Разработка энергосберегающей системы с использованием альтернативных источников энергии - Дипломная работа

При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органического топлива (уголь, нефть, газ) и атомной энергии, относящихся к невозобновляемым источникам энергии. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии - солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков, относящихся к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии. Потенциальные возможности ветровой энергии в год составляют 1% от годовой солнечной энергии. Для приземного слоя толщиной в 500 метров энергия ветра составляет примерно 82 триллиона киловатт-часов в год. Если даже использовать хотя бы 10% (что вполне реально и экономически оправдано) этой энергии, то это примерно равно количеству электроэнергии вырабатываемой на всем Земном шаре.В настоящее время, когда потребителей энергии становится все больше и больше, технологии становятся на путь понижения потребляемой мощности и увеличиваются разработки альтернативных источников энергии не загрязняющих окружающую среду. Но иногда когда энергии таких источников не хватает, и чтобы не было перебоев и скачков напряжения, то приходится переключаться на питание от стационарной сети. Также данное устройство реагирует на изменения тока протекающего в цепи нагрузки: когда ток в цепи нагрузки увеличивается до максимального тока, который может дать генератор, устройство переключает потребителей на стационарную сеть.Она лишь в общих чертах раскрывает назначение устройства и его функциональных частей и блоков, определяет основные части устройства и служит лишь для общего ознакомления с изделием. Оно следит за напряжение на генераторе и величиной тока в цепи нагрузки; и сравнивает их с эталонными или опорными значениями, которые также можно подбирать в небольших пределах. Он предназначен для слежения за генератором: когда напряжение достаточное для питания потребителей, устройство подключает потребителей к генератору, а когда напряжение падает и его не достаточное для питания, то устройство переключает потребителей на стационарную сеть. Он следит за током в цепи потребителей: когда ток потребления увеличивается, и генератор не способен поддерживать стабильный режим работы, то устройство также переключает потребителей на стационарную сеть; и обратно, если ток падает и с генератора способен давать энергию без перебоев.Для работы разрабатываемого устройства потребуется два датчика: датчик тока, для контроля потребителей; и датчик напряжения, для контроля генератора. Датчик напряжения: пропорционально уменьшает выходное напряжение генератора, для возможности его сравнения его с опорным напряжением. Одновременно с этим напряжением на устройство сравнения подается второе опорное напряжение для сравнения с напряжением, взятым из датчика тока.Для работы устройства сравнения требуется опорное напряжение не высокого потенциала. Первое опорное напряжение берется со светодиода, ток через которые стабилизируется полевым транзистором. Для корректного зажигания светодиода требуется ток в 10МА, тогда на нем выделяется напряжение 2В. В данном случае ГД508А: падение напряжения на диоде 0,7В при токе в 10МА, что позволяет использовать одинаковые транзисторы в двух источниках опорного напряжения. Блок, содержащий в себе датчик напряжения, выполнен на основе резисторного делителя напряжения, подключенного к выпрямителю.Любое устройство вычислительной техники на низшем конструктивном уровне содержит следующие элементы: микросхемы, полупроводниковые приборы, резисторы, конденсаторы, коммутационные элементы и так далее. Сделав, анализ приведенных выше групп факторов с учетом состояния современного мирового уровня развития микроэлектронной и вычислительной техники, произведем выбор микросхемы и радиоэлектронных элементов разрабатываемого устройства. Диоды: в блоке датчика напряжения КД105Б, в блоке датчика тока КД2958А, стабилитрон в блоке питания Д814А рассчитанный на напряжение питания устройства 8 - 9В. Разрабатываемое мной устройство работает следующим образом: На устройство управления, состоящее из двух компараторов, подаются два опорных напряжения и два напряжения с датчиков. Как только напряжение на генераторе начинает падать, срабатывает компаратор DA1.2 на его выходе появляется низкий уровень сигнала и загорается светодиод VD18 и оптрон соединенный с ним, в результате появления низкого уровня блокируются оптроны U1 и U2 и компаратор DA1.1, следящий за током в цепях потребителей, не сможет переключить свои оптроны.Расчет потребляемой мощности устройства необходимо производить для выбора конкретного источника питания или для расчетов энергосбережения. Рассчитаем потребляемую мощность: Pmax = (IVD5 IVD6 IVD15 IDA ) • Uпит , где IVD5 - ток через диод VD5, IVD6 - ток через диод VD6, IVD15 - ток через диод VD15, IDA - ток потребляемый микросхемо

Содержание

Введение

1. Расчетно-проектировочный раздел

1.1 Назначение и область применения устройства

1.2 Разработка структурной схемы

1.3 Разработка функциональной схемы

1.4 Разработка принципиальной схемы

1.4.1 Расчет узлов и блоков

1.4.2 Выбор элементной базы

1.4.3 Описание принципа действия (схемы

1.4.4 Расчет потребляемой мощности

2 Конструкторско-технологический раздел

2.1 Разработка печатной платы

2.2 Выбор способа изготовления печатной платы

2.3 Компоновка устройства

2.4 Поиск и устранение неисправностей

3 Экономический раздел

4 Охрана труда

5 Энерго- и материалосбережение

6 Охрана окружающей среды

Заключение

Список используемых источников

Приложения

Разработка дипломного проекта является завершающим этапом обучения в техникуме, который показывает, какого уровня специалист подготовлен в результате обучения. Это сложная многогранная работа, требующая проявления знаний во всех дисциплинах, изученных во время учебы в техникуме. Дипломный проект должен отражать направленность обучения и быть применим в процессе обучения следующих поколений учащихся.

