Құрастырма электр жабдықтыру (ҚЭЖ) жүйенің автоматтандырылған басқару жүйесі
5
6
7
8
Аңдатпа
Дипломдық жобада құрастырма электр жабдықтыру (ҚЭЖ) жүйенің
автоматтандырылған басқару жүйесін жасалды.
ҚЭЖ жүйесіне аналитикалық шолу жасалды, ҚЭЖ жүйесінің
құрайтындарына сипаттама келтірілген, жүйенің өндіретін энергиясын
анықтау есептеулері орындалған. Басқару жүйесі Siemens компаниясының
Simatic Manager программалық жабдықтамасында жасалды, Simatic ProTool
ортасында процесс интерфейсі құрылды.
Техника-экономикалық көрсеткіштері және өміртіршілік қауіпсіздік
мәселелері бойынша бірқатар есептердің шешімі келтірілген.
Аннотация
В дипломном проекте разработана автоматизированная системы
управления комбинированной системы электроснабжения (КСЭ).
Проведен аналитический обзор КСЭ, описание всех составляющих КСЭ,
выполнены расчеты по определению мощности вырабатываемой системой.
Система управления реализована в среде програмного обеспечения Simatic
Manager компании Siemens, интерфейс процесса разработан в Simatic ProTool.
Проведен расчет технико-экономических показателей по
индивидуальному заданию и решение ряда вопросов по безопасности
жизнедеятельности.
9
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1 бөлім. Құрастырма электр жабдықтыру жүйесіне аналитикалық
шолу ...
1.1 Жел-энергетикалық
станциясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1.1 Жел
генераторлары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1.2 Аккумуляторлық батареялар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.1.3 Инверторлар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.1.4 Контроллер және бағдарламалық
қамтамасыздандыру ... ... ... ... .. ...
1.2 Фотоэлектрлік қондырғы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.3 Дизельгенератор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.4 Қиыстырылған энергиямен қамту
жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...
1.5 Есептің қойылуы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
7
13
13
15
19
22
24
25
29
31
33
2
бөлім.
Құрастырма электр жабдықтыру жүйесін
34
басқару ... ... ... ... ... ... ...
2.1 Тұрғын үйдің қэж эүйесін
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.2 Құрастырма электр жабдықтыру жүйесінің басқару алгоритмін
құру..
2.3 Басқару алгоритмін жүзеге асыратын бағдарламалық кешенді
таңдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.4 Siemens Simatic S7 ортасында программалау және интерфейсін
тұрғызу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.5 Құрастырма электр жабдықтау жүйесі үшін есептеулер
жүргізу ... ... .
2.6 Қондырғының параметрлерін
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
34
35
43
45
49
50
3
бөлім.
Өмір-тіршілік
53
қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.1
Қондырғыларды орнату жағдайын
53
талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ..
3.2 Тұрғын үйдің найзағайдан қорғанысын
жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.2.1 Найзағайды алдын алудың биіктігі мен қашықтығын
есептеу ... ... ...
57
57
3.2.2 Жерге
10
қосу
59
жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.2.3
Токқа қарсы
61
тұру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.3
Электр қорғанысы үшін жасалатын іс-
61
шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4
бөлім.
Техника-экономикалық
63
негіздеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4.1 Тұрғын үйді электр жабдықтыру жүйесін жобалау
... ... ... ... ... ... ... ..
65
4.2
Пайдаланылатын
электроэнергиясының көлемін
66
анықтау ... ... ... ... ...
4.3
Қондырғының құнын
71
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қысқартылған сөздер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Пайдаланылған әдебиеттер
75
76
77
тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
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 қорларды
11
жаңартылмайтындардың 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.
Негізгі энергия қорларының ескірушілігіне байланысты, жаңа электр
станциялардың құрылысы өте үлкен көлемде инвестицияны қажет етеді.
Қазақстан үкіметі 2007 жылы энергетикалық саланың 2015 жылға дейінгі даму
жоспары қабылданды. Осы жоспарға сай 2015 жылға дейін 5598 МВт қуатты
қосу жоспарлануда. Соның ішінде көмірден электр энергиясын өндіруді 4250
МВт көбейту жоспарлануда. Қазіргі таңда Қазақстанда электр энергиясының
жетіспеушілігі орын алып отыр. 1-кестеде Қазақстанда өндірілетін энергия
мен оның жетіспеушілігі көрсетілген [2].
