Дипломная (вкр): Система автономного электроснабжения жилого дома

БК «Север» представляет собой сварной несущий контейнер из стального проката, обшитый снаружи оцинкованным гнутым профнастилом марки С15 (С20), изнутри облицованный стальным оцинкованным листом толщиной 0,9 мм с декоративным пластиковым покрытием марки ЭОЦ-П. Слой утеплителя - из полиуретана «Изолан-18» толщиной 80-120 мм нанесен на внутреннюю обшивку методом напыления, что обеспечивает герметичность помещения контейнера.

Пол аппаратной выполняется из ЦСП (24 мм) или ДСП (12-20 мм) с покрытием из полимерного материала, пол под ДЭС и в стыковочном модуле - из стального рифленого листа толщиной 4-6 мм.

БК выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, имеет одну или две двери и проемы для труб, кабелей, вентиляции и кондиционеров и разделен перегородками на несколько помещений.

По желанию заказчика БК может оснащаться автоматизированной системой жизнеобеспечения (отопление, вентиляция, кондиционирование), рабочим и аварийным электроосвещением, охранно-пожарной сигнализацией, автоматизированной системой пожаротушения.

Таблица 2.2 - Основная техническая характеристика

2.3 Электроснабжение жилого дома на базе микро ГЭС

Микрогидроэлектрические станции (микро ГЭС) номинальной мощностью до 50 кВт рекомендуется применять в качестве автономных источников электрической энергии для электроснабжения индивидуальных жилых домов, хуторов, фермерских хозяйств и небольших поселков, расположенных вблизи малых рек, ручьев, прудов и неэнергетических водохранилищ при отсутствии централизованного электроснабжения.

Микро ГЭС могут использоваться на всей территории России, но наиболее целесообразным является применение их в горной и предгорной местностях.

Действующие малые и микро ГЭС на территории Российской Федерации: Кировской обл., Республики Адыгея, Кабардино-Балкарской Республики, Республики Карелия, Республики Тува, Краснодарского края, Ленинградской обл., Карачаево-Черкесской Республики; а также в республиках Грузия, Беларусь, Армения, Латвия, Украина.

При использовании микро ГЭС на равнинной местности необходимым является сооружение плотины, обеспечивающей необходимый напор воды для работы турбины.

При использовании микро ГЭС в местности, имеющей уклон, равный или более 0,04, достаточной является прокладка деривационного трубопровода, обеспечивающего частичный отвод воды от основного русла реки в объеме, необходимом для работы турбины.

Рисунок 2.5 - Уклон потока воды микро ГЭС

Рекомендуется размещать микро ГЭС с номинальным напряжением 400 В переменного тока частотой 50 Гц на расстоянии не более 1 км до жилого дома. В противном случае необходимым является сооружение трансформаторной подстанции напряжением 6-10/0,4 кВ.

Оборудование установки микро ГЭС устанавливается в специальном закрытом помещении, обеспечивающем защиту оборудования от воздействия атмосферных осадков и солнечной радиации.

- блок системы регулирования; 2 - устройство балластной нагрузки;

- гидроэлектрический агрегат; 4 - запорная задвижка; 5 - подводящий трубопровод;

- водозаборное устроство. К - канализационная сеть; В - водопроводная сеть;- воздушная или кабельная линия напряжением до 1 кВ. (1) - жилой дом;

(2) - хозблок; (3) - здание микро ГЭС

Рисунок 2.6 - План расположения микро-ГЭС деривационного типа

Для систем электроснабжения, выполненных на базе микро ГЭС, резервный источник электрической энергии может не предусматриваться, если стабильная эксплуатация микро ГЭС обеспечивается в любое время года и не зависит от климатических факторов.

Дополнительными преимуществами микро ГЭС являются экологическая чистота и возможность работы в автоматическом режиме без обслуживающего персонала.

- генератор; QF - выключатель автоматический; А1 - блок системы регулирования; ЕК - балластная нагрузка

Рисунок 2.7 - Принципиальная схема микро-ГЭС

В состав микро ГЭС входят: гидроэлектрический агрегат (гидротурбина, угловой мультипликатор, противоразгонное устройство, генератор, система автоматического управления (САУ), устройство автоматического регулирования, водозаборное устройство с мусорозадерживающим устройством, устройство возбуждения, блок балластной нагрузки.

