Меню Закрыть

Схема системы питания дизельного двигателя: Система питания дизельного двигателя.

Содержание

Система питания дизельного ДВС


Двигатели внутреннего сгорания выступают самым распространенным видом силовых агрегатов, используемых как в промышленности или энергетике, так и для оснащения разнообразных транспортных средств. К числу наиболее распространенных разновидностей ДВС относится дизельный двигатель.
  • Что такое система CommonRail
  • Заключение
  • Его популярность обусловлена сочетанием экономичности, надежности и высокого КПД. Ключевой частью дизельного двигателя справедливо считается топливная система. А потому имеет смысл рассмотреть этот конструктивный элемент силового агрегата более детально.

    Особенности дизельного ДВС

    По составу дизельное топливо сильно отличается от всех марок бензина. В диз топливе содержится керосин и газойлевые соляровые фракции. При получении солярки, из нефти сначала отделяют бензин.

    Качество бензина зависит от октанового числа, а солярка зависит от значения цетаного числа. На автозаправочных станция сегодня продают дизельное топливо в ценатом от 45 до 50. Для новых дизельных двигателей требуется солярка с высоким цетаном.

    Краткий рабочий цикл топливной системы дизельного агрегата:
    1. Топливо очищается от примесей.
    2. Попадает в топливный насос высокого давления.
    3. ТНВД сжимает топливо и оно под давлением проходит через микроотверстие в форсунке и распыляется на мелкие частички.
    4. При движении поршня вниз, открывается всасывающий клапан и воздух поступает в камеру цилиндра и моментально нагревается от сжатия (давление сжатия от 3 до 5 Мпа) при движении поршня вверх.
    5. Распыленное топливо смешивается с горячим воздухом, это от 700 до 900 градусов, и самовозгорается.

    Кто не знает, основное отличие дизельного двигателя от бензинового не только в топливе, но в система поджига топлива. Если бензин поджигается за счет образования искры свечи, то солярка поджигается от сильного сжатия и высокой температуры.

    Самыми надежными считаются свечи зажигания NGK.

    Классификация дизельного топлива по температуре застывания:
    1. летнее дизельного горючее;
    2. зимнее;
    3. арктическое.

    Так же, эти сорта солярки немного отличаются по цвету. Опытные шофера определяют по цвету. Вязкость и плотность дизель топлива намного больше, чем у бензина. Также, солярка обладает смазывающим эффектом, поэтому оно не является обезжиривающей жидкостью, как бензин.

    Тюнинг

    Чип тюнинг дизельных двигателей может выполняться как путем перепрограммирования блока управления, так и за счет изменения давления турбины.

    Следует сказать, что чип тюнинг дизельного двигателя отличается простотой и имеет доступную стоимость. При этом он позволяет существенным образом увеличить показатели мощности мотора без снижения его ресурса работы.

    Отметим, что для качественной работы такого чипованного силового агрегата необходимо удалить катализаторы или поставить их обманки. Следует помнить о том, что чип тюнинг дизельного двигателя должен выполнять исключительно опытный специалист, который знает, какая компрессия должна быть в моторе.

    В настоящее время существуют различные программы увеличения мощности силового агрегата путем перепрограммирования его блока управления. В данном случае имеется возможность как легкого тюнинга, так и кардинальное увеличение мощности.

    Устройство системы питания дизеля

    Из чего состоит топливная дизельная система:
    1. Топливный бак.
    2. Фильтр грубой очистки топлива (ГОТ).
    3. Фильтр тонкой очистки топлива (ТОТ).
    4. Насос для подкачивания дизтоплива.
    5. Топливный насос высокого давления (ТНВД).
    6. Инжекторные форсунки.
    7. Магистраль высокого давления.
    8. Трубопровод низкого давления.
    9. Фильтр очистки воздуха.

    Эти элементы есть во всех модификациях дизельных агрегатов. Некоторые моторы оснащаются доп элементами: электрический насос, фильтры сажевые, глушители и т.д.

    Система питания дизельного двигателя состоит из двух основных частей:
    • дизельное устройство для подачи топлива;
    • дизельное устройство для подачи воздуха.

    Устройство для подачи топлива может быть в едином корпусе, а может быть раздельным. Современное устройство выполнено в раздельном типе, то есть насос ТНВД и форсунки расположены в разных корпусах. Солярка нагнетается по магистралям низкого, затем высокого давления. Все, что до ТНВД, это трубопроводы низкого давления. После ТНВД начинается сжатие топлива.

    Система питания дизельного ДВС оснащается двумя насосами:
    • насос высокого давления;
    • насос для подкачки топлива.

    Насос для подкачки начинает качать топливо из бака, прогоняет его через фильтры грубой и тонкой очистки и поставляет его в топливный насос высокого давления.

    Насос ТНВД подает топливо под давлением в инжекторные форсунки в порядке, характерном для данного дизельного мотора. В устройстве ТНВД есть много одинаковых секций.

    Нераздельная система подачи топлива

    Система питания дизельного двигателя нераздельного типа, то есть ТНВД и форсунки расположены в одном корпусе, устанавливается в двухтактные дизельные моторы. Устройство, в котором есть и насос ТНВД и форсунка называется насос-форсункой.

    Такие двигатели с нераздельной подачей топлива не распространились массово. Они часто ломаются. Хотя конструкция и проще, отсутствует магистраль высокого давления. Моторы работают с высоким уровнем шума.

    Раздельная система подачи топлива

    В таких двигателях форсунки устанавливают в головке блока цилиндров. Форсунки должны качественно распылять топливо по рабочим камерам сгорания цилиндров, поэтому частой проблемой плохой работы дизеля является засорение форсунок.

    Насос подкачки топлива нагнетает много жидкости в ТНВД, насос высокого давления берет нужный ему объем, а остальное оттекает по дренажным линиям обратно в топливный бак.

    Классификация дизельных форсунок по конструкции:
    1. закрытая форсунка, то есть сопло у нее закрывается специальное запорной иглой;
    2. открытая форсунка.

    В четырех тактных двигателях устанавливаются форсунки закрытого вида. Внутреннее пространство форсунки сообщается с камерой сгорания только во время подачи топлива.

    Главный элемент форсунок — это распылитель. Распылитель может иметь только одно отверстие или несколько. Впрыск топлива через эти отверстия создают факел в цилиндре. От пропускной способности, количества отверстий зависит форма и расположение факела.

    Принцип работы инжектора

    Работает инжекторная система питания так: при повороте ключа зажигания в работу включается бензонасос, заполняя всю топливную составляющую бензином. При включении стартера, в цилиндры начинает засасываться воздух.

    Электронная же составляющая посредством датчиков собирает информацию о требуемых ей параметрах силовой установки и на их основе проводит расчеты длительности времени открытия форсунок. После чего она подает электрический импульс на форсунки и те впрыскивают нужное количество бензина в проходящий по коллектору поток воздуха, после чего происходит их смешивание и подача в цилиндры. Это упрощенное описание принципа работы бензиновой топливной системы, в действительности все выглядит несколько сложнее.

    Схема питания турбодизеля

    Чтобы увеличить мощность дизельного аппарата, устанавливают турбину. Конструкция топливной системы дизельного двигателя не изменяется, если мотор с турбонаддувом. Меняется схема и вариант подачи топлива в мотор от схемы атмосферного двигателя.

    Турбированный двигатель получается путем установки турбокомпрессора. В дизельном моторе турбина работает на отработавших газах. Сначала турбокомпрессор сжимает воздух, охлаждает его и подает в рабочую камеру сгорания цилиндров дизельного силового агрегата. Воздух нагнетается под давлением 0,15-0,2 МПа (Мега Паскаль).

    Классификация турбонаддува по давлению:
    • до 0,15 Мпа;
    • 0,2 МПа — турбокомпрессор средней мощности;
    • > 0,2 МПа.

    Как в бензиновых, так и дизельных двигатель турбина служит для дополнительной подачи воздуха в камеры сгорания. Чем больше воздуха, тем больше и качественнее догорает топливо. Мощность двигателя с турбиной увеличивается на 30%.

    Минус турбированных моторов в том, что такие агрегаты работают в более трудных условиях: повышается температура; детали, особенно цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), кривошипно-шатунного механизма (КШМ), газораспределительного механизма (ГРМ) испытывают больше давления и, саму турбину обычно надо менять через 100 000 км пробега.

    Турбины

    Большинство модификаций современных моторов используют дополнительные турбины, которые позволяют существенно повысить мощность силового агрегата. Отдельные силовые агрегаты оснащаются двумя, тремя и даже четырьмя такими турбинами. Использование таких небольших по объему нагнетателей позволяет одновременно улучшить показатели мощности и избавляет от характерной турбоямы, которая проявляется в существенной задержке ускорения при нажатии на педаль газа.

    Современные турбированные дизели по мощности даже превосходят атмосферные бензиновые силовые агрегаты. При этом, по показателям топливной экономичности, они на 20-30% лучше, нежели чем бензиновые моторы.

    В то же время следует сказать, что наличие турбины может отрицательно сказаться на показателях надежности силового агрегата. Во время работы турбина может вращаться с высокой скоростью, и при этом на этот узел неизменно приходится повышенная нагрузка. Поэтому не редкость поломки, которые вызваны усталостью этого узла, а также использованием некачественного масла.

    Следует сказать, что устройство турбины дизельного двигателя отличается повышенной сложностью, и в большинстве случаев устранение таких неполадок заключается в замене вышедшего из строя элемента.

    Датчик уровня горючего

    Располагается он на модуле насоса. По своей конструкции датчик уровня топлива представляет небольшую систему, состоящую из поплавка и механизма переменного сопротивления с нейлоновым контактом. В зависимости от количества содержимого в баке топлива, сопротивление элемента меняется, что фиксирует стрелка на панели приборов в салоне.

    Следует отметить, что датчик бензина не подвергается негативному воздействию некачественных топливных присадок и не ломается при частых перепадах температур и давлении внутри бака.

    Подводим итоги

    Современные топливные системы достаточно сложные, их ремонт и эксплуатация наполнены самыми разными неприятностями. Но также эти системы более эффективны, чем старые варианты. Они призваны защитить экологию от больших выбросов CO и прочих газов, а также защитить кошелек владельца от постоянно растущих расходов на бензин. Тем не менее, вы потратите сэкономленные деньги на сервисе, пытаясь привести в порядок аппаратуру после серьезных неполадок.

    Обратить внимание стоит на состояние топливного оборудования при покупке подержанного авто. Также есть смысл заказывать регулярную диагностику оборудования, если есть подозрения на неисправность. Диагностика часто помогает на первых этапах неполадки найти проблемы и устранить их с минимальными расходами. Такой подход экономит ваши деньги и позволяет предусмотрительно устранить возможные неполадки в машине. Так ваше авто не сломается неожиданно и не заставит вызывать эвакуатор для доставки в ближайший сервис.

    Неисправности и сервисное обслуживание

    В процессе эксплуатации транспортного средства топливная система автомобиля испытывает нагрузки, приводящие к ее нестабильному функционированию или выходу из строя. Наиболее распространенными считаются следующие неисправности.

    Недостаточное поступление (или отсутствие поступления) горючего в цилиндры двигателя

    Некачественное топливо, длительный срок службы, воздействие окружающей среды приводят к загрязнению и засорению топливопроводов, бака, фильтров (воздушного и топливного) и технологических отверстий устройства приготовления горючей смеси, а также поломке топливного насоса. Система потребует ремонта, который будет заключаться в своевременной замене фильтрующих элементов, периодической (раз в два-три года) прочистке топливного бака, карбюратора или форсунок инжектора и замене или ремонте насоса.

    Потеря мощности ДВС

    Неисправность топливной системы в данном случае определяется нарушением регулировки качества и количества горючей смеси, поступающей в цилиндры. Ликвидация неисправности связана с необходимостью проведения диагностики устройства приготовления горючей смеси.

    Утечка горючего

    Утечка горючего – явление весьма опасное и категорически не допустимое. Данная неисправность включена в «Перечень неисправностей…», с которыми запрещается движение автомобиля. Причины проблем кроются в потере герметичности узлами и агрегатами топливной системы. Ликвидация неисправности заключается либо в замене поврежденных элементов системы, либо в подтягивании креплений топливопроводов.

    Таким образом, система питания является важным элементом ДВС современного автомобиля и отвечает за своевременную и бесперебойную подачу топлива к силовому агрегату.

    Мне нравится3Не нравится

    Что еще стоит почитать

    Устройство генератора ваз 2109

    Устройство ходовой части ваз 2109


    Устройство впускного коллектора


    Топливный насос

    План занятия учебной практики (УП 01): ПМ.

    01 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» Тема: «Система питания дизельного двигателя»

    План занятия П/О
    Группа 41 Специальность 23.02.03 Мастер Журавлев А.Н.
    УП.01.
    Тема 1.14: Система питания дизельного двигателя
    Тема занятия: Принципиальная система питания дизельного двигателя. Приборы системы питания. Топливный насос высокого давления. Автоматический регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя и его работа. Автоматическая муфта опережения впрыска топлива. Форсунка. Привод управления подачей топлива
    Тип занятия: Урок формирования и совершенствования трудовых умений и навыков.
    Вид занятия: урок практического типа
    Время: 6 часов.

    Цели занятия:
    Обучающие:
    Формирование и усвоение приемов проведения технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя.
    Формирование у студентов профессиональных навыков при выполнении технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя.


    Развивающие:

    Формирование у студентов умения оценивать свой уровень знаний и стремление его повышать;
    Развитие навыков самостоятельной работы, внимания, координации движений.

    Воспитательные:

    Воспитание у студентов аккуратности, трудолюбия, бережного отношения к оборудованию и инструментам;
    Пробуждение эмоционального интереса к выполнению работ;
    Способствовать развитию самостоятельности студентов.
    Дидактические задачи:
    Закрепить полученные знания, приемы, умения и навыки по выполнению технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя.
    Требования к результатам усвоения учебного материала.
    Студент в ходе освоения темы занятия учебной практики должен:

    иметь практический опыт:
    — использования диагностических приборов и технического оборудования;
    — выполнения регламентных работ по техническому обслуживанию автомобилей.
    уметь:
    — применять диагностические приборы и оборудование;
    — использовать специальный инструмент, приборы, оборудование.
    В ходе занятия у студентов формируются
    Профессиональные компетенции:
    ПК 1.1. Организовывать и проводить работы по техническому обслуживанию и ремонту автотранспорта
    ПК 1.2. Осуществлять технический контроль при хранении, эксплуатации, техническом обслуживании и ремонте автотранспортных средств
    Общие компетенции:
    ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
    ОК 3. Принимать решения в стандартных и нестандартных ситуациях и нести за них ответственность.
    ОК 4. Осуществлять поиск и использование информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
    ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии в профессиональной деятельности.
    ОК 6. Работать в коллективе и в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.

    Применяемые оборудование, приспособления, инструменты и материалы: двигатель Д-243, мультивидеопроектор, ПК, плакаты, схемы, наглядные пособия, детали, учебники.

    Литература:
    Основные источники:
    1.Кузнецов А.С. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: в 2 ч. – учебник для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. — М.: Издательский центр «Академия», 2016.
    2.Кузнецов А.С. Слесарь по ремонту автомобилей (моторист): учеб. пособие для нач. проф. образования / А.С. Кузнецов. – 8-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2015.
    3.Автомеханик / сост. А.А. Ханников. – 2-е изд. – Минск: Современная школа, 2016.
    Дополнительные источники.
    4.Виноградов В.М. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Основные и вспомогательные технологические процессы: Лабораторный практикум: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования / В.М. Виноградов, О.В. Храмцова. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2017.

    5.Петросов В.В. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.В. Петросов. – М.: Издательский центр «Академия», 2017.
    6.Карагодин В.И. Ремонт автомобилей и двигателей: Учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования / В.И. Карагодин, Н.Н. Митрохин. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2018.
    7.Коробейчик А.В. к-68 Ремонт автомобилей / Серия «Библиотека автомобилиста». Ростов н/Д: «Феникс», 2016.
    8.Коробейчик А.В. К-66 Ремонт автомобилей. Практический курс / Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов н/Д: «Феникс», 2016.
    9.Чумаченко Ю.Т., Рассанов Б.Б. Автомобильный практикум: Учебное пособие к выполнению лабораторно-практических работ. Изд. 2-е, доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2017.
    10.Слон Ю.М. С-48 Автомеханик / Серия «Учебники, учебные пособия». – Ростов н/Д: «Феникс», 2016.
    11. Жолобов Л.А., Конаков А.М. Ж-79 Устройство и техническое обслуживание автомобилей категорий «В» и «С» на примере ВАЗ-2110, ЗИЛ-5301 «Бычок». Серия «Библиотека автомобилиста». – Ростов-на-Дону: «Феникс», 2016.
    Ход занятия
    I. Организационная часть: 5 мин.
    1. Контроль посещаемости студентов и готовности аудитории к занятию.
    2. Объяснение хода и последовательности проведения занятия.
    3. Распределение по рабочим местам.

     

    II. Вводный инструктаж: 40 мин.
    1. Сообщить тему программы и тему занятия, назвать ее учебное значение.
    2. Объяснить новый материал:
     Рассказать о значении техники проведения технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя.
     Разобрать технологические карты, обратив внимание на технические требования и условия выполнения.
     Опираясь на знания теоретических дисциплин, разобрать со студентами порядок проведения технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя.

     Рассмотреть применяемые инструменты, оборудование, приспособления; разобрать специфику проведения технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя.
     Показать приемы работы; предупредить о возможных ошибках при выполнении работы. Обратить внимание на приемы самоконтроля.
     Разобрать вопросы рациональной организации рабочего места;
     Провести инструктаж по правилам техники безопасности;
     Предложить студентам повторить рабочие приемы технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя, убедиться в понимании;
     Сообщить студентам критерии оценок.

    III. Текущий инструктаж: 4 часа 30 мин.
    Самостоятельная работа – целевые обходы рабочих мест студентов:
     Первый обход: проверить содержание рабочих мест, их организацию.
     Второй обход: обратить внимание на правильность выполнения приемов работы по выполнению технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя;
     Третий обход: проверить правильность соблюдения последовательности технического обслуживания и диагностирования системы питания дизельного двигателя;
     Четвертый обход: проверить правильность ведения самоконтроля; соблюдение технических условий работы;

     Пятый обход: провести приемку и оценку выполненных работ.

    IV. Заключительный инструктаж 15 минут.
    1. Подвести итоги занятия.
    2. Указать на допущенные ошибки и разобрать причины, их вызывающие.
    3. Сообщить и прокомментировать оценку студентам за работу.
    4. Задать домашнее задание, объяснив его важность для усовершенствования навыков работы (1 с. 218-227, 2 с. 57-91).


    Система питания дизельного двигателя предназначена для хранения топлива, очистки воздуха и топлива, подачи отдельно воздуха и дизельного топлива под давлением в цилиндры двигателя, приготовления рабочей смеси в цилиндрах и отведения из цилиндров в атмосферу отработанных газов.

    На двигателях применена система питания топливом разделенного типа, состоящая из топливного насоса высокого давления, форсунок, фильтров грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающего насоса низкого давления, топливопроводов высокого и низкого давления, топливных баков, электромагнитного клапана и штифтовых свечей электрофакельного пускового устройства.


    Рис. 1. Схема системы питания: 1 — топливный насос высокого давления с топливоподкачивающим насосом и муфтой опережения впрыска топлива; 2 — форсунки; 3 — фильтр грубой очистки топлива; 4 — топливный бак; 5 — датчик указателя уровня топлива; 6 — фильтр тонкой очистки топлива; 7 — приемная труба с фильтром; 8 — свеча электрофакельного устройства; 9 — электромагнитный топливный клапан

    Принципиальная схема системы питания показана на рис. 1. Топливо из бака 4 через фильтр 3 грубой очистки засасывается топливоподкачивающим насосом и через фильтр 6 тонкой очистки по топливопроводам низкого давления подеется к топливному насосу 1 высокого давления, который в соответствии с порядком работы цилиндров распределяет топливо по трубопроводам высокого давления к форсункам 2. Форсунки впрыскивают топливо в мелкораспыленном состоянии в камеры сгорания. Избыточное топливо, а вместе с ним и попавший в систему воздух через перепускной клапан топливного насоса высокого давления и клапан-жиклер фильтра тонкой очистки по дренажным трубопроводам отводятся в топливный бак. Топливо, просочившееся через зазор между корпусом распылителя и иглой, сливается в бак через сливные трубопроводы.
    Фильтр грубой очистки (отстойник) предварительно очищает топливо, поступающее в топливоподкачивающий насос низкого давления. Он установлен на всасывающей магистрали системы питания с левой стороны автомобили на раме.
    Фильтр тонкой очистки, окончательно очищающий топливо перед поступлением в топливный насос высокого давления, установлен в самой высокой точке системы питания. С помощью фильтра воздух, проникший в систему питания вместе с частью топлива через клапан-жиклер удаляется в бак.
    Топливопроводы подразделяются на топливопроводы низкого давления, т. е, 390-1960 кПа (4-20 кгс/см2), и высокого — более 19 600 кПа (200 кгс/см2). Топливопроводы высокого давления изготовлены из стальных трубок, концы которых выполнены конусными и прижаты накидными гайками через шайбы к конусным гнездам штуцеров топливного насоса и форсунок. Во избежание поломок от вибрации топливопроводы закреплены скобами.
    Топливный насос высокого давления (ТНВД), предназначенный для подачи в цилиндры двигателя в определенные моменты времени строго дозированных порций топлива под высоким давлением, восьмиплунжерный с V-образным расположением секций. Смазывание насоса циркуляционное, пульсирующее под давлением от общей смазочной системы двигателя.
    В развале корпуса топливного насоса высокого давления установлен всережимный регулятор частоты вращения, который изменяет количество топлива, подаваемого в цилиндр, в зависимости от нагрузки, поддерживая заданную частоту вращения коленчатого вала.
    На задней крышке регулятора размещен топливный насос низкого давления поршневого типа, обеспечивающий подачу топлива к топливному насосу высокого давления во время работы двигателя. Насос низкого давления приводится в действие кулачковым валом топливного насоса высокого давления. На конической поверхности переднего конца кулачкового вала топливного насоса закреплена автоматическая муфта опережения впрыска топлива, которая предназначена для изменения момента начала подачи топлива в цилиндры двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.
    Ручной топливоподкачивающий насос, который установлен на топливном насосе низкого давления и предназначен для заполнения системы топливом и удаления из нее воздуха перед пуском двигателя.
    Система питания дизельного двигателя автомобиля КамАЗ-5320 состоит из топливного бака 16; топливного фильтра 18 предварительной (грубой) очистки топлива; топливоподкачивающего насоса 2 с устройством 1 для ручной подкачки топлива; топливного насоса 4 высокого давления; форсунок 6; электромагнитного клапана 8; факельной свечи 10; фильтра 12 для окончательной (тонкой) очистки топлива; топливопроводов низкого 3 и высокого 5 давления; топливоотводящих (дренажных) трубопроводов 9, 11, 14 и 15 с тройником 17; топливопроводов 7 и 13 для подвода топлива соответственно к электромагнитному клапану и топливному насосу; воздушных фильтров; трубопровода для подвода воздуха в цилиндры двигателя и отвода отработавших газов из них; глушители шума выпуска отработавших газов; указателя уровня топлива в топливном баке; регулятора частоты вращения коленчатого вала; педали газа с системой тяг для управления рейкой топливного насоса; автоматической муфты опережения впрыска топлива.
    На отдельных двигателях устанавливают турбокомпрессор для подачи воздуха в цилиндры двигателя под давлением с целью повышения мощности двигателя и снижения токсичности отработавших газов.
    Во время работы двигателя топливо из топливного бака поступает по топливопроводу в фильтр предварительной очистки 18, очищается от грубых примесей и воды и топливоподкачивающим насосом под давлением 0,15-0,20 МПа по топливопроводу 3 подается в фильтры тонкой очистки 12, где окончательно очищается. Затем по топливопроводу 13 поступает в топливный насос высокого давления 4, который повышает давление топлива, дозирует его количество для каждого цилиндра в соответствии с порядком работы и нагрузкой двигателя и по топливопроводам 5 высокого давления подает в форсунки 6, которые впрыскивают топливо в цилиндры под давлением 18 МПа. Впрыскнутое топливо смешивается в цилиндре с нагретым при такте сжатия воздухом и испаряется. Образовавшаяся горючая смесь самовоспламеняется и сгорает. Совершается такт рабочего хода, во время которого тепловая энергия преобразуется в механическую, и в виде крутящего момента передается на колеса автомобиля.
    Избыточное топливо, а вместе с ним и проникший в систему питания воздух отводятся через перепускной клапан топливного насоса высокого давления и клапан-жиклер фильтра тонкой очистки по дренажным топливопроводам 11 и 14 в топливный бак 16. Топливо, просочившееся в полость пружины форсунки через зазор между корпусом распылителя и иглой, сливается в бак по дренажным топливопроводам 9 и 15 с тройником 17.
    Электромагнитный клапан 8 топливопроводом 7 соединен с насосом высокого давления и служит для подачи топлива под давлением 0,06-0,08 МПа к факельным свечам 10, установленным во всех впускных трубопроводах для подогрева воздуха при пуске двигателя в холодное время года.


    Схема системы питания дизельного двигателя автомобиля КамАЗ-5320

     

    Система питания дизельного двигателя — сердце двигателя

     Система питания дизельного двигателя обеспечивает постоянную подачу дизельного топлива к насосу, а также дозированный и своевременный впрыск топлива в цилиндры. Она должна быть полностью герметичной, чтобы не позволять стороннего подсоса воздуха в топливную систему двигателя.

     

    Устройство системы питания дизельного двигателя сравнительно простое и включает в себя такие основные элементы:

    — топливный бак, который служит для хранения топлива;

    — фильтр  очистки воздуха, для устранения возможных частиц, которые имеются в воздухе;

    — топливоподкачивающий насос, для ручного прокачивания топлива;

    — насос высокого давления, служит для подачи топлива к форсункам;

    — форсунки, предназначены для непосредственно впрыска топлива в цилиндры;

    — топливопроводы высокого, а также топливопроводы низкого давления. Осуществляют подачу дизельного топлива от бака в цилиндры;

    — выпускной газопровод и глушители, которые служат для отвода отработанных газов и уменьшения их шума.

     

     Ремонт системы питания дизельного двигателя заключается в устранении нарушений при подаче топлива, которые могут возникать как при нарушении герметичности системы, так и при засорении фильтров или трубопроводов. При наличии негерметичности системы можно визуально увидеть утечку топлива. На тех участках, которые находятся под разрежением, определить подсос воздуха можно не полностью открутив пробку, которая есть на фильтре тонкой очистки топлива, и увидев мутную струю с пузырьками воздуха. Если система питания дизельного двигателя имеет указные неисправности, то для их устранения необходимо восстановить герметичность и провести прокачку топливопроводов низкого давления с целью удаления попавшего туда воздуха.

     

    При замене или проведении промывания топливных фильтров используют насос для ручной прокачки, при помощи которого проводится удаление воздуха из системы. Для этого необходимо ослабить по очереди пробки, сначала возле заднего, а затем переднего концов топливопровода, который расположен сверху насоса высокого давления. После удаления воздуха пробки герметично закручивают.

     

    Если насос плохо подает топливо, причиной могут быть нарушения в работке клапанов или заедание поршня. Также часто причиной поломки топливного насоса является поломка или ослабление пружин. Указанные детали меняются на новые, только таким образом можно устранить данные неисправности.

     

    Если неисправна система питания дизельного двигателя  могут возникать перебои при работе некоторых цилиндров, также может быть повышенная дымность и значительная потеря мощности двигателя. Часто показателем поломок в указанной системе является затрудненный и длительный запуск двигателя. Это обуславливается тем, что насос не может создать необходимое давление топлива, поэтому снижается его подача, также возможно изменение моментов подачи топлива. Самой распространенной неисправностью   насоса  является большой износ плунжерных пар. К этому может привести применение загрязненного топлива и топлива, которое не соответствует сезону. Применение качественного топлива и замена топливных фильтров значительно увеличит срок его службы. Плунжер меняется только в комплекте с гильзой, замена одной из составляющих не приведет к улучшению работы насоса.

     

    Если в форсунке произойдет ослабление пружины, износится или засорится  игла, нарушится подача топлива в цилиндры. Проводится чистка иглы, если это не помогло, ее необходимо заменить.

     

     Система питания дизельного двигателя, хотя и является сравнительно простой и надежной но, как и вся техника, требует бережного и соответствующего ухода, тогда она будет служить долгое время  и не создавать дополнительных проблем. Проводите плановое техническое обслуживание топливной системы, и вы сможете избежать многих ее неисправностей.

    Renault Megane | Система питания дизельных двигателей

    Система питания дизельных двигателей

    Общая информация

    При работе дизельного двигателя в его цилиндры всасывается наружный воздух, который сжимается до высокого давления. При этом температура воздуха в результате адиабатического нагрева поднимается до уровня 700-900°С, превышающего точку воспламенения дизельного топлива. Топливо впрыскивается в цилиндр с некоторым опережением и воспламеняется. Таким образом, необходимость в использовании свечей зажигания отпадает.

    Как и на бензиновых моделях система питания состоит из двух трактов: подачи топлива и подачи воздуха; управление функционированием системы осуществляет специальный электронный модуль (ECM). Более подробно принцип функционирования системы управления дизельным двигателем/снижения токсичности отработавших газов изложен в Разделе Система самодиагностики дизельных моделей (см. Часть Системы управления двигателем и снижения токсичности отработавших газов).

    Система подачи воздуха

    Главными особенностями конструкции впускного воздушного тракта рассматриваемого в настоящем Руководстве дизельного двигателя являются использование в нем турбокомпрессора, приводимого во вращение потоком отработавших газов, и отсутствие дросселирования на впуске (характерно для дизелей, оборудованных ТНВД распределительного типа). Дополнительное увеличение расхода воздуха наддува обеспечивается за счет его теплового сжатия в теплообменнике промежуточного охладителя (Intercooler).

    Конструкция впускного воздушного тракта дизельного двигателя

    Турбокомпрессор

    Для вращения компрессора системы наддува используется поток отработавших газов двигателя, подаваемый в корпус турбинной сборки, — рабочее колесо компрессора посажено на один вал с колесом турбины и своим вращением обеспечивает сжатие проходящего через воздухоочиститель воздуха и подачу его под напором во впускной трубопровод двигателя. Такая конструкция компрессора гарантирует незамедлительность реакции системы наддува на изменение нагрузок на двигатель, впрямую связанное с интенсивностью выпуска двигателя.

    Конструкция турбокомпрессора

    В состав турбокомпрессора включены два датчика: температуры (TA) и давления воздуха наддува. На основании анализа данных, поступающих от данных датчиков PCM определяет количество поступающего в двигатель воздуха.

    Промежуточный охладитель (Intercooler)

    Включенный во впускной воздушный тракт турбированного двигателя теплообменник промежуточного охладителя служит для компенсации эффекта адиабатического разогрева нагнетаемого компрессором воздуха. Теплообменник установлен на выходе из компрессора и во время движения автомобиля непрерывно продувается набегающим потоком воздуха, захватываемого отформованным в крышке капота воздухозаборником, — при охлаждении воздух сжимается, что дополнительно повышает эффективность функционирования системы наддува.

    Теплообменник промежуточного охладителя системы наддува установлен на выходе из турбокомпрессора.

    Система подачи топлива

    Система подачи топлива дизельных двигателей отличается высокой степенью надежности и при добросовестном выполнении процедур регулярного обслуживания с соблюдением требований Спецификаций Главы Системы питания, управления двигателем/снижения токсичности отработавших газов и выпуска отработавших газов к типу используемого горючего должна исправно функционировать в течение всего срока службы автомобиля.

    В результате длительного использования внутренние компоненты форсунок могут изнашиваться. Выполнение восстановительного ремонта форсунок правильно будет поручить специалистам автосервиса.

