Судно с электроприводом от солнечной батареи
Объектом исследования является: Маломерное судно.
Цель работы: Проект солнечной электростанции с накопителями электрической энергии, способной обеспечивать бесперебойное электроснабжение электромотора за счет преобразования энергии солнца.
В процессе исследования проводились: расчет и выработки электрической энергии солнечными модулями, расчет и выбор емкости накопителей, разработка схемы солнечной электростанции, выбор оборудования солнечной электростанции, исследование динамических характеристик электропривода работающего от солнечной электростанции.
РЕФЕРАТ ……………………………………………………………………………………………………………….. 10
ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ …………………………………………………………………………. 11
ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………………………………….. 14
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
МАЛОМЕРНЫХ СУДОВ …………………………………………………………………………………………. 17
1.1. Анализ и оценка современного состояния использования возобновляемых
источников энергии на судах ……………………………………………………………………………………. 17
1.2. Перспективы применения ВИЭ в российском кораблестроении …………………………. 19
1.3. Структурные схемы автономного электроснабжения маломерных судов …………….. 23
1.4. Анализ природных условий для создания систем электроснабжения на маломерных
судах 25
1.4.1 Общие географические и климатические сведения для эксплуатации в
Ленинградской области …………………………………………………………………………………………. 28
1.5. Типы и характеристики солнечных и аккумуляторных батарей ………………………….. 30
1.5.1 Типы солнечных модулей…………………………………………………………………………….. 30
Органические солнечные панели ………………………………………………………………………………. 36
1.5.2 Характеристики солнечных модулей …………………………………………………………….. 38
1.5.3 Характеристики аккумуляторных батарей …………………………………………………….. 41
1.5.4 Типы инверторов, технические характеристики ………………………………………………. 42
1.5.5 Типы контроллеров заряда, технические характеристики ……………………………….. 46
Основные функции контроллера заряда: ……………………………………………………………………. 46
Виды контроллеров заряда аккумуляторов от солнечных батарей ……………………………….. 46
Вывод по 1 главе ……………………………………………………………………………………………………… 48
2. ТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ …………………………………….. 49
2.1. Оценка солнечного энергетического потенциала при переменных координатах ….. 49
2.2. Характеристики объекта электроснабжения ……………………………………………………… 54
2.3. Расчет электрических нагрузок ……………………………………………………………………….. 57
2.4. Выбор оборудования солнечной электростанции ………………………………………………. 58
2.4.1 Выбор солнечных модулей …………………………………………………………………………… 58
2.4.2 Выбор аккумуляторных батарей и контроллера……………………………………………… 61
Вывод по 2 главе ……………………………………………………………………………………………………… 64
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОГРАММЕ MATLAB/SIMULINK ……………………………….. 65
3.1. Вольт-амперные характеристики солнечной станции 4800 Вт ……………………………. 65
4. ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ …………………………………………………………………………………………. 71
4.1. Цели проекта …………………………………………………………………………………………………. 71
4.2. Потенциальные потребители результатов исследования ……………………………………. 71
4.3. Анализ конкурентных технических решений с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения ………………………………………………………………………………………………….. 72
4.4. SWOT – анализ ………………………………………………………………………………………………. 74
4.5. Оценка готовности проекта к коммерциализации ……………………………………………… 75
4.6. Методы коммерциализации результатов научно-технического исследования ……… 77
4.7. Инициация проекта ………………………………………………………………………………………… 78
4.8. Планирование управления научно-техническим проектом…………………………………. 79
4.8.1 Иерархическая структура работа проекта ……………………………………………………….. 80
4.8.2 Контрольные события проекта……………………………………………………………………….. 81
4.8.3 План проекта ………………………………………………………………………………………………… 81
4.9. Бюджет научного исследования ………………………………………………………………………. 84
4.9.1 Определение стоимости материальных затрат …………………………………………………. 84
4.9.2 Амортизация ………………………………………………………………………………………………… 85
4.9.3 Полная заработная плата исполнителей ………………………………………………………….. 85
4.9.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) …………………………. 87
4.9.5 Накладные расходы ………………………………………………………………………………………. 87
4.9.6 Формирование сметы проекта ………………………………………………………………………… 88
4.10. Оценка сравнительной эффективности исследования ………………………………………….. 88
Выводы по 4 главе …………………………………………………………………………………………………… 92
5. СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ ………………………………………………………………. 93
5.1. Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности …………………….. 93
5.1.1 Правовые нормы трудового законодательства …………………………………………………. 93
5.1.2 Эргономические требования к правильному расположению и компоновке рабочей
зоны …………………………………………………………………………………………………………………….. 95
5.2. Производственная безопасность………………………………………………………………………. 96
5.2.1 Анализ опасных, вредных факторов и мероприятия по снижению уровней
воздействия ………………………………………………………………………………………………………….. 97
5.3. Экологическая безопасность при проектировании системы электроснабжения судна
с электроприводом от солнечных батарей ………………………………………………………………… 104
5.4. Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………………………….. 105
5.4.1 Перечень ЧС……………………………………………………………………………………………….. 105
5.4.2 Выбор наиболее типичной ЧС ……………………………………………………………………… 106
5.4.3 Разработка мер по предупреждению ЧС ……………………………………………………….. 106
5.4.4 Разработка действий по ликвидации данной ЧС …………………………………………….. 107
Выводы по 5 главе …………………………………………………………………………………………………. 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ……………………………………………………………………………………………………… 109
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………… 110
ПРИЛОЖЕНИЕ А ………………………………………………………………………………………………….. 113
ПРИЛОЖЕНИЕ Б ………………………………………………………………………………………………….. 123
ПРИЛОЖЕНИЕ В ………………………………………………………………………………………………….. 124
ПРИЛОЖЕНИЕ Г ………………………………………………………………………………………………….. 125
С давних времён люди совершали длительные путешествия как по
суше, так и по воде без использования каких-либо видов топлива, а о таком
виде энергии, как электричество и не помышляли. Использование в качестве
средств передвижения лошадей и парусных судов никак не назовешь ни
практичным, ни комфортным. Транспорт на бензиновых и дизельных
генераторах энергии также постепенно изживает себя. Новые способы
передвижения – на энергии возобновляемых источников приобретают все
больше приверженцев.
Быстро растущая популярность солнечных батарей не обошла
стороной и водные виды транспорта. Солнечные панели устанавливаются на
борту катеров и яхт и как дополнительный источник энергии, и как основной
– на безмоторных судах. Электричество, генерируемое солнечными
панелями, используется для запуска мореходного и коммуникационного
оборудования, бортового освещения и т. д. Применение солнечных батарей
на яхтах, особенно оправдано в случаях длительных путешествий в регионы
земного шара, отличающиеся высоким уровнем инсоляции. Для таких судов
солнечные модули изготавливают, как правило, на заказ [1].
Электромоторные суда на солнечных батареях для водных прогулок и
рыбалки завоевывают все большую популярность. История появления
первых водных транспортных средств, движимых энергией солнца,
насчитывает уже многие десятилетия. Именно на воде было испытано первое
транспортное средство с электроприводом. В 1833 году немецким инженером
Якоби, работавшем в Петербурге, была спущена на воду лодка с двумя
электромоторами, работающими от 27 гальванических батарей. Эксперимент
оказался удачным: лодке удалось подняться вверх по Неве на несколько
километров, что в те времена было невиданным достижением человеческой
мысли. Правда, низкая энергоемкость батарей послужила препятствием к
дальнейшим экспериментам, и их пришлось прекратить. Тем не менее,
начало было положено.
Начало 20 века ознаменовалось появлением маломерных судов с
двигателями внутреннего сгорания. Более высокая энергоемкость
углеводородного топлива в сравнении с гальваническими батареями
заставили на время забыть о других источниках энергии. Лодки, катера,
катамараны с мощными бензиновыми моторами еще долгие годы оставались
самым востребованным видом водного транспорта. Электромоторные же
суда, ввиду несовершенства аккумуляторных батарей того времени –
сложности их зарядки и ограниченного ресурса, до недавнего времени,
наряду с электромобилями, практически не встречались [2].
Лодки и катера с жидкотопливными двигателями сегодня
распространены повсеместно. Отравляя воду и воздух продуктами сгорания
топлива, вызывая эрозию берегов водоемов сильными волнами, уничтожая
природные экосистемы, моторные лодки уже не вызывают прежнего
энтузиазма и заставляют обращать свой взор на альтернативные экологичные
источники энергии. Солнечные суда на экологически чистой возобновляемой
энергии могут стать наилучшим решением проблемы отдыха на природе,
рыбалки и туризма, не отравляемыми ни ядовитыми выхлопами, ни шумом
моторов.
