Жел-энергетикалық станциясы

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 38 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Қажетті және жеткілікті энергиямен қамтамасыздандырудың негізінде кез
келген өндіріс орнының жұмыс істеуі жатыр. Қазіргі кезде біз өмірімізді
техникалық жетістіктерсіз елестете алмаймыз, бірақ осы жетістіктердің
барлығы энергия көздерінің жаңа түрлерін меңгеру арқылы мүмкін болғандығы
жайлы ойланбаймыз. Өз қажеттіліктерімізді қанағаттандыру үшін энергияны көп
өндіргенде табиғи орта көп зиян шегетінін ескермейміз. Жылу электр
станцияларының қалдықтары негізінен көмірқышқыл газынан тұрады. Көмірқышқыл
газы булану эффектісіне және климаттың жылынуына әкеледі. Басқа
қалдықтардың құрамына ауада сумен қосылғанда қышқыл жаңбырдың пайда болуына
әсер ететін азот кіреді. Жердің қышқылдығының жоғарылауының әсерінен жердің
құнарлығы және балық қоры төмендейді. Токсинді ауыр металлдар қышқыл суда
жылдам ериді және ішетін суға, тағамдарға түсуі мүмкін. Атомдық электр
станцияларды қолдану экологиялық тазалық мәселелерін шешпейді. Атом электр
станциясының жұмыс істеуі барысында бір күнде бүкіл әлемде 26 тонна
радиоактивті қалдықтар шығарылады.
Мәселе тек экологияға зиянды қалдықтардың бөлінуінде ғана емес. Басты
мәселе энергетикалық ресурстардың қорлары, яғни мұнайдың, көмірдің және
газдың қорлары жылдан жылға төмендеп барады. Мұндай
қорлардыжаңартылмайтындардың қатарына жатқызады. Вашингтондағы Әлемдік
табиғи қорлар институтының эксперттік комиссиясының мәліметтеріне сай
мұнайдың қоры 2007 жылдан бастап күрт төмендеп келеді. Кейбір шет елдік
мамандардың мәліметтері бойынша әлемдік мұнайдың қоры 1800-2300
млрд.баррелді құрайды. Дәстүрлі емес энергия көздеріне төмендегілер жатады:

- күн энергиясы;
- жел энергиясы;
- геотермалды энергия;
- биомассаның энергиясы;
- су энергетикасы.
Қазақстанда осы аталған дәстүрлі емес энергия көздерінің қоры өте көп.
Дегенмен су энергетикасынан басқа энергия қорлары қазіргі таңға дейін өз
қолданысын тапқан жоқ. Қазақстандағы жанармайдың негізгі тұтынушысы болып
жылу және электр энергетикасы саналады. Осы секторлар жылына шамамен 30
млн. тонна жанармайды тұтынады. Электр станцияларда пайдаланылатын көмірдің
үлесі 75%-ды, ал газдың үлесі 23%-ды және мазуттың үлесі 2%-ды құрайды.
Қазіргі таңда Қазақстанда электр энергиясының жетіспеушілігі
байқалады. Электр станциялардың жалпы орнатылған қуаты 18,7 мың МВт
құрайды. Энергияны өндіру саласында жылу электр станцияларының үлесі 87%-ды
құрайды, ал су электр станцияларының үлесі 12%-ды және басқа электр
энергиясының көздері 1%-ды құрайды.
1 Құрастырма электр жабдықтыру жүйесіне аналитикалық шолу

1.1 Жел-энергетикалық станциясы

Жел энергетикасы — атмосферадағы ауа массаларының кинетикалық
энергиясын электр энергияға, механикалық энергияға, жылу энергиясына және
басқа да өндірістерде, шаруа қожалықтарда пайдалануға ыңғайлы энергия
түріне түрлендіретін энергетиканың бір саласы. Осы түрлендірулер келесідей
құрылғылардың көмегімен жүзеге асырылады: жел генераторы, жел диірмені,
желкен. Жел генераторлары ауа массасының кинетикалық энергиясын электр
энергияға айналдыру барысында отынды пайдаланбайды. Қуаты 1 МВт болатын жел
генераторы 20 жыл ішінде 29 мың тонна көмірді және 92 мың баррел мұнайды
үнемдеуге мүмкіндік береді.
Қазіргі таңда Қазақстанда өндірілетін электр энергияның көлемі тұтыну
электр энергиясынан төмен. Қазақстанның энергожүйесінің негізгі мәселесі
болып энергожүйелердің бір орталыққа бағынбауы есептеледі. Солтүстік және
батыс аймақтары біріккен Ресей энергожүйесімен байланысқан болса, оңтүстік
аймақ Орта Азиялық энергожүйемен байланысқан. Оңтүстік аймақтарда электр
энергиясының жетіспеушілігі байқалады. Өйткені осы аймақта үлкен өндіріс
орындары, үлкен қалалар: Алматы, Шымкент орналасқан. 2-кестеде оңтүстік
аймақтағы энергетикалық жетіспеушіліктер көрсетілген.