    Основным элементом топливного тракта дизельного двигателя рассматриваемых моделей является насос высокого давления (ТНВД) распределительного типа (VE) с электронным управлением, осуществляющий всасывание топлива через фильтр из расположенного сзади под автомобилем топливного бака и дозированную раздачу его через форсунки в камеры сгорания двигателя.

    Схема организации системы подачи топлива дизельного двигателя

    Топливный насос высокого давления (ТНВД)

    Принцип всасывания и сжатия топлива в электронном ТНВД аналогичен принципу, используемому в насосах механического типа. Главным отличием электронного насоса является использование вместо центробежного корректора моментов впрыска электронного регулятора с тросовым приводом (вместо рычажного).

    онструкция электронного ТНВД распределительного типа

    Электронный регулятор (GE)

    Исполнительный механизм GE закреплен на камере регулятора в верхней части сборки ТНВД.

    Конструкция электронного регулятора ТНВД распределительного типа

    В основу функционирования регулятора положен феномен возникновения магнитного поля при подаче на обмотку катушки электрического тока. Напряженность индуцируемого поля будет прямо пропорциональна силе пропускаемого через обмотку тока, что обеспечивает возможность разворачивания ротора регулятора в требуемое положение с преодолением развиваемого возвратной пружиной усилия, — за счет вращения ротора обеспечивается контролируемое линейное перемещение управляющей муфты.

    Принцип функционирования регулятора.

    Входящий в состав регулятора магнитный фильтр обеспечивает защиту рабочих камер насосной сборки от попадания в них посторонних предметов.

    Клапан управления распределением моментов впрыска (TCV)

    TCV помещается между высоконапорной и низконапорной камерами и обеспечивает регулировку давления за счет открывания при подаче электропитания.

    Когда питание на клапан не подается, камеры остаются изолированными. Открывание TCV приводит к их объединению, в результате распределительный поршень смещается под воздействием развиваемого пружиной усилия в положение, обеспечивающее выравнивание давлений, — корректировка момента впрыска осуществляется за счет одновременного поворачивания роликового держателя.

    Датчик положения управляющей муфты (CSP)

    Датчик помещается в верхней части сборки регулятора и поставляет ECM информацию о положении управляющей муфты, перемещение которой приводит к поворачиванию на определенный угол чувствительного элемента датчика за счет изменения разности индуктивностей в его верхней и нижней обмотках. ECM сравнивает полученные данные с требуемым значением и в случае необходимости выдает команду на выполнение соответствующей корректировки путем изменения силы пропускаемого через обмотки тока.

    Специальная фиксированная пластина обеспечивает компенсацию температурных изменений индуктивности.

    Датчик положения распределительного поршня (TPS)

    TPS подсоединен к низковольтной стороне распределительного устройства, состоит из стержневого сердечника и бобины и служит для оповещения ECM о перемещении распределительного поршня, -перемещение поршня приводит к изменению индуктивности катушки датчика в результате соответствующего перемещения сердечника.

    Датчик оборотов ТНВД (Np)

    Датчик Np поставляет ECM информацию об оборотах ТНВД. Датчик представляет собой соленоид, реагирующий на прохождение мимо его магнита каждого из 4-х зубьев вращающейся сигнальной пластины. Вырабатываемый при прохождении зубьями через магнитное поле переменный ток преобразуется в импульсные сигналы, выдаваемые на модуль управления.

    Дизельная электростанция

    [Схема, работа, преимущества, схемы] PDF

    В этом посте вы узнаете о дизельной электростанции с ее компоновкой , компонентов , используемых в дизельной электростанции, это , работа, преимущества, и приложения . Загрузите PDF-файл этой статьи в конце.

    Знакомство с дизельной электростанцией

    Дизельные электростанции устанавливаются там, где нет достаточного количества угля и воды, или где электроэнергия должна вырабатываться в небольшом количестве, или где требуются резервные установки для непрерывности подачи например, в больницах, на телефонных станциях и т. д.

    Эти установки мощностью от 2 до 50 МВт используются в качестве центральных станций для небольших органов снабжения и работ.

    Дизельные электростанции обычно используются следующим образом:

    1. Пиковая электростанция: Дизельная электростанция в основном используется вместе с тепловыми/гидроэлектростанциями в качестве пиковой нагрузки.
    2. Используется как мобильная установка.
    3. Их можно использовать в качестве резервного блока для обеспечения частичной нагрузки.
    4. Могут использоваться как аварийная установка для связи и водоснабжения в аварийных условиях.
    5. Дизельная электростанция, используемая в качестве станции-питомника для электроснабжения небольшого города.
    6. Используется в качестве стартовой станции для запуска крупных паровых установок.
    7. Используется как центральная станция.

    Читайте также:

    Блок-схема дизельной электростанции

    На рисунке показана простая дизельная электростанция. Дизельные двигатели обычно подразделяются на четырехтактные и двухтактные. Как правило, двухтактные двигатели используются для дизельных электростанций.

    Компрессор всасывает воздух из атмосферы и сжимает его. Сжатый воздух подается в двигатель через пусковой фильтр, где сжимается поршнем в цилиндре. Топливо подается из бака через фильтр к топливным форсункам. Топливная форсунка впрыскивает топливо в цилиндр и смешивает его со сжатым воздухом.

    Впрыскиваемое топливо воспламеняется и происходит сгорание. Это высвобождает огромное количество энергии, которая используется для запуска генератора для производства электроэнергии.Охлаждающая вода непрерывно подается для охлаждения двигателя, а смазочное масло подается для смазки деталей двигателя. Воздухозаборник подает воздух в двигатель для последующих операций.

    Схема дизельной электростанции

    Схема дизельной электростанции показана на рисунке. Воздух из атмосферы засасывается в компрессор и сжимается. Сжатый воздух подается к дизельному двигателю через воздушный фильтр. В воздушном фильтре отфильтровывается пыль, грязь из воздуха и в дизельный двигатель подается только чистый воздух.

    Мазут из бака проходит через фильтр, где масло фильтруется и очищенное масло впрыскивается в дизельный двигатель через топливный насос и топливную форсунку. Смесь сжатого воздуха и брызг мазута воспламеняется в двигателе, и происходит сгорание. Высвобожденная тепловая энергия используется для привода генератора, который вырабатывает электроэнергию.

    1. Система подачи топлива
    2. Система впуска и выпуска воздуха
    3. Система смазки
    4. Система запуска
    5. Система охлаждения

    1.Система подачи топлива

    Эта система состоит из топливного бака для хранения топлива, топливных фильтров и насосов для перекачки и впрыска топлива. Мазут может поставляться на завод автомобильным, автомобильным, железнодорожным, цистернами и т.д. газы. Предусмотрены фильтры для удаления пыли, грязи и т. д. из поступающего воздуха. В выхлопной системе предусмотрен глушитель для снижения шума.

    Ниже перечислены функции системы впуска воздуха:

    1. Для очистки подачи всасываемого воздуха.
    2. Для глушения всасываемого воздуха.
    3. Для подачи воздуха для наддува.

    3. Система смазки

    Смазка необходима для уменьшения трения и износа движущихся частей. Он включает в себя бак для смазочного масла, насосы, фильтры и смазочное масло.

    4. Система запуска

    Для первоначального запуска двигателя используются различные устройства: сжатый воздух, аккумулятор, автостартер или электродвигатель.

    5. Система охлаждения

    Эта система обеспечивает надлежащий контроль циркуляции воды вокруг дизельных двигателей, чтобы поддерживать температуру двигателя на достаточно низком уровне. Горячая вода из рубашки охлаждается в бассейнах-охладителях и снова рециркулирует.

    Основные компоненты дизельной электростанции

    Дизельная электростанция по существу состоит из следующих компонентов:

    1. Engine
    2. Воздушный фильтр и нагнетатель
    3. Выхлопная система
    4. Топливная система
    5. Система охлаждения
    6. Смазка
    7. Запуск система
    8. Система управления.

    1. Двигатель

    Является основным компонентом установки, развивающей требуемая мощность. Двигатель напрямую соединен с генератором.

    2. Воздушный фильтр и нагнетатель

    Воздушный фильтр предназначен для удаления пыли из воздуха, поступающего в двигатель. Использование нагнетателя заключается в увеличении давления воздуха, подаваемого в двигатель, для увеличения мощности двигателя.

    3. Выхлопная система

    Сюда входят глушители и соединительные воздуховоды.То температура выхлопных газов достаточно высока, поэтому теплота выхлопные газы могут использоваться для нагрева масла или воздуха, подаваемого в двигатель.

    4. Топливная система

    Включает в себя накопительный бак, насос перекачки топлива, сетчатые фильтры и нагреватели. Подача топлива в двигатель зависит от нагрузки на двигатель.

    5. Система охлаждения

    Сюда входят водяные циркуляционные насосы, градирни и установки для фильтрации воды. Целью системы охлаждения является отвод тепла от цилиндра двигателя, поддержание температуры цилиндра в безопасном диапазоне и продление срока его службы.

    6. Система смазки

    Включает масляные насосы, масляные баки, фильтры, охладители и соединительные трубы. Функция системы смазки заключается в уменьшении трения движущихся частей и уменьшении износа деталей двигателя.

    7. Система запуска

    Сюда входят магистрали сжатого воздуха. Функция этой системы заключается в запуске двигателя на холодную за счет подачи сжатого воздуха.

    8. Система управления

    Она состоит из регулятора, и его функция заключается в поддержании постоянной скорости двигателя независимо от нагрузки на установку путем управления подачей топлива в двигатель в соответствии с нагрузкой.

    Преимущества и недостатки дизельной электростанции

    Преимущества дизельной электростанции

    Ниже приведены преимущества дизельной электростанции:

    1. Конструкция и установка очень просты.
    2. Может без проблем реагировать на переменные нагрузки.
    3. Потери в режиме ожидания меньше.
    4. Занимает меньше места.
    5. Может быть быстро запущен и загружен.
    6. Нет проблем с обращением с золой.
    7. Требуется меньшее количество воды для охлаждения.
    8. Низкие капиталовложения
    9. Требуется меньше обслуживающего персонала.
    10. Более экономичная система смазки.
    11. Может сжигать довольно широкий спектр топлива.
    12. Эти заводы могут быть расположены очень близко к центрам нагрузки,
    13. Стоимость здания становится очень низкой.
    14. Более эффективен, чем паровая электростанция.

    Недостатки дизельной электростанции

    Ниже перечислены недостатки дизельной электростанции:

    1. Высокие эксплуатационные расходы.
    2. Высокая стоимость обслуживания и смазки.
    3. Мощность дизельных агрегатов ограничена.
    4. Шум — серьезная проблема.
    5. Он не может непрерывно питать перегрузки.
    6. Перегрузка невозможна.
    7. Выпускает нежелательные излучения.
    8. Срок жизни совсем небольшой (от 7 до 10 лет).

    Вот и все, спасибо за внимание. Если вам понравилась наша статья « Дизельная электростанция », поделитесь ею с друзьями. Есть любой вопрос, сообщите нам в комментариях.

    Хотите бесплатные PDF-файлы, подпишитесь на нашу рассылку. Это бесплатно.

    Скачать PDF этой статьи:

    Читать далее:

    Принципиальная схема дизельной электростанции

    Дизельная электростанция:

    Здесь я собираюсь объяснить вам различные типы электростанций или электростанций. Во-первых, дайте нам знать, какова функция электростанции. Электростанция или электростанция использует различные источники, такие как энергия hydel, тепловая энергия, дизельное топливо, ядерная энергия, для производства электроэнергии в больших объемах.Теперь мы собираемся обсудить , как энергия дизеля используется для выработки электроэнергии . Итак, для этого используется дизельная электростанция или дизельная электростанция .

    Генераторная станция, в которой дизельный двигатель используется в качестве первичного двигателя для выработки электроэнергии, известна как дизельная электростанция . В дизельной электростанции дизельный двигатель используется в качестве первичного двигателя. Дизельное топливо сгорает внутри двигателя, а продукты этого сгорания действуют как «рабочее тело» для производства механической энергии.Дизельный двигатель приводит в действие генератор переменного тока, который преобразует механическую энергию в электрическую. Поскольку стоимость генерации значительна из-за высокой цены на дизельное топливо, такие электростанции используются только для производства небольшой мощности.

    Хотя паровые электростанции и гидроэлектростанции неизменно используются для выработки большой мощности по более низкой цене, все же дизельные электростанции пользуются популярностью в местах, где потребность в энергии меньше, нет достаточного количества угля и воды, а транспортная доступность недостаточна.Эти установки также используются в качестве резервных установок для бесперебойного снабжения важных точек, таких как больницы, радиостанции, кинотеатры и телефонные станции.

    Должен прочитать:

    Принципиальная схема дизельной электростанции:

    Дизельная электростанция или ДЭС принципиальная схема состоит из следующих уровней:

    (i) Система подачи топлива: она состоит из резервуара для хранения, фильтров, топливного насоса и топливного бака на весь день.Мазут доставляется на завод по железной дороге или автомобильным транспортом. Это масло хранится в резервуаре для хранения. Из резервуара для хранения масло перекачивается в меньший дневной резервуар с ежедневными или короткими интервалами. Из этого резервуара мазут перекачивается. через сетчатые фильтры для удаления взвешенных примесей. Чистое масло впрыскивается в двигатель насосом высокого давления.



    (ii) Система впуска воздуха: Эта система подает в двигатель воздух, необходимый для сгорания топлива. Она состоит из труб для подачи свежего воздуха в коллектор двигателя.Предусмотрены фильтры для удаления частиц пыли из воздуха, которые могут действовать как абразив в цилиндре двигателя.

    (iii) Выхлопная система: Эта система выводит выхлопные газы двигателя за пределы здания и выбрасывает их в атмосферу. Для снижения уровня шума в систему обычно встраивается глушитель.

    (iv) Система охлаждения: теплота, выделяемая при сгорании топлива в цилиндре двигателя, частично преобразуется в работу. Остальная часть теплоты проходит через стенки цилиндра, поршень, кольца и т. д.и может привести к повреждению системы. Чтобы поддерживать температуру деталей двигателя в безопасных рабочих пределах, предусмотрено охлаждение. Система охлаждения состоит из источника воды, насоса и градирен. Насос обеспечивает циркуляцию воды через цилиндр и головной кожух. Вода отбирает тепло у двигателя и сама становится горячей. Горячая вода охлаждается градирнями и рециркулируется для охлаждения.


    схема дизельной электростанции

    (v) Система смазки: Эта система сводит к минимуму износ трущихся поверхностей двигателя.Он состоит из бака для смазочного масла, насоса, фильтра и масляного радиатора. Смазочное масло всасывается насосом из бака для смазочного масла и проходит через фильтры для удаления примесей. Чистое смазочное масло подается в точки, требующие смазки. Масляные радиаторы, встроенные в систему, поддерживают низкую температуру масла.

    (vi) Система запуска двигателя: это устройство, позволяющее первоначально вращать двигатель при запуске до тех пор, пока не начнется зажигание и агрегат не будет работать за счет собственной мощности.Небольшие агрегаты запускаются вручную с помощью ручек, но для более крупных агрегатов для запуска используется сжатый воздух. В последнем случае воздух под высоким давлением подается в несколько цилиндров, заставляя их действовать как поршневые пневматические двигатели для вращения двигателя. вала. Топливо поступает в остальные цилиндры, которые заставляют двигатель запускаться своим ходом.

    Необходимо прочитать:


    Преимущества дизельной электростанции:

    Ниже приведены преимущества дизельной электростанции :

    .

    (i) Конструкция и план установки довольно просты.

    (ii) Он занимает меньше места, так как количество и размер вспомогательных устройств невелики.

    (iii) Он может быть расположен в любом месте.

    (iv) Его можно быстро запустить и быстро набрать нагрузку.

    (v) Потери в режиме ожидания отсутствуют.

    (vi) Требуется меньшее количество воды для охлаждения.

    (viii) Тепловой КПД установки выше, чем у паровой электростанции.

    (ix) Требуется меньше обслуживающего персонала.

