Файл: Кіріспе здіксіз даму ымына органикалы шикізатты мнай, газ жне т.docx

КІРІСПЕ
«Үздіксіз даму» ұғымына органикалық шикізаттың (мұнай, газ және т. б.) міндетті құрамдас бөлігі ретінде оттыққа негізделген энергетикадан күн, жел, биомасса энергиясы, жерасты жылу энергиясы және т. б. қайта өңделген экологиялық таза энергия көздерін пайдаланатын дәстүрлі емес (баламалы) энергетикаға біртіндеп көшу жатады.

Гринпис халықаралық экологиялық ұйымының мемлекет басшыларына Жолдауында атап өтілгендей, климаттың өзгеруінің негізгі себебі көмірсутекті отын болып табылатыны сияқты, біздің энергетикалық қажеттіліктерімізге жауап беретін энергиямен қамтамасыз ететін біртұтас тұрақты жүйе, қайта өңделген энергия көздеріне негізделген жүйенің пайда болу мүмкіндігін мойындау қажет.

Қайта өңделген энергияның негізгі артықшылықтары белгілі: ресурстың іс жүзінде жойылмауына және қоршаған ортаны ластайтын қосымша әсердің болмауына байланысты салыстырмалы экологиялық зиянсыздық. Бүгінгі таңда дәстүрлі емес энергетиканың дамуы индустриялық әдістердің техникалық деңгейінің жеткіліксіздігімен шектеледі.

Тұрғын үй-құрылыс саласында да, адамзат өмірінің басқа салаларында да дәстүрлі емес, қайта өңделетін энергия көздерін тұтынуға қызығушылық артып келеді.

Өткен онжылдықта жел энергетикасының дамуы назар аударуға тұрарлық. Жел энергиясымен байланысты энергияның бағыты жел энергетикасы деп аталады. Жел, электр, жылу және басқа энергия бойынша жіктелген қондырғылар Жел энергетикалық қондырғылар (ЖЭУ) деп аталады.

Желдің жиілігіне байланысты 60-90% қолайлы болып табылады желдің орташа жылдамдығы 3-тен 10 м/с-қа дейін, бұл желдің тұрақты бағыты бар аймақтарда ғана қолдануға мүмкіндік береді.

Сондықтан бұл дипломдық жобаның мақсаты Елді мекендерді электрмен қамтамасыз ету жүйесін жобалау, жңне жұмыстың практикалық маңыздылығы ұсынылған жел турбинасын баламалы қуат көзі ретінде пайдалану мүмкіндігінде.

Жұмыстың жаңалығы WH6.4-5000W типті жел турбинасының параметрлерін ескеретін және виртуалды синхронды генератордан тұратын жел электр станциясының математикалық моделін жасауда жатыр. SimPowerSystem кітапханасы, сондай-ақ желдің әрекетін және жел генераторының механикалық бөлігінің қозғалысын имитациялайтын Matlab бағдарламалық пакетінің Simulink қосымшасының блоктары.

Дипломдық жұмыста келесі міндеттер көрсетілген:

---

- жел қондырғысын таңдау;

- сыртқы жарықтандыруды есептеу;

- - электр жүктемесін есептеу;

- жылдық жел энергиясын анықтау;
1 Жел турбиналары конструкцияларын талдау
1.1 Жел турбиналарының конструктивтік ерекшеліктері және тік осьті жел турбиналарының қолдану аясы
Тік жел турбиналары көлденеңге қарағанда тиімділігі төмен. Олардың ПӘК-і көлденең модификациялардан 3 есе аз [4,18]. Тік жел генераторының қалақшалары желдің кез келген бағыты мен күші бойынша жер бетіне перпендикуляр айналады. Сондықтан қалақшалардың жалпы санының 1/2 бөлігі жел турбиналары әрқашан желге қарсы айналады. Осыған байланысты жел дөңгелегі тік айналуы бар жел турбинасында жел қуатының 1/2 бөлігі пайдаланылмайды, бұл олардың энергия тиімділігін айтарлықтай төмендетеді. Бұл басты кемшілік. Сонымен қатар, келесі түрлердің кемшіліктері бар: қалқаншаларының тәуелсіз айналдыру мүмкіндігі жоқ; Құрылымдық элементтерге айтарлықтай жүктеме; Қалқаншалар бірдей болуы және көрсетілгенге сәйкес болуы керекпрофиль; Жұмыс кезінде шу деңгейінің жоғарылауы.

