книги / Методические указания к лабораторным работам по ветроэнергетике

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра электротехники и электромеханики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторным работам по ветроэнергетике

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2020

1

УДК 621.34.245(072.8) М 545

Рецензент кандидат технических наук, доцент Е.А. Чабанов

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

М 545 Методические указания к лабораторным работам по ветроэнергетике / сост. В.В. Тиунов. –Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2020. – 44 с.

Даны информация по описанию стенда для проведения лабораторных работ по исследованию ветроэнергетической системы, порядок выполнения работ, требования к оформлению и защите отчетной документации для студентов бакалавриата на технической кафедре.

В методических указаниях приведены конкретные практические рекомендациипосодержаниюиоформлениюотчетовклабораторнымработам в соответствии с требованиями действующих стандартов по оформлению текстовых и графических документов, учитывающие особенности и примеры оформления отчетов на кафедре «Электротехника и электромеханика» (ЭТиЭМ) ПНИПУ. Даны рекомендации студентам для самоконтроля по усвоению материала и примеры контрольных вопросов для защиты отчетов на кафедре.

Методические указания предназначены для использования в учебном процессе бакалавриата очной и заочной форм обучения по направлению 13.03.02 – «Электроэнергетика и электротехника» всех профилей подготовки, где изучается дисциплина «Общая энергетика», а также могут быть полезными для студентов других направлений подготовки, заинтересованных в изучении ветроэнергетики.

Стендповетроэнергетикеможетбытьтакжерекомендовандляпрохождения курсов повышения квалификации специалистами в области использования возобновляемых источников электрической энергии.

УДК 621.34.245(072.8)

© ПНИПУ, 2020

2

3

ВВЕДЕНИЕ ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ

Общие положения

1.В связи с наличием только одного лабораторного стенда по ветроэнергетике лабораторные работы выполняются фронтальным методом по подгруппам, т.е. группа по указанию преподавателя делится на подгруппыибригады(взависимостиотчисластудентовгруппы),ивсе студентыподгруппыодновременновыполняютоднуитужеработу.

2.К началу занятия все студенты подгруппы должны находиться на рабочем месте. Опоздавшие к выполнению работы не допускаются.

3.Квыполнениюлабораторныхработдопускаютсятолькостуденты, прошедшие инструктаж по технике безопасности.

4.Студенты должны быть подготовлены к выполнению очередной лабораторной работы: необходимо изучить соответствующие разделы данного методического руководства и учебника.

5.Каждая бригада должна иметь свою рабочую тетрадь, в которую заносятся: технические данные исследуемой ветроустановки;таблицыс опытнымиданными; заметкипоходувыполнения работы; результаты построения экспериментальных графиков для верификации их характера по мере снятия опытных показаний, так как воздушная среда является упругой субстанцией и опытные величины могут различаться в ходе эксперимента.

6.Студентам запрещается без разрешения преподавателя производить какие-либо несанкционированные переключения органов управления стендом, кабельных соединений стенда, переключения

вмашинах,аппаратахиприборах,входящихссоставстендаилииспользуемых дополнительно.

7.Во время работы не допускается выход студентов из лабораториибезразрешенияпреподавателя илизанятие влабораториипосторонними делами.

8.Студенты, нарушившие правила техники безопасности, от выполнения лабораторных работ отстраняются.

4

Правила техники безопасности

Следует помнить, что напряжение, с которым приходится иметьделовлабораторииэлектрическихмашиниветроэнергетики, опасно для жизни. Поэтому во избежание несчастных случаев, пожаров и аварий необходимо соблюдать большую осторожность и строго соблюдать следующие правила техники безопасности:

1. Запрещается без разрешения преподавателя или ответственного лаборанта включать под напряжение: установки; электрическиемашины;схемыпослеихсборкиилирегулировкисогласнометодическому руководству начального положения органов управления, а также включать под напряжение без разрешения и проверки преподавателем или лаборантом все указанные объекты после ка- ких-либо переключений в них согласно плану экспериментов.

2. Не разрешается касаться руками неизолированных частей схемы, когда цепь находится под напряжением.

3.Переключения и изменения в схеме следует производить только при снятом напряжении.

4.Приповреждениимашины,проводов,прибораилиаппарата,

атакже при появлении отклонений от нормального режима работы схему следует немедленно отключить от источника напряжения и сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

5.Большую осторожность надо соблюдать с цепями, содержащимикатушкусбольшимчисломвитков.Вчастности,запрещается размыкать вторичные обмотки трансформатора тока, когда по первичнымобмоткампротекаетток,ицепивозбуждениямашин постоянного тока, находящиеся в рабочем состоянии.

