Применение возобновляемых источников энергии Центральном регионе

электропривода: от короткого

замыкания, от перегрузки по току, недопустимых перенапряжений на силовых элементах и от превышения напряжения в звене постоянного тока, от обрыва фазы, от превышения допустимой температуры силового блока преобразователя.

Микроконтроллер формирует трехфазные центрированные ШИМ-сигналы управления инвертором преобразователя час-

тоты, с программным регулированием "мертвого времени". Драйверы силовых транзисторных ключей и датчики тока и напряжения имеют гальваническую развязку с системой управления.

В процессе управления измеряются напряжение и ток шины постоянного тока. Их значения используются для защиты электропривода от перенапряжения и превышения тока. Защита по току осуществляется программно,

тогда как сигнал перегрузки по току использует специальный аварийный вход блокировки выходов ШИМ микроконтроллера. Объем электроблока комбайна с ПЧ составляет 0,18 м3, что в пять раз меньше объема тиристорного ПЧ.

Разработанный электропривод механизма подачи позволит существенно повысить надежность и производительность очистного комбайна в целом.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Бабокин Геннадий Иванович - профессор, доктор технических наук НИ РХТУ, зав. кафедрой “Электротехника”; проректор по научной работе.

Колесников Евгений Борисович -доцент кафедры “Электротехника”, кандидат технических наук.

© Г.И. Бабокин, А.И. Лазарев, 2003

УЛ К 621.31

Г.И. Бабокин, А.И. Лазарев

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ЦЕНТРАЛЬНОМ РЕГИОНЕ

асВоящее время по ряду при-чрн^^сновными из которых являются ограниченность природных запасов топлива, загрязнение окружающей среды, отрицательные экологические последствия традиционной энергетики, перерывы в электроснабжении потребителей от внешней сети, рост тарифов на энергоносители, возрастает интерес к возобновляемым источникам электроэнергии. Поэтому в данной работе, на примере обследования природных ресурсов Тульской области, рассматриваются технические возможности применения возобновляемых источников энергии в центральном регионе Российской Федерации. Приводятся результаты обследования

плотин малых рек Тульской области, на основе которого дана оценка энергетического потенциала малых рек для административных образований: возможная выработка электрической энергии за год; тип применяемого источника энергии; конкретные места установки микрогидроэлектростанций (микроГЭС). По данным метеонаблюдений составлен ветроэнергетический кадастр Тульской области и определена область применения ветроэнергетических установок (ВЭУ), дана оценка ветроэнергетического потенциала Тульской области.

В большинстве случаев установленная электрическая мощность удаленных потребителей в

сельских районах не превышает 50 кВт. Такую электрическую мощность можно получить, используя энергопотенциал малых рек, существующих плотин и ветропотенциал с помощью микроГЭС мощностью до 100 кВт и ВЭУ.

Преимущества применения возобновляемых источников электрической энергии заключаются в следующем: экологическая безопасность - при монтаже и эксплуатации микроГЭС и ВЭУ не наносится вред окружающей среде, обеспечивается сохранение рыбохозяйственной значимости водоемов и источников водоснабжения; отсутствие затрат на энергоресурсы - газ, мазут, уголь и т.д.; соответствие вырабатываемого электрического тока требованиям к частоте и напряжению потребителей; возможность эксплуатации установок без привлечения людей за счет полной автоматизации.

Для того чтобы использовать возобновляемые источники электроэнергии необходимо, прежде всего, исследовать энергетический потенциал малых рек, суще-

ствующих плотин и ветропотен-циал отдаленных населенных пунктов. На основе этого исследования будут определены потенциальные потребители возобновляемой электрической энергии, необходимая установленная мощность микроГЭС и ВЭУ, а также источники электрической энергии: потенциал малых рек, плотины, технологического водотока, ветропотенциал.

Для оценки потенциала малых рек необходимо получить данные о речках и водохранилищах, показатели стока воды, скорости течения, значения перепадов уровней воды, данные о гидротехнических сооружениях на них. В работе объекты (реки, плотины) первоначально определялись по физической карте, а затем обследовались непосредственно на местности, с измерением указанных физических параметров.

