X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение. По сегодняшним данным, технический показатель энергии ветра в нашей стране составляет около 3 млрд кВт*ч в год. Причина такой большой выработки энергии объясняется тем, что Казахстан расположен в умеренно-континентальном поясе северного полушария планеты. Баланс научных данных и человеческого опыта на сегодняшний день четко делает вывод, что ветровые турбины не являются вредными для здоровья человека — на самом деле, энергия ветра снижает количество вредных выбросов в атмосферу и не создает никаких вредных отходов производства, по сравнению с другими источниками электроэнергии. Этот вывод был сделан из многочисленных независимых обзоров научной литературы[1].

Цельюработыявляется разработка ВЭУ с магнитными лопастями, снижающий скольжение ротора в ветрогенераторе, а также улучшающий экономичность использования энергии ветра.

Метод решения.ВЭУс магнитными лопастями- это установка, которая позволяет компенсировать потери энергии в роторе, а также дает возможность для выработки дополнительной электрической энергии. Скорость ветра колеблется от 3 до 15 м/с, учитывая этот фактор в нашей разрабатываемой установке с появлением ветра будет вырабатываться дополнительная энергия. Такая установка показана на рисунке 1.

Чтобы было яснее построим операторную схему. Эта схема будет способствовать для дальнейшего очертания нашей светлой идеи.

Рис1. ВЭУ с магнитными лопастями с железной сеткой

Номерами обозначены: 1 – фундамент, 2 – силовой шкаф, включающий силовые контакторы, 3 – башня ВЭУ, 4 – лестница для ремонта, 5 – поворотный механизм, 6 – гондола, 7 – генератор, 8 – система для слежки направления и скорости ветра или анемометр, 9 – тормозная система, 10 – трансмиссия, 11 – магнитные лопасти, 12 – система изменения угла поворота лопасти, 13 – колпак ротора, 14 – железная сетка.

Эффект магнитной левитации. Используя такой ВЭУ мы создаем в поле магнитную левитацию. Магнитная левитация – кардинальное уменьшение эффектов трения, эвукового шума, вибрации и потери энергии. Магнитные материалы и системы способны притягивать или отталкивать друг друга с силой, зависящей от магнитного поля и поверхности магнита[3]. Из этого следует, что может быть определено магнитное давление. Магнитное давление магнитного поля сверхпроводника подсчитывается по формуле:

P_маг =

где P_маг - сила на единицу площади поверхности в Паскалях, B- магнитная индукция над сверхпроводником в Теслах, µ₀ = 4π×10⁻⁷ Н·А⁻² - магнитная проницаемость вакуума. Как говорилось ранее этот эффект предназначен для устойчивой работы ротора.

Магнитное поле внутри сетки соприкасаясь с магнитным полем ротора создает эффект левитации, то есть в роторе генератора создается добавочное магнитное поле Ф₁+ Ф₂, который способствует снижению скольжения ротора. В свою очередь это приводит к легкому запуску ротора, а также долговечной работы ветрогенератора.

Сделаем примерный расчет магнитных потоков при магнитной левитации. Данные для расчета:

t = 2 c – время;

E₁ = 120 В – ЭДС вырабатываемый из сетки;

E₂ = 240 В – ЭДС вырабатываемый генератором.

1.Находим магнитный поток внутри сетки: Ф1 = E¹t = 240 Вб;

2.Находим магнитный поток ротора: Ф2 = E²t = 480 Вб;

3.Находим результирующий магнитный поток при магнитной левитации:

Ф = Ф₁ + Ф₂ = 720 Вб.

При увеличении магнитного потока скорость ротора увеличивается прямо пропорционально. Из этого следует, что коэффициент скольжения уменьшается тем самым обеспечивая генератору легкий пуск ротора, а также длительный срок работы[3].

Синхронизация двух источников энергии. Чтобы выработать максимально нужную энергию мы должны синхронизировать основной и дополнительный источники энергии. При этом мы должны соблюдать баланс в распределении тока по аккумулятору. Для этого мы используем диодный мост, чтобы минимизировать скачок тока, а также для выпрямления общего тока. После этого направляем собранную и стабилизированную энергию в аккумулятор для зарядки. После зарядки батареи мы используем инвертор, чтобы повысить исходное напряжение до 220 В, а также изменяем постоянный ток на синусоидальный переменный ток. Дальше выработанный ток распределяем по потребителям.

Рис5. Синхронизация тока с помощью диодного моста

Выводы. Ранее ветер, как альтернативный источник энергии, стал менее интересным и популярным. Глобальные уровни ветра опустились несколько раз с момента их пика в 2013 году. Но это не значит что ветер перестал быть важным природным ресурсом возобновляемой энергии. С момента своего скромного европейского истока до сегодняшнего массивного потенциала электрогенерирующая энергия ветра является одновременно устойчивой и благоприятной.

Чтобы повысить долговечность и эффективность использования энергии ветра мы сконструировали ВЭУ с магнитными лопастями. С другой стороны предложенной системой можно продлить срок работы ветрогенератора, а также получать дополнительную электрическую энергию. Техническая реализация такой системы не является трудным. Но безопасность и эффективность гарантирована.

Литература

1. Аналитическое исследование «Казахстан: Энергетическая безопасность, энергетическая независимость и устойчивость развития энергетики. Состояние и перспективы», под ред. Алияров Б., Институт энергетических исследований, - Алматы, - 2009г., 370с.

2.Parmanbekov U., Meirbekov B., Sugurov S., Kruglikov A., Rustamov N., Yernazarova D.,“AUTOMATED SYSTEM OF CONTROL AND PROTECTION ASYNHRONOUS MOTORS IN KAZAKHSTAN”: - Paris, France. Pensee Journal. Vol 76, No. 11; Nov 2014, pp.320-324.(Thomson)

3. Gaze L.,“The future of sustainable innovation – Wind Sustainability” http://reports.thomsonreuters.com/susty7/innovation/future-sustainable-innovation,(Thomson).

Код для цитирования: Скопировать