6.Нельзя оставлять без присмотра установки, включенные под напряжение.

7.Необходимо соблюдать осторожность по отношению к вращающимся частям машины. Помните, что даже гладкий вращающийся вал способен «схватывать».

8.Запрещается снимать ограждения соединительных муфт и валовэлектрическихмашин.Особуюосторожностьследуетсоблюдать

5

при работе с вращающимися вентиляционными установками, лопасти которых могут представлять особую травмоопасность.

9.С вращающимися машинами и вентиляционными установками запрещается работать в распахивающейся одежде, в расстегнутой куртке, в платье с широкими рукавами и т.п.

10.Неследуетзагромождатьрабочееместонастенделишними вещами.

Сборка схемы

1.Перед сборкой схемы необходимо ознакомится с машинами

изаписатьихтехническиеданныеврабочуютетрадь.Затемследует выбрать нужные для данной работы приборы и аппараты из числа имеющихся на стенде.

2.Переносныеизмерительныеприборы,регулирующиеивспомогательные аппараты должны быть расположены таким образом, чтобы схема была простой, наглядной и удобной для сборки, а снятие показаний приборов и регулировка исследуемых величин не требовали лишних или затруднительных движений.

3.Сборкусхемыследуетпроизводитьвследующемпорядке:сначаласобираютсяглавные(токовые)цепи,начинаясодногозажимаисточникапитанияизаканчиваядругим.Затемприсоединяютсявспомогательные параллельные цепи. При сборке схемы не следует перепутыватьпровода иперекрыватьпроводамишкалыприборов.

4.При обнаружении в процессе сборки схемы неисправностей в машинах, приборах, аппаратах или проводах необходимо сообщить об этом преподавателю или лаборанту.

5.По окончании сборки, схема или положение органов управленияустановкойпроверяетсясначалачленамибригадынасоответствие их методическому руководству, а затем, продумав ход работы, предъявляется преподавателю или лаборанту для получения разрешения на включение.

БЕЗ РАЗРЕШЕНИЯ ВКЛЮЧЕНИЕ СХЕМЫ ИЛИ УСТАНОВКИ ПОД НАПРЯЖЕНИЕ ЗАПРЕЩАЕТСЯ.

6

Выполнение эксперимента

1.Перед снятием какой-либо характеристики необходимо предварительно (без записи показаний приборов) быстро провести опыт, чтобы определить границы характеристики и интервалы между отдельными замерами.

2.Показания приборов во время эксперимента записываются чернилами в рабочую тетрадь. На основании этих данных строятся соответствующие графики. Полученные данные анализируются и сопоставляются с данными теории.

3.Если работа состоит из нескольких разделов, требующих изменений в схеме, то прежде чем изменять схему, надо показать данные по предыдущему разделу преподавателю и получить от него разрешение на переделку схемы.

4.После завершения работы рабочая тетрадь со всеми материалами по данной работе предъявляется преподавателю для окончательного просмотра и подписи.

5.Схемаразбираетсятолькосразрешенияпреподавателяпосле просмотра и подписи рабочих тетрадей бригады.

6.После разборки схемы все оборудование и провода убираются и на стенде наводится порядок.

Оформление отчета

1.Отчет по работе составляется по полученным при эксперименте данным.

2.Отчет о выполненной работе должен быть оформлен в соответствии с ГОСТ 7.32-2017 «Отчет о научно-исследовательской работе.Структураиправилаоформления»ииметьследующуюструктуру: титульный лист по форме приложения А, введение, основная часть, заключение, список использованных источников. Введение

иосновная часть отчета должны содержать (содержание для соответствующих работ формируется по указанию преподавателя):

а) краткое описание состава и устройства экспериментальной ветроустановки. Цель соответствующей лабораторной работы и сжатое описание методики ее проведения;

7

б) номинальные (паспортные) данные ветроустановки и другоголабораторногооборудования:дополнительныхизмерительных приборов, установок, электрических машин и т.п. (если используются). Перечень оборудования и его содержание составляются по указанию преподавателя;

в) схемы, по которым производится опыт; г) таблицы с опытными данными; д) таблицы с расчетными данными; е) графики основных характеристик;

ж) выводы по работе (как результаты эксперимента согласуются с теорией) с краткими ответами на контрольные вопросы, поясняющими суть методики и содержания проведенных в работе исследований.

3.Отчеты выполняются на стандартных листах бумаги формата А4 с помощью ЭВМ в соответствии с приложением А.2.