1 кесте - Электр энергиясының Қазақстандағы өндірілу мөлшері
12 Жыл
Өндірілетін электрэнергия
көлемі
(млрд. кВсағ)
Пайдаланылатын
электрэнергиясының
көлемі
(млрд. кВсағ)
2003
60,03
62,10
2004
62,50
63,95
2005
67,50
67,50
2010
82,40
83,00
Қазақстанда күн энергиясының потенциалы да өте жоғары. Сондықтан
күн энергиясын шаруашылықта және тұрмыста пайдалану да қолға алынуда.
Күн Республикада бір жылда күн шуақты сағаттар саны 2200-3000 арасында
жатыр, ал жылдық күн энергиясының деңгейі 1300-1800 ваткв.м жетеді.
Атақты қазақстандық энергетик Александр Трофимовтын мәліметтеріне
қарағанда Қазақстан әлем бойынша адам басына шаққандағы жел ресурсының
мөлшерінен бірінші орынды иеленген.
ООН бағдарламасының
мамандарының бірі Питер Диксонның мәліметтері бойынша энергетикалық
баланста дәстүрлі энергия көздерінің (мұнай, газ және көмір) қоры 74%
құрайды. Осы дәстүрлі ресурстарды пайдалану шамамен мұнай 40 жылға, газ
56 жылға, ал көмір 197 жылға ғана жетеді. Дәстүрлі емес энергия көздерін
пайдаланатын елдердің қатарында АҚШ, Қытай және Индия. Қазіргі таңда
дәстүрлі емес энергия көздерін пайдалану жылдан жылға өсіп келеді.
Мамандардың есептеуінше осы ғасырдың ортасына қарай дәстүрлі емес
энергия көздерін пайдалану 35% жетеді деп күтілуде. Дәстүрлі емес энергия
көздерін пайдалануға деген қызығушылық осы энергия ресурстарының
таусылмайтындығы, бағасының әлемдік рынокқа тәуелді еместігі және
экологиялық тазалығына негізделген.
Қазіргі таңда Қазақстанда атмосфераға зиянды қалдықтарды бөлуден
энергетикалық сала бірінші орынды алады. Олар жыл сайын атмосфераға
миллион тоннадан асатын зиянды заттарды және 70 млн тонна көмірқышқыл
газын бөледі. Халықаралық энергетикалық агенттіктің мәліметтері бойынша
Қазақстан парниктік газды бөлуден әлемде үшінші орынды иеленген.
Қоршаған ортаға зиянды қалдықтарды бөлуден келетін шығын шамамен көмір
үшін жылына 3,4 млрд. долларды құрайды . Дәстүрлі емес энергия көздерін
пайдаланудың негіздерінің бірі орталықтан энергиямен
қамтамасыздандырудың тиімсіздігі және халықтың орналасуының
тығыздығының төмендігі есептеледі. Өйткені энергияны алыс қашықтықта
орналасқан тұтынушыларға тасымалдау кезінде энергияның көп мөлшерін
жоғалтады.
Жел энергиясы мен күн энергиясын электр энергияға түрлендіру арқылы
пайдалануды шаруашылықта пайдалануды енгізу Қазақстанның
индустриалды-инновациялық дамуына үлкен әсерін тигізеді. Дәстүрлі емес
энергия көздерінен энергия өндіруді дамыту екі бағытта жүргізілуде - саяси
және экономикалық. Саяси технологияға халықаралық деңгейде өткізілетін іс-
шаралар жатады. Мұндай іс-шаралар мынадай халықаралық келісім
шарттардың жасалуымен аяқталады: климаттың өзгеруі бойынша конвенция,
Киоттык протокол және т.б. Экономикалық технологияға ұлттық деңгейде
жүзеге асырылатын іс-шаралар жатады. Ол ғылыми және өндірістік
ұйымдардың дамуына қолайлы жағдай жасауымен аяқталады. Дәстүрлі емес
электр энергия көздерін электр желілеріндегі шығын 25-30% құрайтын
жерлерде пайдаланған тиімді. Осындай жағдайда орталықтандырылмаған
13
энергиямен қамтамасыз ететін жүйелер дамып, энергияның жетіспеушілігі
төмендетіліп, электр энергиясының құны төмендейді [9].
Неміс ғалымдарымен бірлесе отырып қазақстандық ғалымдар
Қазақстандағы жел энергетикасының дамуына қолайлы аймақтар анықталды.