    Недостатки дизельной электростанции:

    Ниже приведены недостатки дизельной электростанции :

    .

    (i) Завод имеет высокие эксплуатационные расходы, поскольку используемое топливо (например, дизельное топливо) является дорогостоящим.

    (ii) Установка не работает удовлетворительно в условиях перегрузки в течение более длительного периода.

    (iii) Станция может генерировать только малую мощность.

    (iv) Стоимость смазки обычно высока.

    (v) Плата за обслуживание, как правило, высока.

    Оптимизация конфигурации системы дизель-электрических машин в концептуальном проекте корабля

    В этом разделе мы представляем допущения и определения для формулировки математической модели оптимизации и методов измерения четырех ключевых факторов эффективности нашей задачи по минимизации затрат. Это инвестиционные затраты, затраты на топливо, налоги на выбросы NO X и ограничения по площади в машинном отделении. В разделе 2.1 представлены рабочие профили корабля, а ограничения по площади обсуждаются в разделе 2.1.2.2. В разделе 2.3 описывается метод расчета верхнего предела количества двигателей, который следует учитывать при оценке однородной конфигурации, т. е. когда все двигатели относятся к одной модели двигателя. Расходы на топливо и налоги NO X определены в разд. 2,4 и 2,5 соответственно.

    Рабочие профили

    Срок службы судна может быть определен как набор рабочих профилей, где рабочий профиль может быть определен как набор рабочих состояний, например транзит, погрузка и резерв, которые являются типичными эксплуатационными состояниями для морское судно снабжения [2, 16].Каждое рабочее состояние определяется потребностью в мощности и продолжительностью. Поскольку мы оцениваем затраты на топливо и налоги на выбросы NO X в течение срока службы судна, необходимо учитывать все будущие рабочие профили и состояния. В зависимости от типа судна, бизнес-стратегии судовладельца и ситуации на рынке в течение этого времени могут быть большие различия в операционных профилях. В этой статье мы предполагаем, что операции корабля в течение его срока службы известны или могут быть достаточно хорошо оценены.

    Далее мы связываем период времени t с рабочим профилем и определяем T для представления набора периодов времени.Далее, пусть различные оперативные состояния, в которых может находиться корабль, представлены набором O , пронумерованным одним индексом o . Для каждого периода времени t судно может пройти подмножество эксплуатационных состояний O т , каждое описано по времени в состоянии, T или и потребляемая мощность, P Д от .На рисунке 1 показаны время жизни, период времени и структура рабочего состояния. Показанные периоды времени взяты из \( t = 1, \ldots , m \) и рабочие состояния из \( o = 1, \ldots ,n \). На гистограмме представлены потребности во времени и мощности для каждого рабочего состояния за период времени T 1 , например, потребляемая мощность 2500 кВт в период времени T 1 и рабочее состояние O 1 , именуемый Транзит .{D} \), определяется как мощность, требуемая от двигателей. Это означает, что любые потери эффективности при передаче мощности, т.е. от вала, гребного винта или корпуса, уже учтены. Это относится также к запасу по морю , который используется проектировщиками, строителями и владельцами судов для представления дополнительного запаса при оценке отношения скорости к мощности.

    Ограничения по площади

    Мы предполагаем, что конструкция корпуса известна, и в машинном отделении есть место для двигателей.{V} \). Нарушение ограничения площади влечет за собой штрафную стоимость, пропорциональную потерянному пространству. Эти затраты могут быть отнесены на счет упущенной выгоды из-за уменьшения грузоподъемности и/или затрат на модернизацию машинного отделения.

    Конфигурации

    Исследования существующих машинных систем DE на морских судах показывают системы, сконфигурированные с несколькими двигателями, но, как правило, с одной, иногда с двумя разными уникальными моделями двигателей, и где все двигатели производятся одним и тем же производителем [17, 18].Один производитель двигателей является преимуществом в отношении сложности и разнообразия подсистем, а также может оказать положительное влияние на снижение капиталовложений и затрат на техническое обслуживание.

    В машинной системе DE мощность, вырабатываемая двигателем, может использоваться любым потребителем, когда двигатели работают в одной энергосистеме. Для того, чтобы это стало реальностью, необходимо, чтобы шинопроводы, используемые для разделения электрических сетей, были разомкнуты. Мы считаем шинные соединения открытыми, что позволяет нам уменьшить логику соединения физических компонентов, касающуюся передачи мощности от производителя к потребителю, которая, например, появляется в обычной системе машин с прямым приводом с валогенератором и вспомогательными двигателями.

    На основании ограничений площади (включая максимально допустимое нарушение) в машинном отделении и требований к рабочей мощности мы можем рассчитать верхний предел того, сколько двигателей каждой модели двигателя необходимо будет установить в одной конфигурации.{R} \) номинальная мощность каждой модели двигателя e .

    Первый член уравнения. 1 ограничивает количество двигателей ограничениями по площади, тогда как второе слагаемое основано на требованиях класса по резервированию ДП, допускающих отказ одного двигателя в наиболее требовательном рабочем состоянии. Параметр, представляющий занимаемую площадь на двигатель, должен включать коэффициент, учитывающий дополнительное необходимое пространство вокруг двигателей (для доступа, соединений труб и т. д.). Если два члена в уравнении 1 отличается расчетным значением минимум из двух определяет размер подмножества J и .

    Затраты на топливо

    Чтобы рассчитать чистую текущую стоимость затрат на топливо за весь срок службы судна, нам необходимо рассмотреть работу каждого двигателя, учитывая нагрузку на каждый двигатель в каждом рабочем состоянии. Далее мы ссылаемся на распределение нагрузки как на схему того, как каждый двигатель в конфигурации нагружается, чтобы удовлетворить потребность в мощности в заданном рабочем состоянии.{SFOC} \) соответственно.{2} + C_{e} \beta_{eot} + D_{e} , $$

    (3)

    где параметры \( A_{e} , B_{e} , C_{e} \) и D и представляют константы кривой двигателя.

    Два примера, иллюстрирующие взаимосвязь между sfoc и нагрузкой двигателя, представлены на рис. 2, где сплошные кривые иллюстрируют кривые sfoc для двух дизельных двигателей номинальной мощностью 455 и 645 кВт соответственно.Как видно, работа двигателя при низких нагрузках обычно приводит к более высокому sfoc , чем работа в пределах оптимального рабочего интервала двигателя, который обычно составляет от 70 до 90 % нагрузки.

    Рис. 2

    Удельный расход мазута и производительность 7

    При объединении уравнений. 2 и 3 мы видим, что расход топлива, f эот , будет в степени четыре по отношению к нагрузке двигателя, β эот .Далее мы ссылаемся на умножение на . SFOC eot и β эот из уравнения. 2 в качестве удельных характеристик мазута ( sfop ). На рис. 2. Кривые sfop для двух дизельных двигателей показаны пунктирными линиями. Обе кривые выглядят близкими к линейным. Если интерпретировать кривую sfop как линейную, выражение расхода топлива можно упростить, а математическую формулировку линеаризовать.

    Формы кривых sfoc и sfop типичны для большинства двигателей. Мы сгруппировали исследуемые двигатели на основе их номинальной мощности и группового интервала 1000 кВт. Для каждой группы мы рассчитали средние кривые sfoc и sfop , а также линейную аппроксимацию средней кривой sfop . Сравнение с уникальными кривыми конкретных двигателей показало, что для диапазонов мощности более 60 % линейная аппроксимированная кривая среднего значения 90 231 sfop 90 232 отклонялась от -1.от 75 до 0,7 %. Для нагрузок менее 60 % было показано, что линейная аппроксимированная средняя кривая sfop занижает кривые, характерные для двигателя, с 2 % до 30 %.

    Было подтверждено, что самые серьезные ошибки были локализованы при одинаковых малых нагрузках после того, как мы рассчитали и изучили линейную аппроксимацию для каждого уникального двигателя в отдельности. Одна из лучших оценок была получена для двигателя мощностью 645 кВт, см. левый график на рис. 3. Наихудшая оценка, недооценка на 44 %, была получена для двигателя мощностью 455 кВт, см. правый график на рис.3. Ошибка представлена ​​на правой оси и пунктирной кривой. Имейте в виду, что значения осей не совпадают между двумя фигурами.

    Рис. 3

    Удельные топливные характеристики, линейная аппроксимация и процентная погрешность, слева направо двигателей номинальной мощностью 645 и 455 кВт соответственно. 7

    Линейная аппроксимация была бы достаточной при небольших операциях с низкой нагрузкой или без них. Тем не менее, операции с низкой нагрузкой являются обычным явлением, и поэтому нам требуется более точное приближение, чтобы избежать слишком низкой оценки стоимости топлива.Таким образом, для повышения точности мы аппроксимируем специфичный для двигателя sfop кусочно-линейными функциями. Это можно сделать, поскольку уравнение 2 удовлетворяет требованию разделимости функции быть выраженным как сумма функций одного значения [19]. Здесь каждый член является функцией нагрузки двигателя. Наша задача не является выпуклой и для получения глобального, а не только локального оптимума используется специальное упорядоченное множество типа 2 (sos2). Метод sos2 ​​вводит набор W весовых переменных, которые могут принимать значения от нуля до единицы.{F} \), где γ и представляют нагрузку, а S Ф я представляют собой значение sfop соответственно. В методе sos2 ​​не более двух весовых переменных могут быть ненулевыми, и эти две должны быть соседними. Эти переменные представляют собой расстояние между соответствующими постоянными значениями весов и линейными аппроксимированными значениями нагрузки двигателя и sfop между этими двумя точками.

    Рис. 4

    Иллюстрация специально заказанного комплекта типа 2 9

    Ошибка оценки sfop будет зависеть от количества весов в сетке. Насколько точной должна быть сетка, зависит от исходной кривой sfop каждого отдельного двигателя. Пунктирная линия на рис. 4 иллюстрирует недооценку по обобщенной кривой и значение sfop , найденное с помощью метода sos2.

    Теперь мы определили, как оценить удельную топливную экономичность двигателя в зависимости от нагрузки на двигатель, и представили формулу для расчета расхода топлива.Затраты на топливо можно найти, умножив расход топлива на цену топлива. Здесь предполагается, что цена на топливо известна для каждого рассматриваемого периода времени и рабочего состояния. Кроме того, цена на топливо зависит от региона, поскольку виды топлива, одобренные SECA, представляют собой дистилляты и являются более дорогими, чем топливо, обычно используемое за пределами SECA. Таким образом, если рабочее состояние выполняется как внутри, так и вне SECA, мы разделяем состояние на две части. Например, если рабочее состояние Транзит осуществляется в обеих областях, мы определяем два состояния Транзит и Транзит SECA , оба с одинаковым потреблением энергии, но с соответствующим временем для области.Это позволяет рассматривать переключение между топливом внутри и вне ЗКВ, что актуально, поскольку типы топлива для работы в ЗКВ ограничены верхним пределом содержания серы [14]. Типы топлива с низким содержанием серы, как правило, дороже, чем неперегнанные виды топлива. Таким образом, замена топлива может быть экономически выгодной. Чтобы рассчитать чистую текущую стоимость, мы используем годовую ставку дисконтирования, чтобы определить стоимость топлива для будущих операций.

    NO

    X налоги на выбросы

    Региональные, национальные и эксплуатационные налоги NO X могут увеличивать эксплуатационные расходы судна.В норвежских водах действует налог NO X в размере примерно 965 долларов США за тонну выброса. Применяется ли налог NO X , зависит от типа судна, портов отправления, перехода и назначения, а также от типа рабочего состояния [10].

    Существует тесная связь между температурой в двигателе, соотношением топливо/воздух и выбросами NO X , следовательно, выброс NO X обычно рассчитывается как функция пиковых температур сгорания и концентрации кислорода или зависит только от соотношения воздух/топливо [20–22].Норвежское морское управление предлагает два варианта расчета налогов по NO X , оба основаны на конкретных эквивалентах NO X (г NO X /г сожженного топлива). Первый метод определения эквивалента № X основан на сертификате EIAPP и техническом паспорте двигателя № X , тогда как второй использует бортовые измерения, одобренные Норвежским морским управлением. Норвежское морское управление не одобряет прямое измерение выбросов из-за отсутствия международных руководств и стандартов на оборудование для непрерывных бортовых измерений № X [23].

    Далее мы ссылаемся на конкретный эквивалент NO X как параметр snox и рассчитываем его с использованием данных EIAPP. Параметр находится путем деления snox (г/кВтч × 1000) на sfoc (г/кВтч), когда оба измерения измерены при 70 % нагрузки двигателя [10, 23]. Расчетный выброс NO X судна, следовательно, зависит от расхода топлива. Чтобы найти затраты, мы умножаем на данный налог и предполагаем, что уровень налога в течение срока службы корабля известен заранее.Для учета чистой приведенной стоимости используется та же процедура, что и для затрат на топливо.

    Как производится и подается электроэнергия на корабле?

    Корабль похож на плавучий город со всеми привилегиями любого обычного наземного города. Как и в обычном городе, на корабле также требуются все основные удобства для поддержания жизни на борту; главным из них является мощность или электричество. В этой статье мы узнаем, как генерируется и подается электроэнергия на борту корабля.

    Производство электроэнергии На борту

    Энергия на борту корабля вырабатывается с помощью первичного двигателя и генератора переменного тока, работающих вместе.Для этого на борту используется генератор переменного тока. Генератор работает по тому принципу, что когда магнитное поле вокруг проводника меняется, в проводнике индуцируется ток.

    Генератор состоит из стационарного набора проводников, намотанных витками на железный сердечник. Это известно как статор. Вращающийся магнит, называемый ротором, вращается внутри этого статора, создавая магнитное поле. Это поле пересекает проводник, создавая индуцированную ЭДС или электромагнитную силу, поскольку механическое воздействие заставляет ротор вращаться.

    Магнитное поле создается индукцией (в бесщеточном генераторе переменного тока) и обмоткой ротора, питаемой постоянным током через контактные кольца и щетки. Несколько моментов, которые следует отметить о питании на борту:

    • Трехфазное питание переменного тока предпочтительнее постоянного, поскольку оно обеспечивает большую мощность при том же размере.
    • 3 фазы предпочтительнее, чем однофазные, так как они потребляют больше энергии, и в случае выхода из строя одной фазы другие 2 все еще могут работать.

    Распределение питания на борту

    Энергия, распределяемая на борту корабля, должна эффективно подаваться по всему кораблю.Для этого используется система распределения энергии корабля.

    Проверка и техническое обслуживание шинопроводов

    Судовая распределительная система состоит из различных компонентов для распределения и безопасной работы системы. Они:

    • Судовой генератор, состоящий из первичного двигателя и генератора переменного тока.
      Главный распределительный щит, представляющий собой металлический корпус, принимающий питание от дизельного генератора и подающий его на различные механизмы.
    • Шины, которые действуют как носитель и позволяют передавать нагрузку из одной точки в другую.Автоматические выключатели, которые действуют как переключатель и находятся в небезопасном состоянии, могут быть отключены, чтобы избежать поломки и несчастных случаев. Предохранители как предохранительное устройство для машин.
    • Трансформаторы для повышения или понижения напряжения. Когда питание должно подаваться в систему освещения, в системе распределения используется понижающий трансформатор.
    • В системе распределения электроэнергии напряжение, при котором работает система, обычно составляет 440 В.
    • На некоторых крупных установках напряжение достигает 6600 В.
    • Питание подается через автоматические выключатели на большое вспомогательное оборудование высокого напряжения.
    • Для меньшего питания используются плавкие предохранители и автоматические выключатели.
    • Распределительная система состоит из трех проводов и может иметь нейтральную изоляцию или заземление.
    • Изолированная система более предпочтительна по сравнению с заземленной системой, поскольку во время замыкания на землю может выйти из строя такое важное оборудование, как рулевой механизм.

    Аварийное питание

    В случае выхода из строя основной системы выработки электроэнергии на корабле также присутствует система аварийного питания или резервная система.Аварийный источник питания обеспечивает работу основных механизмов и систем корабля.

    Аварийное питание может обеспечиваться батареями или аварийным генератором, или даже могут использоваться обе системы.

