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[1]. В данной работе предлагается один из возможных энергетической ветроустановки повышающий производительность предлагаемых ветровых проектов.

В этом случае, на ВЭУ используется магнитные лопасти. Такая особенность установки дает ряд преимуществ при выработке элетроэнергии, среди которых:

магнитное поле, которую создают магнитные лопасти, снижает скольжение ротора при вращении;

создается дополнительный источник элетроэнергии в виде индукционного тока, который способствует увлечению выработке электроэнергии.

Цельюработыявляется разработка ВЭУ с магнитными лопастями, снижающий скольжение ротора за счет магнитной левитации, а также повышающий эффективность использования энергии ветра порождением индукционного тока.

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 разрабатываемой установке с появлением ветра будет вырабатываться дополнительная электрическая энергия на токопроводящей сетке в виде индукционного тока. Такая установка показана на рисунке 1:

Эффект магнитной левитации на этой установке показан на рис.2. 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[2].

Риc.1. Общий вид ветрогенератора с магнитными лопастями

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 показан в [2] этот эффект предназначен для устойчивой работы ротора.

Магнитное поле порожденный магнитными лопастями 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 легкой работы ветрогенератора.

Пример. Примерный расчет магнитных потоков при магнитной левитации производится следующим образом. Данные для расчета:

t = 2 c – время; E₁ = 120 В – ЭДС вырабатываемый из сетки; E₂ = 240 В – ЭДС вырабатываемый генератором.

Находим магнитный поток внутри сетки:

Ф₁ = E₁t = 240 Вб;

Находим магнитный поток ротора:

Ф₂= E₂t = 480 Вб;

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.

В предлагаемой установке вопрос синхронизации токов получаемых из двух источников энергии является очень важным.Чтобы выработать максимально нужную энергию мы должны синхронизировать генераторного тока и индукционного тока. 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.

Рис.2. Схема замещения ВЭУ с магнитными лопастями

Выводы. Теоретически доказано, что коэффициент использования энергии ветраидеальных ветроустановок равен, 0.593. Это объясняется тем, что роторы ветроустановок используют один и тот же эффект подъемной силы, возникающий при обтекании ветровым потоком профилированной лопасти[3].

Чтобы повысить эффективность ветерегенераторной установки и коэффициент использования энергии ветра ВЭУ с магнитными лопастями дает желательные результаты. С другой стороны предложенной энергетической системой можно продлить срок работы ветрогенератора, а также получать дополнительную электрическую энергию. Техническая реализация такой системы не является трудным. Но безопасность и эффективность гарантирована. Для отдаленных трудно доступных регионов такие энергосистемы решают проблемы с электричеством, также создают экономический баланс. Так как, на отдаленные регионы нецелесообразно проводить различные типы линии энергопередач, то оптимальным видом для обеспечения энергоснабжения этих регионов является использования ВЭУ с магнитными лопастями.

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. Лупиков В., Чернышов Н., Мвуджо Е., “Возможности магнитной левитации магнитных тел наноразмеров в градиентном магнитном поле токовых обмоток”-Международная науч.-техн. конф. "Физико-химические основы формирования и модификации микро-и наноструктур". Харьков: НФТЦ МОН и НАН Украины, 2007г, с. 109-110.

3. Рустамов Н.Т., Исмаилов Д.М. К вопросу повышения эффективности ветроустановок. Вестник МКТУ им. А. Ясауи, № 2, 2016, с.23- 32.

Код для цитирования: Скопировать