Қазақстанның территориясының 50% бөлігінде желдің жылдық орташа
жылдамдығы 4-5 мс жетеді, ал кейбір аймақтарда 6мс жетеді және одан да
жоғары. Мамандардың бағалауы бойынша Қазақстан жел энергетикасының
дамуына қолайлы елдердің бірі болып есептеледі. Жел көп болатын
аймақтарға мынадай аймақтар жатады: Каспий маңы, орталық және солтүстік
Қазақстан, оңтүстік және оңтүстік-шығыс Қазақстан. Қазақстан
халықтарының орналасуының тығыздығы аз болғандықтан қуаттылығы өте
жоғары болатын жел электро станцияларын орнатуға ыңғайлы. Кейбір
теориялық мәліметтер бойынша Қазақстанның жел потенциалы жылына 1820
млрд. кВт.сағ құрайды. Жел потенциалы жайлы нақты ақпараттар алу үшін
метеорологиялық зерттеу жүргізіп, ұзындығы 30-80 м болатын метеомачтаны
пайдаланып зерттеу ісін жүргізу керек кем дегенде бір жыл ішінде. Алынған
метеорологиялық ақпараттар жел қондырғысының бір жыл ішінде өндіретін
электр энергиясы есептеледі.
Есептеудің нәтижелері жел электр
станциясының құрылысына технико-экономикалық негіз болады. 1998-2000
жылдары Жоңғар Алатауы қақпасында және Шелек дәлізінде ПРООН - ның
қолдауымен метеозерттеулер жүргізілді. Зерттеулер көрсеткендей Жоңғар
Алатауы қақпасының жел потенциалы өте жоғары. Орташа жылдық желдің
жылдамдығы 50 метр биіктікте 9,7 мс жетеді, ал жел қозғалысының
тығыздығы 1050 Втм2 құрайды. Бұл сағатына 4400 кВт электр энергиясын
өндіруге мүмкіндік береді. Ашық аймақ болғандықтан мұнда қуаттылығы
жоғары жел электр станцияларын үлкен мөлшерде орналастыруға болады.
Қазіргі таңда осы аймақта 5МВт электр энергиясын өндіретін жел электр
станциясының құрылысын жүргізу жоспарлануда. Осы жел электр станциясы
жылына 18 млн. кВт сағатына өндіреді, ал бағасы 4,5 цент АҚШкВт.сағ
құрайды. Жел электр станциясының құрылысы сәтті аяқталған соң, оның
қуаттылығын 50 МВт дейін жоғарылату күтілуде. Жел электр станциясының
құрылысына негіз болатын зерттеулер Қазақстан аймағынан 8 жерінде орын
алды. Осы зерттеулердің нәтижесінде жел электр станциясының құрылысы
үшін қажетті ақпараттардың барлығын алуға болатын атлас жасалды.
14
1 сурет - Қазақстанның жел атласы
Атласқа сүйене отырып Қазақстанның кез келген аймағындағы желдің
жылдамдығын анықтауға болады. Неміс ғалымдарымен бірлесе отырып
жасалған зерттеулер нәтижесінде Қазақстандағы жел электрстанциясының
құрылысына ыңғайлы аймақттар анықталып, инвестициялық жобалар
жасалды. Қазіргі таңда осы аймақттарда жел генераторының құрылысы
жүргізіліп жатыр. Жел генераторын орнату арқылы Қазақстандағы энергия
тапшылығын жою көзделуде.
Дәстүрлі емес энергия көздерін пайдаланудың әсерінен энергия
ресурсының шектеулік мәселесі шешіледі [8]. 1-кестеде дәстүрлі емес энергия
көздерінің потенциалы көрсетілген. Осы энергия көздерінің кез келгенінің
ресурстары адамдардың қажеттіліктерін қазір және болашақта да қамтамасыз
ете алады. Олардың пайдалануы экологиялық мәселелерді де шешеді.
2 кесте - Жел электр станциясының құрылысына ыңғайлы аймақтар
15
№
п
п
Аймақтың аты
Облыс
10 м
биіктіктег
і желдің
жылдамд
ығы
мс
Орнатылаты
н
қуаттылығы
ВЭС, МВт
Қосымша ақпарат
1
Жарминск
Шығыс
Қазақстан
5,6
40,0
3 кесте - Дәстүрлі және дәстүрлі емес энергия көздерінің потенциалдары.