Кесте 1.1
Қазақстандағы энергетикалық жағдай

Мерзімі 2005 2010
Қажетті электр энергиясы , млрд. кВт.сағ 12,5 14,7
Жергілікті электр станциялардың өндіретін электр7,75 7,7
энергиясы, млрд. КВт.сағ
Солтүстіктен тасымалданатын энергия көлемі, 3,5 7,0
млрд. кВт.сағ
Жетіспеушілік, млрд. кВт.сағ 1,25 0,0

Келесі маңызды мәселелердің бірі электроэнергетика объектілерінің
әсерінен қоршаған ортаға бөлінетін зиянды қалдықтардың көлемі жылдан жылға
өсіп келеді. Қазақстандағы электр станциялардан қоршаған ортаға бөлінетін
зиянды қалдықтардың концентрациясы халықаралық стандарттардан бірнеше есе
жоғары. Электр станциялардың атмосфераға бөлетін зиянды қалдықтарының
көлемі жылына 1 млн. Тоннадан асады, ал жалпы қоршаған ортаға бөлінетін
зиянды қалдықтардың көлемі жылына 11 млн. тоннадан асады. Осы мәселелерді
шешу үшін Қазақстан Республикасының Үкіметінің № 857 шешімімен арнайы
бағдарлама қолға алынды. Осы бағдарлама бойынша жел электр энергиясы арқылы
өндірілетін электр энергиясының көлемін 2015 жылы – жылдық өндіруден 0,6%
-ға жеткізу, ал 2030 жылы – 2,7%-ға жеткізу көзделуде. Бұл шешім жел
энергетикасының дамуына негіз болады. Осы бағдарлама арқылы Қазақстандағы
жел энергетикасының дамуына ең тиімді аймақтар анықталды: Шелек коридоры,
Жоңғар тауы, Ерементау, Қордай, Жүзімдік және Форт-Шевченко. Бұл
аймақтардың таңдалу себебі: осы аймақтардағы желдің жылдық орташа
жылдамдығының жоғары болып, өте үлкен көлемде арқан электр энергиясын
өндіруге мүмкіндік береді. Үкіметтің ұсынған осы бағдарламасы оңтүстік және
батыс аймақтардағы электр энергиясының жетіспеушілігін жойып, солтүстік
аймақта электр энергиясының бағасын төмендеуіне әсер етеді.
Бір немесе бірнеше ауылдық аймақтарды энергиямен қамтамасыз ету үшін
жел электр станцияларының құрылуы осы ауылдық аймақтарда электр
энергиясының бағасын төмендетіп, элетр желілерде электр энергиясының
шығындалуын төмендетеді және телефон, интернет желілеріне қосылуды
жеңілдетеді. Осындай кішігірім желілердің жөндеу жұмыстары арзанға түседі,
жұмысшылар саны аз болады .
Қазақстан Республикасы өте үлкен жел ресурсына ие. Өзінің географиялық
орналасуына байланысты Қазақстан солтүстік жарты шардың жел поясында
орналасқан және Солтүстік-шығыс, оңтүстік –батыс бағыттарында ауа
массаларының қозғалысы өте жоғары. Қазақстанның территориясының 50%
бөлігінде желдің орташа жылдық жылдамдығы 4-5 мс жетеді. Кейбір аймақтарда
желдің орташа жылдық жылдамдығы 6 мс жетеді және одан да жоғары болады,
сондықтан осы аймақтарды жел энергетикасының дамуына өте ыңғайлы етеді.
Осындай аймақтарда орналасқан жел электр станциялары арқылы өндірілетін
электр энергиясының бағасы кВт сағатқа 7,3-10,2 теңгені құрайды. Желдің
орташа жылдық жылдамдығы 6мс және одан да жоғары болатын Қазақстанның
аймақтары: Каспий маңы, оңтүстік аймақ, оңтүстік-шығыс және оңтүстік-батыс
аймақтар. Мамандардың бағалауы бойынша Қазақстандағы жел энергетикалық
потенциалы жылына 1820 млрд. кВт сағатты құрайды.
Қазақстанда өндірілетін қуаты – 18400 МВт құрайды, жел электр
станциясының қуаты 3500 МВт болуы мүмкін және жылдық электр энергиясын
өндіруі 8-9 млрд. кВт сағатты құрайды. Жел энергетикасының пайдаланылуының
экономикалық потенциалы жел электр станциясының энергиясының бағасы мен
дәстүрлі электр энергиясының көздерінен өндірілген энергияның бағасына
қатынасымен анықталады. Мамандардың есептеуі бойынша жел электр
станциясының қуаты 2024 жылы 2000 МВт жеткізу жоспарлануда.
Қазақстанда машина жасау саласы дамыған, сондықтан алдағы уақытта жел
генераторларын жасауды қолға алу жоспарлануда. Осыған орай жел электр
станцияларында өндірілген энергияның бағасы төмендейді және жел
қондырғыларының құрылысы арқанға түсетін болады. Жел қондырғыларын жасау
мен орнату Қазақстанның әлеуметтік-экономикалық және индустриалдық дамуына
ықпал етеді.
Жел электр станциялары қоршаған ортаға зиянды қалдықтарды бөлмейді,
сондықтан жылына 1,5 млрд. кВт сағатына өндіретін қуаты 500 МВт болатын жел
электр станциясы қоршаған ортаға бөлінетін зиянды қалдықтар мынадай:
• 1,5 млн. тонна көмірқышқыл газы;
• 7800 тонна азот оксиді;
• 12 600 тонна ұшатын күл.

