Альтернативные источники энергии. Рубрика в журнале - Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика
Combined electric power plant simulation model
Статья научная
The article is dedicated to a simulation model of a wind/solar power plant. A variable speed diesel generator set is used as a backup energy source. A matrix frequency converter is used to control frequency of the generated voltage. The simulation model is implemented in the MATLAB Simulink environment. Oscillograms of currents and voltages are obtained when the model operates with an active inductive electrical load with the variable load value in the 1000-4000 VA range. During operation with a rated power load, the deviation of the line voltage parameters lies within the normal range (load voltage drop does not exceed 4% of the nominal value, total harmonic distortion does not exceed 2% in the 0-2000 Hz range). The constructed model can be used in the design of energy facilities, as well as in the development and testing of algorithms for control and monitoring systems.
Бесплатно
Electrical load control systems based on wireless data networks with self-organizing topology
Статья научная
The article provides an overview of modern wireless communication protocols used in residential automation systems to solve the problem of powerful household electric loads remote switching. A comparative description of the existing wireless communication protocols is provided. The existing components range is analysed for availability and the possibility of their application in the commercially available control systems. The review of modern wireless technologies serves as a basis to select the technology of self-organizing networks with ESP-MESH mesh topology to set up the remote control of electrical loads in residential building automation systems. The authors consider its advantages, including the most important one, i.e. the IP addressing, and the resulting high integration with such widespread network technologies like Wi-Fi and Ethernet, which is relevant for this application. The proposed option allows for the design of the automation systems for residential buildings to solve the problems of ensuring communication reliability by means of the network topology self-organization, covering the zones, the dimensions of which exceed the communication range of traditional point-to-point systems. At the same time they ensure the security of data transfer due to the data provided by the developers of the ESP-protocol MESH and encryption technology. In this case, the dependence of the probability and conditional probability of establishing a connection on the number of closed transits (disconnection between network nodes) was considered.
Бесплатно
Electrotechnical complexes of heliotechnical devices: a generalized classification
Статья научная
The need to systematize the existing electrotechnical complexes of heliotechnical devices (ECHD) is due to their growing quantity, diversity, and element base. In the proposed publication, a generalized classification of the ECHD is made over a wide range of parameters that characterize the ECHD as a separate class of devices, as their diversity and features are sufficient to describe the ECHD as such. The classification herein proposed analyzes in detail the whole structure and possible layout solutions, an effort enabled by the well-developed modern elemental base for the design of the ECHD. Using this classification enables a more precise, detailed and verified structural synthesis of the ECHD, which will help the solar engineering engineer to better understand and justify a set of technical solutions in the design, construction and operation of ECHD classes. Only electric drives are considered.
Бесплатно
Impacts of voltage dips in doubly fed induction motor for wind turbine generation systems
Статья научная
Renewable Energy Sources (like wind energy) minimize the demand for other types of power. Wind energy generation has become a major power in some countries, covering the essential share in the Energy Balance in Holland, Spain, Brazil, Germany, China and others. The construction of new Wind Power causes new challenges for the transmission distribution infrastructure. However, environmentally friendly Renewable Energy has recently become an important part of generation in industrial applications, worth for distributed lines expansion. A significant part of electric machines used in Wind Industry are doubly fed induction motors (DFIM) used as electric generators. They earned the leading market position over the recent decade and continue their run. The machines of this type offer operation stability along with affordable costs. The outstanding technical benefits include the ability for variable speed operation and independent control of reactive and active power. To protect the rotor side converter (RSC) from transient overcurrent during voltage dips, the crowbar circuit protection is usually used. The paper analyzes and investigates the dynamic behavior of the doubly-fed induction motor, back-to-back converter, and the rotor side converter during symmetrical voltage dips using the crowbar protection system with MATLAB/Simulink simulation. In addition, it studies the crowbar circuit affects the diodes, switches, and resistances at the low voltage ride through (LVRT) capability enhancement.
Бесплатно
Modeling of doubly fed induction generator for vertical axis wind turbine
Статья научная
Global energy demand forms the challenge of selecting a proper power source. The choice is either to continue using traditional fossil fuels, projected to expire in 50-70 years, or to speed up the development of renewables, which could be used considerably longer. Today the advanced choice is the second option. Hence, the new methods and approaches have to be developed, diversified, and/or improved. The paper presents a new MATLAB Simulink simulation model used to estimate the integrated power generated by Vertical Axis Wind Turbine (VAWT). The material presents a step by step description of the model development. The value of generated power fluctuations is accounted for and verified in accordance with the grid capacity available at the moment. The parameters under analysis are as follows: Efficiency, Cost, and System Response Time. The benefits are comprehensively analyzed against disadvantages. A special advantage is considered as a combination of two systems, getting high performance and power stability.