16 2
Ерейментау
Акмола
5,4
35,0 (20)
Жел потенциалы
зерттелуде
3
Селетинск
Акмола
5,9
40,0(20)
4
Балхаш
Қарағанды
4,4
10,0
5
Егіндібұлақ
Қарағанды
6
Қарқаралы
Қарағанды
4,3
10
Жел потенциалы
зерттелуде
7
Арқалық
Қостанай
5,7
10,0
Жел потенциалы
зерттелуде
8
Сақрыл
БҚО
5,2
10,0
9
Атырау -
Қаработан
Атырау
4,4
40,0
Жел потенциалы
зерттелуде
10
Аққыстау
Атырау
5,5
50,0 (20)
11
Індер
Атырау
5,4
20,0
12
Прорва
Атырау
6,2
40,0 (20)
13
Форт-
Шевченко
Маңғыстау
6,0
40 (20)
Жел потенциалы
зерттелуде
14
Сай-Утес
Маңғыстау
15
Қордай
Жамбыл
5,1
20,0 (10)
Жел потенциалы
зерттелуде
16
Арал
Қызылорда
4,9
10,0
17
Қармақшы
Қызылорда
5,5
20,0 (5)
18
Чаян
ОҚО
5,0
40,0 (20)
Жел потенциалы
зерттелуде
19
Састөбе
ОҚО
20
Жоңғар
Алатауы
Алматы
7,8
50
Жел потенциалы
бойынша ақпараттар
бар
21
Шелек
Алматы
5,8
100
Жел потенциалы
бойынша ақпараттар
бар
Энергия көзі
Потенциалды энергия, трлн. тоннажыл
Күн энергиясы
131
Жел энергиясы
13
Су энергиясы
7
Биомасса энергиясы
0,1
Көмір
11
Уран
8
Әлемдік тұтыну
0,01
Жоғарыда көрсетілген мәселелердің барлығын ескере отырып, осы
дипломдық жұмыстың мақсаты тұрмыстық үйдің құрастырма электр
жабдықтыру ету жүйесін басқаратын жүйені құру болып табылады.
Берілген дипломдық жұмыстың негізгі мақсаты: дәстүрлі емес электр
энергия көздерін пайдаланып тұрмыстық үйді электр энергиясымен
қамтамасыз ететін жүйені басқару жүйесін құру. Осы мақсатқа жету үшін
төмендегідей мәселелерді шешу керек:
электр энергиясымен қамтамасыз ететін жүйелерге аналитикалық
шолу жасау;
тұрмыстық үйді құрастырма электр жабдықтыру (ҚЭЖ) жүйенің
функционалды схемасын құру;
пайдаланылатын құрылғылардың параметрлерін есептеу;
құрастырма электр жабдықтыру жүйесі үшін аккумуляторлық
батареяның көлемін есептеп таңдау;
жел және күн потенциалын зерттеу амалдарын қарастыру және
формулаларын анықтау;
ҚЭЖ жүйесін басқару алгоритмі мен блок-схемасын жасау;
тұрғын үйдің найзағайдан қорғанысын жобалау;
ҚЭЖ жүйесі арқылы өндірілетін электр энергиясының 1кВт үшін
бағасын анықтау.
1 бөлім. 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
17
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.
1.1 кесте - Қазақстандағы энергетикалық жағдай
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
18 Мерзімі
2005
2010
Қажетті электр энергиясы , млрд. кВт.сағ
12,5
14,7
Жергілікті электр станциялардың өндіретін
электр энергиясы, млрд. КВт.сағ
7,75
7,7
Солтүстіктен тасымалданатын энергия көлемі,
млрд. кВт.сағ
3,5
7,0
Жетіспеушілік, млрд. кВт.сағ
1,25
0,0
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 [6].
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.
19
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.
1.1.1 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.
20
1.1 сурет - Жел генераторының компоненттері
Инвертор - аккумуляторлық батареяда жиналатын айнымалы токты
көптеген электр қондырғылары пайдаланатын тұрақты токқа айналдырады.
1.2 сурет - Жел генераторының құраушылары
Жел электр станциясының қуаттылығы көптеген факторларға тәуелді
болады: мачтаның биіктігіне, ротордың, диаметріне, ротордың айналу
жылдамдығына.
21
1.3 сурет - Жел генераторының жұмыс істеу сұлбасы
1.4 сурет - Жел электр станциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің ротордың айналу жылдамдығына тәуелділік графигі
22
1.5 сурет - Жел электр станциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің ротордың диаметріне тәуелділік графигі
1.6 сурет - Жел электрстанциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің мачтаның биіктігіне тәуелділік графигі
23
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)
1.1.2 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;
24
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
25
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.
1.8 сурет - 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.
26
1.4 кесте - Аккумуляторлық батареяның сипаттамалары [11]
1.9 сурет - 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.
1.1.3 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.
27
Зарядталу дәрежесі
Батарея 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
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 сигналы ның 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.
28
1.10 сурет - Инвертордың сыртқы келбеті
1.1.4 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].
29
1.11 сурет - Контроллер Simatic S7-300
1.2 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
30
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
2
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 диаметр і 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.
31батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м ауданға (ғарыш аппаратының
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
32
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 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
6
7
8
Аңдатпа
Дипломдық жобада құрастырма электр жабдықтыру (ҚЭЖ) жүйенің
автоматтандырылған басқару жүйесін жасалды.
ҚЭЖ жүйесіне аналитикалық шолу жасалды, ҚЭЖ жүйесінің
құрайтындарына сипаттама келтірілген, жүйенің өндіретін энергиясын
анықтау есептеулері орындалған. Басқару жүйесі Siemens компаниясының
Simatic Manager программалық жабдықтамасында жасалды, Simatic ProTool
ортасында процесс интерфейсі құрылды.
Техника-экономикалық көрсеткіштері және өміртіршілік қауіпсіздік
мәселелері бойынша бірқатар есептердің шешімі келтірілген.
Аннотация
В дипломном проекте разработана автоматизированная системы
управления комбинированной системы электроснабжения (КСЭ).
Проведен аналитический обзор КСЭ, описание всех составляющих КСЭ,
выполнены расчеты по определению мощности вырабатываемой системой.
Система управления реализована в среде програмного обеспечения Simatic
Manager компании Siemens, интерфейс процесса разработан в Simatic ProTool.
Проведен расчет технико-экономических показателей по
индивидуальному заданию и решение ряда вопросов по безопасности
жизнедеятельности.
9
Мазмұны
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
1 бөлім. Құрастырма электр жабдықтыру жүйесіне аналитикалық
шолу ...
1.1 Жел-энергетикалық
станциясы ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1.1 Жел
генераторлары ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.1.2 Аккумуляторлық батареялар ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.1.3 Инверторлар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.1.4 Контроллер және бағдарламалық
қамтамасыздандыру ... ... ... ... .. ...
1.2 Фотоэлектрлік қондырғы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
1.3 Дизельгенератор ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
1.4 Қиыстырылған энергиямен қамту
жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ...
1.5 Есептің қойылуы
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
7
13
13
15
19
22
24
25
29
31
33
2
бөлім.
Құрастырма электр жабдықтыру жүйесін
34
басқару ... ... ... ... ... ... ...
2.1 Тұрғын үйдің қэж эүйесін
құру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.2 Құрастырма электр жабдықтыру жүйесінің басқару алгоритмін
құру..
2.3 Басқару алгоритмін жүзеге асыратын бағдарламалық кешенді
таңдау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.4 Siemens Simatic S7 ортасында программалау және интерфейсін
тұрғызу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
2.5 Құрастырма электр жабдықтау жүйесі үшін есептеулер
жүргізу ... ... .
2.6 Қондырғының параметрлерін
есептеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
34
35
43
45
49
50
3
бөлім.
Өмір-тіршілік
53
қауіпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.1
Қондырғыларды орнату жағдайын
53
талдау ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ..
3.2 Тұрғын үйдің найзағайдан қорғанысын
жобалау ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.2.1 Найзағайды алдын алудың биіктігі мен қашықтығын
есептеу ... ... ...
57
57
3.2.2 Жерге
10
қосу
59
жүйесі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
3.2.3
Токқа қарсы
61
тұру ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
3.3
Электр қорғанысы үшін жасалатын іс-
61
шаралар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
4
бөлім.
Техника-экономикалық
63
негіздеу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
4.1 Тұрғын үйді электр жабдықтыру жүйесін жобалау
... ... ... ... ... ... ... ..
65
4.2
Пайдаланылатын
электроэнергиясының көлемін
66
анықтау ... ... ... ... ...
4.3
Қондырғының құнын
71
анықтау ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Қысқартылған сөздер тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Пайдаланылған әдебиеттер
75
76
77
тізімі ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
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 қорларды
11
жаңартылмайтындардың 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.
Негізгі энергия қорларының ескірушілігіне байланысты, жаңа электр
станциялардың құрылысы өте үлкен көлемде инвестицияны қажет етеді.
Қазақстан үкіметі 2007 жылы энергетикалық саланың 2015 жылға дейінгі даму
жоспары қабылданды. Осы жоспарға сай 2015 жылға дейін 5598 МВт қуатты
қосу жоспарлануда. Соның ішінде көмірден электр энергиясын өндіруді 4250
МВт көбейту жоспарлануда. Қазіргі таңда Қазақстанда электр энергиясының
жетіспеушілігі орын алып отыр. 1-кестеде Қазақстанда өндірілетін энергия
мен оның жетіспеушілігі көрсетілген [2].