Голландияда жел қондырғылары 500 жылдан астам уақыт суды құдықтан
тарту үшін пайдалануда. 1890 жылы Данияда бірінші рет жел қондырғылары
электр энергиясын өндіру үшін пайдаланылды. Қазіргі таңда Данияда электр
энергияның 12%, Голландияда және Германияда 10% жел электр станцияларында
өндіріледі. Ең қуатты жел қондырғысының роторының диаметрі 112 метрге
жетеді. 2002 жылы жел энергетикасына инвестиция 32 % құрады. Жел электр
станциясында электр энергияның өндірілуі желдің жылдамдығына тікелей
тәуелді. Желдің жылдамдығы 5-25мс (Бофорттың шкаласы бойынша 3-9 балл)
жеткен кезде жел электр станциялары тиімді жұмыс жасайды.

1.2 Жел генераторлары

Жел генераторларының жұмыс істеу принципі жел энергиясын электр
энергиясына түрлендіруге негізделген. Желдің әсерінен желдөңгелегі
айналады, генератор инвертормен байланысқан аккумуляторлық батареяға
берілетін электрлік токты өндіреді, содан шығысында 220380 В аламыз.
Желдің кинетикалық энергиясы генератордың роторын айналдыратын қалақ
қозғалысқа келтіреді [5]. Жел генераторының жүйесіне кіретін негізгі
компоненттеріне мыналар кіреді:
Генератор - аккумуляторлық батареяны қоректендіру үшін керек. Оның
қуаттылығы аккумуляторлық батареяның қоректену жылдамдығын анықтайды.
Генератор айнымалы токты өндіру үшін қажет. Генератордың ток күші мен
кернеуі желдің жылдамдығына және тұрақтылығына байланысты болады.
Қалақ – желдің кинетикалық энергиясының әсерінен генератордың білігін
қозғалысқа келтіреді.
Діңгек – діңгек биік болған сайын жел күші жоғарылап, тұрақтылығы
артады. Діңгектердің биіктіктері мен формалары өте көп.
Контроллер – жел қондырғысының көптеген үрдістерін басқарады. Мысалы:
қалақты бұру, аккумуляторды қоректендіру, қорғаныш функциялары және т.б. Ол
генератор өндіретін айнымалы токты аккумуляторды қоректендіру үшін тұрақты
токқа айналдырады.
Аккумуляторлық батарея – желсіз күндері тұтынушыны электр энергиясымен
қамтамасыз ету үшін электр энергиясын сақтайды. Және олар генератордан
шығатын кернеуді түзейді және тұрақтандырады.
Анемоскоп және жел бағытын анықтайтын датчик – жел жылдамдығы мен
бағыты жайлы ақпаратты жинайды.
АВР – қоректендіру көзін автоматты түрде ауыстыратын ауыстырғыш.
Негізгі қоректендіру көзінен энергия өндірілмеген жағдайда басқа энергия
көзіне 0,5 секунд ішінде ауыстырады. Осы құрылғы жел қондырғысы мен басқа
да энергия көздерін бірлестіріп жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Сурет 1.1 Жел генераторының компоненттері

Инвертор – аккумуляторлық батареяда жиналатын айнымалы токты көптеген
электр қондырғылары пайдаланатын тұрақты токқа айналдырады.

Сурет 1.2 Жел генераторының құраушылары

Жел электр станциясының қуаттылығы көптеген факторларға тәуелді
болады: мачтаның биіктігіне, ротордың, диаметріне, ротордың айналу
жылдамдығына.

Сурет 1.3 Жел генераторының жұмыс істеу сұлбасы

Сурет 1.4 Жел электр станциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің ротордың айналу жылдамдығына тәуелділік графигі

Сурет 1.5 Жел электр станциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің ротордың диаметріне тәуелділік графигі

Сурет 1.6 Жел электрстанциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің мачтаның биіктігіне тәуелділік графигі

Жел қондырғыларының роторларының орналасуына байланысты екі түрін
ажыратуға болады: тік және көлденең. Егер желдің жылдамдығы және пайда болу
мүмкіндігі төмен болса көлденең роторлы жел қондырғыларын пайдаланған жөн.
Өйткені көлденең роторлы жел қондырғыларының пайдалы әсер коэффициенттері
жоғары болады. Тік роторлы жел қондырғылары әлемде кеңінен таралған.
Қозғалыстағы ауаның кинетикалық энергиясы мынаған тең:

(1.1)

S aймақ арқылы өтетін ауаның қуаты мынаған тең:

(1.2)

Жел энергетикалық қондырғысы арқылы ауа қозғалысының энергиясының
жартысы ғана механикалық энергияға айналады. Ауа қозғалысының кинетикалық
энергиясының жел электр қондырғысы арқылы механикалық энергияға
түрлендірілген ауа энергиясына қатынасы жел энергиясының пайдаланылу
коэффициенті деп аталады.

