Расчет емкости блока аккумуляторов

Электроэнергия, будучи произведенной, должна быть немедленно потреблена. Т.о. если ВЭУ вырабатывает энергию, а потребления нет, ее необходимо запасать. Кроме этого для покрытия кратковременных пиков энергопотребления необходим накопитель энергии, который запасает излишки энергии во время минимального потребления и отдает запасенную энергию во время максимального потребления в короткий промежуток времени.

Накопители энергии представляют собой широкое разнообразие. Накапливать энергию можно в механических устройствах (раскручивание маховика, подъем тяжелых плит), гидравлических системах (закачка воды с последующим спуском через гидротурбину), водородных накопителях (выработка водорода электролизером, запасание и дальнейшее окисление в топливных элементах), химическое аккумулирование (кислотные, щелочные, никель-кадмиевые, литий-ионные и другие аккумуляторы) и т.д.

Примером простейшего аккумулирования электроэнергии может служить обычная автомобильная аккумуляторная батарея, которая и рассматривается в данной задаче.

1. Определим потребляемую мощность объекта в периоды максимального энергопотребления с учетом данных решения пункта 1.1. Определим время потребления Т.

Каждый час в течение времени Т потребляется энергия, равная мощности, потребляемой в единицу времени:

P_ВЕЧ = E_ВЕЧ / Т [Вт]                                  (7.1)

2. Учитывая напряжение U_РЕГ из пункта 5.1 и потребляемую мощность P_ВЕЧ, найдем ток потребления I_РЕГ. Эти величины связаны между собой формулой:

                            P_ВЕЧ = U_РЕГ · I_РЕГ      [Вт]                          (7.2)

3. Определим общую емкость блока аккумуляторов:

С_АКБ = I_РЕГ·Т [А-час]                                         (7.3)

 Однако это общая емкость блока аккумуляторов, которая должна быть отдана потребителю. Тем не менее, химический аккумулятор не рекомендуется разряжать более чем на 50%. Поэтому величину С_АКБ необходимо удвоить, чтобы получить реальную емкость С_{АКБреал}:

С_{АКБреал} = С_АКБ ·2 [А-час]               (7.4)

4. Определим емкость единичной аккумуляторной батареи C_i исходя из того, что общая может быть представлена как сумма емкостей параллельно включенных каскадов последовательно соединенных аккумуляторных батарей:

С_{АКБреал} = С_i·m    [А-час]                     (7.5)

С_i подбираем исходя из емкостного ряда имеющихся на рынке аккумуляторов. Как правило, это ряд представлен емкостями 50, 55, 60, 65, 70, 75, 90, 120, 190, 200, 400 и т.д. А-ч. Разработчик выбирает наиболее удобный вариант.

5. После проведения расчета сделаем проверку на предмет того, сможет ли ветроэнергетическая установка за предыдущий период зарядить эти аккумуляторы до требуемого уровня.

С этой целью определим, какое количество энергии должно поступить от ВЭУ за период времени Т_i-1, предшествующий исследуемому периоду Т_i.

Эти данные можно получить:

- Длительность предшествующего периода Т_i-1 из Таблицы 1.2, приведенной в пункте 1.1.

- Мощность P_мгнВЭУ, выдаваемую ветроэнергетической установкой на конкретной скорости ветра.

Тогда энергия Е_ВЭУ-Т, поступившая от ВЭУ за период Т_i-1:

Е_ВЭУ-Т = P_мгнВЭУ·Т_i-1 [Вт-час]                     (7.6)

Полученная величина подлежит сравнению с потребляемой энергией и должна превышать ее:

Е_ВЭУ-Т ≥ E_ВЕЧ [Вт]                            (7.7)

 

В пункте 1.1 приведена таблица 1.2, где рассчитана потребляемая энергия в утренние, дневные, вечерние и ночные часы. Максимальное значение энергопотребления составляет в вечерние часы

E_ВЕЧ = 9700 Вт-часов.

Время потребления Т_ВЕЧ примерно 4 часа. Тогда мощность потребления:

P_ВЕЧ = E_ВЕЧ / Т = 9700 / 4 = 2425 Вт.

2. Учитывая напряжение постоянного тока регулятора U_РЕГ = 48В, определенное в пункте 5.1 и потребляемую мощность P_ВЕЧ, найдем ток потребления I_РЕГ из формулы (7.2):

                            I_РЕГ = P_ВЕЧ / U_РЕГ = 2425 / 48 = 50 А

3. Общая емкость блока аккумуляторов должна быть получена из формул (7.3) и (7.4):

С_{АКБреал} = С_АКБ·2 = С_АКБ = I_РЕГ·Т_ВЕЧ·2 = 50·4·2 = 400 А-час

4. Емкость единичной аккумуляторной батареи C_i может быть найдена из формулы (7.5). Число параллельно соединенных каскадов определяется из того расчета, что чем меньше емкость аккумулятора, тем ниже его стоимость. Например, пусть m=4 каскада по 4 соединенных последовательно аккумулятора. Тогда:

С_i = С_{АКБреал} / m = 400 /4 = 100 А-ч

Таким образом, необходимо подобрать аккумуляторные батареи в количестве 16 шт, емкостью не менее чем 100 А-ч каждая. Причем они соединяются в 4 параллельно включенных каскада, по 4 последовательно соединенных батареи в каскаде. Выбираем 16 аккумуляторных батарей по 100 А-ч.

5. Проведем проверку полученного результата, т.е. определим, сможет ли ВЭУ за предыдущий период зарядить аккумуляторные батареи при средней скорости ветра.

Из Таблицы 1.2, приведенной в пункте 1.1, находим длительность предшествующего, т.е. дневног периода Т_ДЕН:

Т_ДЕН = 10 часов

Из таблицы 2.1 определяем мощность P_{мгнВЭУ-5}, выдаваемую ветроэнергетической установкой на скорости ветра 5 м/с: P_{мгнВЭУ-5} = 0, 5 кВт.

Тогда энергия Е_{ВЭУ-ДЕН}, поступившая от одной ВЭУ-5 за период Т_ДЕН: Е_{ВЭУ-ДЕН} = P_{мгнВЭУ-3}· Т_ДЕН = 0, 5·10 = 5 кВт-час.       

В пункте 2.1 для энергоснабжения было выбрано 2 установки ВЭУ-5. Тогда суммарная энергия, вырабатываемая в течение дневного периода Т_ДЕН, должна быть удвоена и составит 10 кВт-часов.

Этого достаточно для энергопотребления объекта E_ВЕЧ, которое составляет 9, 7 кВт-часов.

 

 

Экономический расчет

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: