автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Перспективы использования возобновляемых источников энергии и выбор конструкции генератора для работы в условиях Западной Сахары

На правах рукописи

МАХЖУБ МОХАМЕД ФАдЙГьб ОД

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ И ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ ГЕНЕРАТОРА ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ЗАПАДНОЙ САХАРЫ

Специальность: 05.09.03- электрические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2000 г.

Работа выполнена в о 1 деле (инсппуте) электроэнергетических проблем '>нер! е]ики РАЯ (ОЭЭП РАН)

Научный руководи-, ель:

акцдемкл РАН. Я.!). Данилевич

доктор технических наук, профессор, В.В. Елистрагов Кандида! 1ехннческих наук. Л.В. Савинои

Ведущая организация-АО "Новая сила"

Защита состоится " 2000 г. в _Л1^'часов

на заседании дисссрташоино го сове! а Д200.32.01 в Институте Проблем Электрофизики по адресу: 191185, г. Санкт-Петербург. Двсряоам тбсрежшм.18

С диссертацией можно ознакомиться п научной библиотеке ИПЭФ

Автореферат разослан у ШеЛЛ* .2000 г.

Ученый секретарь специализированного соаа а. кандидат '! ехничееких наук. С.н.с.

-0'1.п ч- 3 О

А.А. Киселев

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Невозобновляемость и неравномерность распределения ископаемых энергоносителей по земному шару в последние годы беспокоит человечество. Говоря о перспективной стабильности энергетики, следует отметить, что она может и должна опираться на возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Традиционная энергетика, использующая в основном органическое топливо, оказывает вредное воздействие на окружающую природную среду, и может привести к глобальному экологическому кризису. В связи с этим актуальными являются проблемы всемирной экономии и снижения потребления 'энергии, получаемой на базе традиционных первичных энергоисточников, а также выявление и вовлечение в топ-дивно-энергетичсский баланс ВИЭ.

>' В настоящее время решается вопрос о полной независимости Западной Сахары, поэтому возникает необходимость восстановления экономики и построения современного общества Известно, что без успешного решения энергетических задач и, в первую очередь, электроснабжения, развитие экономики страны не представляется возможным.

Энергетическую базу Западной Сахары (ЗС) составляли пять электростанций, работающие на импортном топливе, с суммарной выработкой электроэнергии около 2735 тыс. кВт.ч. Для страны с населением около 500 тыс. человек этого, конечно, недостаточно и необходимо в кратчайшие сроки провести мероприятия по наращиванию генерирующих мощностей. Наиболее эффективным решением является выявление местных энергетических ресурсов, в том числе возобновляемых видов энергоисточников. В этом направлении наиболее перспективным и экономически целесообразным оказывается использование энергии солнца и ветра, которыми ЗС наделена в достаточном количестве.

Таким образом, актуальность темы диссертационной работы определяется необходимостью восстановления экономики ЗС и, в первую очередь, электроэнергетической отрасли, с учетом современных тенденций развития энергетики в развитых странах мира.

Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по наращиванию генерирующих мощностей и использованию энергетических установок малой мощности на оспове ВИЭ при решении проблем электрификации ЗС, и разработка конструкции надежных и простых в эксплуатации электрических машин, приспособленных для работы в климати-

ческих условиях ЗС.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1) Проведен анализ современных тенденций развития мировой энергетики и энергетики ЗС;

2)Проведен анализ потенциала традиционных и возобновляемых источников энергии, выявлены и обобщены технические ресурсы нетрадиционных ВИЭ для использования в электроэнергетике;

3)Разработаны рекомендации по наращиванию генерирующих мощностей на базе НВИЭ, в частности, энергии солнца и ветра в условиях ЗС;

4)Разработана методика определения и оценки технических ресурсов ветроэнергетики ЗС при отсутствии данных наблюдений;

5)Проведен анализ исследований, новых разработок и технических решений но конструктивным элементам генераторов с постоянными магнитами;

6)Разработаны технические средства для повышения энергетической эффективности электрических машин ветроагрегатов, адаптированных к климатическим условиям ЗС;

7)Выполнены расчеты новых технических решений в элементах электрической машины для выявления её технико-экономических показателей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- исследованы и обобщены перспективные виды источников энергии ЗС;

- определены основные направления наращивания энергетических мощностей в ЗС;

- предложена конструкция электрической машины для работы в условиях ЗС, особенность которой заключается в расположении охладителя в центре статора, находящегося внутри ротора;

- получены расчетные технико-экономические показатели предложенной конструкции электрической машины.

Практическая значимость работы для ЗС состоит в определении и обобщении данных по техническим ресурсам возобновляемых источников энергии, обеспечивающих наращивание энергетических мощностей в кратчайшие сроки, в разработке технических решений, обеспечивающих эффективную работу электрических машин ветроагрегатов в местных условиях, что создает базу для подъема народного хозяйства страны.

Реализация работы. Результаты исследований были использованы при разработке рекомендаций по эисрг обеспеченности экономики ЗС и т? технических решениях по усовершенствованию электрических машин neTpoaipeiaroB.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинара* отдела электроэнергетическихпроблем энергетики РАН в 1996-2000 г.г.

ТТъГмикаци». По результата?»? проведенных исследований опубликованы 2 научные статьи.

Структура и «бьем раоогы. Диссертация состоят из введения, четырех глав, заключения н списка литературы из НО наименований. Обилий объем работы 164 сфаниц машинописного 1екста.

ОСНОВНОЕ СОДЕ РЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование акпалыюсти темы диссертационной работы, сформулированы основные цели и задачи исследований, приводятся сведения о научно!} новизне и практической ценности работы, апробации разработок и ^следований.

В первой главе приведен анализ современных тенденций, сложившихся в мировой энергетике и современною состояния злек-троэперге! ики ЗС, Дана классификация -источников энергии и сведения о мировых запасах органического топлива. Отмечается озабоченность мировой общественности огршптченноегью и невозобиез-ляемостью этого вида энергетических ресурсов и необходимоегъю выявления; и широкого использования ВИЗ для решения энергетических проблем.

Данные но гОпливио-энерге с и чески« ресурсам и энергешкеЗС очень скупы, что явилось результатом политики Испании и последующей надионально-осво/игсльной войны. Поэтому сведения были собраны из разных источников: из грудов Войкова А.И, Альфимова Е.В., Гончарова Ji.B.. Громыко А.Н., Салиха.М.С.. из журналов "Энергетическое хозяйство за рубежом", '"Электрические станции", "Большая -шцикжтедия Марокко" , "The daily telegraph word Atlas" (гта апг. яз.). "Contribution а Г etude scientifique de la province de Tarfaya" Travaux de l'institut scientifique chéri lien ei de la faculté des sciences de Rabat. Série gencrale" № 3 1975(на франц. яз.), и других источников на русском, арабском, испанском, английском и французском языках, а также данные, полученные по интернету.

Первичные энергоносители составляют основу энергетики большинства стран, в том числе и ЗС. Их доля в современном балансе энергопотребления по данным Международного энергетического агентства (МЭА) составляет: нефти -38 %, газа - 20 %, угля - 27 %, в целом 85 % от общего потребления энергоресурсов, поэтому объем добычи и цены на энергоносители в значительной мере определяют тенденции развития энергетики мира.

Резкое изменение энергетической ситуации в мире из-за подорожания энергоносителей (особенно нефти) в 70-х годах привело к значительному сокращению использования минеральных топливных ресурсов для выработки электроэнергии и повышению интереса к возобновляемым источникам энергии. Кроме того, тепловая и атомная энергетика вызывает значительные нарушения в окружающей природной среде, и увеличением масштабов производства электроэнергии на базе органического топлива может привести к глобальным экологическим последствиям для всей нашей планеты.

ЗС называют "богатой пустыней", так как она богата не только запасами рыбы, но и полезными ископаемыми - фосфатами, нефтью и природным газом. В ее недрах имеются также месторождения железа, меди, магния и других металлов.

До начала освободительной войны компаниями Испании, а также Mobil oil, Golf oil, Texaco, Esso, Филиш ойл си" в ЗС проводились геологические исследования, которые показали, что нефть может добываться на площади 180000 км2 на суше и континентальном шельфе. Этому посвящены исследования Ибрахима Серфати, И.В. Высоцкого, В.П.Клояко, Kulke Holger и др. Отмечается, что ЗС попадает в зону трех крупных нефтяных бассейнов, запасы которых сравнимы с запасами Персидского залива. Но из-за боевых действий геологические исследования были приостановлены, а полученные результаты засекречены. Потребуется несколько лет для возобновления таких работ, поиска инвесторов и партнеров для исследования добычи нефти и природного газа.