    Оценка аварийного источника питания должна производиться таким образом, чтобы он обеспечивал питание основных систем корабля, таких как

    а)     Система рулевого управления

    б)    Аварийная трюмная и пожарная п/п

    c)     Водонепроницаемые двери.

    d)    Система пожаротушения.

    e)     Судовые навигационные и аварийные огни.

    f)      Система связи и сигнализации.

    Аварийный генератор обычно располагается за пределами машинного отделения корабля. Это делается главным образом для того, чтобы избежать тех аварийных ситуаций, когда доступ в машинное отделение невозможен. Распределительный щит в помещении аварийного генератора подает питание на различные основные механизмы.

    Вы также можете прочитать – Что такое морское электричество и как его производят?

    Ссылка: Введение в морскую инженерию Д.Тейлор

    Теги: аварийный генератор генератор Судовой генератор

    Дизель-электрическая тяговая система | Кривые выходной мощности скорости

    Дизель-электрическая тяговая система:

    Из-за высокой первоначальной стоимости электрическая тяга оправдана только при наличии достаточного объема движения. Дизель-электрическая тяговая система предпочтительнее там, где движение ограничено. Граница между этими двумя альтернативами зависит от нескольких факторов, таких как первоначальная стоимость, эксплуатационные расходы, объем трафика, техническое обслуживание и т. д.Дизель-электрическая тяга используется как для локомотивов, так и для моторных вагонов. Как и в электрической тяге, локомотивы используются в магистральной тяге. Автовагоны используются на ветках с низкой плотностью движения и не используются в пригородных поездах. Дизель-электровозы также используются для перевозки материалов на сталелитейных заводах.

    Дизельный двигатель не может работать на малых скоростях и, следовательно, не может быть напрямую соединен с ведущими колесами. Он используется примерно при наиболее благоприятном значении постоянной скорости, и мощность передается на ведущие колеса с помощью электрической или гидравлической трансмиссии.Обе трансмиссии функционируют как система зубчатых передач, передаточное число которых может бесступенчато изменяться в большом диапазоне. Скоростно-моментные и скоростно-мощные характеристики дизельного двигателя для различных уровней впрыска топлива примерно такие, как показано на рис. 10.26. Эти характеристики могут меняться в зависимости от типа двигателя, способа впрыска топлива, скорости работы и степени наддува; но природа остается такой, как показано на рис. 10.26. Крутящий момент практически не зависит от скорости в заметном диапазоне, но имеет тенденцию несколько уменьшаться при более высоких скоростях.Значение скорости, соответствующее максимальной мощности, достаточно критично. Таким образом, двигатель работает на оптимальной скорости, а электрическая трансмиссия (или преобразователь крутящего момента) используется для передачи мощности на ведущие колеса способом, наиболее подходящим для тяговой нагрузки.

    Использовались несколько электрических трансмиссий, наиболее распространенными из них являются:

    • Дизельный двигатель с приводом от генератора, питающий двигатель постоянного тока.
    • Трехфазный генератор переменного тока с приводом от дизельного двигателя, питающий тяговые двигатели постоянного тока через полупроводниковый диодный выпрямитель.
    • Генератор переменного тока с приводом от дизельного двигателя, питающий двигатели с короткозамкнутым ротором через диодный выпрямитель, за которым следует трехфазный инвертор источника напряжения.

    Дизельный двигатель с приводом от генератора постоянного тока, питающий двигатели постоянного тока серии: Блок-схема схемы

    представлена ​​на рис. 10.27.

    Дизельный двигатель

    имеет очень маленькую перегрузочную способность. Даже 10-процентная перегрузка приводит к остановке двигателя. Возникает необходимость изменить характеристики генератора, чтобы избежать перегрузки дизеля.Требуемые ВАХ генератора показаны на рис. 10.28.

    Идеальная система электрической трансмиссии для локомотива с дизель-электрической тягой — это такая, в которой полная мощность двигателя может быть использована путем преобразования в тяговое усилие в широком диапазоне скоростей локомотива, т. е. для заданного впрыска топлива выходная мощность генератора должна поддерживаться постоянным независимо от частоты вращения тяговых двигателей. При работе с полным впрыском топлива часть ВС характеристики ABCD обеспечивает работу генератора на постоянной мощности (V x I = постоянная).Часть CD достигается путем введения ограничения тока генератора для: (i) защиты генератора и двигателя и (ii) ограничения крутящего момента тягового двигателя. Слишком высокий крутящий момент тягового двигателя может привести к двум нежелательным последствиям: (1) при высоком сцеплении между ведущими колесами локомотива и рельсами может произойти излом дышла, и (2) при низком сцеплении может произойти проскальзывание ведущих колес. Часть AB реализуется путем ограничения напряжения генератора таким образом, чтобы: (а) напряжения генератора и двигателя не превышали номинального значения, и (б) скорость двигателя оставалась в пределах безопасного предела.

    Для дизельного двигателя с более низким впрыском топлива генератор имеет характеристики A’B’C’D’ и A”B”C”D” и т. д. Части B’C’ и B”C” этих характеристик представляют работу при постоянной мощности. . Ограничения по току C’D’ и C”D” и ограничения по напряжению A’B’ и A”B” включены для плавного ускорения и работы в различных условиях пути, связанных с уклоном, а также состоянием и прочностью рельсов.

    Характеристики S 1 и S 2 предусмотрены для маневровых работ.

    Дизельный двигатель не имеет пускового момента . Это начинается с того, что генератор работает как двигатель. Для этого генератор может питаться от аккумулятора.

    Трехфазный генератор переменного тока с дизельным двигателем, питающий двигатели постоянного тока:

    На рис. 10.29 показана принципиальная схема локомотива с дизель-электрической тягой с бесщеточным генератором переменного тока. Питание тяговых двигателей постоянного тока осуществляется через два диодных моста. Возбуждение генератора переменного тока обычно достигается путем подачи постоянного тока на ротор с помощью токосъемных колец и щеток, которые требуют частого обслуживания.

    В данной схеме щетки и контактные кольца исключены за счет применения бесщеточной системы возбуждения. В нем используется возбудитель, представляющий собой генератор переменного тока с перевернутыми функциями ротора и статора, т. е. поле на статоре и трехфазная обмотка переменного тока на роторе. Возбудитель установлен на валу генератора. Наведенные в роторе возбудителя трехфазные напряжения выпрямляются диодным мостом, который установлен на валу ротора и, следовательно, вращается вместе с ним. Выпрямленное напряжение подается на поле генератора переменного тока.Регулировка поля генератора переменного тока осуществляется путем управления током возбуждения возбуждения.

    Данная схема имеет следующие преимущества по сравнению со схемой генератора постоянного тока рис. 10.27:
    • Из-за низкой максимальной скорости максимальная номинальная мощность генератора постоянного тока низкая. За счет использования генератора переменного тока максимальная номинальная мощность локомотива с дизель-электрической тягой может быть увеличена.
    • Снижение веса генераторной установки примерно на 50%. Это также снижает объем и стоимость генерирующей установки.
    • Использование бесщеточного генератора снижает потребность в техническом обслуживании.
    • Эффективность передачи повышена на 2-4%.
    • При меньшей стоимости генератора-выпрямителя и меньшем техническом обслуживании схема более экономична.
    • Преимущество хорошей адгезии сохраняется благодаря параллельному соединению всех двигателей.

    Единственным недостатком схемы генератор-выпрямитель является невозможность запуска двигателя при такой схеме.Для этого предусмотрен отдельный пусковой двигатель.

    Генератор переменного тока с приводом от дизельного двигателя, питающий асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором через диодный мост и инвертор.

    На рис. 10.30 показана блок-схема этой схемы. Можно использовать как шестиступенчатый, так и ШИМ-инвертор. При использовании шестиступенчатого инвертора управление напряжением обеспечивается регулировкой тока возбуждения генератора переменного тока. Когда используется инвертор PWM, управление напряжением обеспечивается самим инвертором, и выходное напряжение выпрямителя может поддерживаться постоянным на номинальном значении.Это позволяет снизить номинальный ток генератора и диодного выпрямителя; дальнейшее снижение стоимости, веса и размера генераторной установки. Циклоконвертер также можно использовать вместо диодного выпрямителя и инвертора. Но тогда генератор должен работать на более высокой скорости.

    Благодаря использованию двигателей с короткозамкнутым ротором, генератора переменного тока и инвертора эта схема имеет следующие преимущества:

    • Высокое отношение выходной мощности к весу локомотива. Таким образом, локомотив может тянуть более тяжелые поезда по более быстрому расписанию.
    • номинальная мощность.
    • Сокращенное техническое обслуживание и сверхурочные.
    • Высокий КПД благодаря низким потерям мощности.
    • Все двигатели могут быть подключены параллельно, что обеспечивает наилучшие условия с точки зрения сцепления.

    Как работают тепловозы | HowStuffWorks

    Вы не просто запрыгиваете в кабину, поворачиваете ключ и уезжаете на тепловозе. Завести поезд немного сложнее, чем завести машину.

    Инженер поднимается по 8-футовой (2,4-метровой) лестнице и входит в коридор за кабиной. Он или она включает рубильник (как в старых фильмах о Франкенштейне), который подключает батареи к цепи стартера. Затем инженер щелкает около сотни выключателей на панели автоматического выключателя, обеспечивая питание всего, от фар до топливного насоса.

    Затем инженер идет по коридору в машинное отделение. Он поворачивается и держит там переключатель, который запускает топливную систему, удостоверяясь, что из системы вышел весь воздух.Затем он поворачивает переключатель в другую сторону, и стартер включается. Двигатель заводится и начинает работать.

    Затем он поднимается в кабину, чтобы проверить показания приборов и настроить тормоза после того, как компрессор создаст давление в тормозной системе. Затем он может отправиться в конец поезда, чтобы отпустить ручной тормоз.

    Наконец-то он может вернуться в кабину и взять на себя управление оттуда. Как только он получает разрешение от проводника поезда на движение, он включает звонок , который звонит непрерывно, и дважды подает звуковой сигнал (указывая на движение вперед).

    Регулятор дроссельной заслонки имеет восемь положений плюс положение холостого хода. Каждое положение дроссельной заслонки называется «выемка ». Метка 1 — самая медленная скорость, а ступенька 8 — самая высокая скорость. Чтобы поезд тронулся, машинист отпускает тормоза и переводит дроссельную заслонку в положение 1.

    В этом двигателе General Motors серии EMD 710 установка дроссельной заслонки в положение 1 включает контактор (гигантские электрические реле). Эти контакторы подключают главный генератор к тяговым двигателям.Каждая выемка включает разную комбинацию контакторов, создавая разное напряжение. Некоторые комбинации контакторов включают определенные части обмотки генератора в последовательную конфигурацию, что приводит к более высокому напряжению. Другие соединяют определенные части параллельно, что приводит к более низкому напряжению. Тяговые двигатели производят больше мощности при более высоком напряжении.

    Когда контакторы включаются, компьютеризированная система управления двигателем регулирует топливные форсунки , чтобы увеличить мощность двигателя.

    Блок управления тормозами изменяет давление воздуха в тормозных цилиндрах, чтобы воздействовать на тормозные колодки. В то же время он сочетается с динамическим торможением, используя двигатели для замедления поезда.

    Инженер также имеет множество других элементов управления и световых индикаторов.

    Компьютеризированный считыватель отображает данные датчиков по всему локомотиву. Он может предоставить инженеру или механику информацию, которая может помочь в диагностике проблем. Например, если давление в топливопроводах становится слишком высоким, это может означать, что топливный фильтр забит.

    Теперь давайте заглянем внутрь поезда.

    Проектирование надежной гибридной (PV/дизельной) энергосистемы с накоплением энергии в батареях для удаленного жилого дома

    В этом документе сообщается об опыте, полученном с фотоэлектрической (PV) гибридной системой, смоделированной в качестве альтернативы дизельной системе для жилого дома находится в Южной Нигерии. Гибридная система была разработана для решения проблемы изменения климата, обеспечения надежного бесперебойного снабжения и повышения общей эффективности системы (путем интеграции аккумуляторной батареи).Философия проектирования системы заключалась в максимальной простоте; следовательно, размер системы был рассчитан с использованием обычного инструмента моделирования и репрезентативных данных инсоляции. Система включает в себя фотоэлектрическую батарею мощностью 15 кВт, аккумуляторную батарею емкостью 21,6 кВтч (3600 Ач) и генератор мощностью 5,4 кВт (6,8 кВА). В документе представлен подробный анализ потоков энергии через систему и количественная оценка всех потерь, вызванных контроллером заряда фотоэлектрических модулей, циклами хранения аккумуляторной батареи, преобразованиями выпрямителя и инвертора. Кроме того, было проведено моделирование для сравнения фотоэлектрической системы/дизеля/батареи с дизельным топливом/батареей, и результаты показывают, что капитальные затраты гибридного фотоэлектрического/дизельного решения с батареями почти в три раза выше, чем у комбинации генератора и батареи, но чистая текущая стоимость, представляющая стоимость в течение всего срока службы системы, составляет менее половины стоимости комбинации генератора и батареи.

    1. Введение

    Энергия необходима для экономического и социального развития и повышает качество жизни. Это очень важно для развивающегося общества [1]. В Нигерии большинство жилых домов подключены к электросети. Тем не менее, все еще существует несколько «автономных» или удаленных мест, которые по финансовым и/или экологическим причинам, связанным с их удаленностью от существующей линии электропередач, не подключены к коммунальной сети. Большинство этих жилых домов получают электроэнергию от бензиновых или дизельных генераторов, которые могут быть шумными и иметь недостаток, заключающийся в увеличении выбросов парниковых газов, что оказывает негативное воздействие на окружающую среду.На фоне экологических проблем использования бензиновых и дизельных генераторов стоимость их эксплуатации довольно высока. Из-за высокой стоимости эксплуатации бензиновых/дизельных генераторов многие нигерийцы готовы перейти от использования этих традиционных генераторов к использованию технологий возобновляемых источников энергии.

    Технологии использования возобновляемых источников энергии (например, солнечные фотоэлектрические системы) могут быть локализованы и децентрализованы, в отличие от национальной электросети. Это позволяет конечным пользователям производить собственную электроэнергию, где бы они ни находились.Кроме того, эти технологии не требуют эксплуатационных расходов, в отличие от традиционных бензиновых/дизельных генераторов.

    Установка системы солнечной энергии для замены или компенсации части производства электроэнергии на дизельном топливе является вариантом, который можно рассмотреть для удаленных жилых домов. Полная замена дизельной генерации солнечной энергией обычно невозможна из-за низкого поступления солнечной энергии в сезон дождей. Тем не менее, комбинированная солнечная/дизельная система, известная как гибридная система, может оказаться очень надежной и рентабельной при правильных условиях (например, при оптимальном размере).Гибридные энергетические приложения вызывают все больший интерес, и хорошо управляемая гибридная солнечно-дизельная система может обеспечить экономию топлива на протяжении всего срока службы, обеспечивая при этом надежное электроснабжение. Поскольку дизельное топливо сокращается, такие системы снижают выбросы CO 2 , а также выбросы твердых частиц, вредных для здоровья. Они являются экономичным вариантом в районах, изолированных от сети.

    В этом документе описывается способ разработки аспектов гибридной энергосистемы, фотоэлектрического (PV) генератора с накопителем энергии для бытового использования.Решение о выборе гибридной системы фотоэлектрического генератора, а не чистой фотоэлектрической системы для рассматриваемого местоположения, согласуется с ее солнечным излучением. Эта система заменит существующий электрический генератор с дизельным двигателем, и ее размеры соответствуют известным потребностям жилого дома в освещении и розетках, охлаждении, приготовлении пищи и отоплении. Резиденция расположена примерно в километре от инженерной сети, и это место характеризуется годовым глобальным облучением около 2150 кВтч/м 2 . Кроме того, это исследование должно произвести подробный экспериментальный учет потоков энергии через гибридную систему и количественно определить все потери в системе.Кроме того, разработанная гибридная система будет сравниваться с дизельно-аккумуляторной системой с точки зрения затрат и воздействия на окружающую среду.