1 кесте - Электр энергиясының Қазақстандағы өндірілу мөлшері
12 Жыл
Өндірілетін электрэнергия
көлемі
(млрд. кВсағ)
Пайдаланылатын
электрэнергиясының
көлемі
(млрд. кВсағ)
2003
60,03
62,10
2004
62,50
63,95
2005
67,50
67,50
2010
82,40
83,00
Қазақстанда күн энергиясының потенциалы да өте жоғары. Сондықтан
күн энергиясын шаруашылықта және тұрмыста пайдалану да қолға алынуда.
Күн Республикада бір жылда күн шуақты сағаттар саны 2200-3000 арасында
жатыр, ал жылдық күн энергиясының деңгейі 1300-1800 ваткв.м жетеді.
Атақты қазақстандық энергетик Александр Трофимовтын мәліметтеріне
қарағанда Қазақстан әлем бойынша адам басына шаққандағы жел ресурсының
мөлшерінен бірінші орынды иеленген.
ООН бағдарламасының
мамандарының бірі Питер Диксонның мәліметтері бойынша энергетикалық
баланста дәстүрлі энергия көздерінің (мұнай, газ және көмір) қоры 74%
құрайды. Осы дәстүрлі ресурстарды пайдалану шамамен мұнай 40 жылға, газ
56 жылға, ал көмір 197 жылға ғана жетеді. Дәстүрлі емес энергия көздерін
пайдаланатын елдердің қатарында АҚШ, Қытай және Индия. Қазіргі таңда
дәстүрлі емес энергия көздерін пайдалану жылдан жылға өсіп келеді.
Мамандардың есептеуінше осы ғасырдың ортасына қарай дәстүрлі емес
энергия көздерін пайдалану 35% жетеді деп күтілуде. Дәстүрлі емес энергия
көздерін пайдалануға деген қызығушылық осы энергия ресурстарының
таусылмайтындығы, бағасының әлемдік рынокқа тәуелді еместігі және
экологиялық тазалығына негізделген.
Қазіргі таңда Қазақстанда атмосфераға зиянды қалдықтарды бөлуден
энергетикалық сала бірінші орынды алады. Олар жыл сайын атмосфераға
миллион тоннадан асатын зиянды заттарды және 70 млн тонна көмірқышқыл
газын бөледі. Халықаралық энергетикалық агенттіктің мәліметтері бойынша
Қазақстан парниктік газды бөлуден әлемде үшінші орынды иеленген.
Қоршаған ортаға зиянды қалдықтарды бөлуден келетін шығын шамамен көмір
үшін жылына 3,4 млрд. долларды құрайды . Дәстүрлі емес энергия көздерін
пайдаланудың негіздерінің бірі орталықтан энергиямен
қамтамасыздандырудың тиімсіздігі және халықтың орналасуының
тығыздығының төмендігі есептеледі. Өйткені энергияны алыс қашықтықта
орналасқан тұтынушыларға тасымалдау кезінде энергияның көп мөлшерін
жоғалтады.
Жел энергиясы мен күн энергиясын электр энергияға түрлендіру арқылы
пайдалануды шаруашылықта пайдалануды енгізу Қазақстанның
индустриалды-инновациялық дамуына үлкен әсерін тигізеді. Дәстүрлі емес
энергия көздерінен энергия өндіруді дамыту екі бағытта жүргізілуде - саяси
және экономикалық. Саяси технологияға халықаралық деңгейде өткізілетін іс-
шаралар жатады. Мұндай іс-шаралар мынадай халықаралық келісім
шарттардың жасалуымен аяқталады: климаттың өзгеруі бойынша конвенция,
Киоттык протокол және т.б. Экономикалық технологияға ұлттық деңгейде
жүзеге асырылатын іс-шаралар жатады. Ол ғылыми және өндірістік
ұйымдардың дамуына қолайлы жағдай жасауымен аяқталады. Дәстүрлі емес
электр энергия көздерін электр желілеріндегі шығын 25-30% құрайтын
жерлерде пайдаланған тиімді. Осындай жағдайда орталықтандырылмаған
13
энергиямен қамтамасыз ететін жүйелер дамып, энергияның жетіспеушілігі
төмендетіліп, электр энергиясының құны төмендейді [9].
Неміс ғалымдарымен бірлесе отырып қазақстандық ғалымдар
Қазақстандағы жел энергетикасының дамуына қолайлы аймақтар анықталды.