Мощность гидроэлектростанций прямопропорциональна напору и расходу воды. Напор воды определяется величиной перепада уровней воды до и после гидросооружений [1]. Применение микроГЭС возможно при наличии напора от 1,5 м и выше и расхода воды от 0,05 м3/с и более. Малые гидроэлектростанции имеют мощность от 100 кВт до 10 МВт. Для их использования необходим напор от 3,5 м до 450 м и расход воды от 0,13 до 8 м3/с.

Для определения возможности установки микроГЭС определялись следующие параметры: возможный напор - определялся как перепад уровней воды до плотины и за ней (использовался нивелир и измерительная линейка); расход воды - определялся путем измерения сечения водотока и его скорости в местах с равномерным движением воды. Измерения были проведены осенью в сентябре- ноябре, когда после сухого лета расход воды имел наименьшие значения. Обследование территории Тульской области проводилось последовательно по отдельным районам в соответствии с административно-территориальным делением области на 23 района.

В результате исследования энергетического потенциала малых рек, плотин, водотоков пред-

приятий населенных пунктов Тульской области установлено следующее: выявлено 28 действующих плотины на малых реках, на которых могут быть установлены микроГЭС, суммарный технический энергетический потенциал которых составит мощность. 881 кВт. При этом за год может быть получена электрическая энергия 7722 тыс. кВт*час; природный энергетический потенциал малых рек Тульской области составит 377 кВт, при этом может быть получена электрическая энергия 3303 тыс. кВт-час; общий энергетический потенциал гидроресурсов Тульской области при возможной реализации составляет мощность 1258 кВт, при этом может быть получена электрическая энергия 11025 тыс. кВт-час за год, что соответствует экономии 3530 т условного топлива при производстве электроэнергии.

Для оценки ветрового энергетического потенциала территории Тульской области рассчитывались основные характеристики ветра для шести точек в Тульской области, где расположены метеостанции Тульского метеоцентра - это города Тула, Плавск, Узловая, Суворов, Ефремов, Волово. При расчете характеристик использовались данные наблюдений указанных станций за последние 5 лет (2000-1996 гг.). Исходными при обработке были данные по средним параметрам ветра (за три часа), снимаемые на метеостанции 8 раз в сутки в течение всех дней года. Измерение скорости ветра осуществлялось на высоте 10-20 м с помощью анемометров, что соответствует высоте расположения ротора ВЭУ.

При обработке годовых диаграмм скорости ветра определялись: распределение скоростей за 5 лет; математическое ожидание или средняя годовая скорость ветра; продолжительность работы с различными скоростями ветра. Эти параметры позволяют судить о возможностях применения конкретных серийно выпускаемых ВЭУ. Было установлено, что среднегодовая скорость ветра изменяется для Тульской области от 4,89 до 5,25

м/с. При этом продолжительность действия ветра со средней скоростью ветра большей 4 м/с равна 69,6-75 % от продолжительности года, большей 6 м/с составляет 33,1-37,4 % от продолжительности года. Продолжительность действия ветра со средней скоростью более 8 м/с мала, и составляет 7,8-11,7 % от продолжительности года. Время полного штиля, когда средняя скорость ветра равна нулю по данным измерений, составляет 5-6 % от полной продолжительности года.

Сопоставление данных ветроэнергетических параметров для Тульской области с техническими характеристиками выпускаемых отечественных и зарубежных ВЭУ [2, 3, 4] позволяет сделать следующие выводы: при

среднегодовой скорости ветра более 5 м/с возможно эффективное применение только малых ВЭУ, работающих автономно (не подключенных к энергосистеме) и вырабатывающих электрическую энергию для электроснабжения малых деревень, хуторов и водоподъемных установок; максимальная единичная мощность ВЭУ может составлять величину 5-10 кВт; для получения большей мощности необходимо объединять несколько единичных ВЭУ в ветростанции; ВЭУ должна иметь структуру с резервным источником, в качестве которого может быть применен аккумулятор или дизель-генератор, если осуществляется электроснабжение жилых домов.