Таким образом , пока формируется собственная энергетическая база, требуется либо строительство электростанций на базе импортного топлива, либо строительство линий электропередачи, соединяющих с электросистемами соседних стран, либо нахождение других альтернативных вариантов решения энергетических проблем.

Анализ ресурсов ВИЭ, показал что в ЗС из всех их видов в настоящее время имеются большие потенциалы солнечной (210-250 Вт/м2.в день) и океанской энергии, но использование последней, по нашему мнению, может нанести ушерб рыбном}' хозяйству страны. Другие виды энергии не изучены. Однако известно, что ЗС находит-

ся в зоне влияния ветров Азорского и Канарского течений, изучению которых не уделялось достаточного внимания.

Вторая глава посвящена обзору работ но использованию энергии ветра, рассмотрены принципы использования ресурсов ветроэнергетики и классификация ветровых режимов. Дана оценка по ветровому потенциалу ЗС.

Большой вклад в развитие ветроэнергетики внесли труды таких ученых как: Шефтер И.Я., Быстридкин Д.Н., Волшаннк В.В., Виссарионов В.И., Данилевич Я.Б., /Денисенко Г.И., Елистратов В,В.. Карелин В.Я.. Малинин II.K., Федоров М.П. и др.

Анализ ресурсов встроэнер! етики показа?, что ЗС наделена богатых! потенциалом энергии дорэ. но исследований в jtoh области не проводилось. На основе данных по соседним государствам (Королевство Марокко, Мавритания. Сенегал), полученных- некоторыми заинтересованными западными организациями, в том числе Балтийским НИИ морского рыбного хозяйства и океанографии, можно выделить следующее: участок побережья от г. Тарфая, (Марокко) до г. Нуадибу (Мавритания), между которыми находится ЗС. расположен в зоне действия Азорского максимума давлений и экваториальной области пониженного давления, поэтому здесь в течение всего года господствует северо-восточный naccai (см. рис .2.1) силой 3-4, а иногда 5 баллов, что по шкале Бофорга соответствует скоростям вегра 3,6-5,8 м/с. 5,8-8,5 и 8,5-11.0 м/с. Из разных зарубежных литературных источников по ветровому потоку нами получены данные в районе городов Касабланка, Эссуария и Сафи (Марокко), где морскому пассату противодействуют другие ветры и оказывает большое влияние цепь Атлантических юр, поэтому скорость негра, несколько ниже, чем на территории, прилегающей к ЗС, (например, с.м.рнс2.2, г.Тарфая, Марокко). В таблице 1 приведены данные в районе вышеназваных городов.

Как показывают данные таблицы 1, но мере удаления от зон влияния горной системы и континентального пассата, действие господствующего морского пассата усиливаемся и средние значения скоростей увеличиваются примерно (например, от г.Эссуария до г. Тарфая) на 22 % осенью, т 324 зимой, весной на 158с, а летом на i 1%. На основе этих данных составлены средние значения скоростей ветра по ЗС.

На побережье ЗС, где проникновению в пустыню ветров с океана не препятсвуют ни рельеф, ни расстояние, морской пассаг является основным фактором, дающим возможность Канарским и Аюрским течениям играть доминирующую роль в составлении ветрового режима ЗС. Континентальный пассат влияет в меньшей ас-

Рис H Локальные ветры в ЗС

Рис.:-].,?. Места расположения города Тарфая

рового режима ЗС. Континентальный пассат влияет в меньшей степени, что позволяет рассматривать ветровой режим Канарских островов как основной график изменения ветров на побережье ЗС. При этом может быть учтена небольшая погрешность из-за незначительного влияния Азорских течений на режим ветров Канарских островов, тогда как они доминируют на побережье Рио де Оро и вместе с Канарским течением составляют ветровой режим ЗС. Кроме того, ветровой режим Сахары обусловлен, главным образом, планетарной циркуляцией атмосферы. Большая часть пустыни в течение всего года находится под воздействием сухого северо-восточного пассата. В холодное время года, когда над Северной Сахарой устанавливается антициклонный режим, здесь господствует континентальный тропический воздух. В ЗС в это время года наблюдаются сильные ветры, повторяемость которых увеличивается осенью и зимой до 40 %.

Таблица 1

Среднесезонные значения скоростей ветра

Название Времена года

местности Зима Весна Лето Осень Ср.го д.

Касабланка 2,7 3,6 3,2 2,7 4,1

Сафи 3,0 5,0 5,2 3,2 4,1

Эссуария 4,3 5,5 5,6 3,8 4,8

Тарфая 5,66 6,35 6,17 4,63 5,66

Зап. Сахара (прогноз) 7,02 7,2 6,74 5,46 6,60

Таким образом, на основе проведенного нами анализа литературных источников по исследованию ветроэнергетического потенциала ЗС, можно сделать следующий вывод: побережье Западной Африки, в том числе и ЗС, все время находится под влиянием пассатных ветров, причем в зимнее время их интенсивность увеличивается в связи с приближением Азорского антициклона. Относительная влажность воздуха очень высокая - 80-85 %, но в течение суток она резко меняется,а территория ЗС подвергается действию сильных ветров, пылевых бурь и пылевых туманов.

В связи с отсутствием практических систематизированных данных нами использована методика определения технического потенциала ветроэнергетических ресурсов ЗС на основе данных по соседним государствам и некоторым параметрам господстсвующих на рассматриваемой территории ветров.

Для моделирования прихода ветровой энергии необходимо знать распределение скоростей ветра во времени, по градациям и по высоте. Таких практических данных по ЗС нет, поэтому исходными данными для предварительной оценки могут служить данные по некоторым прилегающим к ЗС районам Марокко и параметры ветров, определенные по шкале Бофорта.

В сводном отчете Санкт-Петербургского отделения, Российской Академии Наук (проект АО 151, книга седьмая, от 1999с) отмечается что, универсальная методика расчетов технического ветроэнергетического потенциала еще не сложилась, и большинство специалистов, как в России, так и за рубежом предлагают их оценить по выработке конкретных ВЭУ с определенными техническими характеристиками, пользуясь данными ветрового кадастра в рассматриваемом районе и размещая на территории района определенное количество ветроэнергетических установок. Их методика оценки технических ресурсов имеет следующий алгоритм:

а) среднегодовая мощность Мер и годовая выработка Эт ветроэнергетической установки определяется из выражений:

''»А 1 Р !

Л^ = |ЛГ(У)/(У)Л+|ЛГ(У)/(У)Л+ ¡Мнно/(У)А> (2.1)

''о '»

Эвэу - ^'ср Тгод (2-2)

Где;

Тгод - определяется в некоторых источниках;

Идам-номинальная мощность ВЭУ;

Уо, Ур, Ушах - соответствешю начальная, расчетная и максимальная скорости ветра рабочей характеристики ВЭУ;

- / (V) - дифференциальная повторяемость ветра по градациям, наиболее часто аппроксимируют распределением Вейбулла-Гудрича, но, для этого требуется таблица повторяемости скорости ветра по градациям.

- ЭДу) - восходящая вегвь рабочей характеристики ВЭУ, для определения ее значений пользуются заданной графически или таблично характеристикой мощности ВЭУ, а при их отсутствии, пользуют следующие выражение

МУ)=С5 (2.3)

где: Р= 7г ¡Уег А - отметаемая площадь ветроколеса;

Бщс- диаметр ветроколеса;

't- коэффициент использования энергии ветра;

т)ред и Пгсн - соответственно КПД редуктора и генератора.

б) в практических расчетах выражение Ncp заменяется выражением

Ncp-kHCU *NH0M (2.4)

Где:

kacn - коэффициент использования установленной мощности =1/ЛГм fx(v)f(v)Jv + J/(v)A (2.5)

У о (••,

Тогда

Эюу ~ КаСа * ^ном * Тгод (2.6)

в)затем можно определить плотность технических ветроэнергетических ресурсов как отношение Эвэу к площади территории, относимой на одну ВЭУ (обычно это 100D2 - из расчета среднего расстояния между ВЭУ, равного 10 D), а затем для всей территории рассматриваемого региона.

Выражение для определения плотности технических ветроэнергетических ресурсов следующее:

Этуд = NaoM* Тгол* k^ /100D2 (2.7)

Установленная мощность ВЭУ NœM пропорциональна квадрату диаметра ветроколеса D2, поэтому плотность технических ветроэнергетических ресурсов не зависит от диаметра ветроколеса.