Дегенмен, жел дөңгелегі тік айналмалы жел турбиналары белгілі бір артықшылықтарға ие. Мысалы, бұл модельдер орнатуды және пайдалануды жеңілдетеді. Бұл тік жел дөңгелегі бар дизайнда беріліс қорабы мен электр генераторы жерге орналастырылғанына байланысты. Конструктивті артықшылығы - олар флюгерді қажет етпейді. Олар ауа ағындарына қатысты тәуелсіз бағдарлаумен сипатталады.

Тік жел турбиналарының конструкциялары жел доңғалақтарының әртүрлі модификацияларына байланысты айтарлықтай айырмашылықтарға ие. Ең көп таралған нұсқаларды қарастырыңыз.

а) Савониус роторы

Бұл ротордың қалақшалары цилиндрлік беттер түрінде жасалған конструкция (1.1-сурет).

Савониус роторының артықшылықтары: желдің төмен мәндерінде бастау мүмкіндігі, қозғалыс 3 м/с мәндерден басталады; жоғары айналу моменті көрсеткіштерінің жылдам жиынтығы; дизайнның жоғары сенімділігі; салыстырмалы түрде төмен өндіріс құны.

Савониус роторы бар жел диірмендерінің кемшілігі барлық тік жел турбиналарымен бірдей. Бұл жел энергиясын толық пайдаланбау және соның салдарынан ауа ағынын түрлендіру тиімділігінің төмендігі. Сондықтан бұл құрылғылардың өнеркәсіптік өндірісі 4-6 кВт-тан аспайтын қуатпен жүзеге асырылады.

Дарье роторы бар тік жел диірмені әдеттегіден бірнеше онжылдықтар кейін ойлап табылды. Сырттай мұндай жел генераторы сопақ пішінді иілген екі немесе үш қалақшамен жасалады (1.2-сурет).

---

Дарье роторы бар жел турбиналарын өндіру оңай және орнату оңай. Сондай-ақ олардың артықшылығы - ауа ағынының бағытына тәуелсіз бағдарлау. Негізгі жетек білігі жер деңгейіне жақын орналасқан, бұл оған күтім жасауды жеңілдетеді. Дарье роторы бар жел диірменінің дизайны қарапайым кинематикалық схемамен ерекшеленеді.

Сурет 1.1 - Савониус роторының сыртқы көрінісі	Сурет 1.2 - Дарье роторының сыртқы көрінісі

Мұндай жел генераторының негізгі кемшілігі - роторды қолмен іске қосу керек. Ол сондай-ақ ауа ағындарының динамикалық әсерінен туындаған тірек түйіндеріне жоғары жүктемемен ерекшеленеді. Жел диірменінің қалыпты жұмыс істеуі үшін оның бүкіл ұзындығы бойынша көрсетілген қалақшалардың профилін қатаң сақтау қажет. Дарье роторы бар жел диірмені жұмыс кезінде өте шулы.

в) Спираль тәрізді ротор.

Спиральды ротор вертикаль-осьтік жел турбинасының дамуы болып табылады. Соңғысының қалақшалары геликоидты қисық түрінде жасалады, бұл құрылымға біркелкі айналуды қамтамасыз етеді және тірек бөлігіндегі жүктемені азайтады. Ротор қалақшаларының диагональды иілісі жылдамдықтың жылдам жиынтығына ықпал етеді. Жел ағынының тиімділігі көлденең құрылғыларға жақын. Сонымен бірге ол жұмыс кезінде шуды жоғарылатады және дыбыс спектрінің қысқа толқындық бөлігінде орналасқан дыбыс толқындарын тудырады. Қалақша профилінің күрделі конфигурациясына байланысты вертоидты роторды өндіру қымбатқа түседі (1.9-сурет).

Өнеркәсіптік жел қондырғыларының конструктивтік және технологиялық ерекшеліктерін зерттеу негізінде келесі қорытындыларды жасауға болады.

Тік жел генераторының басталу моменті азырақ. Сондықтан ол желдің минималды жылдамдығынан бастап жұмыс істей алады. Көлденең - күштірек, сондықтан ол әлдеқайда үлкен қуаттағы электр қабылдағыштарды қуатпен қамтамасыз ете алады.



Сурет 1.3-Спиральды ротордың сыртқыкөрінісі

---

Тік осьті жел турбиналары жерге орнатылады, осылайша генераторға қол жеткізуді және оларға техникалық қызмет көрсетуді жеңілдетеді.

Тік жел генераторлары көп бағытты желден немесе дауылдан қорықпайды, өйткені олардың желге төзімділігі аз. Барлық осы қасиеттер бұл жел қондырғыларын тұрғын үйге жақын жерде, тіпті қалаларда орнатуға мүмкіндік береді.