Создание водных транспортных средств на солнечной энергии связано
с меньшим количеством проблем, чем создание электромобиля:
• большая площадь палубы катера или лодки обеспечивает
достаточную площадь для размещения требуемого количества солнечных
батарей;
• отсутствие проблемы затенения деревьями, домами и др. позволяет
вырабатывать большее количество энергии;
• разгон и торможение, преодоление подъемов и спусков, требующее
повышенных мощностей, – прерогатива лишь наземного транспорта [3].
Все водные транспортные средства с солнечным приводом имеют
аккумулятор, емкость которого подбирается в зависимости от назначения
судна.
Современные электромоторы обладают существенными
преимуществами в сравнении с двигателями внутреннего сгорания. Они не
нуждаются в смазке и смене масла, не требуют топлива, что позволяет не
загромождать пространство емкостями для горючего.
Цель данной работы заключается в решении проблемы автономного
электроснабжения маломерного судна. Решать эту проблему мы будем
путём создания системы электроснабжения электромотора маломерного
судна от солнечных модулей, для возможности передвижения на нем по
водоемам города Санкт-Петербург. Задачами для достижения которой
становятся:
• исследование солнечного потенциала на территории Ленинградской
области;
• определение схемы электроснабжения;
• расчет электрических нагрузок;
• выбор оборудования и определения баланса мощностей;
• построение схемы электроснабжения от возобновляемого источника;
• оценка полученных результатов.
В роли объекта электроснабжения выступает электромотор Aquamot
A20e, установленный на катер российского судостроительного завода
«Вымпел» Vympel 7000.
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ СИСТЕМ
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МАЛОМЕРНЫХ СУДОВ
В данной работе была рассмотрена солнечная электростанция,
способная за счет энергии солнца в достаточной мере обеспечить покрытие
потребности в электрической энергии электромотора маломерного судна.
Электрическая энергия вырабатывается 12 солнечными модулями,
бесперебойность электроснабжения обеспечивается за счет установки 4
накопителей, суммарной емкостью 416 А·ч и напряжением 24 В. Системой
предусмотрена установка инвертора с микроконтроллером, который не
только преобразует вырабатываемую энергию постоянного тока в
переменный ток, но и синхронизирует систему, обеспечивая оптимальный
режим заряда/разряда аккумуляторных батарей и их защиту.
Согласно разработанной схеме солнечной электростанции, выбрано
основное оборудование. Полная стоимость основного оборудования
электростанции составляет 1 110 300 рублей.
В целом, в рассматриваемом регионе не сильно высокий потенциал
возобновляемых источников энергии. Однако, использование новейшего и
высокоэффективного оборудования, позволяет использовать альтернативную
энергетику в этом районе. Спроектированная система электроснабжения
наглядно это демонстрирует.
1.Виссарионов В. И. Дерюгина Г. В. Кузнецова В. А., Солнечная
энергетика: Учебное пособие для вузов/ Под. Ред. В. И Виссарионова- М.:
Издательский дом МЭИ, 2008. – 320 с.
2.Лукутин Б.В. Возобновляемая энергетика в децентрализованном
электроснабжении: монография / Б.В. Лукутин, О.А. Суржикова, Е.Б.
Шандарова. – М.: Энергоатомиздат, 2008. – 231 с
3.Будзко И. А. Электроснабжение сельского хозяйства/ И. А.
Будзко Т. Б. Лещинская – М.: Колос, 2000. – 536 с.
4.Фаренбрух А., Бьюб Р. Солнечные элементы: теория и
эксперимент / Пер. с англ. под ред. М.М. Колтуна. – М.: Энергоатомиздат,
1987. – 280 с.