    (1) Описание жилого дома . Резиденция представляет собой двухуровневое здание и имеет шесть комнат, кухню и гостиную на первом этаже, а также три хозяйские комнаты, библиотеку и небольшую гостиную наверху. Здание оснащено электропотребителями, такими как стиральная машина, электрическая плита, электрический утюг, DVD, стереокассета, телевизор, декодер/кабель, водяная насосная машина, вентиляторы, электрические лампочки, водяная баня, морозильник и микроволновая печь.В каждом номере есть вентилятор, электрическая лампочка и телевизор. В гостиной на верхнем этаже работает кондиционер, а в гостиной на первом этаже — четыре вентилятора. Резиденция не подключена к сети и в настоящее время использует дизельную генерирующую систему для удовлетворения своих потребностей в энергии.

    В этом исследовании оценка нагрузки и схема использования электроэнергии в доме проводились на основе данных, предоставленных жильцом дома, и посещения объекта для оценки характеристик энергосистемы, требований к электропитанию и энергосистемы. управление и эксплуатация.Ежедневная потребность в электроэнергии для жилого дома сведена в таблицы 1 и 2 и показана на рисунке 1. Эти таблицы показывают оценку номинальной мощности каждого прибора, его количества и часов использования жилым домом за один день. Разная нагрузка предназначена для неизвестных нагрузок в доме.

    90 269 ​​AC

    7

    7
    Описание товара Предметы Аббревиатура Рейтинг мощности (ВАТ) Кол-вон Общая нагрузка (ВАТ) Ежедневный час фактического утилизации (HR.За день)
    Средний размер Deep-Freezer DF 130 1
    130
    24 H (00:00 H-24: 00 H)
    Вода насос Машина PM 1000 1000 1 1000 1000 1 H (13:00 H-14: 00 H)
    Стиральная машина WM 280 1 280 1 ч (09:00 H-10: 00 h)
    Электрическая плита ES 1000 1000 1 1000 2 H (17:00 H-19: 00 H)
    Микроволновая печь MO MO 1000 1000 1 1000 1000 2 H (06:00 H-07: 00 H; 11:00 H-12: 00 H)
    Электрический прессованный железент PI 1000 1 1000 1 ч (12:00–13:00 ч)
    Кондиционер 1170 1170 1 1170 9 H (08:00 H-17: 00 H)
    Холодильник RF 500 1 500 9 H (08: 00 ч–17:00 ч)
    Водяная баня ВБ 1000 1 1000 2 04ч (03;04ч-04ч) 18:00 H-19: 00 H)
    потолочный вентилятор CF 100 14 1400 14 H (08:00 H-22: 00 H)
    Энергоэффективное освещение EL 6 6 23 23 138 , 138 8 H (04:00 H-08: 00 H; 18:00 H-22: 00 H)
    Освещение на открытом воздухе (Безопасность) Lo 9 9 4 36 36 13 H (18:00 H-07: 00 H)
    21 » TV с декодером 21 » TV-D 150 1 150 9 H (08:00 H-17: 00 H)
    21 » Телевизор 21 ‘TV 100 1 100 11 H (18:00 H-05 : 00 h)
    14 » Телевидение 14 » TV 80 8 640 22 H (06:00 H-17: 00 H; 18:00 H-05: 00 h)
    Музыкальная система Sony 902 70 SM 100 100 1 100 1 H (04:00 H-05: 00 H)
    DR DR 50 1 50 22 H ( 06:00–17:00; 18:00 H-05: 00 H)
    DVD-плеер DP 50 1 50 2 H (19:00 H-21: 00 H)
    Компьютерный принтер CP 100 100 1 100 1 H (15:00 H-16: 00 H)
    Компьютерный ПК PC 115 1 115 9 H (08 : 00 h-17: 00 h)
    Компьютерный ноутбук CL 35 1 1 35 9 H (08:00 H-17: 00 H)
    Разное м 100 100 1 100 24 H (00:00 H-24: 00 H)

    35 35 +2644 100 +
    +

    90. + + 90. 2094 Празднуют сегодня + 35 150 35 150

    Time Сокращения устройств приведены в Таблице 1 Всего (Вт/ч)
    DF 9027 0 PM WM WM ES MO PI AC RF WB CF EL Lo 21 » TV-D 21 » TV 14 TV SM DR DR DP CP PC CL M

    0. 00-1.00 130 36 100 640 50 100 1056
    1,00-2,00 130 36 100 640 50 100 1056
    00-3.00 130 36 100 640 50 100 1056
    3.00-4.00 130 +1000 36 100 640 50 100 2056
    00-5.00 130 138 36 100 640 100 50 100 1294
    5,00-6,00 130 138 36 100 404 6

    1 90.
    00-7.00 130 1000 138 36 640 50 100
    90 268 7.00-8.00 130 138 640 50 100 1058
    8 90. 00-9.00 130 1170 500 1400 150 640 50 115 100 4290
    9.00-10.00 130 280 1170 500 1400 640 940 50 115 115 35 100 4570
    10 00-11.00 130 1170 500 1400 150 640 50 115 100 4290
    11.00-12.00 130 1000 1170 500 1400 640 640 50
    115
    115 35 100 5290
    12 00-13.00 130 1 000 1170 500 1400 150 640 50 115 35 100 5290
    90 268 13.00-14.00 130 1000 1170 500 1400 150 640 640 50 115 35 100 5290 5290
    14. 00-15.00 130 1170 500 1400 150 640 50 115 100 4290
    15.00-16.00 130 1170 500 1400 150 640 940 50 100 115 115 35 100 4390
    16. 00-17.00 130 1170 500 1400 150 640 50 115 100 4290
    17.00-18.00 130 +1000 1400 100 2630 2630
    18. 00-19.00 130 1000 1000 1400 138 36 100 640 50 100 4594
    90 268 19.00-20.00 130 1400 138 36 100 640 640 50 50 100 2644
    20. 00-21.00 130 1400 138 36 100 640 50 50 100
    90 268 21.00-22.00 130 1400 138 36 640 50 100 2594
    22 00-23.00 130 36 100 640 50 100 1056
    23.00-24.00 130 36 100 640 50 100 1 056

    Итого 3120 1000 280 2000 2000 1000 10530 4500 2000 19600 1104 468 1350 1100 14080 100 1100 100 100 1035 315 2400 69282


    (2) Обзор области исследования .Это исследование посвящено проектированию гибридной энергосистемы с накоплением энергии в батареях для жилого дома. Жилой дом, в котором проводилось исследование, расположен в отдаленном районе Ндиагу-Акпуго. Оголого-Эджи Ндиагу-Акпуго находится в LGA Нкану-Запад штата Энугу на юго-востоке Нигерии на 6 ° 35 ′ северной широты и 7 ° 51 ′ восточной долготы. Данные о солнечном ресурсе (использованные при создании рисунка 2) были получены с веб-сайта Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) по приземной метеорологии и солнечной энергии [2].После масштабирования по этим данным для участка был получен масштабированный среднегодовой ресурс 4,7 кВтч/м 2 /сут. Как видно на рисунке 2, месяцы ниже 4,5 кВтч/м 2 /день — это месяцы июнь, июль, август и сентябрь, которые являются месяцами сезона дождей в Нигерии, и, вероятно, будет больше облачных дней. в эти месяцы.


    2. Энергетические модели

    Энергетическая модель зависит главным образом от экономической целесообразности и надлежащего размера компонентов во избежание простоев, а также для обеспечения качества и надежности снабжения.Система энергетического проектирования рассматривает ее размеры и процесс выбора лучших компонентов для обеспечения дешевого, эффективного, надежного, экологически чистого и экономичного источника питания [3]. В технико-экономическом анализе рассматриваются как экологические затраты, так и самая дешевая стоимость энергии, производимой компонентами системы. Проектирование гибридной системы потребует правильного выбора компонентов и размеров с соответствующей стратегией эксплуатации [4, 5].

    В энергетических системах размеры отдельных систем могут быть выполнены различными способами в зависимости от выбора интересующих параметров.Энергетические модели используются в качестве вспомогательного инструмента для разработки энергетических стратегий, а также для определения вероятной будущей структуры системы в конкретных условиях. Это помогает получить представление о технологических путях, структурной эволюции и политике, которой следует следовать [3]. Было проведено множество исследований производительности гибридных энергетических систем, и экспериментальные результаты были опубликованы во многих статьях [6–13]. Выходной мощности гибридной системы может быть достаточно для нужд дома, расположенного в регионах, где расширение уже имеющейся электросети было бы финансово нецелесообразным [9].Поэтому требуется метод определения размеров гибридных фотоэлектрических систем с точки зрения надежности для удовлетворения потребности в нагрузке, экономичности компонентов и глубины разряда, используемой батареями.

    Было разработано несколько моделей, имитирующих фотоэлектрические системы и определяющих их размеры с использованием различных стратегий работы. Оценка производительности фотоэлектрических систем на основе метода вероятности потери нагрузки (LLP) разработана в [14–17]. Эти аналитические методы просты в применении, но не являются общими. С другой стороны, численные методы, представленные в [18–24], представляют собой хорошее решение, но для этого требуется запись данных о солнечном излучении за длительный период.Другие методы оценивают избыток энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими генераторами, и емкость аккумуляторов с использованием метода полезности [25].

    Традиционная методология (эмпирическая, аналитическая и числовая) для определения размеров фотоэлектрических систем использовалась для места, где необходимы данные о погоде (облучение, температура, влажность, индекс прозрачности и т. д.) и информация о месте, где мы хотим для реализации фотоэлектрической системы доступны. В этом случае эти методы представляют собой хорошее решение для определения размеров фотоэлектрических систем.Однако эти методы нельзя использовать для определения размеров фотоэлектрических систем в отдаленных районах в случае отсутствия необходимых данных. Кроме того, для работы большинства вышеперечисленных методов необходимы долгосрочные метеорологические данные, такие как суммарная солнечная радиация и температура воздуха. Таким образом, при отсутствии соответствующих метеорологических данных эти методы не могут быть использованы, особенно в изолированных районах. В этом контексте была разработана модель, и методология направлена ​​на поиск конфигурации среди набора компонентов системы, которая отвечает желаемым требованиям надежности системы с наименьшим значением приведенной стоимости энергии (LCE).Эту методологию можно использовать для определения оптимального количества конфигураций солнечных панелей и батарей (емкости батарей, необходимой для удовлетворения заданного потребления). Поскольку исследование в этой статье основано на подробном изучении анализа потоков энергии, анализ выявляет потери энергии (контроллер заряда, выпрямитель, аккумулятор и инвертор) в системе и потребность в хранении. Кроме того, разработанная модель использовалась для выбора оптимальных размерных параметров фотоэлектрической системы, полученные результаты были сравнены и протестированы с помощью программного обеспечения HOMER.

    2.1. Разработка модели компонентов энергетической системы

    Моделирование является важным шагом перед любым этапом определения размеров компонентов. В предыдущих исследованиях были разработаны различные методы моделирования для моделирования компонентов гибридной фотоэлектрической/дизельной системы. Для гибридной фотоэлектрической/дизельной системы с аккумуляторной батареей включены три основные подсистемы: фотоэлектрический генератор, дизельный генератор и аккумуляторная батарея. Методология моделирования компонентов гибридной фотоэлектрической/дизельной системы описана ниже.Теоретические аспекты приведены ниже (разделы 2.1.1, 2.1.2, 2.1.3, 2.1.4 и 2.1.5) и основаны на работах Ани [3], Гупта и др. [26] и Ашок [27].

    2.1.1. Моделирование солнечного фотоэлектрического генератора

    Используя доступное солнечное излучение, можно рассчитать часовую выработку энергии фотоэлектрического генератора в соответствии со следующим уравнением [3, 27–29]:

    2.1.2. Моделирование дизель-генератора

    Часовая энергия, вырабатываемая дизель-генератором номинальной мощности, определяется следующим выражением [3, 27, 28]:

    2.1.3. Моделирование преобразователя

    В предлагаемой схеме преобразователь содержит как выпрямитель, так и инвертор. Подсистемы генератора фотоэлектрической энергии и батареи подключены к шине постоянного тока, а подсистема дизельного генератора подключена к шине переменного тока. Электрические нагрузки, подключенные по этой схеме, являются нагрузками переменного тока.

    Выпрямитель используется для преобразования избыточной мощности переменного тока от дизельного электрогенератора для зарядки аккумулятора. Дизель-электрогенератор будет питать нагрузку и одновременно заряжать аккумулятор.Модель выпрямителя указана ниже: В любое время модель инвертора для фотогальванического генератора и аккумуляторной батареи указана ниже:

    2.1.4. Моделирование контроллера заряда

    Чтобы предотвратить перезаряд батареи, используется контроллер заряда, который определяет, когда батареи полностью заряжены, и останавливает или уменьшает количество энергии, поступающей от источника энергии к батареям. Модель контроллера заряда представлена ​​ниже:

    2.1.5. Моделирование группы батарей

    Уровень заряда батареи (SOC) представляет собой совокупную сумму ежедневных переходов заряда/разряда.Аккумулятор служит источником энергии при разрядке и нагрузкой при зарядке. В любой момент времени состояние батареи связано с предыдущим состоянием заряда и с состоянием производства и потребления энергии системой в течение времени от до .

    Во время процесса зарядки, когда общая мощность всех генераторов превышает потребность в нагрузке, доступная емкость банка батарей в момент времени может быть описана как [3, 29, 30] С другой стороны, когда потребность в нагрузке больше чем доступная выработанная энергия, банк батарей находится в разряженном состоянии.Следовательно, доступная емкость банка батарей в момент времени , может быть выражена как [3, 29] Пусть отношение минимально допустимого предела напряжения SOC к максимальному напряжению SOC на клеммах батареи, когда она полностью заряжена. Итак, глубина разряда (DOD) — это мера того, сколько энергии было изъято из накопителя, выраженное в процентах от полной емкости. Максимальное значение SOC равно 1, а минимальное SOC определяется максимальной глубиной разряда (DOD):

    2.2.Математическая стоимостная модель (экономические и экологические затраты) энергетических систем

    В данной работе разработана математическая модель системы, которая могла бы представлять собой интеграл (общую сумму) минимальных экономических и экологических (здоровье и безопасность) затрат рассматриваемых вариантов.

    2.2.1. Годовая стоимость компонента

    Годовая стоимость компонента включает годовую капитальную стоимость, годовую стоимость замены, годовую стоимость эксплуатации и обслуживания, стоимость выбросов и годовую стоимость топлива (генератор).Стоимость операции рассчитывается ежечасно ежедневно [3, 27, 29, 31].

    2.2.2. Годовые капитальные затраты

    Годовые капитальные затраты компонента системы равны сумме первоначальных капитальных затрат, умноженной на коэффициент возмещения капитала. Стоимость капитала в годовом исчислении рассчитывается по [3, 27, 29, 31]

    2.2.3. Стоимость замещения в годовом исчислении

    Стоимость замещения в годовом исчислении компонента системы представляет собой годовую стоимость всех затрат на замещение, возникающих в течение срока службы проекта, за вычетом ликвидационной стоимости в конце срока действия проекта.Стоимость замещения в годовом исчислении рассчитывается с использованием [3, 27, 29, 31], коэффициент, возникающий из-за того, что срок службы компонента может отличаться от срока службы проекта, определяется как продолжительность стоимости замещения, определяется коэффициентом фонда амортизации, который равен соотношение, используемое для расчета будущей стоимости ряда равных годовых денежных потоков, определяется как Спасательная стоимость компонента в конце срока службы проекта пропорциональна его оставшемуся сроку службы. Таким образом, ликвидационная стоимость определяется как оставшийся срок службы компонента в конце срока службы проекта и определяется как

    2.2.4. Операционные расходы в годовом исчислении

    Операционные расходы представляют собой годовую стоимость всех затрат и доходов, кроме первоначальных капитальных затрат, и рассчитываются по [3, 27, 29, 31]

    2.2.5. Стоимость выбросов

    Следующее уравнение используется для расчета стоимости выбросов [3, 27, 29, 31]: Общая стоимость компонента = экономические затраты + экологические затраты, где экономические затраты = капитальные затраты + стоимость замещения + эксплуатация и стоимость обслуживания + стоимость топлива (генератор). Также экологические затраты = затраты на выбросы.