Потенциальная выработка электрической энергии ВЭУ в Тульской области в год для электроснабжения около 80 отдаленных деревень, хуторов составит 20 тыс. кВт-час х 80 = 1600 тыс. кВт-час. Потенциальная выработка электрической энергии ВЭУ для водоснабжения деревень, ферм с/х предприятий Тульской области составит 15 тыс. кВт-час х 3 (деревни или фермы) х 10 (с/х предприятий в районе) х 15 (отдаленных районов) = 6 750 тыс. кВт-час. Возможная суммарная выработка электрической энергии ВЭУ в Тульской области за год составит 8350 тыс. кВт-час, что соответствует эко-

номии 2672 т у. т. при производстве электроэнергии.

Таким образом, микроГЭС и ВЭУ могут стать надежными, экологически чистыми, компактными, быстроокупаемыми источ-

никами электроэнергии для деревень, хуторов, дачных поселков, фермерских хозяйств, а также мельниц, хлебопекарен, водонапорных станций, небольших производств, особенно в от-

даленных, труднодоступных районах, где эксплуатация линий электропередач связана с большими затратами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бляшко Я.И. Опыт МНТО ИНСЭТ по созданию и эксплуатации оборудования для микро- и малых ГЭС. /Теплоэнергетика, 1999, №2. - С.26-29.

2.Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. - М.: Микхис, 1999. - 228 с.

3.Шпильрак Э.Э. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. - М.: Энергия: экономика, техника экология, 1997, № 5. - С. 7 - 14.

4.Безруких П.П, Безруких П.П. (мл.) Что может дать энергия ветра. - М.: Энергия: экономика, техника экология, 2000, № 2. - С. 13 - 24.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Бабокин Геннадий Иванович -профессор, доктор технических наук, НИ РХТУ, кафедра «Электротехника», проректор по научной арботе.

Лазарев Андрей Иванович- доцент, кандидат технических наук, НИ РХТУ, кафедра «Электротехника».

© В.Г. Куниикий, В.И. Шуикий,

Г.И. Бабокин, С.Б. Малков, 2003

УАК 621.316.726

B.Г. Куниикий, В.И. Шуикий, Г.И. Бабокин,

C.Б. Малков

ИССЛЕЛОВАНИЕ РЕЖИМА РАБОТЫ УСТРОЙСТВА ЗАШИТНОГО ОТКЛЮЧЕНИЯ В УЧАСТКОВОЙ СЕТИ С ШИМ-ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ

а;йшая интенсификация гор-эа бот на основе повышения ости, надежности и производительности горного оборудования осуществима путем применения регулирования частоты вращения исполнительных органов горных машин и установок. При этом наиболее рационально использование частотно-

регулируемого электропривода (ЧРЭП), включающего преобразователь частоты (ПЧ) того или иного типа и простой, дешевый и надежный в эксплуатации асинхронный двигатель (АД) с короткозамкнутым ротором. [1]. Однако шахтные сети, питаемые

ПЧ, обладают рядом специфических особенностей. В результате экспериментальных исследова -ний установлено, что эти особенности с одной стороны существенно увеличивают опасность поражения электрическим током обслуживающего персонала [2], а с другой - приводят к отказам в таких сетях серийно выпускаемых промышленных устройств защитного отключения (УЗО), предназначенных для шахтных электрических сетей переменного тока промышленной частоты [3]. В связи с этим в данной работе были установлены характер и степень влияния

транзисторного ПЧ с широтноимпульсной модуляцией (ШИМ) выходного напряжения на работоспособность УЗО, разработанных ранее специально для шахтных участковых электрических сетей, питаемых ПЧ, и использующих в качестве оперативного переменный синусоидальный ток изменяющейся частоты [4].

Исследование условий работы УЗО в сети с ШИМ-ПЧ, работающей в режиме изолированной нейтрали питающего трансформатора проводилась на экспериментальном стенде, предоставляющем имитацию варианта шахтной участковой сети, в которой длины ее участка от питающего трансформатора до ПЧ и звена постоянного тока ПЧ и двигательной нагрузкой. Стенд включает: разделительный 3-х-фазный трансформатор 380/380 В, работающий в режиме изолированной нейтрали вторичной обмотки; транзисторный ШИМ-ПЧ типа “Триол АТО4/5,5”; АД с короткозамкнутым ротором

мощностью 5,5 кВт; генератор