г)имея распределение плотности технических ресурсов на заданной территории региона с площадью S участков, отводимых для строительства ВЭУ, нетрудно определить технические ветроэнергетические ресурсы этого региона:

Э = 1ЭудсБ (2.8)

В связи с тем, что каких-либо практических данных для оценки ветроэнергетических ресурсов ЗС нами не было обнаружено, представляется целесообразным применить данную методику для определения технического ветроэнергетического потенциала, предварительно предположив, что предпочтение будет отдаваться развитию малого и среднего бизнеса, мелким фермерским хозяйствам, занимающимся животноводством, рыбоводством и производством сельскохозяйственной продукции. Отсутствие развитых линий электропередач делает обеспечение электроэнергией таких потребителей возможным только от автономных источников энергии - дизельных электроуста] ювок, солнце- и ветроусгановок. И здесь предпочтение

должно отдаваться использованию возобновляемых источников энергии, таких как солнечная и ветровая энергия. На начальном этапе восстановления народного хозяйства важную роль будут играть ветроустановки, небольшой мощности, численность которых по мере роста уровня энергопотребления будет увеличиваться.

По опыту развитых стран известно, что суточная потребность семьи в сельской местности составляет около 2 кВт.ч, фермерского хозяйства - 10 кВт.ч, деревни на 50 европейских семей, животноводческой фермы орошения, теплицы - 50 кВт.ч. Следовательно, для поддержания уровня жизни в мелких населенных пунктах, развития мелких хозяйств необходимо создание систем малых энергоустановок. В условиях ЗС в период восстановления экономики, основная задача автономных ВЭУ - снабжение потребителя электроэнергией. По данным российской литсратуры(Вегроэнергетика России: Состояние и перспективы развития. - М.:МЭИ, 1996г.), для автономной работы рекомендуется использовать ВЭУ мощностью до 20 кВт.

Малая ветроэнергетика не требует больших территорий. Локальные ВЭУ могут устанавливаться с учетом особенностей местного рельефа практически везде, где среднегодовая скорость ветра не менее 4-5 м/с, а для тихоходных многолопастных ВЭУ не менее 3 м/с.

Результаты оценки технических ветроэнергетических ресурсов любого района без использования метеорологических наблюдений на его местных метеостанциях будут всегда неточны. Поэтому в настоящем алгоритме оценочного расчета ветроэнергетического потенциала ЗС принимались во внимании следующие факторы:

1. Функция /(у) определяется точными данными метеорологических наблюдений фиксируемых на метеостанциях, а их для ЗС нет, о значит - результаты, любых расчетов, на основе любых точных данных, о прелагающих к ЗС, территории, будут давать одинаковые предоставления, об оценки технических ветроэнергетических ресурсов ЗС, и в любом случае требуют уточнения, после получения практических данных о ветре в ЗС.

2. Выражение (2.5) для расчета коэффициента использования установленной мощности учитывает лишь ветровой режим в диапазоне изменения скорости. Однако простой по техническим причинам, профилактика и ремонты, могут по существу снижать его значение, а значат, формула не дает точных результатов. Поэтому, в настоящей работе значение Кясп, можно просто принимать, учитывая накопленный опыт использования ВЭУ, например, в Дании, где, киш для 20 лучших ВЭУ в 1994г. варьировался между 0,409 и 0,517(использованы данные журнала "Электрические станции № 10

1<Г

от 1998г."), в наших расчетах, значение кЙСП = 0,4.

3. В связи с отсутствием систематизированных данных и конкретных характеристик предполагаемой ВЭУ (минимальная и рабочая скоростей, затишье и т.д.) нами использованы кривые повторяемости скоростей в часах по Гуллену для определения годовой выработки Тгод., которая для города Тарфая со среднегодовой скоростью ветра V ср ед = 5,66 м/с Тгод находится в пределах 7568 -8344часов.

В работе д.т.н., профессора Елистратова В.В., собраны данные некоторых существующих в мире ВЭУ, их анализ показывает, что диаметры ветроколес малых ВЭУ мощностью от 15 до 20 кВт, варьируются между 6,0м и 13,4м,. В настоящей работе для удобства расчетов, принимается значение О = 10 м, а №юм = 20 кВт.

Площадь Бвэу , отводимую под одну ВЭУ, можно определить

как

8вэу - ЮОСГ

Для определения валового потенциала ветроэнергетики ЗС примем зону действия ветров на глубину до 50 км от берегов и по всей прибрежной территории, т.е. на протяженности 1300 км. Тогда, предполагаемая площадь, годная для использования:

Б = 50000 х1300000 = 65 млрд. м2.

На основе вышеизложенного алгоритм расчета (оценки) ветрового потенциала ЗС для Кисп =0,4, Тгод =795бч, №том=20кВт, Оак -Т0м имеет следующий вид:

1 .Мер = Кисп * Ином

2.Эвэу =Ыср*Тгод = Кисп*1Яном * Тгод

З.Эуд = Эвэу / 100 Б2 = (Кисп * Ином * Тгод ) /100 О2

4.Э = /Эуд<18 = Эуд * Бобщ

Данные по результатам расчетов для различных среднесезон-ных скоростей ветра приведены в таблице 2.

Данные, приведенные в таблице 2, не могут претендовать на высокую точность, но могут быть использованы для предварительной оценки ветроэнергетических ресурсов ЗС с целью включения в национальную программу развития энергетической отрасли.

Необходимое количество ВЭУ можно определить по значению потребляемой одной семьей, хозяйством или поселком электроэнергии. Население ЗС составляет около 500 тыс. человек. Условно приняв, что численность семьи 5-7 человек, и что в сельской местности будет проживать около 40 % населения, получим, что 40 тыс. семей, проживающих в сельской местности необходимо обеспечить

1Г

Таблица 2

Расчет ресурсов ветровой энергии ЗС

Кисп = 0,4, 0„=10 м, Млом= 20 кВт, = 65 млрдм2

Срене Средне время Годовая Плотность Техниче-

№ сезоная выработки выработка, технических ский ветро-

п/п скор.ве ВЭУ по Гул- ВЭУ, ветроэнерг. энерг.

тра, лену, ресурсов, потенциал,

м/с Час кВт.ч кВт.ч/м2 млрд. кВт.ч

1 2 3 4 5 6

1 7,02 8432 67456 6,7456 438,464

2 7,2 8432 67456 6,7456 438,464

3 6,74 8432 67456 6,7456 438,464

4 5,46 7568 60544 6,0544 393,536

Ср.год 6,605 8216 65728 6,5728 427,232

электроэнергией от автономной ВЭУ, т.е. требуется около 80000 кВт.ч электроэнергии в сутки. Необходимая мощность всех установок должна составить около 3350 кВт. Широко внедряя небольшие ВЭУ мощностью около 15-20 кВт, можно добиться энергетической независимости поселков и хозяйств, отдаленных от централизованного энергоснабжения. Необходимое количество ВЭУ составит 167222 единиц, под которые, нужно отвести площадь около 16700002220000 м2, учитывая выражение ЮОй2.

К основным проблемам создания и эксплуатации ВЭУ относятся их эффективность, безопасность и надежность, влияние на окружающую среду, а к основным техническим решениям: выбор расчетных параметров ВЭУ, аэродинамическая профиль ветроколеса, конструктивные и компоновочные решения основных узлов, методы и способы монтажа Выбор расчетных параметров для каждого конкретного случая ветроустановки заключается в определении: расчетной скорости ветра; единичной мощности и размеров ветроколеса; установленной мощности и типа электрической машины; системы регулирования; условий монтажа и экплуатации ВЭУ. Преобладающим фактором при выборе расчетных параметров является ветроэнергетический потенциал района, его климатические характеристики и особенности, характер нагрузки.

В диссертации приведен обзор характеристик и классификации ВЭУ, используемых в развитых странах мира Рассмотрены вопросы надежности ВЭУ, проанализированы причины отказов в работе ВЭУ.

Отмечается большое число отказов в работе ветроколеса, электросиловой схемы и системы управления.

Анализ причин вывода из строя ВЭУ позволил выделить следующие основные пункты (по результатам исследований в Дании и США, Данные журнала, «Электрические станции,№10 от 1998г."):

- плановое обслуживание - 35 %;

- срабатывание защитных устройств от воздействия штормовых ветров и ударов молний - 21,5 %;

- неисправности элементов установки -26,5 % в том числе короткие замыкания;

- прочие причины -17 %.