При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органического топлива (уголь, нефть, газ) и атомной энергии, относящихся к невозобновляемым источникам энергии. Однако, по результатам многочисленных исследований органическое топливо к 2020 году может удовлетворить запросы мировой энергетики только частично. Остальная часть энергопотребности может быть удовлетворена за счет других источников энергии - солнечная, ветровая, геотермальная, энергия морских волн, приливов и океана, энергия биомассы, древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев, битуминозных песчаников и гидроэнергия больших и малых водотоков, относящихся к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии. Одним из наиболее используемых нетрадиционных источников энергии является ветровая энергия. Потенциальные возможности ветровой энергии в год составляют 1% от годовой солнечной энергии. Для приземного слоя толщиной в 500 метров энергия ветра составляет примерно 82 триллиона киловатт-часов в год. Если даже использовать хотя бы 10% (что вполне реально и экономически оправдано) этой энергии, то это примерно равно количеству электроэнергии вырабатываемой на всем Земном шаре. К стратегическим целям использования ветровых источников энергии являются: 1. Сокращение потребления невозобновляемых ресурсов.

2. Снижение экологической нагрузки.

3. Увеличение числа децентрализованных потребителей.

4. Обеспечение децентрализованных потребителей.

5. Снижение расходов на дальнепривозное и сезонное топливо.

Необходимость развития ветровой энергетики определяется ее ролью в решении следующих проблем: 1. Обеспечение устойчивого тепло- и электроснабжения населения и производства в зонах децентрализованного энергоснабжения.

2. Обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения населения и производства в зонах централизованного энергоснабжения, испытывающих дефицит энергии, предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений.

3. Снижение вредных выбросов от энергетических установок в городах и населенных пунктах со сложной экологической обстановкой, а также в местах массового отдыха населения.

Известно, что основной причиной возникновения ветра является неравномерное нагревание солнцем земной поверхности. Земная поверхность неоднородна: суша, океаны, горы, леса обусловливают различное нагревание поверхности под одной и той же широтой. Вращение Земли также вызывает отклонения воздушных течений. Все эти причины осложняют общую циркуляцию атмосферы. Возникает ряд отдельных циркуляций, в той или иной степени связанных друг с другом. В северном полушарии постоянные ветры приходят с северо-востока, в южном с юго-востока. Средняя скорость юго-восточных пассатов северного полушария у поверхности земли достигает 6-8 м/сек. Большинство областей европейской части России относятся к зоне средней интенсивности ветра. В этих районах среднегодовая скорость ветра составляет от 3,5 до 6 м/сек. Среднегодовые скорости воздушных потоков на стометровой высоте превышают 7 м/с.

Для преобразования ветрового потока в электрическую энергию используют ветродвигатели в соединении с электрогенератором - ветроэнергетические установки или ветрогенераторы. Принцип действия всех ветрогенераторов один: под напором ветра вращается ветроколесо с лопастями, передавая крутящий момент через систему передач валу ветрогенератора, вырабатывающего электроэнергию, водяному насосу или электрогенератору. Чем больше диаметр ветроколеса ветрогенератора, тем больший воздушный поток оно захватывает и тем больше энергии вырабатывает ветрогенератор.

На земле еще не мало мест, куда не дошла электроэнергия по столбам и подземным кабелям. В таких местах обычно стоят дизельные или бензиновые двигатели и вырабатывают электроэнергию. Эти установки превращают в дым тысячи тонн дизельного топлива или бензина, а вырабатываемая ими электроэнергия получается разы и десятки разы дороже электроэнергии вырабатываемой крупными электростанциями. Большинство таких мест имеют довольно высокий ветровой потенциал, и применение автономных ветрогенераторов совместно с тепловыми двигателями дало бы существенную, достигающую до 90%, экономию углеводородного топлива.

Главным преимуществом автономных ветрогенераторов является возможность вырабатывания электроэнергии вне зависимости от сети. В целом, ветрогенераторы работают подобно дизельэлектростанциям, только не сжигают топлива.

У ветрогенератора классического типа есть ряд особенностей: ветроколесо расположена за башней ветрогенератора относительно ветра. Ветроколесо ветрогенератора автоматически разворачивается относительно ветрового потока так, чтобы оптимальным путем использовать его энергию, а поворотом лопастей поддерживается постоянные обороты во всем рабочем диапазоне скоростей ветра. С помощью применения таких технических решений и инноваций в наших ветрогенераторах, нам удалось достигнуть практически предельных значений коэффициента использования ветровой энергии ветроэнергетическими установками.