(1.3)

Жел энергиясын пайдалану коэффициентін ескере отырып жел қондырғысының
қуаттылығын мына формула бойынша есептейді:

(1.4)

1.3 Аккумуляторлық батареялар

Аккумуляторлық батареяларды дұрыс орналастыру және пайдалану үшін
төмендегідей ережелерді сақтау керек:
- батареямен клеммалар арасында қысқа тұйықталулар шынжырын құрмау
керек, өйткені қабілетті қысқа тұйықталулар тогы контактының клеммасын
ерітеді және термиялық күйікке әкеледі;
- аккумуляторлық батареяларды қуаты таусылған күйінде сақтауға
болмайды. Осы кезде электродтардың сульфатациясы болады және батареялар
өзінің сиымдылығын азайтады;
- аккумуляторлық батареяны құрылғыға полярлығын дұрыс қосу керек.
Қуатталған батарея көп энергияны сақтауды және полярлықтары дұрыс
қосылмаған жағдайда құрылғыны істен шығарады;
- батареяның қорабын ашуға болмайды. Ашқан жағдайда батареяның
қорабының ішіндегі гелеоға ұқсас электролиттер терінің химиялық күюіне
әкеледі;
- жұмыс жасау мерзімі біткен батареяларды жою ауыр металлдарды жою
ережелеріне сәйкес жүргізіледі.

1.7 сурет – Аккумуляторлық батареяның қуаты таусылғандағы сипаттамасы

Аккумуляторлық батареяның ең маңызды сипаттамалары төмендегілер
есептеледі: сиымдылығы, салмағы, кернеу, өлшемі, бағасы, рұқсат етілетін
қуатының таусылу межесі, жұмыс жасау уақыты, ПӘК, жұмыс жасау
температурасының диапазоны, рұқсат етілген токтың заряды мен разряды.
Аталып өткен сипаттамалардың барлығын өндіруші белгілі бір температурада
береді, көбінесе 20 мен 25 арасында болады температура. Осы аталған
кернеуден өзгерсе аккумуляторлық батареяның сипаттамалары жаман жаққа қарай
өзгереді.
Аккумуляторлық батареяның кернеуі мен сиымдылығы АБ-ның атауына
кіреді. Мысалы: RA12200DG - кернеуі 12 вольтты батарея және сыйымдылығы 200
ампер*сағат, гелийден жасалған, терең разрядтанады. Демек батарея
тұтынушыға 10 сағаттық разряды кезінде мына көлемде энергия береді 12 х 200
= 2400 Вт*сағ. Ток мөлшері жоғары болса және разрядталуы тез болса
аккумуляторлық батареяның сиымдылығы азаяды. Ток мөлшері аз болса
аккумуляторлық батареяның сиымдылығы әдетте жоғарылайды. Осы сипаттамасын
аккумуляторлық батареяның разрядтылық графигінен көруге болады.
Батареяда сақталатын энергияның көлемі аккумуляторлық батареяның
сиымдылығы деп аталады. Ол ампер-сағатпен өлшенеді. Сиымдылығы 100 А*сағ
болатын аккумуляторлық батарея жүктемеге 1 А токты 100 сағат ішінде береді
немесе 4 А токты 25 сағат ішінде береді және т.с.с. Егер разрядтық ток
жоғарыласа аккумуляторлық батареяның сиымдылығы төмендейді. Нарықта
батареяның сиымдылығы 1-2000А*сағ арасында болатын аккумуляторлық
батареялар сатылады.

Сурет 1.8 Қуаттану және қуатсыздану графиктері

Аккумулятордағы кернеу негізгі параметр болып саналады, өйткені сол
арқылы батареяның күйі мен зарядталғандығы жайлы ақпарат алуға болады.
Зарядталғандағы және разрядтанғандағы, ток жоқ кездегі кернеулер әртүрлі
болады. Аккумулятордың зарядталғандығын есептеу үшін оның кернеуін есептеу
керек.
Зарядталудың дәрежесі көптеген жағдайларға байланысты болады, оны тек
арнайы зарядты құрылғылар анықтай алады. Көптеген күн батареяларының
басқару құрылғыларында батареяның зарядталғандығын реттейтін бөлімі бар.
Зарядталғандығының деңгейін анықтау үшін екі амалды қолдануға болады:
Аккумулятордағы кернеу амалы. Бұл әдістің дәлдігі төмен, бірақ оған
тек қана сандық вольтметр керек. аккумуляторлық батареяның
зарядталғандығының кернеуі әр батарея үшін әртүрлі. Аккумуляторлық батарея
ескірген сайын кернеу төмендейді.
Электролиттің тығыздығы амалы. Бұл амал тек қана сұйық электролиті бар
аккумуляторлық батареяларға арналған. Оны өлшеу үшін ареометр
пайдаланылады.
Аккумуляторлық батареялардың негізгі сипаттамалары 1.4 кестеде
келтірілген. Аккумуляторлық батареяның зарядталу дәрежесін батареядағы
кернеу мөлшерін анықтау үшін арнайы құрылғыларды пайдалануға болады. Осы
кесте арқылы аккумуляторлық батареяның зарядтану және разрядтану
деңгейлерін бақылап отыруға болады.