Анализ данных по распределению дефектов по элементам более 2000 ВЭУ, по которым были представлены сведения, показал, что имело место 630 случаев вынужденных остановок в квартал, из них: 135 - система управления; 82 - система поворота гондолы; 56 -генератор.

По данным исследований надежности ВЭУ, проведенных в США, причины выхода из строя ветроагрегатов распределяются следующим образом: башня - 21,1 %; кабина - 8,4 %; ветроколесо -26,2 %; трансмиссия - 21,1 %; электросиловая часть - 20 %; система ориентации на ветер - 3,2 %. В Германии эти данные выглядят следующим образом (в квартал зафиксировано 1447 отказов ВЭУ): система ориентации на ветер- 29 %; ветроколесо - И,6 %: электросиловая схема - 11,5 %; электрическая схема управления - 9,7%; трансмиссия - 5,7%, на остальные узлы - 32,5%.

Таким образом, анализ надежности ВЭУ показывает, что имеются многочисленные отказы в их работе, большая часть которых приходится на электросиловую часть и систему управления ветроаг-регатом. Поэтому необходимо дальнейшее совершенствование конструктивных элементов ветроусгановки, электрических машин, системы регулирования и управления.

В связи с особенностью ветрового режима ЗС (ветры наблюдаются с восходом и прекращаются с заходом солнца) крайне важной проблемой является перераспределение получаемой от возобновляемых источников энергии во времени. Из рассмотренных способов перераспределения энергии наиболее эффективным является накопление излишков энергии в периоды максимумов прихода ветровой энергии и отдача в периоды минимумов, т.е. использование принципов аккумулирования.

№

Особенности и принципы аккумулирования энергии, классификация аккумулирующих систем детально проработана в трудах профессора В.В. Елистратова. При выборе аккумулирующих систем необходимо учитывать условия работы аккумулирующей системы : в крупной энергосистеме или в автономной сети, во втором случае она должна иметь мощность, соизмеримую с мощностью энергосети. В аварийных режимах аккумулирующая система должна в достаточно короткие сроки выдавать требуемое количество электроэнергии и обладать достаточной маневрешгостью и аварийной емкостью для демпфирования колебаний нагрузки.

В третьей главе рассмотрены типы конструктивного исполнения электрических машин (генераторов), используемых в ветроэнергетических установках, их особенностей, достоинства и недостатки в работе различных типов генераторов,. Изучению этих вопросов посвящены труды Балагурова В.А., Бута Д.А., Вольдека А.И., Даниле-вича Я.Б., Завалшпина Д.А., Ледовского А.Н., Липецкого Я.Л., Сергеева В.В., ХугорецкогоГ.М. и многих других.

Генератор является важнейшим элементом электрооборудования автономной энергоустановки (АЭУ). Кроме основного назначения, генератор должен выполнять определенные функции по стабилизации и регулированию параметров, характеризующих качество вырабатываемой электроэнергии. Наибольшее распространение в АЭУ имеют синхронные генераторы (СГ), так как не нуждаются в дополнительном источнике реактивной мощности для создания рабочего потока. Мощность возбуждения не превышает нескольких процентов мощности генератора. Частота генерирующего тока определяется только частотой вращения генератора, Асинхронные генераторы (АГ) применяются реже из-за сложности возбуждения и регулировки выходных электрических параметров. При работе АГ возбуждение осуществляется двумя способами: I) через контактные кольца; 2) путем присоединения параллельно стагорным обмоткам конденсаторов или синхронного компенсатора.

В первом случае теряется бсскоиггактность, усложняется конструкция и уход за машиной. Во втором случае происходит усложнение конструкции из-за необходимости добавочного источника реактивной мощности, сложности регулирования напряжения при переменном характере нагрузки.

В последнее время в связи с появлением постоянных магнитов с относительно высокими удельными энергетическими показателями, наибольшей популярностью стали пользоваться бесконтактные электрические машины (БЭМ) с постоянными магнитами (ПМ),. Изготовленные из различных сплавов, они незначительно уступают по

показателям электромагнитам, что вызвало большой интерес к машинам с магнитоэлектрическими индукторами. Такие генераторы успешно применяются в случаях, когда требуется ток высокой частоты (авиация) и нежелательны радиопомехи, создаваемые генераторами с электромагнитным возбуждением.

Особенность БЭМ - отсутствие подвижных электрических контактов, которые существенно усложняют конструкцию и снижают надежность машины. В нестандартных условиях окружающей среды щеточный контакт теряет работоспособность, он еще более опасен он во взрывоопасной среде, ограничивает скорость вращения ротора электрической машины, создает дополнительные электрические и механические потери, является источником шума, радиопомех, сокращает ресурс ЭМ и, наконец, щеточный контакт усложняет обслуживание ЭМ, загрязняя внутренние полости графитовой пылью, снижающей электрическую прочность изоляции, особенно в случае закрытой системы охлаждения, когда объем воздуха ограничен. Поэтому СГ переменного тока с постоянными магнитами в настоящее время получили широкое распространение го-За своей простоты, надежности, удобства в эксплуатации в связи с отсутствием щеточных контактов, на которые приходится наибольшее число отказов в работе ЭМ. Как отмечается выше около 25% отказов ЭМ связаны с выходом из строя щеточно-коллекгорного узла.

В диссертации даны характеристики и описание магнитных систем и конструкций роторов СГ с постоянными магнитами, а так же материалов из которых изготавливаются постоянные магнита.

В четвертой главе обоснованы и предложены рекомендации и разработки по использованию электрических машин, приспособленных к условиям ЗС.

Основной тенденцией современного электроэнергетического оборудования небольшой мощности является создание агрегатов, состоящих из генератора, нестандартной частоты и преобразователя частоты, обеспечивающего работу генератора на потребителя с заданными частотой и напряжением. В исследовании выполнен анализ работ по совершенствованию преобразователей частоты, приводятся описание и характеристики преобразователей частоты нового поколения, полупроводниковых силовых модулей на основе транзисторов с изолированным затвором (ЮВТ) на токи в сотни ампер и напряжения 1,2 и 2,2 кВ, которые открывают новые перспективы для создания автономных ВЭУ мощностью до 1 МВт с пониженными весовыми показателями и улучшенными характеристиками. Отмечается, что преобразователи частоты нового поколения отличаются значительным быстродействием и повышенной безопасностью и надежностью.

В целом, для автономных энергоустановок мощностью до 15 кВт созданы преобразователи частоты, масса которых не превышает 40 кг габаритными размерами 0,5x0,4x0,3 м.

Территория ЗС является зоной сильных ветров, пылевых бурь и пылевых туманов, а в некоторых случаях, с повышенной влажностью (до 85%). В связи с этим использование здесь ветроэнергетических установок, возможно, только после их адаптирования к местным условиям. Кроме того, учитывая отсутствие подготовленных специалистов, необходимо распространение простых и надежных в эксплуатации электрических машин.

В отделе электроэнергетических проблем (ОЭЭП) РАН под руководством профессора Г.М. Хуторецкого, нами был спроектирован генератор, предназначенный для работы в составе автономной ВЭУ и адаптированный для климатических условий ЗС.

Предлагаемый генератор представляет собой трехфазный СГ с возбуждением от ПМ, вертикального исполнения с прямым соединением с лопастями ветроустановки и с закрытой системой охлаждения. Генератор имеет следующие показатели:

Номинатъная мощность 15 кВт,

Номинальное напряжение 380/220В,

Номинальный фазный ток 25,25А,

Номинальная частота вращения 120 об/мин,

Номинальная частота тока 48 Гц,

Коэффициент мощности 0,9, КПД 94 %.

Схема предлагаемого генератора приведена на рис 4.1. Осо-бешюсть компоновки генератора заключается в том, что охладитель закреплен внутри цилиндра, на котором установлен остов статора, который в свою очередь, находится внутри ротора.

Сердечник статора закреплен на остове, выполнен из спрясо-ванных традиционным способом^ листов электротехнической стали марки 2013,толщиной 0,5 мм. Обмотка - всыпная-катушечная, двухслойная петлевая, из круглого проводника марки ПЭТ-155 - уложена в прямоугольный паз, имеющий дадпазовый вентиляционный канал. Остов состоит из двух колец, соединенных шестью ребрами жесткости и закреплен на центральном цилиндре, который устанавливается на фундаменте.

Ротор генератора представляет собой кольцо большого диаметра из Ст 3, на внутренней поверхности которого прикрепляются магниты (полюса) с помощью эпоксидного компаунда марки К153.

2 о.