Қазақстанның территориясының 50% бөлігінде желдің жылдық орташа
жылдамдығы 4-5 мс жетеді, ал кейбір аймақтарда 6мс жетеді және одан да
жоғары. Мамандардың бағалауы бойынша Қазақстан жел энергетикасының
дамуына қолайлы елдердің бірі болып есептеледі. Жел көп болатын
аймақтарға мынадай аймақтар жатады: Каспий маңы, орталық және солтүстік
Қазақстан, оңтүстік және оңтүстік-шығыс Қазақстан. Қазақстан
халықтарының орналасуының тығыздығы аз болғандықтан қуаттылығы өте
жоғары болатын жел электро станцияларын орнатуға ыңғайлы. Кейбір
теориялық мәліметтер бойынша Қазақстанның жел потенциалы жылына 1820
млрд. кВт.сағ құрайды. Жел потенциалы жайлы нақты ақпараттар алу үшін
метеорологиялық зерттеу жүргізіп, ұзындығы 30-80 м болатын метеомачтаны
пайдаланып зерттеу ісін жүргізу керек кем дегенде бір жыл ішінде. Алынған
метеорологиялық ақпараттар жел қондырғысының бір жыл ішінде өндіретін
электр энергиясы есептеледі.
Есептеудің нәтижелері жел электр
станциясының құрылысына технико-экономикалық негіз болады. 1998-2000
жылдары Жоңғар Алатауы қақпасында және Шелек дәлізінде ПРООН - ның
қолдауымен метеозерттеулер жүргізілді. Зерттеулер көрсеткендей Жоңғар
Алатауы қақпасының жел потенциалы өте жоғары. Орташа жылдық желдің
жылдамдығы 50 метр биіктікте 9,7 мс жетеді, ал жел қозғалысының
тығыздығы 1050 Втм2 құрайды. Бұл сағатына 4400 кВт электр энергиясын
өндіруге мүмкіндік береді. Ашық аймақ болғандықтан мұнда қуаттылығы
жоғары жел электр станцияларын үлкен мөлшерде орналастыруға болады.
Қазіргі таңда осы аймақта 5МВт электр энергиясын өндіретін жел электр
станциясының құрылысын жүргізу жоспарлануда. Осы жел электр станциясы
жылына 18 млн. кВт сағатына өндіреді, ал бағасы 4,5 цент АҚШкВт.сағ
құрайды. Жел электр станциясының құрылысы сәтті аяқталған соң, оның
қуаттылығын 50 МВт дейін жоғарылату күтілуде. Жел электр станциясының
құрылысына негіз болатын зерттеулер Қазақстан аймағынан 8 жерінде орын
алды. Осы зерттеулердің нәтижесінде жел электр станциясының құрылысы
үшін қажетті ақпараттардың барлығын алуға болатын атлас жасалды.
14
1 сурет - Қазақстанның жел атласы
Атласқа сүйене отырып Қазақстанның кез келген аймағындағы желдің
жылдамдығын анықтауға болады. Неміс ғалымдарымен бірлесе отырып
жасалған зерттеулер нәтижесінде Қазақстандағы жел электрстанциясының
құрылысына ыңғайлы аймақттар анықталып, инвестициялық жобалар
жасалды. Қазіргі таңда осы аймақттарда жел генераторының құрылысы
жүргізіліп жатыр. Жел генераторын орнату арқылы Қазақстандағы энергия
тапшылығын жою көзделуде.
Дәстүрлі емес энергия көздерін пайдаланудың әсерінен энергия
ресурсының шектеулік мәселесі шешіледі [8]. 1-кестеде дәстүрлі емес энергия
көздерінің потенциалы көрсетілген. Осы энергия көздерінің кез келгенінің
ресурстары адамдардың қажеттіліктерін қазір және болашақта да қамтамасыз
ете алады. Олардың пайдалануы экологиялық мәселелерді де шешеді.
2 кесте - Жел электр станциясының құрылысына ыңғайлы аймақтар
15
№
п
п
Аймақтың аты
Облыс
10 м
биіктіктег
і желдің
жылдамд
ығы
мс
Орнатылаты
н
қуаттылығы
ВЭС, МВт
Қосымша ақпарат
1
Жарминск
Шығыс
Қазақстан
5,6
40,0
3 кесте - Дәстүрлі және дәстүрлі емес энергия көздерінің потенциалдары.
