроэнергетических расчётов ветросиловых установок. М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 85 с.
FLOATING WINDS-DIESEL ELECTRO POWER STATION FOR A FOOD OF COASTAL OBJECTS AND A CHARGING OF ACCUMULATORS
J.P. Mukkin, V.I. Samuleev
At the second international conference on wind energy «WindFresh-2012» on March 30 this year very important problem was shined. It is that very often installation of a wind-diesel station of a class A is made not on the measured sites near economic objects and that calculations are made according to inexact data. About them, there is a speech in the present report.
