Методика энергетических и прочностных расчетов ветроэлектрической установки

• Автор: Панфилов, Александр Алексеевич
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 165 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДИК ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХУСТАНОВОК.

1.1. Анализ конструктивных решений ветроэлектрических установок.

1.2. Районирование природноклиматических и социальноэкономических зон при возведении ветроэлектрических установок

1.3. Формирование природнотехнических систем с энергетическими установками.

1.4. Современное состояние методик обоснования параметров ветроэлектрических

установок

1.5. Выводы и задачи исследований

2. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЭУ С УЧЕТОМ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ.

2.1. Природные особенности и характеристики ветрового потока как

энергетического ресурса.
2.2. Моделирование ветрового потока с учетом природноклиматических
факторов.
2.2.1. Шероховатость поверхности
2.2.2. Орография
2.2.3. Затенение
2.3. Модель преобразования энергии ветра встроколесом
2.3.1. Взаимовлияние ВЭУ в составе ВЭС
2.4. Взаимодействие ветроэлектрических установок с окружающей средой.
3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЭУ
3.1. Классификация нагрузок действующих на ВЭУ
3.2. Расчетные случаи и сочетания нагрузок
3.3. Нагрузки для расчета на статическу ю прочность и устойчивость
3.4. Составляющие ветровой нагрузки.
3.4.1. Равнодействующая лобового давления ветра на ВК.
3.4.2. Момент на валу ветроколеса.
3.5. Инерционные нагрузки, связанные с вращением ВК.
3.5.1. Гироскопический момент, действующий со стороны ВК на гондолу
3.5.2. Центробежная сила, вызванная дисбалансом масс ветроколеса
3.6. Расчет строительных конструкций ВЭУ
3.6.1. Методика совместного расчета фундамента ВЭУ и основания.
3.7. Расчет конструкций для особых расчетных случаев
3.8. Классификация и основные особенности фундаментов ВЭУ мелкого
заложения.
3.9. Расчет свайных фундаментов ВЭУ
4. ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И КОНСТРУКТИВНОКОМПОНОВОЧНЫХ ПАРАМЕТРОВ ВЭУ
4.1. Энсргоэкономические и прородноклиматические предпосылки сооружения
ВЭС в Чукотском АО
4.2. Анализ ветроэнергетических ресурсов района возведения ВЭС.
4.2.1. Выбор площадок для возведения ВЭУ
4.3. Расчет параметров свайного фундамента ВЭУ
4.3.1. Расчеты свайного фундамента ВЭУ0.
4.3.2. Учет поворота нагрузок по отношению к неподвижному фундаменту
4.3.3. Результаты расчетов свайного фундамента для ВЭУ0 и их анализ
4.3.4. Результаты расчеты свайного фундамента ВЭУ0 и их анализ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Рассмотрены и решены вопросы размещения ВЭУ на местности, определена ожидаемая выработка ВЭУ с учетом местных природно-климатических условий и выбран тип и основные параметры фундамента ВЭУ. В заключении диссертационной работы приведены основные результаты и выводы. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю, заведующему кафедрой ВИЭГ профессору, д. В.В. Елистрагову за всестороннюю поддержку и помощь в проведении диссертационных исследований. Автор также выражает благодарность: акад. РАН, д. Ю.С. Васильеву, профессору, к. И.А. Константинову, профессору, д. В.И. Масликову, д. М.Ю. Л.И. Кононовой, д. Г.И. Сидоренко, к. И.А. Кубышкину за ценные замечания в процессе выполнения методической части работы. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ МЕТОДИК ОБОСНОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРОЭЛЕКТРИЧЕСКИХУСТАНОВОК. Анализ конструктивных решений ветроэлектрических установок. Энергия ветрового потока используется человечеством с самых древних времен, и ее исторический вклад невозможно недооценить. Так, на заре цивилизации парусное судно, являющееся частным случаем ВЭУ, позволило значительно увеличить радиус действия навигации. Прототип ВЭУ с горизонтальной осью вращения ВК в Персии в 0 году использовалась для подъёма воды и размола зерна. В Х-Х1 веках ВЭУ широко использовались на Ближнем Востоке, а в XI веке появились и в Европе. Примерно четверть механической энергии к год}' в США получалось от ВЭУ [И1]. Начиная с XIX столетия и, примерно до года в мире работали около 6. ВЭУ различной мощности [И1,У1]. Сложнее становилась хозяйственная деятельность человека - сложнее становились способы преобразования энергии ветрового потока [И1,У1]. При всем разнообразии все ВЭУ имеют принципиально общие конструктивные элементы, благодаря которым в ветровом потоке возникают несимметричные силы, позволяющие вращаться, поступательно перемещаться или вибрировать рабочие органы ВЭУ. Согласно классификации, рассмотренной автором (Рис. ВЭУ, использующие силу сопротивления ветровому потоку. Рис. Wl]. Еще одним, фактором при выборе типа ВЭУ в пользу установок использующих подъемную силу является большая быстроходность [Т1,Д1]. Лопасти ВЭУ, использующих силу сопротивления, не могут перемещаться с окружной скоростью, превышающей скорость ветра, что делает область их применения ограниченной, например измерительными приборами. Кроме традиционных ВЭУ с вертикальной и горизонтальной ориентацией оси вращения ВК, известны также поступательно-движущиеся ВЭУ ['У1], к которым, например, можно отнести парусное судно. Разработаны также устройства для преобразования энергии ветра в электроэнергию без использования движущихся частей. К ним относится, например, устройство, в котором для выработки электрической энергии на основе термоэлектрического эффекта Томсона используется процесс охлаждения в ветровом потоке. В настоящее время зарубежными фирмами [В1,В2,\Ч,У1] налажено серийное производство широкого спектра ВЭУ, различающихся по техническому исполнению (Таблица 1. Т1]. Таблица 1. Доля выпускаемых ВЭУ но типу исполнения. ВЭУ с вертикальной осью вращения, согласно данным (Таблица 1. Наряду с преимуществами такие установки обладают и существенными недостатками. Вследствие своей конструкции при любом направлении ветра лопасти находятся в рабочем положении. Для них нет необходимости в устройствах ориентации на ветровой поток, упрощается их конструкция, и снижаются гироскопические нагрузки. Максимально возможный (теоретический) коэффициент использования мощности данных ВЭУ составляет 0. ВЭУ с горизонтальной осью вращения ВК (0. И1,^Ч]. В силу' данных причин в -% случаев применяются ВЭУ с горизонтальной осыо вращения. В настоящее время существуют различные по классу мощности ВЭУ с горизонтальной осью вращения (Таблица 1. Ш1,У1]. Следует отметить, что наблюдается тенденция увеличения диаметра ветроколеса, а, следовательно, единичной мощности ВЭУ. Динамика роста единичной мощности во временном разрезе представлена на Рис. Таблица 1. Доля выпущенных ВЭУ для различных классов мощности. Мощность. Вт Диаметр В К. Рис.