Бесплатно
Статья научная
The paper presents certain development results for the novel extremum seeking controller based on Nesterov’s gradient flows for solar tracking systems. It achieves convergence to an arbitrarily small neighborhood of the set of the cost function optimizers. Our results evident ate that for arbitrarily large compact sets of initial conditions, and arbitrarily small neighborhoods of the optimizer, the controller can be tuned to guarantee convergence taking into account the influence of the Hessian, as well as with tuning parameters that have a fairly clear physical meaning. The influence of the Hessian as a vector field, which is a reflection of the distortion of transient processes in the system, and taking it into account is an urgent task, since it allows for a more flexible impact on the speed of transient processes, and by endowing the system with some damping and smoothing, also for its improved quality.
Бесплатно
Статья научная
Введение. Актуальность заключается в использовании двигателя с внешним подводом теплоты для преобразования солнечного излучения в электрическую энергию, при этом источником тепловой энергии служит солнечный коллектор. Цель исследования. Разработка альтернативного источника энергии для автономных потребителей сельской местности на основе низкотемпературного двигателя Стирлинга, способного преобразовывать низкопотенциальное тепло нагретой воды в механическую энергию с последующей генерацией электрического тока промышленной частоты. В отличие от классической конструкции известного двигателя Стирлинга представленный ДВПТ имеет значительный объем вытеснителя, который более чем в 20 раз больше объема рабочего поршня, что позволяет ему работать на меньшей разнице температур между нагревателем и охладителем. Рабочая температура нагревателя составляет 90-100 °С, что в 7-9 раз меньше по сравнению с известным двигателем Стирлинга. Материалы и методы. Теоретические исследования с помощью компьютерного симулирования процессов ДВПТ использованы законы термодинамики и метод Шмидта для построения PV-диаграммы и установления характера протекания термодинамического цикла Стирлинга. Использованы методы 3D-моделирования, метод постепенного приближения. Использован метод натурного эксперимента с последующим внесением изменений в компьютерную модель и лабораторный образец для достижения сходимости результатов и получения адекватной компьютерной модели. Результаты экспериментов обработаны и аппроксимированы, получены детерминированные математические модели и выполнен регрессивный анализ. Результаты. Приведено краткое описание конструктивных особенностей низкотемпературного двигателя с внешним подводом теплоты, работающего по циклу Стирлинга, а также приведены некоторые результаты исследований и компьютерного моделирования. Заключение. Использование воздуха в качестве рабочего тела является не оправданным, так как при его применении массогабаритные размеры ДВПТ на единицу производимой мощности будут больше, чем у двигателей внутреннего сгорания. Для низкотемпературного ДВПТ обязательным условием является разница в объемах вытеснителя и рабочего поршня, для температуры нагревателя в пределах 90 °С вытеснитель должен быть в 20-40 раз больше по своему объему. На КПД оказывают влияние разница температуры между нагревателем и охладителем и давлением рабочего тела.
Бесплатно
Виброгасители мачт сверхмалых вертикально-осевых ветроэнергетических установок
Статья научная
В статье дается описание необходимости установки виброгасителей мачт при размещении ветроэнергетических установок в непосредственной близости к жилому сектору
Бесплатно
Статья научная
Бурное развитие солнечной энергетики стимулирует строительство новых электростанций, надежная и эффективная работа которых определяется правильным проектированием, моделированием и выбором оптимального оборудования. В данной статье рассматриваются этапы моделирования автономной солнечной электростанции для электроснабжения домов одного из труднодоступных и неэлектрифицированных регионов Республики Таджикистан с использованием программного пакета для анализа и моделирования фотоэлектрических систем PVsyst, описан принцип работы программы, этапы и структура моделирования. Для оценки производительности фотоэлектрических систем учитывалось географическое положение, ориентация панели, монтажная структура, климатические условия. Используя функции программы, на основе суточного графика нагрузки выбрали основное электрооборудование солнечной электростанции: контроллер, фотоэлектрический модуль, аккумуляторные батареи, резервный источник питания. Построена 3D-модель объекта с использованием графика горизонта и диаграммы затенения. Коэффициент производительности и доля солнечной энергии, которые являются индексом эффективности, показали высокий уровень использования системы.
Бесплатно
Древесные отходы как возобновляемый источник для получения тепловой и электрической энергии
Статья научная
В статье показан опыт зарубежных университетов в организации «Зеленых зданий», приведено обоснование использования древесной биомассы как источника получения тепловой и электрической энергии на примере отходов делопроизводства Южно-Уральского государственного университета, показаны особенности процесса производства пеллет.