Рис. -/. ■) Общая компановка ветрогенератора 1 - постоянный магнит; 2 - сердечник статора; 3 - подпазовый канал; 4 - центральный цилиндр; 5 - охладитель; 6 - вентиляционные отверстия

ж

внешний обод ротора

1*1 №. . Сечение мапшнюй цепи предкиаежно ; I сператора с постоянными магнитами____ |

Полюса тонкой лрдаматичной формы, высотой 3 мм (см. рис 4.2) из материала марки Ыс1РеВ создают своеобразную специфику предлагаемого генератора, заключающуюся в том , что появляются такие понятия как рабочий зазор машины и механический зазор (действительное расстояние между статором и полюсами ротора). Ротор приводится во вращение прямым пальцевым соединением с находящимся сверху валом встроколеса (ВК). Между генератором и ВК предусматривается зазор, не дающий весу ветроустановки воздействовать на генератор. Пальцевое соединение - это четыре пальца, закрепленные на верхнем щите генератора, и диск с четырьмя отверстиями в конце вала ВК. На внутренней поверхности ротора установлен вентилятор из 18 радиальных лопаток.

Верхний подшипниковый щит состоит из щита, радиального подшипника, сальниковых уплотнений и пальцев, соединяющих генератор с ВК. Нижний подшипниковый щит отличается от верхнего наличием радиально-упорного подшипника.

Основным элементом данной конструкции является центральный цилиндр, конструкция которого определилась из условии создания замкнутой системы охлаждения. Он выполняет следующие функции:

- роль вала (оси) крепления - на нем крепится статор, и с его помощью крепится генератор на фундаменте;

- через его нижнюю выходную часть, где находится коробка выводов, подается вода и воздух (после фильтрации);

- охлаждение воздуха происходит в его внутренней полости, здесь же находится охладитель;

- через него замыкается процесс охлаждения машины с помощью вентиляционных отверстий, находящихся на нем с двух сторон;

- на него насаживаются подшипниковые щиты.

Жесткость конструкции и циркуляцию системы охлаждения обеспечивают подшипниковые щиты.

Нужно отметить, что возможность пылевых бурь и туманов, а также высокая влажность прибрежных территорий ЗС вынуждают выполнять систему охлаждения замкнутой, что, собственно, и сказалось на конструкции генератора: охладитель установлен внутри центрального цилиндра и представляет собой простую латунную трубку в виде спирали (или змеевика). Система вентиляции аксиальная и циркуляция воздуха обеспечивается вентилятором, который вытесняет горячий воздух в центральный цилиндр, где происходит его охлаждение, затем через вентиляционные отверстия цилиндра воздух, проходя по зазору, лобовым частям и подпазовому каналу, выводит

накапливающееся тепло и направляет его в вентилятор. Чтобы заставить воздух проходить по определенному пути, пространство между кольцами остова полностью закрываются листовым железом, предусмотрены также диффузоры. Подача воды в охладитель осуществляется из артезианского колодца.

Приведены основные расчетные параметры предложенной конструкции генератора: результаты электромагнитного расчета, расчета потерь и КПД, теплового, вентиляционного, механического расчетов элементов генератора и др.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решение важной научной и народнохозяйственной задачи энергообеспечения разрушенного хозяйства, ЗС, обусловило проведение комплексных исследований, по результатам которых можно сформулировать следующие основные выводы:

1) Проведен анализ современного состояния экономики и энергетики ЗС;

2) Проведен анализ топливно-энергетических ресурсов страны и определены наиболее целесообразные и перспективные направления наращивания генерирующих мощностей;

3) Установлено, что наиболее перспективными для использования в целях энергетики являются ресурсы солнечной и ветровой энергии;

4) Разработана методика определения ресурсов ветроэнергетики при отсутствии данных климатических наблюдений и проведена оценка валового и технического потенциала ветроэнергетических ресурсов ЗС;

5) Разработаны рекомендации по энергообеспечению поселков, хозяйств и промышленности, расположенных в сельской местности на базе ВЭУ небольшой мощности;

6) В результате анализа литературных источников и обобщения опыта проектирования и эксплуатации ВЭУ установлено, что эффективность их работ в значительной степени зависят от безопасной и надежной работы электрических машин. В связи, с чем необходимо дальнейшее совершенствование конструктивных элементов генераторов ветроустановки;

7) Установлено, что территория ЗС является зоной сильных ветров, пылевых бурь и повышенной влажности воздуха, в связи, с чем необходимо адаптирование энергетических (технических) проектов к местным условиям, особенно тех, что на базе ВИЗ;

2А

8) Разработана конструкция генератора, предназначешгая для работы в составе автономной энергетической установки малой мощности и адаптированная для работы в климатических условиях ЗС;

9) Выполнены расчеты основных параметров и энергетических показателей предложенной конструкции генератора;

Задачей дальнейших исследований является проведение полных климатических исследований по ЗС с целью определения точных данных по ресурсам ветровой энергии.

По теме диссертации опубликованы следующие научные статьи:

1 .Мохамед Салем Салах, Махжуб Мохамед Фадель. Прогноз развития электроэнергетики ЗС// Проблемы создания и эксплуатации новых типов электроэнергетического оборудования (вып.2)/под ред. Г.В. Рубисова: Сб. научн.тр. - СПб.: НИИэлектромащ, 1998.

2.Махжуб Мохамед Фадель. Обоснование выбора конструкции ветрогенератора в условиях ЗС / Проблемы создания и, эксплуатации новых типов электроэнергетического оборудования (вып.2)/под ред. Г.В. Рубисова: Сб.научн.тр. - СПб.: НИИэлектромаш, 2000г.

Введение.

В.1. Современное состояние энергетики Западной Сахары.

В.2. Цель и задачи диссертационной работы.

Глава 1. Современное состояние развития мировой энергетики

1.1. Источники энергии.

1.1.1. Классификация источников энергии, ресурсы.

1.2. Возобновляемые источники энергии.

1.2.1 Ветровая энергия.

1.2.2. Солнечная энергия.

1.2.3. Гидравлическая энергия.

1.2.4. Геотермальная энергетика.

1.2.5. Гидротермальная энергия.

1.2.6. Приливная энергия.'.7. .:.

1.2.7. Волновая энергия.

1.2.8. Энергия биомассы.

1.3. Аккумулирование энергии возобновляемых источников энергии.

1.4. Производство и потребление электроэнергии в мире.

1.5. Основные тенденции развития энергетики мира.

1.6. Развитие энергетики Западной Сахары.

1.6.1. Энергетические ресурсы, как основание для развития энергетики Западной Сахары.

1.7. Выводы по главе.

Глава 2. Развития ветроэнергетики мира и ее перспективы в Западной Сахары

2.1. Предварительные замечания к главе.

2.2. Ветровой режим Западной Сахаре.4А

2.3. Оценка технического потенциала ветроэнергетических ресурсов Западной Сахары.'.

2.4. Тенденции развития ветроэнергетических установок.

• 2.4.1. Современное состояние развития ВЭУ.

2.4.2. Классификация и типы ВЭУ.

2.4.3. Анализ причин отказов в работе ВЭУ.

2.5. Условия, определяющие эффективность ветроэнергетики.

2.6. Выводы по главе.

Глава 3. Анализ типов конструктивного исполнения ветрогенераторов и их особенностей.

3.1. Распространенные типы электрических машин, используемых в составе ветроустановок.

3.2. Особенности электрических машин, используемых в составе ветроустановок.

3.3. Материалы постоянных магнитов.

3.4. Магнитные системы и конструкции роторов синхронных генераторов с постоянными магнитами.

3.4.1. Роторы с цилиндрическими магнитами.

3.4.2. Роторы с магнитами "звездочка ".

3.4.3. Роторы коллекторного типа с призматическими магнитами и тангенциальным намагничиванием.

3.4.4. Роторы с когтеобразными полюсами, с цилиндрическими постоянными магнитами, намагниченными в аксиальном направлении.

3.4.5. Магнитные системы торцевого типа.

Глава 4 Расчет конструктивных и энергетических показателей предлагаемого генератора для работы в условия Западной Сахары.

4.1 .Сведения о методики расчета.

4 2. Обоснование выбора конструкции ветрогенератора, для работы в условиях Западной Сахары.

4.3. Общая компоновка предлагаемого генератора.

4.3.1 Статор генератора.

4.3.2. Ротор генератора.'.

4.3.3. Подшипниковые щиты.

• 4.3.4. Система крепления.

4.3.5. Система охлаждения.