    Годовая стоимость компонента рассчитывается с использованием [3, 27, 29, 31]

    Годовая общая стоимость компонента рассчитывается с использованием [29, 31] Из (21) модели экономических и экологических затрат через годовую общую стоимость различных конфигураций энергосистемы приводит к гибридизации генератора возобновляемой энергии (PV) с существующей энергией (дизелем) приведен ниже.

    Модель экономической и экологической стоимости эксплуатации солнечной батареи + дизельного генератора + батареи + преобразователя рассчитывается как

    2.3. Описание компьютерного моделирования

    Компьютерная программа была разработана и использована для построения модели гибридной (PV/дизельной) системы. Входными данными для программы являются данные о почасовой нагрузке, широта и долгота места, а также стоимость эталонного компонента. Разработанное программное обеспечение определяет в качестве выходных данных размер компонентов системы (размерные параметры) и производительность системы в течение года (см. дополнительные данные в дополнительных материалах, доступных онлайн по адресу http://dx.doi.org/10.1155/2016/6278138) с указанием мощности, отпущенной каждой из энергосистем за год, с учетом условий нагрузки и с учетом технических факторов. Разработанное программное обеспечение можно использовать для изучения того, как подается гибридная (солнечная/дизельная) система.

    2.4. Валидация модели

    Были проведены результаты разработанного программного обеспечения, а затем данные HOMER для подтверждения анализа. Сравнение показывает близкое соответствие между результатами, полученными от разработанного программного модуля, и результатами, полученными от установки HOMER.Кроме того, перед использованием измеренных данных, полученных из наборов данных НАСА, при моделировании отдельных компонентов гибридной фотоэлектрической/дизельной системы была установлена ​​точность разработанной программы; смоделированные данные, предсказанные программой, попадают в пределы измеренных данных. Алгоритм, используемый разработанной программой для синтеза солнечных данных, основан на работе Грэма и Холландса [32]. Демонстрируется реалистичный характер синтетических данных, созданных с помощью этого алгоритма, и тест показывает, что синтетические солнечные данные (симулированные) дают практически те же результаты моделирования, что и реальные данные (измеренные), как показано на рисунке 3.


    3. Описание системы

    Разработанная система, рассматриваемая в данном документе, представляет собой гибридную систему, состоящую из системы возобновляемой (фотоэлектрической) энергии, интегрированной в обычную (дизельную) систему производства электроэнергии, накопления энергии в аккумуляторе, постоянного тока/ Преобразователь переменного тока (инвертор для преобразования генерируемой мощности постоянного тока в требуемую мощность переменного тока) и преобразователь переменного тока в постоянный (выпрямитель для преобразования генерируемой мощности переменного тока для зарядки аккумулятора), как показано на рисунке 4.Используемый инвертор является двунаправленным, также известным как преобразователь мощности, который поддерживает поток энергии между компонентами переменного и постоянного тока, поскольку поток идет в двух разных направлениях (от переменного тока к постоянному и от постоянного тока к переменному).


    Поток от солнечной батареи проходит через контроллер заряда для зарядки аккумулятора и одновременно подачи электроэнергии в нагрузку через инвертор. Фактическую мощность переменного тока, полученную после преобразования солнечной батареи, можно увидеть в таблице 3. Контроллер заряда контролирует и управляет зарядкой и разрядкой батареи, чтобы не допустить ее повреждения (из-за перезарядки или чрезмерной разрядки).

    9271 9
    22017,768 6371.469 1,998 3114,749 3704,875 3149,880 554,995 5816,474 -4953,761 0770

    месяца Гибрид PV / Diesel Electricitiver Выпрямитель Аккумулятор Инвертор AC Load
    Электричество сгенерировано и поставляется, зарядка аккумулятора, а также избыточное электричество гибридной системой (кВт) Энергия, полученная выпрямителем для зарядки аккумулятора (кВт) Энергия, полученная аккумулятором и переданная в нагрузку переменного тока через инвертор (кВт) Энергия, полученная инвертором и подведенная к Загрузка AC (кВт) AC нагрузка нагрузки (кВт)
    Электричество, поставляемое на нагрузку Зарядка батареи Убытки Убытки Избыток электроэнергии Энергия в Энергия Убытки Заряд Разряд Потери Энергия на входе Энергия на выходе 902 70 Потери

    Январь 2715.399 1862.277 538,799 0,159 314,164 299,517 254,646 44,871 493,928 66,413 1415,143 1273,589 141,554 2148,238
    Февраль 2527,428 1695.987 489.700 0.154 0.154 341.587 289.982 246.547 43.435 446.265 66.712 1351.523 1216.327 135,196 1940,344
    Март 2802,411 1887,039 533,918 0,154 381,300 301,472 256,311 45,161 488,757 76.885 1506.288 15069 1355.615 1355.615 150.673 2148.238
    апрель 2629.097 1827.413 509,332 0,146 292,206 289,705 246,309 43,396 465,936 70,235 1441,311 1297,137 144,174 2078,940
    Май 2631,846 1876.123 535.826 535.826 0.179 219.718 314.101 267.048 47.053 488.773 69.735 1468.844 1321.921 146,923 2148,238
    Июнь 2522,854 1804,867 528,865 0,177 188,945 313,288 266,355 46,933 481,932 73.273 1345.553 1345.553 1210.967 13467 134.586 2078.940
    июля 2544.529 1860.281 541,031 0,167 143,050 314,666 267,531 47,135 493,896 73,320 1325,833 1193,214 132,619 2148,238
    Август 2565,565 1849.784 551.749 0.164 0.164 163.868 324.882 276.211 48.671 503.078 77.489 1270.987 1143.852 127,135 2148,238
    Сентябрь 2568,195 1799,896 529,854 0,171 238,274 312,814 265,950 46,864 482,990 93.760 73.760 1301.553 1301.553 1171.367 130.186 2078.940
    Октябрь 2681.092 1873,098 541,203 0,184 266,607 324,375 275,785 48,590 492,613 70,059 1473,828 1326,414 147,414 2148,238
    ноябрь 2649,461 1812.321 1812.321 529.743 0.158 307.239 305.717 259.919 45.798 483.945 73.957 1433.337 1289.968 143,369 2078,940
    Декабрь 2668,107 1868,682 541,449 0,185 257,791 314,356 267,268 47,088 494,361 70.875 1438.938 1295.008 143.930 143.930 2148.238

    Всего 31505.984 862,713 16773,138 15095,379 1677,759

    С точки зрения электроснабжения и заряда батареи, фотоэлектрическая батарея подает электроэнергию на нагрузку переменного тока через инвертор и заряжает батарею напрямую, в то время как дизельный генератор подает электроэнергию на нагрузку переменного тока. напрямую и заряжает батарею через выпрямитель, как показано в таблице 4. Кроме того, батарея подает электроэнергию на нагрузку переменного тока через инвертор, как показано в этой таблице.



    268

    9 1594,395610 0 0377

    месяц месяц Электричество Сгенерировано и поставляется и заряжается аккумуляторным аккумулятором по PV в гибридной системе (кВт) Электричество, создаваемые и поставляемые заряды и заряда батареи на дизельном топливе в гибридной системе ( KW)
    Электричество сформировано , поставляемых на нагрузку через инвертор зарядки аккумулятора напрямую Электричество сформировано нагрузят на груз напрямую Зарядка аккумулятора через выпрямитель

    январь 1538.295 987.628 239,282 1177,104 874,649 299,517
    Февраль 1510,492 971,970 199,718 1016,936 724,017 289.982
    Март 1705,644 1094,416 232,446 1096,767 792,623 301,472
    Апрель 219.627 1074.702 781,803 289,705
    Май 1488,347 1049,806 221,725 1143,499 826.317 314.101
    Июнь 1333,962 936,894 215,577 1188,892 867,973 313,288
    365 1273.178 955,024 314,666
    Август 1230,539 845,398 226,867 1335,026 1004,386 324,882
    Сентябрь 1343,075 892,323 217,040 1225,120 907,573 312,814
    октябрь 1534,355 1051,274 1192,728737 821.824 324,375
    ноябрь 1552,498 1023,349 224,026 1096,963 788.972 305.717
    Декабрь 1499,299 1015,452 227,093 1168,808 853,230 314,356

    Всего 17562,252
    2666.594 13943.732 10198.391 3704.875

    Другой поток приходит от дизель-генератора, когда PV и аккумулятор больше не мог служить Загрузка; генератор подает электроэнергию напрямую для обслуживания нагрузки и в то же время заряжает аккумулятор через выпрямитель. Ожидается, что спроектированная гибридная система будет работать именно так.

    Проект системы должен был соответствовать типу жилых систем, которые, вероятно, будут установлены в обозримом будущем. Следовательно, размер системы был рассчитан с использованием обычного инструмента моделирования и репрезентативных данных инсоляции.

    3.1. Стоимость основных компонентов (включая монтаж и работу) и процентная ставка по капитальным вложениям
    3.1.1. Стоимость фотоэлектрической системы (2 доллара США за Вт)

    Стоимость фотоэлектрических панелей на нигерийском рынке оценивается в 0,600 долларов США за Вт на основе цен, указанных нигерийскими поставщиками (на основе стоимости модуля 1210 × 808 × 35). мм, генерирующий 130 Вт пиковой мощности (Wp DC) в контролируемых условиях) [34].Эта сумма была скорректирована в сторону повышения до 2 долларов США за Вт, чтобы учесть другие необходимые вспомогательные компоненты, также известные как компоненты баланса системы (BOS), такие как кабели, контроллер заряда с отслеживанием точки максимальной мощности, защита от молнии и доставка/работа. и затраты на установку.

    3.1.2. Стоимость преобразователя (0,320 долл. США/Wp)

    Стоимость преобразователя, исходя из цен, указанных нигерийскими поставщиками, составила 0,320 долл. США/Wp [35].

    3.1.3. Стоимость батареи (180 долларов США/кВтч)

    Стоимость свинцово-кислотной батареи 6 В/225 Ач на рынке Нигерии находится в диапазоне 172 долларов США [35].Включая баланс компонентов системы (BOS) и затраты на оплату труда/установку, капитальные затраты на массивы батарей были скорректированы в сторону увеличения до 180 долларов США/кВтч. Затем путем моделирования определяется точное количество батарей, необходимых для каждого варианта.

    3.1.4. Стоимость генератора (1000 долл. США/кВт)

    Капитальные затраты на генераторную установку включают в себя сам генератор (обычно дизельный или бензиновый), а также затраты на BOS и затраты на оплату труда/установку. На местном рынке Нигерии генератор меньшего диапазона (2–5 кВА) стоил около 991 долл. США [36].Включая BOS и затраты на рабочую силу/установку, общая стоимость оценивается примерно в 1000 долларов США за киловатт нагрузки.

    3.1.5. Стоимость топлива (1,2 долл. США/л)

    Источником для этой оценки был официальный рыночный курс Нигерии по состоянию на октябрь 2015 года.

    3.1.6. Процентная ставка: 7,5%

    Процентные ставки сильно различаются и могут быть особенно высокими в развивающихся странах, что оказывает сильное влияние на оценку затрат и результатов. Процентные ставки по кредитам нигерийских коммерческих банков могут составлять от 6% до 7.5%. Для этого тематического исследования была выбрана оценка 7,5%.

    4. Потери энергии в автономных гибридных фотоэлектрических/дизельных системах

    Автономные гибридные фотоэлектрические/дизельные системы спроектированы так, чтобы быть полностью самодостаточными при выработке, хранении и подаче электроэнергии на электрические нагрузки в отдаленных районах. На рис. 5 показана диаграмма потока энергии для типичной гибридной фотоэлектрической/дизельной системы. Следующее уравнение (23) показывает энергетический баланс фотоэлектрической/дизельной гибридной системы: Энергия, которая должна подаваться от генератора, может быть определена как Энергия, которая должна подаваться от фотогальванической установки, может быть определена как Цель данного исследования ( эффективный энергетический баланс) заключается в минимизации энергии, которая должна поставляться от вспомогательного источника энергии (дизельного генератора) за счет добавления фотоэлектрических панелей.Кроме того, двигатель-генератор должен работать на мощности, близкой к номинальной, для достижения высокой эффективности использования топлива за счет включения аккумуляторной батареи. Как показано в (24) и (25), потери энергии перетекают в спрос и предложение энергии в системе; поэтому необходимо выявить потери энергии в системе. Классификация всех соответствующих потерь энергии в автономной гибридной фотоэлектрической системе дается как потери захвата и системные потери [37]. Потери на захват составляют часть энергии падающего излучения, которая остается неуловленной и поэтому теряется в глобальном энергетическом балансе.Захват или потери на излучение объясняют тот факт, что только часть входящего излучения используется для преобразования энергии. Системные потери определяют систематические потери энергии, обусловленные физическими свойствами компонентов системы или всей установки. Потери при преобразовании энергии составляют важный вклад в эту категорию [38].


    Системные потери охватывают все потери энергии, возникающие при преобразовании генерируемой энергии в полезную электроэнергию переменного тока. В этом исследовании учитывались только потери преобразования энергии, чтобы оценить потенциал разработанной гибридной системы.Потери показаны на рис. 5.

    5. Результаты и обсуждение

    Проект представляет собой интересный пример того, как оптимальные комбинации фотоэлектрической и дизельной генерации с соответствующим хранением энергии дали многочисленные преимущества: переход на возобновляемые источники энергии, надежное энергоснабжение потребности домохозяйств в энергии и снижение общей стоимости энергии.

    5.1. Результаты
    5.1.1. Разработанная гибридная система

    Чтобы решить проблему климатических изменений, обеспечить надежное бесперебойное снабжение и повысить общую эффективность системы, была разработана гибридная система (которая включала в себя фотоэлектрическую систему, дизельную систему питания и аккумуляторную батарею в качестве резервной). источники) имеет важное значение, как показано на рисунке 4.Причины включения аккумуляторной батареи в эту конструкцию связаны с колебаниями солнечного излучения, а также с необходимостью работы генератора с оптимальной эффективностью, поскольку продолжительная работа генератора при более низких нагрузках или резких изменениях нагрузки приводит к неэффективной работе двигателя и одним из вариантов управления нагрузкой является интеграция блока батарей (который становится нагрузкой при зарядке для повышения эффективности генератора) для повышения общей эффективности системы. Принимая во внимание различные типы и мощности системных устройств (солнечная батарея, дизель-генератор и размер батареи), конфигурации, которые могут обеспечить желаемую надежность системы, получаются путем изменения типа и размера систем устройств.Конфигурация с наименьшим LCE дает оптимальный выбор. Таким образом, оптимальный размер гибридной системы (система PV-дизель-генератор-батарея) с точки зрения надежности, экономичности и экологичности показан в таблицах 3, 5 и 6 соответственно. Это было определено с помощью строгих математических вычислений.



    Конфигурация PV Емкость (кВт) Генератор Емкость (кВт)
    Количество батарей (6 В / 225 ах) Емкость преобразователя (кВт) Начальный капитал (США) Годовое использование генератора (часы) Годовое количество дизельного топлива (л) Общая чистая приведенная стоимость (США) за 20 лет Стоимость энергии (США/кВтч) Возобновляемая фракция

    Фотоэлектрическая батарея + генератор + аккумулятор 15 5.4 16 5,5 сорок одна тысяча сорок восемь 5011 5716 1 0,745 0,59
    генератор + батарея 5,4 30 5,5 14450 5298 9183 210146 0,815 0,00


    Конфигурация выбросов загрязняющих веществ (кг / год) расход топлива (л / Yr) Оперативный час дизельного генератора (HR / YR)
    CO 2 CO UHC UHC PM So 2

    PV + генератор + аккумулятор 15,052 37.2 4,12 2,8 30,2 332 5716 5011
    генератор + батарея 24183 59,7 6,61 4,5 48,6 533 9183 5298

    Примечание: PM относится к общему количеству твердых частиц. UHC относится к несгоревшим углеводородам.