5.Речной транспорт, общая характеристика [Электронный ресурс]:
https://poisk-ru.ru/s7493t6.html (дата обращения: 10.03.2021)
6.РечнойтранспортРоссии[Электронныйресурс]:
https://cyberlesson.ru/morskoj-transport-rossii/ (дата обращения: 10.03.2021)
7.Солнечныеэлементы.Монтажиэксплуатация.URL:
http://www.solarempire.ru/ (дата обращения: 10.03.2021)
8.Производствоиэксплуатациясолнечногооборудования
[Электронный ресурс]: http://www.hevelsolar.ru/ (дата обращения: 10.03.2021)
9.Типовые схемы подключения ВИЭ [Электронный ресурс]:
http://electrohobby.ru (дата обращения: 10.03.2021)
10. Основные маршруты речного транспорта РФ [Электронный
ресурс]:https://fb.ru/article/147149/rechnoy-transport-perevozka-rechnyim-
transportom-rechnoy-vokzal (дата обращения: 10.03.2021)
11. КлиматЛенинградскойобласти[Электронныйресурс]:
http://www.cankt-peterburg.ru/gorod/spravka/geografiya/klimat(дата
обращения: 10.03.2021)
12. Солнечные панели компании Hevel. Исследование и режим
работы [Электронный ресурс]: https://www.hevelsolar.com/catalog/solnechnye-
moduli/ (дата обращения: 10.03.2021)
13. Солнечные панели компании Энергосоюз. Исследование и режим
работы [Электронный ресурс]: https://energo-souz.ru/moduli-fsm/(дата
обращения: 10.03.2021)
14. Выборэлектрооборудованиядлясолнечнойстанции
[Электронный ресурс]: https://energiya-prirody.prom.ua/ (дата обращения:
10.03.2021)
15.Маломерное судно [Электронный ресурс]: http://www.katera-
lodki.ru/vympel7000 (дата обращения: 10.03.2021)
16.ДвигательA20e компании Aquamot [Электронный ресурс]:
https://fisherninja.ru/aquamott-ae20e.html (дата обращения: 10.03.2021)
17. Аккумулятор YPB 24V104 компании Titanat [Электронный
ресурс]:https://fisherninja.ru/litievyj-akkumuljator-24v-100-ach.html(дата
обращения: 10.03.2021)
18. ИнверторИС1-24-2000РDC-AC[Электронныйресурс]:
https://solarbreeze.ru/vkhodnoe-napryazhenie-24-v/351-is1-24-2000p.html(дата
обращения: 10.03.2021)
19. Приближённая оценка экономичности водоизмещающего катера
[Электронныйресурс]:http://www.barque.ru/shipbuilding/2001/estimate_of_
economics_displacement_boat (дата обращения: 10.03.2021)
20. Кузьмина Е.А, Кузьмин А.М. Методы поиска новых идей и
решений “Методы менеджмента качества” №1 2003 г.
21. Попова С.Н. Управление проектами. Часть I: учебное пособие /
С.Н. Попова; Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во
Томского политехнического университета, 2009. – 121 с.
22. Кузьмина Е.А, Кузьмин А.М. Функционально-стоимостный
анализ. Экскурс в историю. “Методы менеджмента качества” №7 2002 г.
23. ГОСТ Р МЭК 62485-2-2011 Батареи аккумуляторные и установки
батарейные. Требования безопасности.
24. ГОСТ 12.0.003-2015 «Опасные и вредные производственные
факторы. Классификация».
25. ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры
микроклимата в помещениях»
26. CанПин 2.2.4.548-96 «Гигиеничеcкие требования к микроклимату
производcтвенных помещений».
27. ГОСТ24389-89.Системыкондиционированиявоздуха,
вентиляции и отопления судов.
28. ГОCТ 12.1.003 – 2014 «Шум. Общие требования безопаcноcти».
29. СанПиН2.2.4/2.1.8.566–96«2.2.4.Физическиефакторы
производственной среды. 2.1.8 Физические факторы окружающей природной
среды».
30. СП 52.13330.2016. Естественное и искусственное освещение.
31. ГОCТ 12.1.009-2017 «Система стандартов безопасности труда.
Электробезопасность. Термины и определения».
32. ГОСТ 12.1.038-82. Предельно допустимые значения напряжений
прикосновения и токов.
33. ГОСТ Р 53692-2009. Ресурсосбережение, обращение с отходами.
34. ГОСТ Р 22.3.03 – 94 «Безопасность в чрезвычайных ситуациях»
35. Правила устройства электроустановок [Текст]: Все действующие
разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. – Новосибирск: Норматика, 2016. – 464 с.,ил –
(Кодексы. Законы. Нормы).
36. CНиП 2.0l.02-85 «Противопожарные нормы».
37. Трудовой кодекс Российской Федерации (по состоянию на 1
октября 2017 года). – Новосибирск: Норматика, 2017. – 208 с. – (Кодексы.
Законы. Нормы).
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.5 (9 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.6 (522 отзыва)
4.9 (20 отзывов)
5 (20 отзывов)
4.2 (25 отзывов)
4.8 (37 отзывов)
5 (285 отзывов)
4.8 (30 отзывов)