4.4. Роль преобразователя частоты.

4.5. Пример расчета показателей ветрогенератора мощностью 15 кВт.

О необходимости использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) сегодня упоминается в серьезных государственных и международных программах, в специальной и популярной периодической литературе, о них много говорится на различных форумах и в средствах массовой информации. По инициативе ЮНЕСКО постоянно проводятся мероприятия, призывающие обратить внимание правительств различных стран мира на необходимость и важность поддержки внедрения ВИЭ в практику. Интерес к ВИЭ особенно повысился в последние годы. Несмотря на то, что исчерпание традиционных ископаемых энергоносителей в ближайшее время не грозит, но сам факт, что они невозобновляемы и неравномерно распределены по земному шару, не может не беспокоить человечество. Поэтому, говоря о перспективной стабильной энергетике, следует признать, что она может и должна опираться на ВИЭ. Традиционная энергетика, использующая в основном органическое топливо, оказывает вредное воздействие на окружающую среду, которое в перспективе может привести к глобальным и, возможно, катастрофическим изменениям климата. Атомная энергетика встречает все более активное неприятие населением в связи с возможностью тяжелых аварии с радиационным загрязнением больших территорий. Исходя, из вышесказанного становится очевидным, что, с одной стороны, необходимо всемерно экономить и снижать потребление энергии, получаемой на базе традиционных первичных энергоисточников (с учетом прогнозов о скором существенном ограничении их добычи), а с другой стороны, выявлять и вовлекать в топливно-энергетический баланс ВИЭ.

В промышленно развитых странах энергопотребление в последние годы либо уменьшается, либо его рост существенно замедляется. В связи с этим планирование строительства новых крупных электростанций связано с большой неопределенностью, а следовательно, с экономическим риском. Поэтому многие энергетические компании предпочитают наращивать мощности, в частности, путем строительства небольших энергетических блоков, что весьма благоприятно для использования ВИЭ. Энергетика некоторых про-мышленно развитых стран (например, Японии) практически не имеющих собственные энергетические ресурсы, ориентированы на импортные поставки органического топлива. Это снижает энергетическую и экономическую самостоятельность страны и заставляет ориентироваться, по возможности, на местные первичные возобновляемые энергоресурсы и нетрадиционные энерготехнологии. Для развивающихся стран характерен инвестиционный дефицит, затрудняющий сооружение крупных традиционных электростанций. Энергетические установки на базе ВИЭ имеют, как правило, модульное исполнение и позволяют вводить в строй сравнительно малые мощности, ступенчато наращивая их по мере необходимости. В большинстве развивающихся стран большая часть населения живет в сельской местности в сравнительно мелких поселениях, далеко отстоящих друг от друга. В этих условиях создание энергетических систем по централизованному типу, сложившемуся в промышленно развитых странах, когда электроэнергия вырабатывается на крупных электростанциях и доставляется в районы с высокой плотностью населения по линиями электропередач, оказывается нецелесообразным. Создание автономных энергоустановок малой мощности, базирующихся на местных ВИЭ и максимально приближенных к потребителям, имеет существенные преимущества.

В.1.Современное состояние энергетики Западной Сахары

Вышеуказанные обсгЬятельства характерны для большинства регионов Западной Сахары (ЗС), которые не могут обеспечиваться системами централизованного электроснабжения и где. по некоторым оценкам, проживает не менее трети населения нашей страны (для сведения, территория ЗС составляет 266 тыс. км", а население - менее 500 тыс. человек). Для жителей этих регионов обеспечение электроэнергией, горячим водоснабжением, а в ряде случаев тепло - или холодоснабжением на базе ВИЭ является важной социальной задачей.

ЗС как колония Испании, долго находилась в полной изоляции от внешнего мира. Такой способ удержать народ от революции против колониальной зависимости удавался вплоть до 1973 г., когда началась освободительная война, вследствие которой население ЗС сейчас в основном проживает в лагерях беженцев, а ее территория остается до сего времени зоной вооруженного конфликта. Эти обстоятельства являются главной причиной отсутствия информации о развитии всех отраслей народного хозяйства, в том числе и энергетики.

ЗС имела ничтожную энергетическую базу, которую в 1966 г. [1] составляли только четыре электростанции в городах Эль-Аюн, Дахла, Смара и Гуэра. которые работали на импортном топливе (мазуте). Из 2735 тыс. кВт. ч. электроэнергии, произведенной в том году, на нужды населения и освещение улиц расходовалось 2245 тыс. кВт.ч. Такой энергобаланс указывает на почти полное отсутствие промышленности в рассматриваемый период[1,42]. В 1973г. в зоне Эль-Аюна была введена в строй пятая электростанция, строительство которой было обусловлено развитием добывающей руды Фосфата. Электроцентраль снабжает электроэнергией цех по опреснению воды, завод по обогащению фосфата, ленточный транспортер и местный порт. Электроцентраль оснащена тремя энергоблоками по 12 МВт [1.42]. В тот же период определенное развитие в ЗС получило промышленное и гражданское строительство, направленные на сооружение в основном военных объектов: аэродромов, укреплённых фортов, прокладку стратегических дорог, возведение административных зданий и жилых домов для европейского населения. Толчок ускоренному строительству дали работы по эксплуатации месторождения фосфатов. Обрабатывающая промышленность представлена мелкими рыбоконсервными предприятиями. Ежегодно вырабатывается около 70т. консервов из морских водорослей. Данные о выработке электроэнергии, установленной мощности и потреблении электроэнергии на душу населения в ЗС[1,33,42,105,106] приводятся в табл.1 и 2.

В настоящее время решается вопрос о полной независимости ЗС, и поеле четверти века существования в палаточных лагерях на чужой территории

Таблица. 1

Электроэнергии на душу населения ЗС[42].

Показатель Годы

1970 1975 1980

Выработка электроэнергии, ГВт.ч. 5 65 100

Установленная мощность, МВт 3 39 56

Потребление электроэнергии на душу населения, кВт- ч./чел. 300 510 440

Таблица.2

Потребление энергии на душу населения ЗС. годы 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980

Потребление ээ на душу населения 434 434 451 434 713 795 451 619 628 636 570 кг. у. т.),[42,88] тысячи беженцев смогут вернуться в родные места, где они должны начать построение современного общества, со всеми вытекающими из этого проблемами. Широко известно и очевидно, что без успешного решения энергетических проблем (организации электроснабжения в первую очередь), современная жизнь не предоставляется возможной. От развития энергетики, как базовой отрасли экономики, во многом зависит будущее страны, так как энергетическая отрасль способствует успешному развитию экономики страны.

Высокую степень зависимости мирового современного общества от уровня энергоснабжения, ярко продемонстрировали события 1973-1974гг. и 1981-1982 гг., когда цены на основной потребляемый энергоноситель - нефть многократно возросли. Именно в это время во многих странах появилось большое количество национальных программ развития энергетики на базе ВИЭ (как гарантии энергообеспеченности), что конечно и определило современное направление развития генерирующих источников малой мощности, каковыми, например, являются Зх-фазные генераторы с возбуждением от постоянных магнитов.

Таким образом, актуальность темы диссертации определяется современной тенденцией развития энергетики в мире и, в частности в ЗС, а также связанной с этим необходимостью учитывать климатические, природные и другие специфические условия ЗС при решении энергетических проблем на начальной стадии обретения страной независимости и, прежде всего, проблем электроснабжения.

Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по наращиванию генерирующих мощностей и использованию энергетических установок малой мощности на основе ВИЭ при решении проблем электрификации ЗС, и разработка конструкции надежных и простых в эксплуатации электрических машин, приспособленных для работы в климатических условиях ЗС.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1) Проведен анализ современных тенденций развития мировой энергетики и энергетики ЗС;

2)Проведен анализ потенциала традиционных и возобновляемых источников энергии, выявлены и обобщены технические ресурсы нетрадиционных ВИЭ для использования в электроэнергетике;

3)Разработаны рекомендации по наращиванию генерирующих мощностей на базе НВИЭ, в частности, энергии солнца и ветра в условиях ЗС;

4)Разработана методика определения и оценки технических ресурсов ветроэнергетики ЗС при отсутствии данных наблюдений;

5)Проведен анализ исследований, новых разработок и технических решений по конструктивным элементам генераторов с постоянными магнитами;

6)Разработаны технические средства для повышения энергетической эффективности электрических машин ветроагрегатов, адаптированных к климатическим условиям ЗС;

7)Выполнены расчеты новых технических решений в элементах электрической машины для выявления её технико-экономических показателей.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- исследованы и обобщены перспективные виды источников энергии

ЗС;

- определены основные направления наращивания энергетических мощностей в ЗС;

- предложена конструкция электрической машины для работы в условиях ЗС, особенность которой заключается в расположении охладителя в центре статора, находящегося внутри ротора;

- получены расчетные технико-экономические показатели предложенной конструкции электрической машины.

