Берг О.И. аспирант, Ураксеев М.А. д.т.н., Прищепов С.К. к.т.н., Зинатуллин И.Р. специалист

Уфимский государственный авиационный технический университет, Россия

Мобильный экологический комплекс электроснабжения

Подпись: Рис. 1. Структурная схема экологического комплекса электроснабжения ВД ― ветродвигатель; мГЭС ― малая гидроэлектростанция; СБ ― солнечная батарея; ДВС ― двигатель внутреннего сгорания; ДСВ1 ― датчик скорости вращения ВД; ДСВ2 ― датчик скорости вращения турбины мГЭС; ЭП1-ЭП4 ― электронные преобразователи; АБ ― аккумуляторная батарея; РЗР ― реле (коммутатор) "заряд-разряд АБ"; К ― контроллер; ПТ ―преобразователь тока =12/~220В (sin); КТ ― коммутатор тока; Д ― дисплей; ~Uвн ―источник переменного внешнего напряжения 220В; ~П ― потребитель переменного тока; = П ― потребитель постоянного тока; ИТ1, ИТ2 ― измерители тока

Недостатки крупных промышленных ветроэнергетических установок (ВЭУ), высокие цены на традиционное топливо, определяют потребность в разработке экологического комплекса электроснабжения [1]. Такие комплексы, как правило, имеют многоканальную структуру (Рис.1), состоящую из ветродвигателя, аккумуляторной батареи, солнечной  батареи, двигателя внутреннего сгорания – для резервных нужд, малой гидроэлектростанции. Наличие нескольких автономных источников электроэнергии позволяет исключить недостатки каждого из них в отдельности. 

В результате анализа альтернативных источников электроэнергии были определены основные блоки структурной схемы комплекса, а также функциональные связи между отдельными его элементами. Основополагающим блоком в схеме рис.1 должен быть накопитель электроэнергии ― АБ. Наличие АБ исключает возможность отсутствия напряжения на нагрузке, позволяет скомпенсировать возможную нехватку мощности в момент пиковых нагрузок. Управляющим блоком в системе является контроллер К. Электронные преобразователи ЭП1 (ВД) и ЭП2 (мГЭС)  представляют собой выпрямительные блоки, выходная часть которых является преобразователем как тока так и напряжения. Электронный преобразователь ЭП3 (СБ) является преобразователем нестабилизированных напряжений, токов в стабилизированные заданных уровней. Электронный преобразователь ДВС подобен ЭП1, ЭП2. Реле РЗР (коммутатор) заряда-разряда АБ ― сложное многоканальное устройство с возможностью перераспределения энергии АБ, выполняет функции согласования параметров АБ как источника с преобразователем тока ПТ. Множество и разнообразие функций РЗР определяет его управление посредством К. ПТ реализует преобразование =12/~220В (sin). Измерители тока потребителя ИТ1 и ИТ2 позволяют К отследить требуемую мощность в нагрузку и, при необходимости, подключить источник сетевого внешнего переменного напряжения ~220 В.

В настоящее время актуально создание мобильных экологических комплексов (МЭК) для питания маломощных устройств (передатчики, рации, ноутбуки) в удаленных труднодоступных районах, где отсутствуют промышленные линии электроснабжения. Для подобного комплекса требуется учитывать особенности каждого природного источника «мощность×непрерывность действия» в отношении к массогабаритным показателям и применять наиболее эффективный из них. По такой оценке наиболее эффективным преобразователем является ВД с горизонтальной плоскостью вращения лопастей ГПВЛ (рис.2 а), который разрабатывается как малогабаритный транспортабельный модуль мощностью 1÷50 кВт, что достаточно для электроснабжения домов, удаленных служебных объектов. Основополагающее преимущество ГПВЛ по сравнению с ВПВЛ (рис2. б) —
Подпись: Рис. 2. а) схема макета ВД с ГПВЛ: 1 – платформа ВД с лопастями; 2 – генератор; 3 – основание; б) ВД с ВПВЛ

работа при малых скоростях ветра 0,5÷1,5 м/с. Важным преимуществом ГПВЛ является также независимость работы ВД от направления ветрового потока. При этом мощность ВД хорошо согласуется с мощностями АБ и, например, СБ,  что обеспечивает возможность мобильных перемещения и сборки комплекса электроснабжения в целом. Стоимость разрабатываемого ВД также является соизмеримой со стоимостью остальных компонентов данного энергетического комплекса [1].

Вывод

Одноканальные ВЭУ, равно как и миниГЭС и СБ интереса для создания МЭК не представляют в силу сезонной и суточной прерывистости работы каждого из природных энергоисточников: проблему стабильности поставки электроэнергии решают укомплектованные АБ многоканальные МЭК.

Список литературы

1.                     Прищепов С.К., Зинатуллин И.Р., Берг О.И. Проектирование экологических систем электроснабжения/ «Известия Томского политехнического университета» №4 (319). – Томск:ТПУ. 2011.- стр. 64-67.