16 2
Ерейментау
Акмола
5,4
35,0 (20)
Жел потенциалы
зерттелуде
3
Селетинск
Акмола
5,9
40,0(20)
4
Балхаш
Қарағанды
4,4
10,0
5
Егіндібұлақ
Қарағанды
6
Қарқаралы
Қарағанды
4,3
10
Жел потенциалы
зерттелуде
7
Арқалық
Қостанай
5,7
10,0
Жел потенциалы
зерттелуде
8
Сақрыл
БҚО
5,2
10,0
9
Атырау -
Қаработан
Атырау
4,4
40,0
Жел потенциалы
зерттелуде
10
Аққыстау
Атырау
5,5
50,0 (20)
11
Індер
Атырау
5,4
20,0
12
Прорва
Атырау
6,2
40,0 (20)
13
Форт-
Шевченко
Маңғыстау
6,0
40 (20)
Жел потенциалы
зерттелуде
14
Сай-Утес
Маңғыстау
15
Қордай
Жамбыл
5,1
20,0 (10)
Жел потенциалы
зерттелуде
16
Арал
Қызылорда
4,9
10,0
17
Қармақшы
Қызылорда
5,5
20,0 (5)
18
Чаян
ОҚО
5,0
40,0 (20)
Жел потенциалы
зерттелуде
19
Састөбе
ОҚО
20
Жоңғар
Алатауы
Алматы
7,8
50
Жел потенциалы
бойынша ақпараттар
бар
21
Шелек
Алматы
5,8
100
Жел потенциалы
бойынша ақпараттар
бар
Энергия көзі
Потенциалды энергия, трлн. тоннажыл
Күн энергиясы
131
Жел энергиясы
13
Су энергиясы
7
Биомасса энергиясы
0,1
Көмір
11
Уран
8
Әлемдік тұтыну
0,01
Жоғарыда көрсетілген мәселелердің барлығын ескере отырып, осы
дипломдық жұмыстың мақсаты тұрмыстық үйдің құрастырма электр
жабдықтыру ету жүйесін басқаратын жүйені құру болып табылады.
Берілген дипломдық жұмыстың негізгі мақсаты: дәстүрлі емес электр
энергия көздерін пайдаланып тұрмыстық үйді электр энергиясымен
қамтамасыз ететін жүйені басқару жүйесін құру. Осы мақсатқа жету үшін
төмендегідей мәселелерді шешу керек:
электр энергиясымен қамтамасыз ететін жүйелерге аналитикалық
шолу жасау;
тұрмыстық үйді құрастырма электр жабдықтыру (ҚЭЖ) жүйенің
функционалды схемасын құру;
пайдаланылатын құрылғылардың параметрлерін есептеу;
құрастырма электр жабдықтыру жүйесі үшін аккумуляторлық
батареяның көлемін есептеп таңдау;
жел және күн потенциалын зерттеу амалдарын қарастыру және
формулаларын анықтау;
ҚЭЖ жүйесін басқару алгоритмі мен блок-схемасын жасау;
тұрғын үйдің найзағайдан қорғанысын жобалау;
ҚЭЖ жүйесі арқылы өндірілетін электр энергиясының 1кВт үшін
бағасын анықтау.
1 бөлім. 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
17
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.
1.1 кесте - Қазақстандағы энергетикалық жағдай
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
18 Мерзімі
2005
2010
Қажетті электр энергиясы , млрд. кВт.сағ
12,5
14,7
Жергілікті электр станциялардың өндіретін
электр энергиясы, млрд. КВт.сағ
7,75
7,7
Солтүстіктен тасымалданатын энергия көлемі,
млрд. кВт.сағ
3,5
7,0
Жетіспеушілік, млрд. кВт.сағ
1,25
0,0
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 [6].
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.
19
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.
1.1.1 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.
20
1.1 сурет - Жел генераторының компоненттері
Инвертор - аккумуляторлық батареяда жиналатын айнымалы токты
көптеген электр қондырғылары пайдаланатын тұрақты токқа айналдырады.
1.2 сурет - Жел генераторының құраушылары
Жел электр станциясының қуаттылығы көптеген факторларға тәуелді
болады: мачтаның биіктігіне, ротордың, диаметріне, ротордың айналу
жылдамдығына.
21
1.3 сурет - Жел генераторының жұмыс істеу сұлбасы
1.4 сурет - Жел электр станциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің ротордың айналу жылдамдығына тәуелділік графигі
22
1.5 сурет - Жел электр станциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің ротордың диаметріне тәуелділік графигі
1.6 сурет - Жел электрстанциясының өндіретін электр энергиясының
көлемінің мачтаның биіктігіне тәуелділік графигі
23
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)
1.1.2 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;
24
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
25
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.
1.8 сурет - 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.
26
1.4 кесте - Аккумуляторлық батареяның сипаттамалары [11]
1.9 сурет - 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.
1.1.3 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.
27
Зарядталу дәрежесі
Батарея 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
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 сигналы ның 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.
28
1.10 сурет - Инвертордың сыртқы келбеті
1.1.4 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].
29
1.11 сурет - Контроллер Simatic S7-300
1.2 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
30
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
2
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 диаметр і 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.
31батареясының ПӘК 8-10%, олай болса 1 м ауданға (ғарыш аппаратының
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
32
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 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz