Проблемы инновационного менеджмента

 

TRANSPORTA UN SAKARU INSTITŪTS

vadibzinātņu un ekonomikas fakultātE

 

KONTROLDARBS

 

Studiju kursā:    Jaunievedumu uzņēmējdarbības vadība

 

Darba tēma:  Инновационные ветроэнергетические проекты

 

Studiju grupa: 1102 MV

 

Studējošais(ā): Казбулатов Тимур st 54793

 

Izpildes datums: 2012.gada aprīlis

 

Autora paraksts: ______________

                                                                                                                                                                          

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Vadītājs:    Docents, Dr.inž. Jurijs Roļiks

 

 

Darba vērtējums: __________      ______________         ______________________

                                        ^{(vērtējums) (datums) (pasniedzēja paraksts)}

 

 

 

 

 

 

Rīga, 2012.

 

Содержание

 

 

Введение

 

Еще в Древнем Египте за три с  половиной тысячи лет до нашей  эры применялись ветровые  двигатели  для подъема воды и размола зерна. За пятьдесят с лишним веков ветряные мельницы почти не изменили свой облик. Например, в Англии имеется мельница, построенная в середине XVII в. Несмотря на свой преклонный возраст, она исправно трудится и по сей день. В России до революции насчитывалось приблизительно 250 тыс. ветряных мельниц, общая мощность которых составляла около 1,5 млн. кВт. На них размалывалось до 3 млрд. пудов зерна в год.

                 С появлением ветряных мельниц,  была облегчена одна из самых  тяжелых крестьянских работ - вращение тяжелых каменных жерновов, перетирающих зерно в муку. Теперь это делал ветер, крутя крылья мельницы. Одна из первых ветряных мельниц была найдена в Персии - в ней крылья были насажены на ту же ось, что и жернова. Всем была хороша персидская мельница, но вот беда - она могла работать лишь при сильном устойчивом ветре. Когда его порывы стихали, вращать жернова приходилось по старинке - с помощью быков, а то и рабов. И вот, приблизительно шестьсот лет назад, началось строительство мельниц башенного типа с огромными крыльями, расположенными горизонтально к поверхности земли. Одна из первых таких мельниц появилась в Голландии, издавна славившейся изобретательными мастерами. В 1745 году некий Эдмунд Ли осчастливил мельников изобретением нового типа крыльев - деревянных каркасов, обтянутых материей. Выдумка оказалась настолько удачной, что применяется в ветряных мельницах и сейчас.

 

 Ветряная мельница Эдмунда  Ли

 

Ветряные мельницы оказались прекрасными  источниками даровой энергии. Неудивительно, что со временем их стали использовать не только для размола зерна. Ветряки вращали дисковые пилы на больших лесопилках, поднимали грузы на большие высоты, использовались для подъема воды. Наряду с водяными мельницами они оставались, практически, самыми мощными машинами прошлого. В той же Голландии, например, где ветряков было больше всего, они успешно работали до середины нашего века. Часть их действует и в настоящее время. Что интересно, мельницы в средневековье вызывали у некоторых суеверный страх - настолько непривычными были даже простейшие механические приспособления. Мельникам приписывали общение с нечистой силой. Время шло, и люди все чаще задумывались о ветре как о источнике бесплатной энергии. Наступил такой этап развития технологии, когда стали строить электрогенераторы. И в Дании в 1890 году построили первый ветрогенератор для производства электричества. Такие ветрогенераторы устанавливались в труднодоступных местах, куда было неудобно или невыгодно передавать ток с обычных электростанций. В конце концов, ветровые турбины стали давать четверть всей нужной датской промышленности энергии. Между 1920 и 1930 годами ветровые генераторы стали появляться в Австралии и США. В 1937 году в Крыму была построена крупнейшая в мире, как говорили тогда, ветроэлектрическая станция. Она действительно была внушительных размеров, но ток, который ветрогенератор давал в электрическую сеть Севастополя, мощностью своей не превышал 100 кВт.

 

 Ветрогенератор в Калифорнии

 

 

1. Классификация ветроустановок

 

Экономически приемлемой считается работа ветровой установки в течение примерно 2 500 ч/год. Считается, что сооружение ветровой установки мощностью до 5-6 кВт экономически оправдано при скорости ветра 3,5-4,0 м/с. Для больших установок требуется скорость ветра, равная 5,5-6,0 м/с. Существует несколько возможностей для  обеспечения работы установки в том случае, когда нет ветра или его скорость недостаточна. Одна из них - использование резервного источника энергии, в частности подключение другой энергосистемы. Другой вариант предусматривает работу ветровой установки с аккумулятором энергии.

 

Ветроустановки классифицируются по следующим признакам:

• положению ветроколеса относительно направления ветра.
• геометрии ветроколеса.
• по мощности ветроустановки.

1. Положение ветроколеса относительно направления ветра

 

Разработано большое  количество ветрогенераторов. В зависимости  от ориентации оси вращения по отношению  к направлению потока ветрогенераторы  могут быть классифицированы следующим образом :

• с горизонтальной осью вращения, параллельной направлению ветрового потока;
• с горизонтальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветра (подобные водяному колесу);
• с вертикальной осью вращения, перпендикулярной направлению ветрового потока.

 Ветрогенераторы с горизонтальной  осью вращения

 
 Ветрогенераторы с вертикальной  осью вращения с использованием  силы сопротивления и подъемной силы

 
 Ветрогенераторы других типов

 

Разработаны также устройства для  преобразования энергии ветра в  электроэнергию без применения движущихся частей. К ним относится, например, устройство, в котором для выработки электрической энергии на основе термоэлектрического эффекта Томсона применяется процесс охлаждения в ветровом потоке.

Ветрогенераторы с горизонтальной осью вращения могут использовать для  преобразования энергии ветра подъемную силу или силу сопротивления. Устройства, использующие подъемную силу, предпочтительнее, поскольку они могут развить в несколько раз большую силу, чем устройства с непосредственным действием силы сопротивления. Последние, кроме того, не могут перемещаться со скоростью, превышающей скорость ветра. Вследствие этого лопасти, на которые действует подъемная сила (ветроколеса), могут быть более быстроходными и иметь лучшее соотношение мощности и массы при меньшей стоимости единицы установленной мощности. Ветроколесо может быть выполнено с различным количеством лопастей; от однолопастных ветрогенераторов с контргрузами до многолопастных (с числом лопастей до 50 и более). Ветроколеса с горизонтальной осью вращения выполняют иногда фиксированными по направлению, т.е. они не могут вращаться относительно вертикальной оси, перпендикулярной направлению ветра. Такой тип ветрогенераторов используется лишь при наличии одного, господствующего направления ветра. В большинстве же случаев система, на которой укреплено ветроколесо (так называемая головка), выполняется поворотной, ориентирующейся по направлению ветра. У малых ветрогенераторов как правило применяются для этой цели хвостовые оперения, у больших - ориентацией управляет электроника.

Лопасти могут быть непосредственно закреплены на валу генератора, или же вращающий момент может передаваться от его обода через вторичный вал к генератору, или другой рабочей машине. Из рисунка 4 видно, как установленная мощность Р_уст, развиваемая ветроколесом с горизонтальной осью вращения, зависит от его размеров.

 
 Мощности ветрогенераторов  различных размеров при скорости  ветра 7,6 м/с

 

Ветрогенераторы с вертикальной осью вращения имеют важные преимущества перед ветрогенераторами с горизонтальным расположением оси. Для них отпадает необходимость в устройствах для ориентации на ветер, упрощается конструкция и уменьшаются гироскопические нагрузки, вызывающие дополнительные напряжения в лопастях, системе передач и прочих элементах установок с горизонтальной осью вращения.

К таким установкам относятся устройства с пластинами, чашеобразными или турбинными элементами, а также роторами Савониуса с  лопастями S-образной формы, на которые действует также и подъемная сила. Устройства такого типа обладают большим начальным моментом, однако, меньшей быстроходностью и мощностью по сравнению с обычным ротором.

2. Мощность ветроустановок

 

По мощности ветроустановки делятся на установки:

• малой мощности - до 100 кВт,
• средней - от 100 до 500 кВт,
• большой (мегаваттного класса) - 0,5-4 МВт и более.