Практическая значимость работы для ЗС состоит в определении и обобщении данных по техническим ресурсам возобновляемых источников энергии, обеспечивающих наращивание энергетических мощностей в кратчайшие сроки, в разработке технических решений, обеспечивающих эффективную работу электрических машин ветроагрегатов в местных условиях, что создает базу для подъема народного хозяйства страны.

Реализация работы. Результаты исследований были использованы при разработке рекомендаций по энергообеспеченности экономики ЗС и в технических решениях по усовершенствованию электрических машин ветроагрегатов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах отдела электроэнергетических проблем энергетики РАН в 1996-2000 г.г.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликованы 2 научные статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 110 наименований. Общий объем работы 4&Г страниц машинописного текста.

2.6. Выводы ко второй главе

Из анализа литературы, о ветроэнергетики, в том числе и Российской, наводить на некоторых выводов из них:

1 .Ветроэнергетика довольно быстро завоевывает все новые и новые позиции на мировых рынках, и уже стала полноправной часть энергосистем

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решение важной научной и народнохозяйственной задачи энергообеспечения разрушенного хозяйства, ЗС, обусловило проведение комплексных исследований, по результатам которых можно сформулировать следующие основные выводы:

1) . Проведен анализ современного состояния экономики и энергетики Западной Сахары;

2) Проведен анализ топливно-энергетических ресурсов страны и определены наиболее целесообразные и перспективные направления наращивания генерирующих мощностей;

3) Установлено, что наиболее перспективными для использования в целях энергетики являются ресурсы солнечной и ветровой энергии;

4) Разработана методика определения ресурсов ветроэнергетики при отсутствии данных климатических наблюдений и проведена оценка валового и технического потенциала ветроэнергетических ресурсов Западной Сахары;

5) Разработаны рекомендации по энергообеспечению поселков, хозяйств и промышленности, расположенных в сельской местности на базе ВЭУ небольшой мощности;

6) В результате анализа литературных источников и обобщения опыта проектирования и эксплуатации ВЭУ установлено, что эффективность их работ в значительной степени зависят от безопасной и надежной работы электрических машин. В связи, с чем необходимо дальнейшее совершенствование конструктивных элементов генераторов ветроустановки;

7) Установлено, что территория ЗС является зоной сильных ветров, пылевых бурь и повышенной влажности воздуха, в связи, с чем необходимо адаптирование энергетических (технических) проектов к местным условиям, особенно тех, что на базе ВИЭ;

8) Разработана конструкция генератора, предназначенная для работы в составе автономной энергетической установки малой мощности и адаптированная для работы в климатических условиях Западной Сахары;

9) Выполнены расчеты основных параметров и энергетических показателей предложенной конструкции генератора;

Задачей дальнейших исследований является проведение полных климатических исследований по ЗС с целью определения точных данных по ресурсам ветровой энергии

I -> I

1. Альфимов.Е.В. Западная Сахара / Экономико-геграфичесская характеристика. Учеб.пособие.- М., УДН, 1979г.

2. Альтман А.Н. и др. под ред. Пятина Ю.М. Постоянные магниты. Справочник. -М.:Энергия, 1980.

3. Ахмедов Р.Б. Серия "Итоги науки и техники". Нетрадиционные возобновляемые источники энергии, том 2, ВИНИТИ, М., 1987г.

4. Балагуров В.А. Проектирование специальных электрических машин переменного тока: Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1988 г.

5. Балагуров В.А., Галтеев Ф.Ф. Электрические генераторы с постоянными магнитами.-М.:Энерго-атомиздат,1988 г.

6. Балагуров В.А. и др. Научные труды : Применение постоянных магнитов в электромеханических системах. Межведомственный тематической сборник №32. М„ МЭИ, 1984г.

7. Берников Р. Г., Просиров Е.С. Труды "Балтийского научного исследовательского института Морского рыбного хозяйства и Океанографии " БалтНИРО" вып.9, 1962г.

8. Берковский Б.М., Кузинов В.А. Возобновляемые источники энергии на службе у человека. Серия "Наука и технический прогресс". М., Наука, 1986г.

9. Борисенко А.И. Данько В.Г., Яковлев В.И. Аэродинамика и теплопередача в электрических машинах. М.: Энергия, 1974 г.

10. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. М.: Высшая школа, 1990г.

11. Васильев Ю.С., Елистратов В.В., Мухамедиев М.И., Претро Г.А. Возобновляемые источники энергии и гидроаккумулирование. -Учебное пособие, СПб, 1995г.

12. Ветроэнергетические установки за рубежом (состояние и перспективы развития), аналитическая справка, (информэлектро) издательство,аналитика,москва. 1990г.

13. З.Виноградов В.И. Вентиляторы электрических машин. -Л.:Энергоиздат, 1981г.

14. Видеман Е., Калленберг В. Конструкция электрических машин. -Л., Энергия, 1972г.

15. Войков А.И. Атлас гидрометеологических данных Африки Т2, СПб, 1993 г.

16. Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов. ВТУЗов-З-е изд., перераб. -JI.'.Энергия, 1978 г.

17. Высоцкий И.В. Нефтегазоносные бассейны зарубежных стран, -М., Недра, 1990г

18. Домбровский В.В., Хуторецкий Г.М. Основы проектирования электрических машин переменного тока. М.:"Ээнергия", 1974г.

19. Дьяков А.Ф и др. Ветроэнергетика Россси: состояние и перспективы развития. М.,изд.МЭИ, 1996г.

20. Елистратов.В.В. " Основы и методы гидравлического аккумулирования энергии возобновляемых источников", диссер. д.т.н. -СПбГТУ, 1996г.

21. Завалишин Д.А. и др. Электрические машины малой мощности. -М.Тосэнергоиздат, 1963г.

22. Зимин В.PI., Каплан М. Я. и др. Обмотки электрических машин. -М.: Госэнергоиздат, 1954.

23. Р1ванов-Смоленский A.B. Электрические машины. М.:" Энергия", 1980г.

24. Р1зотов В.А. Электромагнитный расчет синхронного генератора с постоянными магнитами. Л.:ЛПИ им. M.Pi.Калинина, 1987 г.

25. Кардочев Д.А., Петров А.П. Полимерные клей. М., "Химия", 1983г.

26. Кап-рей. Француская сахара, перевод с франц.яз., М., 1968г.

27. Колков Б.К. Обмотки электрических машин. М.,1987г.

28. Концепции развития и использование возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России-М.1994.

29. Копылов И.П., Горяинов Ф.А., Клоков Б.К. и др.; под ред. Копыло-ва И.П. Проектирование электрических машин: Учебн. пособие для вузов.-М.: "Энергия" 1980.

30. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов.-М.: Энергоатомиздат, 1986г.

31. Кориций Ю.В и др. Справочник по электротехническим материалам, том 1. М., Энергоатомиздат, 1986г.

32. Коротков.Е.Н. и др. Африка в цифрах. Стат.справочник/АН. СССР, Институт Африки, подгот. -М.:Наука; 1986г.

33. Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. М., Энергоиздат, 1985 г.

34. Марченко.О.В., Соломин.С.В. Экономическая эффективность ветроэнергетических установок в системах электро-и теплоснабжения / РАН.Сибирское отделение, Иркуск, 1996г.

35. Нарышкина В.Н. Подшипники качения: Справочник- каталог. М.Машиностроение, 1984 г.

36. Непорожний П.С., Обрезков В.И. Введение в специальность: Гидроэлектроэнергетика. 2 изд.- М., Энергоатомиздат, 1990г

37. Осин И.Л., Шакарян Ю.Г. Электрические машины, синхронные хмашины -М.:Высшая школа, 1990 г.

38. Первушин Ю.П. Опыт использования энергии ветра для производства электроэнергии в Дании / Научно-техническое общество энергетиков и электротехников Латвии.- Рига, 1991г.

39. Петров М.П. Пустыни Земного шара. "Наука", Л. 1973г.

40. Преобразователь частоты для переменного тока. Справочник. М.: Инфорэлектро, 1996.

41. Салех.М.С. Исследование развития энергетики развивающихся стран (на примере Западной Сахары)". Диссер. на соиск. уч.ст. к.т.н. -СПбГТУ, 1999г.