Кесте 1.2
Аккумуляторлық батареяның сипаттамалары

Зарядталу дәрежесіБатарея 12В Батарея 24 В Электролиттің
тығыздығы
100 12.70 25.40 1.265
95 12.64 25.25 1.257
90 12.58 25.16 1.249
85 12.52 25.04 1.241
80 12.46 24.92 1.233
75 12.40 24.80 1.225
70 12.36 24.72 1.218
65 12.32 24.64 1.211
60 12.28 24.56 1.204
55 12.24 24.48 1.197
50 12.20 24.40 1.190
40 12.12 24.24 1.176
30 12.04 24.08 1.162
20 11.98 23.96 1.148
10 11.94 23.88 1.134

Сурет 1.9 Аккумуляторлық батареяның жұмыс істеу уақыты

Аккумуляторлық батареяның жұмыс жасау уақытын жыл немесе ай арқылы
есептеген дұрыс емес. Аккумуляторлық батареяның жұмыс жасау уақыты
зарядталу және разрядтану циклінің санына және орналастыру жағдайына
байланысты болады.

1.4 Инверторлар

Инвертор (латынша іnverto – аударамын, өзгертемін):
1) радиотехникада – шығыс электр сигналдары амплитудасының өзгерісі,
полярлығы немесе фазасы кірісіндегіге қарағанда қарама-қарсы болатын электр
тізбегі немесе электрондық құрылғы. Радиотехникалық аппаратурада
(фазоинверторда) инверторды амплитудалары тең, бірақ фазалары қарама-қарсы
болатын екі сигнал алу үшін пайдаланады;
2) электротехникада – тұрақты токты бір фазалы немесе көп фазалы
айнымалы токқа түрлендіретін (газразрядты немесе шала өткізгішті аспап)
қондырғы;
3) есептеу техникасында – цифрлық сигналдар үшін логикалық терістеу
амалын (“емес”) орындайтын электрондық элемент. Сонымен қатар инвертор
мәлімет өңдейтін және тасымалдайтын компьютер құрылғыларында электр
сигналдарын қалыптастырып күшейтеді. Әдетте, интегралдық сұлбалар құрамында
болып, транзисторлық элементтерден тұрады. Потенциалдық және импульстік
инверторлар болып ажыратылады. Потенциалдық инверторде кірісіндегі
кернеудің жоғары деңгейі шығысында төменгі деңгейге түрленеді және
керісінше. Оның кіріс сигналы мен шығыс сигналының арасындағы байланыс
логикалық “емес” функциясына сәйкес келеді. Импульстік инверторде кірісіне
сигнал келген сәтте оның шығысында полярлығы кірісіндегіге қарама-қарсы
сигнал қалыптасады. Инвертор компьютерлердің логикалық элементтерінің
негізгілерінің бірі болып табылады. Интегралдық сұлбаларда инвертор өзіндік
тәуелсіз міндет атқармай, күрделі логикалық сұлбалардың құрамына кіретін
қарапайым элемент қызметін атқарады.
Инвертор электр техникада – тұрақты токты бір фазалы немесе көп фазалы
айнымалы токқа түрлендіретін қондырғы.
Инверторлар - жартылай өткізгіш құралдар. Олар фотоэлектрлік
жүйелердің түріне сәйкес екі түрге бөлінеді:
- күн батареяларының автономды жүйелеріне арналған инверторлар;
- жүйелік пайдалануға арналған инверторлар.

Екі түрінің де шығыс каскадтары ұқсас болады, тек басқарылуы ғана
әртүрлі болады. Бірінші түрінде жиілік генераторы бар, ал екінші түрі
желімен синхронды жұмыс жасауы керек.
Барлық түрі үшін негізгі параметр болып ПӘК саналады. Автономдық
инверторлардың шығыс кернеуі 220 Вольтқа тең, ал қуаты 10-100 кВт болатын
инверторлардан үш фазалы 380 Вольтты кернеуді алуға болады. Барлық
автономдық инверторлар аккумуляторлық батареяның тогын тұрақтыға
айналдырады. Осыған байланысты шығыс кернеуі 12,24,48 және 120 В арасынан
таңдалады. Шығыс кернеуі жоғары болған сайын оның ПӘК жоғары болады.

Автономдық инверторларға келесідей талаптар қойылады:
- шамадан тыс жүктеуге төзімді болуы керек;
- шығынының аз болуы;
- шығыстағы кернеуі реттеуі;
- жоғары ПӘК;
- гармоникалардың коэффициенті аз болса;
- радиожиіліктерде бөгеттердің болмауы.

Сурет 1.10 Инвертордың сыртқы келбеті

1.5 Контроллер және бағдарламалық қамтамасыздандыру

ҚЭЖ жүйесін басқару үшін еркін бағдарланатын контроллер Simatic S7-300
таңдалынды. Автоматты басқару жүйесін жүзеге асыру үшін Simatic S7-300
контроллері өте тиімді болып есептелінеді. ЭЭҚ жүйесінің автоматты басқару
жүйесін жүзеге асыру үшін Siemens Simatic Manager бағдарламасы
пайдаланылады. Контроллердің модульдерін ауыстыруға және көптеген жаңа
модульдер қосуға болады. Simatic S7-300 контроллерінің қуаты өте жоғары.
Simatic S7-300 контроллері машина жасау саласында, қоймалық шаруашылықта,
технологиялық қондырғыларда, өлшеу және мәлімет жинау салаларында, химиялық
өндірістерде және тағы басқа салаларда пайдаланылады. Контроллердің
құрамына кіретін модульдер:
- орталық процессор модулі (CPU). Шешілетін есептің қойылуына
байланысты әр түрлі типті орталық процессорлар пайдаланылады;
- сигналдық модульдер (SM). Аналогты және дискретті кіріс-шығыстарды
қосу үшін пайдаланылатын модульдер;
- коммуникациялық процессор (СР). Осы модуль арқылы желілік ақпарат
алмасу келесі интерфейстер арқылы жүзеге асырылады: Industrial Ethernet,
Profibus, Ptp;
- функционалдық модульдер (FM). Автоматтық реттеу және санау жұмысын
жүргізу, позиционерлеу есептеу жұмыстарын атқарады;
- интерфейстік модуль (IM). Контроллердің негізгі блоктарына қосылу
үшін пайдаланылады;
- қоректендіру блогы (PS). Контроллерді айнымалы немесе тұрақты ток
арқылы қоректендірілуі үшін пайдаланылады [1].