Бесплатно
Дублирующая электромеханическая система торможения ветроэнергетической установки
Статья научная
Приведены данные по регионам Российской Федерации с наиболее высокими среднегодовыми скоростями ветра, обоснована рентабельность использования в данных регионах ветроэнергетических установок. Рассмотрены негативные факторы, с которыми можно столкнуться при эксплуатации ветроэнергетического оборудования в зоне повышенных ветровых нагрузок. Определена необходимость применения дублирующих систем торможения в ветроэнергетических установках. Приведено аналитическое сравнение существующих способов торможения ВЭУ, выявлены их преимущества и недостатки. Предложен наиболее надежный и эффективный вариант электромеханического торможения ветроколеса, в котором сочетаются преимущества рассмотренных аналогов и отсутствуют их недостатки. Приводится описание такой электромеханической системы торможения для вертикально-осевой ветроэнергетической установки с использованием компьютерной 3D-модели, созданной в программном комплексе SolidWorks. Рассмотрена кинематическая схема системы торможения, описывающая взаимосвязь основных компонентов системы: электропривода, редуктора, трехкулачкового тормозного блока и тормозного барабана на роторе ВЭУ. Также в статье описаны созданные схема и алгоритм управления данной системой торможения, основывающиеся на постоянном мониторинге состояния основных компонентов ВЭУ и удержании ее в допустимых рабочих диапазонах. Сделано заключение об эффективности применения рассматриваемой системы торможения на ветроэнергетических установках.
Бесплатно
Имитационное моделирование активной накопительной системы
Статья научная
В настоящее время основной сложностью широкого использования малой альтернативной энергетики является непостоянство таких источников энергии, как ветер и солнце. Для компенсации непостоянства вырабатываемой мощности применяются аккумуляторные батареи (АКБ). Прямое подключение ветрогенератора и солнечных батарей к аккумуляторным батареям ведет к повышенному износу последних. Постоянно изменяющийся ток заряда АКБ, а также импульсные токи при порывистом ветре негативно сказываются на долговечности АКБ и надежности работы всей системы. В статье рассмотрено имитационное моделирование системы автономного электропитания с накопителем на базе АКБ и суперконденсаторного блока с модулем управления. Получены зависимости изменения мощности аккумуляторной батареи при совместной работе с суперконденсаторным блоком при изменении нагрузки.
Бесплатно
Имитация полевого уровня САУ биогазовой установки для стенда настройки автоматики "БГУ-100"
Статья научная
Разработана модель лабораторного стенда и осуществлен подбор необходимого оборудования для имитации работы системы автоматики биогазовой установки «БГУ-100». Произведен сравнительный анализ вариантов моделирования сигнала 4-20 мА. Построена компьютерная модель в системе MATLAB. Проведены испытания вариантов и в результате был выбран вариант с использованием широтно-импульсного модулятора совместно с фильтром нижних частот.
Бесплатно
Статья научная
Гидроэнергетические ресурсы Челябинской области оцениваются в 0,26 млн кВт, а технический гидроэнергетический потенциал составляет порядка 0,94 млрд кВт⋅ч. Однако ни наличие программ по развитию гидроэнергетики, ни благоприятные условия для выработки электроэнергии, ни технико-экономические обоснования проектов ГЭС не улучшают ситуацию в сфере гидроэнергетики в области. Неуклонно возрастающий дисбаланс электроэнергии в Челябинской области стал поводом для новой попытки актуализировать указанную проблему. Реализация идеи разработки программы развития гидроэнергетики Челябинской области не только поможет решить проблему энергодефицита в регионе, но и станет важным шагом на пути российских исследований в области гидроэнергетики в международном контексте перехода на возобновляемые источники энергии. Как показывают исследования, основной гидроэнергетический потенциал Челябинской области сосредоточен в горнозаводской зоне. Поэтому основой развития гидроэнергетики региона целесообразно считать реки данной зоны. В статье не разделяется широко распространенное мнение о категорической недопустимости создания водорегулирующих сооружений в горной зоне. Не отрицая наличия лимитирующих экологических и технологических факторов для строительства водорегулирующих сооружений в горной зоне, в статье обращаем внимание на то, что они некритичны и полностью решаемы путем поиска компромиссов, в том числе выбора оптимального места для размещения гидравлического оборудования ГЭС. Цель данной статьи - показать значимость и перспективность развития гидроэнергетики региона, основанной на использовании гидроэнергетического потенциала стока рек горнозаводской зоны Челябинской области.