42. Сахара: Сборник статей о пустыне Сахаре, перевод с немецкого яз., "Наука", Л. 1971г.

43. Сейткурбанов С. Комбинированные гелиоветроэнергетические установки. Ашхабад, 1991г.

44. Скинер Б., "Хватить ли человечеству ЗехМных ресурсов? " М., «Мир», 1989г.

45. Скороходов Е. А. и др. Общетехнический справочник М.: Машиностроение, 1990г.

46. Задачи совершенствования энергетического оборудования электростанций и проблемы энергоснабжения' работа ОЭЭП РАН, СПб.1996г

47. Серии Соколов В.И. Сахара, пер.с Анг.М.Прогресс. 1990г.

48. Справочник по нефтяным и газовым месторождениям зарубежных стран М.: "Недра", 1976г.

49. Страны и народы Африки, общий обзор. Северная Африка. Научно-популярное географо-этнографическое издание в 20 томах. М.: "Мысль". 1982г.

50. Хуторецкий Г.М., Токов М.И., Толвинская Е.В., Проектирование турбогенераторов. Л.: Энергоатомиздат, 1987 г

51. Шефтер Я.И. Использование энергии ветра. М., Энергоатомиздат, 1983г.

52. Шиммель Н.С. Атлас " Нового времени ", выпуск 4, приложение к журналу "Новое время "- 33 стран Африки, 1996г.

53. Экологически безопасные комплексы нетрадиционной энергетики -. (Сводный отчет-проект А 0151 ХУчебно-научный центр). Санкт-Петербургский академический универсигет'ТАН, 1999г.1. Периодические издания.

54. Алексеев Б.А. Международная конференция по ветроэнергетике И Электрические станции, № 2, 1996г.

55. Атрошенко В.А., Григораш О.В. Ланчу В.В. Современное состояние и перспективы развития систем автономного электроснабжения // Промышленная энергетика, № 5,1994г.

56. Безруких П.П. Состояние и тенденции развития ветроэнергетики мира Н Электрические станции, № 10, 1998г.

57. Бояр-Созонович С.П. Биротативные генераторы переменного тока'/ Электричество,№2,1996г.

58. Бут Д.А. "Анализ и расчет синхронных машин с возбуждением от постоянных магнитов" //Электричество, № 6, 1996г.

59. Ветроэнергетика Дании // Энергетическое строительство, № 3, 1992г.

60. Вольфберг Д.В. Основные тенденции в развитии энергетики мира //Теплоэнергетика, №9, 1995г

61. Галанов В.И.,Шершнев Ю.А., Современные мощные полупроводниковые приборы и их функциональные особенности /7 Электротехника, №3,1998г.

62. Данилевич Я.Б., Кочнеков А.В. "Синхронный генератор небольшой мощности с постоянными магнитами" // Электричество, № 6, 1996г

63. Данилевич Я.Б., Сигаев В.Е Электроэнергетические установки с синхронными генераторами нестандартной частоты// Электричество, № 4, 1996г.

64. Доброхотов В.И., Шпильрайн Э.Э., Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Проблемы и перспективы /7 Теплоэнергетика, №5, 1996г.

65. Дьяков А.Ф. Проблемы развития нетрадиционной энергетики на современном этапе /7 Энергетическое строительство, №3, 1991г.1. Л* *

66. Джейсон Макензи "Новейшие конструкции ветровых турбин позволяют рассчитывать на повышенный интерес к ним со стороны заказчиков"//Мировая электроэнергия, №3, 1994г.

67. Иванов В.И., Колпаков А.И., Применение ЮВТ //Электронные компоненты,№2,1996г.

68. Известия Академии Наук. "Энергетика", №2, 1997.

69. Итоги работы европейского форума МИРЭС // Известия вузов и энергетических объединении СНГ, "Энергетика ", № 5-6, 1997г., изд. БГПА, Минск, 1997г

70. Келин.Н.А. "Пути повышения эффективности конструкций индукторов с постоянными магнитами в бесконтактных электрических машинах /УЭлектротехника, № 1, 1991г.

71. Коломейцева М.Б., и др. Система регулирования частоты и напряжения мини-ГЭС с помощью ЭВМ// Электричество,№7,1996г.

72. Кэрол Энн Джиовандо. Ветроэнергетика США на подъеме //Мировая электроэнергетика, № 4, 1998г

73. Лабунец И.А., Платникова ТВ. Исследование режимов работы автономной ветроэлектрической установки с системой генерирования синхронный генератор-преобразователь частоты // Изв. АН Энергетика, №3,1997г.

74. Липецкий Я.Л., Сергеев.В.В. Перспективые развития материалов для постоянных магнитов // Электротехника, №2, 1985г.

75. Мишин.Д.Д. Статорный электродвигатель на постоянных магнитов типа NeFeB // Электротехника, №4, 1998г.

76. Молодцов С.Д., Электроэнергетика мира И Электрические станции, № 5,1999г.

77. Мелешин В.И., Нечагин М.А. Проектирование однофазных выпрямителей с активной коррекцией коэффициента мощности// Электротехни-ка,№3,1998г

78. Петряев Е.И., Бойко Н.Д., Энергетика Дании !! приложение к журналу " Электрические станции", № 6, 1990г.

79. Роберт Свейнекемп. Ветроэнергетика США/7 Мировая электроэнергия, № 2, 1996г.

80. Терешков В.В., Аванесов В.М. Адаптивное управление трехфазным вентильным преобразователем// Электричество,№12,1998г.

81. Флоренцев С.Н., Ковалев Ф.И. Современная элементная база силовой электроники/'' Электротехника,№4,1996г.1. Иностранная литература

82. A.Andre ; J.Bons;G.Bryssine."Contribution а Г etude scientifique de la province de Tar fay a" Travaux de Г institut scientifique cherifien et de la faculté des sciences de Rabat. Serie generale № 3.1975

83. Abraham Serfaty, le petrole au Sahara Occidental deriere les appétits impérialistes. Soufles №2 nouvelle serie.oct.1973.

84. Erny Fillmore C.F.; conflict of Western Sahara, «focus» (USA), 1982, 32, n5, 13-16.

85. Electricite de France. Journal "Epure".№59 juillet. 1998.

86. IEEE power engineering review.C. John. Essel. August. 1998. vol. 8. №8. Supergrids. 56p

87. International Power Generation, September, 1989.

88. Junior Atlas of the world. John Bariholomew & Son LTD. Edinburgh.Scotland.

89. Kulke Holger: Regional petroleum geology of the world, part II. 1994

90. La Grande encyclopedia du Maroc. 1987.

91. Maurice Barbier. Conflit du Sahara Occidentale Франция 1982.

92. MPS REVITW modern power systems February 1995.

93. RASD: passado v presente; geografía, historia, sociedad, ministerio de información y cultura de la RASD. 1985.-75p.

94. Renewable sources of Energy. 1ЕА/ OECD, Paris,1989.

95. Sahara Occidental: La confiance perdue, Paris. Edition 'Harmattan, 1996,-378р.

96. The daily telegraph world Atlas. First published 1988. Esselte map service AB, Stockholm, Sweden.

97. WEC,1989. Survey of Energy Resources.10224. World oil, 1966, 163.

98. Измайл Мираф Галия. ООН и региональные конфликты (на араб.яз.), Фонд университетских изданий,- Алжир, 1990г.

99. Мустафа Эль-Катеб. Конфликт Западной Сахары между силой права и правом силой (на араб.яз.), изд/'Дар Эль-Мухтар". Дамаск, 1998г

100. Бен-Амер Туниси. Самоопределение и проблема Западной Сахары (на араб.яз.) Алжирская компания печати.- Алжир, 1987г.106. . Сахарская Арабская Демократическая Республика в линиина араб.), изд.фп. 1984г.

101. ACS 600. Frequency Converters For Speed and Torque Control of 2.2 to 315 kW squirrel Cage motors// technical catalogue. ABB,02.10.1995.

102. Yausukawa Tehn. Rev.1995.59. Ш.

103. Blundell R., Spiteri S. AC-DC converter with unity power factor and minimum harmonic content of line current: desig considerations-EE Proc . Electric power applications, №6. 1998.

104. A. Von Jouanne, P. Enjeti, W. Gray. Applications issues for PWM adjustable speed AC motor drivers // IEEE industry Application. September/ October, 1996

105. РОССИЙСКАЯ, ГОСУДАРСТВЕН»^ чвлист£}Ш