Сурет 1.11 Контроллер Simatic S7-300

Фотоэлектрлік қондырғы

Күн энергетикасы дегеніміз – дәстүрлі емес энергетика бағыттарының
бірі. Ол күннің сәулеленуін пайдаланып қандай да бір түрдегі энергияны
алуға негізделген. Күн энергетикасы энергия көзінің сарқылмайтын түрі болып
табылады, әрі экологиялық жағынан да еш зияны жоқ. Күннің сәулеленуі –
Жердегі энергия көзінің негізгі түрі. Оның қуаттылығы Күн тұрақтысымен
анықталатындығы белгілі. Күн тұрақтысы – күн сәулесіне перпендикуляр
болатын, бірлік ауданнан бірлік уақыт ішінде өтетін күннің сәуле шығару
ағыны. Бір астрономиялық бірлік қашықтығында (Жер орбитасында) күн
тұрақтысы шамамен 1370 Втм²-қа тең. Жер атмосферасынан өткен кезде Күн
сәулеленуі шамамен 370 Втм² энергияны жоғалтады. Осыдан Жерге тек 1000
Втм²-қа тең энергия ғана келіп түседі. Бұл келіп түскен энергия әр түрлі
табиғи және жасанды процесстерде қолданылады. Күн сәулесі арқылы тікелей
жылытуға немесе фотоэлементтер көмегімен энергияны қайта өңдеу арқылы
электр энергиясын алуға не басқа да пайдалы жұмыстарды атқаруға болады.
Шындығында, қазіргі заманды электр энергиясысыз мүлдем елестету мүмкін
емес. Сол себепті де, электр энергияны алудың шығыны аз, экологиялық таза
көздерін табу бүгінгі күннің негізгі мәселесіне айналып отыр. Әлем бойынша
электр энергиясын ең көп өндіретін елдерге АҚШ, Қытай жатады. Бұл елдерде
электр энергиясының өндірісі әлемдік өндірістің 20%-ын құрайды. Соңғы
кездері экологиялық проблемалар, пайдалы қазбалардың жетіспеушілігі және
оның географиялық біркелкі емес таралуы салдарынан электр энергиясын өндіру
жел энергетикалық құрылғыларды, Күн батареяларын, газ генераторларын
пайдалану арқылы жүзеге аса бастады.
Күн батареясы, фотоэлектрлік генератор — Күн сәулесінің энергиясын
электр энергиясына айналдыратын шала өткізгішті фотоэлектрлік
түрлендіргіштен (ФЭТ) тұратын ток көзі. Көптеген тізбектей-параллель
қосылған ФЭТ-тер Күн батареясын қажетті кернеу және ток күшімен қамтамасыз
етеді. Жеке ФЭТ-тің электр қозғаушы күші 0.5 — 0.55 В және ол оның ауданына
тәуелді емес; 1 см2ауданға келетін қысқа тұйықталу тогының шамасы 35 — 40
мА. Күн батареясындағы ток шамасы оның жарықтану жағдайына байланысты, күн
сәулелері Күн батареясы бетіне перпендикуляр түскенде ол ең үлкен мәніне
(максимумына) жетеді. Қазіргі Күн батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м2
ауданға (ғарыш аппаратының Күннен қашықтығы 150 млн. болған кезде) келетін
қуат ~130 Вт-қа тең. Температура жоғарылаған сайын (25oС-ден жоғары) ФЭТ-
тегі кернеудің төмендеуіне байланысты Күн батареясының ПӘК кемиді. Күн
батареясының жиынтық қуаты ондаған тіпті жүздеген кВт-қа жетеді. Күн
батареясы ғарыш кемелері мен аппараттарында энергиямен жабдықтау
жүйесіндегі негізгі электр энергиясының көзі ретінде қолданылады. Күн
батареясы сондай-ақ, тұрмыс пен техникада қолданылатын көптеген бұйымдарды
(калькулятор, қол сағаты, т.б.) токпен қоректендіру көзі болып табылады.
Күн батареялары алғаш шыға бастаған кезде олардың күші өте әлсіз еді.
Қазіргі таңда күн батареялары да жаңа технологиямен жасалып, оның құрылымы
да, қызметі де дами түсті. Күн технологиясы – бұл қуатты күннен алатын
құрылғылар. Соңғы шыққан күн батареялары пластмасса табақшаларға өткізілген
төрт бұрышты тоқ өткізгіш спиральдардан тұрады. Мұндай спиральдарды
наноантенна деп те атайды. Оның диаметрі адамның бір тал шашының 125
бөлігіндей. Наноантенналар күндіз күннен жерге бөлінген инфрақызыл қуатты
жұтады. Олар тіпті тек күн сәулесін ғана емес, күндіз күннің сәулесі арқылы
қызған жердің жылуы арқылы да қуат алады. Сондықтан мұндай батареялар түнде
де жұмыс істейді. Бүгінде мұндай күн батареялары мен жалпы нано
антенналарды жасауда ғалымдар тынбай еңбектеніп, нанотехнологияны дамытуға
тырысуда. Мамандардың айтуынша, Орталық Азия елдерінде бір жылда 300-ден
астам ашық күнді ауа райы болады. Сондықтан мұндай батареяларды кең түрде
қолданудың тиімділігі көп. Егер күн батареясын тұрмыста қолданатын болсақ,
электр қуатын қолдану жылына 70 пайызға төмендейді екен. Сондай-ақ бұл
құрылғылар көптеген инновациялық аумақта кең қолданысқа ие болады.
Техникалық құжаттардың зерттеуі арқылы көрсетілгендей шет ел күн
батареяларынан энергияны түрлендіру өте қымбатқа түседі. Осыған байланысты,
электр энергиясының шетелмен салыстырғанда құнының төмендігіне Қазақстанға
шетелдік энергияның түрлендіргіш инверторларды енгізу тиімсіз, себебі оның
өзін өзі ақтау құны ондаған жылға жетеді. Қазіргі уақытта тізбектей және
параллель жалғанған элементтерден тұратын күн энергиясы батареялары
инвертор арқылы айнымалы электр энергиясына түрленіп сүзгілер арқылы
жүктемеге беріледі. Сондықтан инвертор жақсы энергетикалық көрсеткіштерге
(меншікті қуат, ПӘК, қуат коэффиценті т.с.с) және шығаратын электр