 

Класс установки	Мощность, кВт	Диаметр колеса, м	Количество лопастей	Назначение
Малой мощности	15 - 50	3 - 10	3 - 2	Зарядка аккумуляторов, насосы, бытовые нужды
Средней мощности	100 - 600	25 - 44	3 - 2	Энергетика
Большой мощности	1000 - и больше	> 45	2	Энергетика

 

2. Области использования ВЭУ

 

Основная область применения ВЭУ  – это места где отсутствует электросеть или происходят постоянные отключения электроэнергии, обрывы проводов. В том числе она может эффективно использоваться для обеспечения электроэнергией:

 

• загородного жилья (мест отдыха);
• автономного питания телекоммуникационных систем (в том числе видеонаблюдения, питания стационарных радаров);
• узлов и оборудования радиосвязи и телевещания;
• необслуживаемых, в том числе аварийных, систем охраны и освещения;
• систем радиосвязи;
• водяных и топливных насосов;
• освещения улиц;
• садово-огородных строений;
• коммерческих и промышленных объектов, строительных площадок;
• фермерских хозяйств и теплиц;
• спортивных площадок;
• таможенных и других КПП;
• наружной световой рекламы и многое другое.

 

Опыт применения ВЭУ свидетельствует, что сфера их использования достаточно широка. Также возможно применение ВЭУ для объектов лесной промышленности и сельского хозяйства. Следует также рассмотреть вопрос об автоматизированной катодной защите магистральных трубопроводов, интересна идея об использовании ВЭУ для зарядки автомобильных аккумуляторов.

 

3. Основные элементы конструкции ветроустановок

 

Основными элементами конструкции  ВЭУ являются:

• ветроколесо;
• ротор;
• ступица;
• втулка ветроколеса;
• тормозная система;
• опора;
• следящая система;
• мультипликатор;
• генератор;
• электронный регулятор;
• коммутирующий контроллер;
• инвертор;
• аккумуляторная батарея;
• система дистанционного контроля.

 

Основной частью ветроустановки, является ветроколесо. Посредством его преобразовывается кинетическая энергия ветра, в энергию механическую. Делятся ветроколеса на две группы: 1 - с горизонтальной осью вращения; 2 – с вертикальной осью вращения.

Ротор ветроэнергетической установки (ветро-ротор, ветроколесо) – устройство, которое превращает энергию поступательного движения ветра во вращательное движение ротора установки. Т.е. когда ветер дует, ротор установки вращается.

Ступица ветроэнергетической установки – сооружение, на котором смонтирован ротор установки с лопастями. Внутри ступицы находится генератор, подшипники и некоторые другие агрегаты ветроустановки.

Аэродинамические тормоза - устройства, расположенные в горизонтальной плоскости и представляющие собой дополнительные крылья-лопасти, которые при скорости вращения ротора, менее номинальной, участвуют в создании полезной мощности, а при скорости выше номинальной создают тормозящий эффект и тем самым стабилизируют скорость вращения ротора, не давая ему идти "вразнос".

Опора, на которой укреплён коллектор. Опора ветроустановки не только выполняет функции несущего элемента, но и служит для удержания коллектора над землёй на некоторой высоте, где скорость потока выше (опорной конструкцией может служить здание).

Предохранительный механизм, защищающий ветрогенератор от воздействия слишком больших скоростей ветра.

Мультипликатор – механическое устройство, преобразующее и передающее крутящий момент; повышает угловую скорость выходного вала, понижая при этом его вращающий момент.

Генератор ВЭУ – устройство, преобразующее вращательное движение ротора ветроустановки в электрическую энергию. Простейший генератор состоит из обмотки и магнитов. За счет прохождения витка обмотки в магнитном поле в проводнике генерируется электрический ток, который по проводам передается на выходные клеммы генератора. Существуют различные типы генераторов. Наиболее распространенные в применении в составе ВЭУ:

• магнитоэлектрические генераторы, которые на выходе выдают переменное напряжение в зависимости от меняющейся скорости ротора (или ветра);
• генераторы с комбинированным возбуждением (от постоянных магнитов и обмотки возбуждения), которые на выходе выдают постоянное напряжение за счет стабилизации его с помощью обмотки возбуждения;
• асинхронные многополюсные генераторы, которые, будучи подключены к сети переменного тока, потребляют реактивную энергию из сети и отдают активную в сеть, при этом самостоятельно синхронизируя свою частоту с частотой сети. Этот тип генераторов можно использовать только для «закачивания» энергии в сеть.

Электронный регулятор или контроллер – устройство, превращающее переменное напряжение генератора разной частоты, фазы и амплитуды в напряжение постоянного тока.

Коммутирующий контроллер – устройство, которое «выбирает», откуда подать электроэнергию для потребителя – от ветроустановки, аккумулятора, сети или дизель-генератора. При отсутствии ветра или повышенном потреблении энергия «вычерпывается» из аккумуляторных батарей. При разрядке батарей питание поступает либо из сети, либо от дизель-генератора, по желанию потребителя.