4.Графическаячастьотчетовможетвыполняетсянамиллиметровойиликлетчатойбумагекарандашомилишариковойручкойяркого черного цвета с помощью линейки, циркуля и лекала. Выпол-

нениесхемиграфиковотрукинедопускается. Чертежииграфики наклеиваются на листы отчетов в соответствии с текстом, а затем эти листы качественно сканируются для вставки в электронные файлы отчетных документов студента. Рекомендуется сразу выполнять все текстовые документы, графики и схемы на компьютере для последующей вставки файлов в отчетные документы.

5.При построении графиков необходимо соблюдать следующие правила:

а) экспериментальные графики должны иметь координатную сетку, а масштабные шкалы на координатных осях должны быть равномерными;

б) если несколько величин зависят от одного и того же аргумента, то они изображаются на одном графике. При этом слева от оси ординат строят дополнительные масштабные шкалы;

8

в) результатыизмеренийирасчетовнаносятсянаграфикиввиде точек, кружков, звездочек или других значков согласно ЕСКД. Чис-

ленные значения координат этих точек на шкалы не наносятся;

г) все точки, соответствующие экспериментальным данным, должны быть четко отмечены на графике, а кривая проводится плавно между этими точками по возможности близко к каждой из них. Все таблицы и рисунки должны быть оформлены, пронумерованы и иметь необходимые подписи в соответствии с ГОСТ 7.322017 «Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и правила оформления». На все таблицы и рисунки должны быть сделаны ссылки в тексте отчета.

6.Полностью оформленный отчет представляется преподавателю для проверки и защиты.

7.Отчеты, признанные преподавателем неудовлетворительными, возвращаются для переделки и исправления.

8.Правильно оформленные отчеты подлежат защите, в процессе которой студент должен дать исчерпывающие пояснения по отчету и ответить на все контрольные вопросы к данной работе.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЗВИТИИ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ И В РОССИИ

Ветроэнергетика – отрасль энергетики, специализирующаяся на преобразовании кинетической энергии воздушных масс в атмосфере в электрическую, механическую, тепловую или в любую другую форму энергии, удобную для использования в народном хозяйстве. Такое преобразование может осуществляться такими агрегатами, как ветрогенератор (для получения электрической энергии), ветряная мельница (для преобразования в механическую энергию), парус (для использования на транспорте), и другими [1].

Энергию ветра относят к возобновляемым видам энергии, так как она является следствием неисчерпаемой активности солнца. Ветроэнергетика является бурно развивающейся отраслью. Так,

9

уже в конце 2010 г. общая установленная мощность всех ветрогенераторов составила 196,6 ГВт. В том же году количество электрическойэнергии,произведённойвсемиветрогенераторамимира,составило 430 тераватт-часов (2,5 % всей произведённой человечеством электрической энергии). В настоящее время, по данным Глобального ветроэнергетического совета (GWEC), суммарная установленная мощность ветровых электростанций на конец первого полугодия 2019 г. преодолела порог 600 ГВт, из которых на суше (оншорная, наземная ветроэнергетика) построено станций общей мощностью более 570 ГВт и около 30 ГВт – на морском шельфе (офшорная, морская ветроэнергетика) [2]. Ветроэнергетика в структуре производства электроэнергии в мире занимает четвертое место, постепенно догоняя атомные электростанции, при этом по общей установленной мощности ветроэлектростанции (ВЭС) уже перегнали атомные станции [2].

Ветроэнергетика становится одним из ключевых драйверов, так называемого, «4-го энергоперехода»: «1-й энергопереход» на уголь (ориентировочно 1890–1900 гг.); «2-й энергопереход» – на нефть

(1960–1970 гг.); «3-й энергопереход» – на газ (1900–2000 гг.); «4-й

энергопереход» – на возобновляемые источники энергии (фактически с 2010 г. по настоящее время и будущее время – прогноз) [2].

Краткая история развития ветроэнергетики. Первые про-

стейшие ветродвигатели применяли в глубокой древности в Египте и в Китае. В Египте (около Александрии) сохранились остатки каменных ветряных мельниц барабанного типа, построенных ещё во II–I вв. до н. э. В VII в. н. э. персы строили ветряные мельницы уже более совершенной конструкции – крыльчатые. Начиная с XIII в., ветродвигателиполучилиширокоераспространениевЗападнойЕвропе, особенно в Голландии, Дании и Англии, для подъёма воды, размола зерна и для приведения в движение различных станков.

В XVI в. в городах Европы начинают строить водонасосные станции с использованием гидродвигателя и ветряной мельницы (города Толедо – 1526 г., Лондон – 1582 г., Париж – 1608 г.) и др.

10