энергиясының сапалылығына (кернеу қисығының синусойдалы түрі, кернеудің
және жиіліктің тұрақтылы) ие болуы керек.
Фотоэлементтің Күн батареялары сияқты фотондар энергиясын электр
энергиясына айналдыратын электрондық құрал екендігі аян. Сыртқы фотоэффект
құбылысына негізделген ең алғашқы фотоэлемент физика ілімінде XIX ғасырдың
аяғында пайда болды. Оны белгілі орыс ғалымы Александр Столетов жасап
шығарған. Өндірістік масштабтардағы фотоэлементтердің пайдалы әсер
коэффициенті орташа есеппен 16% болса, ең жақсы үлгілердікі – 25%, ал
лабораториялық жағдайларда 43,5%-ға дейін жетеді. Фотоэлементтің жұмыс
істеу принципі металдан (калий, барий) не жартылай өткізгіштен жасалған
электродтың (фотокатод) бетіне электромагнит сәуле түсіргенде фотоэффект
құбылысының пайда болуына негізделген. Фотоэлементтің сыртқы фотоэффект
және ішкі фотоэффект құбылыстарына негізделіп жасалған түрлері бар. Мысалы:
сыртқы фотоэффектіге негізделгені электр вакуумды фотоэлемент болса, ішкі
фотоэффектіге вентильді, жартылай өткізгішті, жаппалы қабатты фотоэлемент
түрлері негізделіп жасалған. Соның ішінде жартылай өткізгішті кремний
кристалынан жасалған фотоэлементтер (пайдалы әсер коэффициенті 15%-ға жуық)
ғарыштық ұшу аппаратының қоректендіру көзі ретінде радиациялық құбылыстарды
зерттеуде, т.б. жағдайларда да пайдаланылады. Сондай-ақ бүгінгі кезде
фотоэлементтерді әр түрлі көлік түрлеріне – қайықтарға, электромобильдерге,
гибридті автокөліктерге, ұшақтарға, дирижабльдерге, т.б. орнату мүмкіндігі
бар. Италия мен Жапония сияқты мемлекеттерде фотоэлементтерді темір жол
поездарының шатырына орналастырады. Соның ішінде Solatec LLC компаниясы
Toyoto Prius гибридті автокөлігінің шатырына орналастыруға арналған жұқа
қабыршақты фотоэлементтерді сатумен айналысады. Жұқа қабыршақты
фотоэлементтердің қалыңдығы 0,6 мм ғана болғандықтан, ол автокөліктің
аэродинамикасына еш әсерін тигізбейді. Күн батареялары мен
фотоэлементтерден бөлек Күн энергиясын электр энергиясына айналдыратын
адамзат ойлап тапқан құрылғыларға Күн коллекторлары, Күн электр
станциялары, гелиожүйелер, т.б. жатады.
Жоғарыда келтірілген мысалдардан біз адамзат үшін Күн энергетикасының
ауадай қажет екенін түсінеміз. Күн энергиясын пайдаланудың өзіндік
артықшылықтарымен қатар кемшіліктері де бар. Атап айтсақ, артықшылықтары:
күн энергиясы бәріне бірдей қолжетімді; ол сарқылмайды; қоршаған ортаға
қауіпсіз. Кемшіліктері: ауа райы мен тәуліктің уақытына тәуелді; күн
энергиясын алу үшін қолданылатын құрылғылардың қымбаттылығы; оны
шағылдыратын бетті периодты түрде тазалап отыру қажет; электр станциясының
жанында атмосфера ысып кетеді; энергияны аккумуляциялау қажет. Соған
қарамастан Күн энергетикасына деген сұраныстар жыл сайын артып келеді. Әр
елдің ғалымдары осы қосымша энергия түріне ерекше мән беріп, оны дамыту
жолдарын қарастырумен айналысуда. Осыған орай Күн энергиясын электр
энергиясына айналдыратын құрылғыларды пайдалану деңгейі жылдан-жылға өсіп
келеді. Мысалы: 2005 жылы жұқа қабыршақты фотоэлементтер нарықтың 6%-ын
құраса, 2006 жылы бұл көрсеткіш 7%-ға жетті, ал 2007 жылы 8%-ға, ал 2009
жылы 16,8%-ға дейін өсті. Яғни 1999 жылдан 2006 жылға дейін жұқа қабыршақты
фотоэлементтер өндірісі жыл сайын орташа есеппен 80%-ға өсіп отыр. Ал Күн
энергиясының Еуропа елдерінде қолданылуына шолу жасасақ, 2010 жылы
Германияда электр энергиясының 2%-ы фотоэлектрлік құрылғылардан алынса,
Испанияда бұл көрсеткіш 2,7%-ды құрайды.
Күн энергиясын күнделікті тұрмыста кеңінен пайдалану – бүгінгі күннің
өзекті мәселелерінің бірі. Әсіресе, бұл мәселенің түбегейлі шешілуі қазіргі
уақытта дүние жүзінде мұнай мен газ секілді отынның күннен-күнге
қымбаттауынан туындап отырған негізгі проблемалардың толықтай шешімін
табарына өз септігін тигізері сөзсіз. Себебі, осыдан 50 жылдай бұрын
американдық ғалым Кинг Хуббертс айтқандай: Мұнай тек оны өндіруге кеткен
электр энергиясы одан өндірілетін электр энергиясынан аз болған кезге дейін
ғана электр энергиясының негізгі көзі ретінде саналады. Ал бұдан кейін
мұнай өндіру оның бағасына қарамастан тоқтатылады. Ғалымдарымызға бұл
тұжырым К. Хуббертстің заңы деген атпен белгілі.
Көмірсутекті өнімдердің өте көп өндірілуі климаттың өзгеруіне,
жылыжайлы эффектінің қалыптасуына әкелетіні шындық. Аталған жайттар Жер
шарының көптеген аймақтарында қазірдің өзінде-ақ байқалып отыр. Сондықтан
да дүние жүзі ғалымдары бұл тығырықтан шығудың жолдарын ғылыми-тәжірибелік
тұрғыдан қарастыруда. ҚР Ұлттық инженерлік академиясының академигі Надир
Надиров пікіріне сүйенер болсақ: Күн энергетикасы көмегімен адамзатқа
төніп тұрған аталған қауіптен құтылуға болады. Осымен байланысты ҚР-да
дүние жүзіндегі озық ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.