По напорному трубопроводу вода поступает в турбину и осуществляет ее вращение.

Турбина приводит в действие ротор генератора, установленный на валу турбины. Статорные обмотки генератора с помощью блока регулирования подключаются к сети электроснабжения потребителя. Блок регулирования предназначен для согласования режимов выработки электрической энергии путем подключения балластной нагрузки.

Балластная система представляет собой систему воздушных трубчатых электрических нагревателей (ТЭНов).

Защита генератора от токов короткого замыкания и перегрузки выполняется автоматическим выключателем с максимальными расцепителями, установленными в трех фазах.

2.4 Электроснабжение на базе ВЭУ

Рекомендуется применять ВЭУ для систем электроснабжения жилых домов в районах, имеющих среднегодовую скорость ветра не менее 5 м/с. Выбор площадки для установки ветроэлектрического агрегата следует производить в соответствии с РД 52.04.275-89 «Проведение изыскательских работ по оценке ветроэнергетических ресурсов для обоснования схем размещения и проектирования ветроэнергетических установок» и СНиП II-12-77 «Защита от шума». При этом следует учитывать, что расстояние от ветроэлектрического агрегата до жилого дома должно быть не менее 30 - 40 м.

Для обеспечения электроснабжением жилого дома в периоды установившегося безветрия в составе ВЭУ предусматривается резервный источник электрической станции - дизельный электрический агрегат.

На представленной блок-схеме ВЭУ автономный источник электрической энергии с помощью блока управления и регулирования и кабелей, поставляемых в комплекте с ветроэлектрическим агрегатом, подключается к распределительному щиту напряжением 0,4 кВ.

С помощью понижающего трансформатора и выпрямителя к распределительному щиту (0,4 кВ) подключается аккумуляторная батарея. Преобразование постоянного тока от аккумуляторной батареи в переменный ток напряжением 220/380 В выполняется с помощью инвертора.

Переключение на резервный источник электрической энергии - дизельный электроагрегат выполняется с помощью пакетного переключателя.

Избыток вырабатываемой электрической энергии (например, в ночное время) используется для приготовления горячей воды.

- ветроколесо; 2 - мультипликатор; 3 - генератор; 4 - блок регулирования (БВР-8); 5 - редуктор виндрозный; 6 - башня;7 - виндрозы; 8 - кожух; 9 - токосъемник; 10 - фундамент; 11 - расчалки; 12 - штормовая лопатка; 13 - рукоятка.

Рисунок 2.8 - Ветроагрегат ВТН8-8

Таблица 2.3 - Характеристика мощности в зависимости от скорости ветра

Таблица 2.4 -Техническая характеристика «Ветроагрегат» ВТН8-8

Ветроэлектрический агрегат типа ВТН8-8 является горизонтально-осевой машиной, у которой плоскость вращения ветроколеса располагается перед башней.

При действии ветра вращение ветроколеса передается на входной вал мультипликатора, связанного с ротором генератора. Генератор с помощью токосъемника, установленного внутри башни ветроагрегата, и кабелей подключается к блоку управления и регулирования типа БВР-8.

Башня ветроагрегата устанавливается на фундаменте и крепится с помощью растяжек.

При изменении направления ветра новая ориентация ветроколеса производится автоматически с помощью виндрозного редуктора, неподвижная часть которого (зубчатое колесо) жёстко связана с башней ветроагрегата, а подвижная часть (корпус редуктора) приводится в движение виндрозами. Вращение винд-роз прекратится при совпадении оси вращения ветроколеса и плоскости вращения виндроз с направлением ветра.

- ветроэлектрический агрегат; 2 - блок регулирования БВР;- воздушная или кабельная линия напряжением до 1 кВ.

(1) - одноквартирный жилой дом; (2) - здание энергетического блока

Рисунок 2.9 - План размещения Ветроагрегат ВТН8-8

Ветроэлектрический агрегат и блок управления (БВР) устанавливаются на приусадебном участке на расстоянии не менее 30 м от жилого дома.