1.1.1 Тік айналу осі бар құрылғылар

Мұндай жел қабылдайтын құрылғылар көлденең айналу осі бар жел қабылдайтын құрылғыларға қарағанда маңызды артықшылықтарға ие. Олар үшін желге бағытталған құрылғыларға қажеттілік жоқ (1.4-суретті қараңыз), дизайн жеңілдетіліп, гироскопиялық жүктемелер азаяды, бұл қалақшаларда, беріліс жүйесінде және көлденең айналу осі бар қондырғылардың басқа элементтерінде қосымша кернеу тудырады.Бұрын тік айналу осі бар құрылғылардың әртүрлі түрлері жасалынған, оларда моментті құру үшін қарсылық күші қолданылған. Оларға пластиналары бар, шыныаяқ тәрізді немесе турбиналық элементтері бар құрылғылар, сондай-ақ S-тәрізді қалақшалары бар Савониус роторлары кіреді, оларға көтеру күші де әсер етеді. Бұл типтегі құрылғылар қарапайым ротормен салыстырғанда үлкен бастапқы нүктеге ие, бірақ жылдамдығы мен қуаты аз. 1.4-суретте тік айналу осі бар жел генераторының мысалы келтірілген. Тік айналу осі бар жел қозғалтқыштарынан Дарье роторларын ерекше атап өткен жөн. Дарье роторы көлденең қимасында қанат профилі бар иілген қалақшаларда пайда болатын көтеру күшін пайдаланатын жел қабылдайтын құрылғыларға жатады. Ротордың салыстырмалы түрде аз бастапқы моменті бар, бірақ жоғары жылдамдық, осыған байланысты оның массасына немесе құнына байланысты салыстырмалы түрде үлкен нақты қуат бар. Мұндай роторлар бір, екі немесе одан да көп жүздері бар әртүрлі пішінді (Υ -, Υ -, Δ - тәрізді) болады. Бастапқы моментті арттыру үшін Дарье роторын әртүрлі көмекші құрылғылармен біріктіруге болады. Алайда, бұл жел қондырғысының массасы мен құнын арттырады және оны осындай сипаттамаларда қолдану нақты мақсаттағы дизайнды оңтайландыруды қажет етеді. 1.5-суретте Дарье Руст роторының орнатылған қуатының оның мөлшеріне тәуелділігі көрсетілген.



Сурет 1.4 - Тік айналу осі бар жел генераторы EuroWind VS-002 200W

---

Сурет 1.5 - Жылдық орташа жел жылдамдығы 7,6 м/с болатын тік айналу осі бар Дарье жел турбиналарының типтік сызбасы



Сурет 1.6 – Дарье роторының әртүрлі вариациялары
1.6-суретте Дарье роторының әртүрлі вариацияларын көруге болады. Жел энергетикасын дамыту бүкіл әлем бойынша жүріп жатыр және Қазақстан да бұдан тыс қалған жоқ. Бірқатар қазақстандық әзірлеушілер жел энергетикасын дамыту ісіне өз үлестерін қосты. (1.7-суретті қараңыз).



Сурет 1.7 - Дарье типті жетілдірілген жел турбинасының прототипі
Бұл жел генераторының маңызды артықшылықтарының бірі-бұл қондырғы желге бағытталған жүйені қажет етпейді. Бұл орнатуды жеңілдетеді және оның тиімділігін арттырады. Бірақ бұл қондырғының кемшіліктері бар. Жоғарыда айтылғандай, кемшілігі-қалақшаларға әсер ететін жел қондырғысының көтеру күшінің желге қатысты бағытына байланысты нөлден максимумға дейін өзгеруі. Көтеру күшінің төмендеуі өндірілетін энергия мөлшерін азайтады (1.8-суретті қараңыз).



Сурет 1.8 - Дарье типті жел турбинасына күштердің әрекетінің суреті

ЖЕЛ

Сурет 1.9 - Жел әрекетінің векторы мен вентильді хорда арасындағы бұрыш 90^оС-қа жақын
Желдің жылдамдығы векторы мен қанат профилінің аккорды 90^оС -ға жақын бұрышты құрайтын жағдай туындаған кезде (1.11-суретті қараңыз), қалақшаларға әсер ететін көтеру күші максималды болады. Жел жылдамдығының векторы мен қанат профилінің хордасы арасындағы бұрыш 0^о-ға жақын болған кезде жағдай мүлдем басқаша болады. бұл жағдайда көтеру күші нөлге ұмтылады, бұл қажет емес.1.12-суретті қараңыз.

---