Бесплатно
Использование паровой турбины в составе солнечной опреснительной установки
Статья научная
Рассматривается возможность повышения энергоэффективности солнечных опреснительных установок за счет внедрения промежуточной секции из паровой турбины и генератора электрической энергии. Представлен разработанный экспериментальный стенд, имитирующий работу энергоэффективного комплекса очистки воды и выработки электрической энергии для различных времен года. Приведены и проанализированы результаты экспериментальных исследований, выводы и рекомендации по увеличению производительности и использованию солнечных опреснительных установок с паровыми турбинами.
Бесплатно
Исследование влияния возобновляемых источников энергии на функционирование релейной защиты
Статья научная
Современной тенденцией развития электроэнергетических систем является внедрение возобновляемых источников энергии в виде распределенной генерации. Выявлено, что одной из основных причин, сдерживающих этот процесс, является изменение при этом режимов работы энергосистем, что в свою очередь оказывает существенное влияние на функционирование устройств релейной защиты и автоматики и, как следствие, на их настройку. Экспериментально доказано снижение чувствительности и нарушение селективности действий релейной защиты распределительной сети в случае подключения к энергосистеме ветроэнергетической установки. При этом важным фактором является мощность и место подключения. Также в статье выполнен анализ существующих подходов по реализации защиты таких энергосистем. В результате теоретически доказана необходимость разработки новых методов и средств для настройки защиты и автоматики, поскольку существующие подходы либо ограничивают внедрение нового оборудования, либо сложно реализуемы, либо недостаточно гибкие.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время для энергосбережения применяются альтернативные источники электроэнергии, которые позволяют автономно питать электроприемники. Одним из решений альтернативного получения электрической энергии для освещения и электроснабжения электроприемников малой мощности является применение дорожных энергетических установок в виде искусственной дорожной неровности с электромеханическим генератором, преобразующим энергию движения автомобиля в электрическую. В данной статье рассматривается конструкция разрабатываемой дорожной энергетической установки с ползунно-коромысловым механизмом преобразования поступательного движения во вращательное. Проведено исследование влияния движения звеньев механизма преобразователя воздействующего усилия на функционирование генератора дорожной энергетической установки, проведен анализ работы механизма при различных длинах шатуна с заданными требуемыми критериями по скорости и габаритным показателям механизма. Было определено влияние длины шатуна на траекторию движения и скорость перемещения коромысла. Анализ показал, что заданным требованиям удовлетворяют длины шатуна, равные 100 и 150 мм, обеспечивающие рабочий участок с равномерным нарастанием скорости движения коромысла. Для дальнейших исследований механизма был принят шатун длиной 100 мм, так как он позволяет реализовать установку с уменьшенными габаритами.
Бесплатно
Статья научная
В статье представлена классификация систем слежения за Солнцем фотоэлектрических станций (ФЭС), их принцип действия. Разработана расчетная модель сетевой ФЭС мощностью 5 кВт в программном обеспечении PVsyst: выбрано оборудование ФЭС, обоснован выбор оптимальных углов наклона фотоэлектрических модулей (ФМ). Проведен анализ работы сетевой ФЭС в условиях Оренбургской области средствами PVsyst при эксплуатации статично расположенных ФМ без изменения угла наклона ФМ и сезонным изменением угла наклона ФМ, одноосевых солнечных трекеров с вертикальной и горизонтальной осями вращения, а также двухосевого солнечного трекера. Анализ выполнен на основе данных по солнечной инсоляции за 2019 год, полученных с собственной метеостанции HP-2000. Выявлено, что наибольшая генерация электроэнергии в течение года обеспечивается ФЭС с двухосевым солнечным трекером, а также ФЭС с одноосевым солнечным трекером и вертикальной осью вращения (прирост генерации электроэнергии за год составил 13,2 и 11,5 % соответственно) относительно варианта со статично расположенными ФМ (без изменения угла наклона ФМ в течение года).
Бесплатно
Исследование схем, конструкций, технических решений плоских солнечных термальных коллекторов
Статья научная
Исследованы схемы, конструкции, технические решения плоских солнечных термальных коллекторов, в том числе проведена классификация технических решений в конструкции солнечных термальных коллекторов, проведен их анализ. Предложены технические решения, повышающие эффективность плоского солнечного термального коллектора. Разработаны технические требования к ним для систем автономного теплообеспечения.
Бесплатно
Статья научная
Описан системный подход к оптимизации конструктивных параметров, режимов работы и аэродинамических характеристик вертикально-осевых ветроэнергетических установок на основе последовательно-параллельных исследовательских итераций.
Бесплатно