Блок управления, изготавливаемый со степенью защиты 1Р56, устанавливается на стойках рядом с ветроэлектрическим агрегатом. Остальное оборудование ветроэнергетической установки (выпрямитель, инвертор, аккумуляторные батареи и др.) устанавливается в отдельном здании энергетического блока совместно с резервным источником электрической энергии - дизельным электрическим агрегатом.

Кабельная линия от блока БВР до энергетического блока может прокладываться в земле, в траншее на глубине 0,7 м от планировочной отметки земли или открыто в стальной или полиэтиленовой трубе на скобах вдоль забора.

От энергетического блока до жилого дома предусматривается прокладка двух воздушных линий, одна из которых подключается к вводно-распределительному устройству жилого дома, а другая - к водонагревателю.

Воздушные линии выполняются изолированными проводами. Расстояние от проводов до пешеходных дорожек должно быть не менее 3,5 м.

Сечение жилы и тип проводов следует выбирать в соответствии с рекомендациями, приведенными в «Руководящих материалах по электроснабжению индивидуальных жилых домов, коттеджей, дачных (садовых) домов и других частных сооружений».

Вводы в жилой дом и в энергетический блок выполняются через трубостойки. Пример выполнения вводов через трубостойки приведен в разделе ДЭС.

В здании энергетического блока аккумуляторные батареи размещаются на стеллажах в отдельном помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией. Емкость аккумуляторов выбирается из условия обеспечения электроснабжением жилого дома в течение трех часов.

2.5 Электроснабжение жилого дома на базе СФУ

Солнечные фотоэлектрические установки (СФУ) применяются для автономного освещения, электропитания бытовых приборов подъема воды в регионах, расположенных южнее 50° северной широты. Эти установки в России предпочтительно использовать в Астраханской, Волгоградской, Ростовской и Читинской областях, в Краснодарском и Приморском краях, а также на Северном Кавказе, в республиках Дагестан, Калмыкия, Бурятия и Тува.

Эффективность использования СФУ определяется интенсивностью солнечного излучения и климатическими условиями. Первое главным образом зависит от географической широты места, а второе характеризуется числом солнечных дней в году.

Солнце как источник энергии, имеет высокую стабильность. Однако закономерность движения Земли приводит к годовым, сезонным и суточным колебаниям в поступлении солнечной радиации. Кроме того, количество пасмурных дней в нашем северном полушарии увеличивается в осенне-зимний период. Это приводит к тому, что поступление солнечной радиации, а следовательно, и выработка электроэнергии на СФУ изменяется в широких пределах: от 6 кВт×ч/м2 в весенний или летний солнечный день до 0,1 кВт×ч/м2 в зимний пасмурный день.

Необходимо учитывать, что СФУ принципиально не могут работать в темное время суток, поэтому при выборе СФУ в качестве источника электроснабжения приходится принимать во внимание цикличность ее работы.

Целесообразно использовать СФУ в качестве резервного источника электрической энергии при наличии сетей централизованного электроснабжения и в качестве резервного источника для автономных систем электроснабжения, выполненных на базе дизельных электроагрегатов.

Рисунок 2.10 - Состав фотоэлектрической установки

- герметик; 2 - стекло; 3 - герметизирующая стенка; 4 - солнечные элементы; 5 - защитная пленка; 6 - корпус

Рисунок 2.11 - Устройство фотоэлектрического модуля

СФУ следует размещать на наиболее интенсивно и длительно освещаемом месте приусадебного участка.

Целесообразным является размещение СФУ на южном незатененном скате кровли жилого дома, что позволит сократить длины соединительных кабелей и проводов, уменьшить объем и затраты на монтажные работы и даст возможность использовать освободившуюся полезную площадь приусадебного участка для других целей.

Комплект СФУ включает: солнечную батарею, зарядное устройство, аккумуляторы и инвертор.

Солнечная батарея состоит из фотоэлектрических модулей, каждый из которых выполнен в виде панели, заключенной в алюминиевый корпус. Панель представляет собой фотоэлектрический генератор, состоящий из стеклянной плиты, с тыльной стороны которой между двумя слоями герметизирующей пленки размещены солнечные элементы, электрически соединенные между собой металлическими шинами. Нижний слой герметизирующей пленки защищен от внешних воздействий слоем защитной пленки. Торцы панели заключены в алюминиевую окантовку и защищены герметиком.