    Согласно результатам проектирования, электропитание фотоэлектрических модулей осуществляется с 8:00 до 19:00, а пик излучения приходится на период с 12:00 до 14:00, как видно из дополнительных данных.Между 12:00 и 14:00 в системе нет дефицита, а фотоэлектрическая энергия питает нагрузку и заряжает аккумулятор, тем самым сокращая время работы дизель-генератора и эксплуатационные расходы гибридной энергетической системы, а также выбросы загрязняющих веществ. В другие оставшиеся часы, вероятно, будет дефицит из-за плохой радиации, и дефицит восполняется либо батареей, либо дизельным генератором. Результат спроса, удовлетворяемого гибридной энергетической системой (PV/дизель) в течение года, показан в дополнительных данных; он показывает, как источники были распределены в соответствии с нагрузкой и доступностью.Было замечено, что разница заключается не только в спросе, но и в наличии солнечных ресурсов. Аккумулятор или дизель-генератор компенсируют недостаток в зависимости от режима решения.

    5.1.2. Результаты от HOMER

    Результаты разработанного программного обеспечения сравнивались с методом оптимизации HOMER, и те же входные данные, которые использовались в расчетах разработанным программным обеспечением, использовались HOMER, который дал такие же результаты с разработанным программным обеспечением, как показано на рисунке 6 (рисунок 6). по сравнению с таблицей 5).Таким образом, результаты программного обеспечения можно использовать в качестве сравнения и точки отсчета.


    5.2. Обсуждение
    5.2.1. Общее производство и использование энергии

    Согласно проекту, солнечная энергия не заменит потребность в дизельном генераторе для этого удаленного жилого дома, но может компенсировать часть используемого дизельного топлива. Несмотря на то, что бытовые нагрузки обеспечивают наилучшее соответствие выходной мощности фотоэлектрических систем (поскольку эти нагрузки обычно достигают пика в дневное и дневное время), по-прежнему требуется резервный дизельный генератор (в сезон дождей и пасмурные дни).

    В солнечных ресурсах, кроме февраля, имеющего 28 дней, март имеет самые высокие глобальные и падающие солнечные лучи (207,568 кВтч/м 2 ; 213,213 кВтч/м 2 ), а месяц Августа имеет наименьший глобальный и инцидент Solar (159,232 кВтч / м 2 ; 153,817 кВтч / м 2 ) Как показано в таблице 7

    Апрель 952269 190,054 190,054498

    месяц Глобальный солнечный кВтч / м 2 )
    Зависит от солнечных кондентов (кВтч / м 2 ) мощность, генерируемая с 15 кВт PV Array (кВт)

    января 173.783 192.285 1538.295
    Февраль 176,292 188,814 1510,492
    Март 207,568 213,213 1705,644
    198,460 194,312 1554,395
    май 197.020 186.037 1488.347
    июнь 178.982 98.982744 1333.962
    Июль 168,215 158,916 1271,351
    Август 159,232 153,817 1230,539
    Сентябрь 166,994 167,880 1343,075
    Октябрь 182,472 191,792 1534,355
    Ноябрь 175,089
    Декабрь 165,744 187,409 1499,299

    Итого 2149,851 2195,273 17562,252

    В конфигурации гибридной системы размер был сделан в пользу фотоэлектрической системы (чтобы решить проблему климатических изменений), и для того, чтобы удовлетворить потребность в нагрузке на все месяцы, избыточная электроэнергия вырабатывалась фотоэлектрической системой. система.Генерируемая избыточная электроэнергия меняется от месяца к месяцу и зависит от падающей солнечной энергии. Самый высокий избыток электроэнергии наблюдается в марте (381,30 кВт), а наименьший – в июле (143,05 кВт) и августе (163,868 кВт), двух месяцах, наиболее подверженных сезону дождей.

    В марте фотоэлектрическая станция произвела наибольшее количество электроэнергии (1705,644 кВт) и подала на нагрузку через инвертор наибольшее количество электроэнергии (1094,416 кВт). Это произошло потому, что в марте месяце самый высокий глобальный и падающий солнечный свет (207.568 кВтч/м 2 ; 213,213 кВтч/м 2 ), в то время как в августе фотоэлектрические станции произвели наименьшее количество электроэнергии (1230,539 кВт) и отдали в нагрузку через инвертор наименьшее количество электроэнергии (845,398 кВт), что было связано с наименьшим глобальным и падающим солнечным (159,232 кВтч/м 2 ; 153,817 кВтч/м 2 ). В этом месяце августе, чтобы обеспечить надежное бесперебойное снабжение, дизельное топливо из-за низкого количества электроэнергии, вырабатываемой фотоэлектрическими панелями (вызванной низким уровнем солнечного излучения), подает на нагрузку наибольшее количество электроэнергии (1004.386 кВт) и заряжает аккумулятор через выпрямитель (для повышения общей эффективности системы). В августе зарядка аккумуляторов (503,078 кВт) и разрядка (−425,589 кВт) являются самыми высокими из-за низкого напряжения, поступающего от фотоэлектрических модулей. Генератор часто включается, чтобы обслуживать нагрузку переменного тока и в то же время заряжать батарею (которая является нагрузкой постоянного тока; батарея становится нагрузкой при зарядке). Стоит отметить из Таблицы 3, что гибридное фотоэлектродизельное решение, поддерживаемое аккумуляторной батареей, производит 17 562 кВтч/год (59 %) от солнечной фотоэлектрической батареи и 13 944 кВтч/год (41 %) от дизельного генератора, что в сумме составляет 31 506 кВтч/год. год (100%).

    5.2.2. Потоки энергии

    Одной из основных целей этого исследования было произвести подробный экспериментальный учет потоков энергии через гибридную систему. В частности, меня интересует количественная оценка всех системных потерь.

    Гибридная фотоэлектрическая/дизельная система с аккумулятором . Для фотоэлектрической части гибридной системы потери устройства включают потери фотоэлектрического контроллера заряда, потери при преобразовании постоянного тока в переменный, как для энергии, поступающей непосредственно в нагрузку, так и для энергии, проходящей через аккумулятор, а также потери при хранении в обоих направлениях.Со стороны генератора потери преобразования переменного тока в постоянный влияют на электроэнергию, которая не поступает непосредственно в нагрузку. Причина этих потерь на стороне генератора заключается в том, что гибридная система была разработана для циклической зарядки, что означает, что дизельный генератор может заряжать аккумулятор.

    Все потери в гибридной системе классифицируются следующим образом: (i) потери контроллера заряда PV. (ii) потери при хранении батареи. (iii) потери выпрямителя (преобразование зарядного устройства батареи). (iv) потери инвертора.Потери контроллера заряда фотоэлектрических модулей связаны с эффективностью преобразования постоянного тока в постоянный (преобразование энергии, вырабатываемой фотоэлектрическими модулями, для зарядки аккумуляторной батареи). Потери при преобразовании DC/DC генерируются во время управления потоком тока к батарее и от батареи с помощью контроллера заряда PV. Результат показывает, что потери минимальны по сравнению с потерями других компонентов (потери при хранении, потери инвертора и выпрямителя), как показано в таблице 3.

    Потери при хранении включают все потери энергии в батарее. Они описываются эффективностью заряда и разряда батареи, а также характеристиками саморазряда.В августе зарядка и разрядка аккумулятора, а также его потери (из-за эффективности заряда и разряда) являются самыми высокими из-за того, что дизель часто включается для зарядки аккумулятора; когда аккумулятор достигает максимальной точки заряда, дизель останавливается, в то время как аккумулятор начинает разряжаться для питания нагрузки, и как только аккумулятор достигает минимальной точки разряда, он перестает разряжаться, и дизель снова включается. Процесс продолжается в том же духе до тех пор, пока PV не начнет вырабатывать электроэнергию для питания нагрузки и зарядки аккумулятора; в противном случае он возвращается к дизелю, заряжающему аккумулятор.Результаты расчета показывают, что аккумуляторная батарея заряжалась на 227,093 кВтч/год и 314,356 кВтч/год от фотоэлектрической и дизельной систем соответственно, в результате чего общий заряд составил 5 816,474 кВтч/год, в то время как батарея разряжалась (подавалась) на нагрузку. через инвертор общий разряд −4953,761 кВтч/год с потерями 862,713 кВтч/год, как показано в таблицах 3 и 4.

    Потери при преобразовании зарядного устройства батареи связаны с эффективностью выпрямителя переменного/постоянного тока. Потери при преобразовании переменного тока в постоянный возникают во время зарядки аккумулятора от источника переменного тока.В августе выпрямитель получает наибольшую электроэнергию от дизель-генератора из-за наименьшего количества солнечной энергии в этом месяце (159,232 кВтч/м 2 ; 153,817 кВтч/м 2 ), и это влияет на выработку фотоэлектрической энергии. ; в этот момент дизель включается, чтобы обеспечить надежную подачу без перебоев. Результаты расчета показывают, что на выпрямитель подавалось 3704,875 кВтч/год и выпрямлялось в батарею 3149,880 кВтч/год с потерями 554,995 кВтч/год, как показано в таблицах 3 и 4.

    Потери инвертора связаны с эффективностью DC/AC инвертора. Потери инвертора постоянного/переменного тока возникают до того, как первоначально предоставленная энергия может быть потреблена нагрузкой переменного тока. Это означает, что вся электрическая энергия, которая не поступает непосредственно на нагрузку переменного тока, проходит через инвертор, например, электричество, поступающее от фотоэлектрической системы, электричество, выпрямленное в батарею, и энергия, поступающая от батареи. В августе инвертор получает наименьшее количество электроэнергии от фотоэлектрической батареи и батареи из-за наименьшего глобального и падающего солнечного света в месяц (159.232 кВтч/м 2 ; 153,817 кВтч/м 2 ). Хотя батарея получает самую высокую зарядку 503,078 кВт как от солнечной батареи (226,867 кВт), так и от дизельного топлива (выпрямленного до батареи с 276,211 кВт), инвертор по-прежнему получает наименьшее количество электроэнергии, поскольку дизель часто подключается к нагрузке переменного тока и заряжает батарея; зарядка аккумулятора выпрямителем показывает, как часто дизель подает электроэнергию в нагрузку в этом месяце августа, как показано в таблицах 3 и 4. КПД выпрямителя (преобразование зарядного устройства) несколько ниже, чем КПД инвертора постоянного/переменного тока, как показано в таблице 3.

    5.2.3. Экономические затраты

    Капитальные затраты гибридного фотоэлектрического/дизельного решения с батареями почти в три раза выше, чем у комбинации генератора и батареи (41 048 долл. США), но чистая приведенная стоимость, представляющая затраты в течение срока службы системы, составляет менее половины от комбинации генератора и батареи (192 231 долл. США), как показано в Таблице 5. Чистая приведенная стоимость (NPC) гибридной системы PV/дизель/батарея немного ниже, чем NPC дизель/батареи. комбинации батарей в результате меньшего расхода топлива и потому, что требуется меньше аккумуляторных батарей, а замена батарей является важным фактором в обслуживании системы.

    5.2.4. Загрязнение окружающей среды

    С точки зрения воздействия на окружающую среду увеличение часов работы дизель-генератора приводит к увеличению расхода топлива, а также увеличению выбросов парниковых газов, тогда как сокращение часов работы дизель-генератора приводит к снижению расход топлива, тем самым снижая выбросы парниковых газов. Дизельная система работает в течение 5 298 часов в год, имеет расход топлива 9 183 литров в год и производит в килограммах (кг) выбросы загрязняющих веществ, как показано в таблице 6, в то время как в гибридной фотоэлектрической дизельной системе дизельный генератор работает в течение 5 011 часов. / год, имеет расход топлива 5 716 л / год и ежегодно выбрасывает в атмосферу загрязняющих веществ в килограммах, как показано в таблице 6.Снижение расхода топлива также означает меньшие выбросы из энергетической системы, о чем свидетельствует солнечная фотоэлектрическая дизельная система, которая имеет самые низкие выбросы загрязняющих веществ.

    6. Заключение

    В данной статье исследуется проектирование автономной гибридной энергосистемы с акцентом на фотоэлектрическую/дизельную энергетическую систему с накоплением энергии в батареях. Начиная с анализа моделей компонентов системы, реализуется полная имитационная модель. В разработанной системе был произведен подробный экспериментальный учет потоков энергии через гибридную систему, и все потери в системе, вызванные контроллером заряда фотоэлектрических модулей, циклами хранения аккумуляторной батареи, преобразованиями выпрямителя и инвертора, были количественно определены и задокументированы.Результаты показывают, что потери контроллера заряда фотоэлектрических модулей связаны с эффективностью преобразования постоянного тока в постоянный ток и генерируются во время управления потоком тока к аккумулятору и от аккумулятора контроллером заряда фотоэлектрических модулей, в то время как потери при хранении включают все потери энергии в аккумуляторе и составляют описывается эффективностью заряда и разряда батареи, а также характеристиками саморазряда. Кроме того, потери преобразования зарядного устройства батареи связаны с эффективностью переменного/постоянного тока выпрямителя и генерируются во время зарядки батареи от источника переменного тока, в то время как потери инвертора связаны с эффективностью постоянного/переменного тока инвертора и возникают до того, как первоначально предоставленная энергия может быть потреблена выпрямителем. нагрузку переменного тока.Из результатов видно, что эффективность преобразования постоянного/постоянного тока, как правило, низкая, в то время как эффективность выпрямителя переменного/постоянного тока несколько ниже, чем эффективность инвертора постоянного/постоянного тока. Кроме того, было продемонстрировано, что использование гибридной фотоэлектрической/дизельной системы с аккумуляторной батареей (один блок фотоэлектрической батареи мощностью 15 кВт, один генератор мощностью 5,4 кВт и 16 аккумуляторов) может значительно снизить зависимость от исключительно доступного дизельного ресурса. Разработанная гибридная система сводит к минимуму время работы дизеля и, таким образом, снижает расход топлива, что значительно влияет (уменьшает) загрязнение, такое как выбросы углерода, тем самым уменьшая парниковый эффект.Хотя использование гибридной фотоэлектрической/дизельной системы с аккумуляторной батареей не может значительно снизить общее количество NPC и COE, оно смогло снизить зависимость от дизельного топлива. С другой стороны, также было доказано, что использование гибридной фотоэлектрической/дизельной системы с аккумуляторной батареей было бы более экономичным, если бы цена на дизельное топливо значительно возросла. При прогнозируемом периоде 20 лет и годовой реальной процентной ставке 7,5% было обнаружено, что использование гибридной фотоэлектрической/дизельной системы с аккумулятором может обеспечить значительно более низкие NPC и COE по сравнению с автономной дизельной системой.В заключение можно сказать, что гибридная фотоэлектрическая/дизельная система потенциально может использоваться для замены или модернизации существующих автономных дизельных систем в Нигерии.

    номенклатура
    : площадь поверхности в M 2
    :
    :
    : :
    : Дородонаидалированная стоимость замены компонента
    : годовых операционных стоимости компонента
    : годовой капитал Стоимость солнечной энергии
    :
    : годовой замену Стоимость солнечной энергии
    : годовая операционная стоимость солнечной энергии
    : Годовой капитал Стоимость дизельного генератора
    : Дородое количество замены Стоимость дизельного генератора
    : годовая операционная стоимость дизельного генератора : годовая стоимость топлива для дизельного генератора : Годовой Зед Капитал Стоимость батарей Power : годовая замена Стоимость аккумуляторов мощности : : : : : Дорожноидалированные капитальные Стоимость конвертера Power : годовые замены Стоимость преобразователя мощности : годовая стоимость эксплуатации преобразователя мощности : : Начальные капитальные Стоимость компонента : Стоимость к выбросам углекисляного диоксида () $/т) : Стоимость выбросов монооксида углерода (CO) ($/т) : Стоимость выбросов несгоревших углеводородов (UHC) ($/т) 1 : Стоимость выбросов твердых частиц (PM) ($/т) : Стоимость выбросов оксида серы () ($/т) : Стоимость выбросов оксидов азота () ($/т) : Стоимость рабочего компонента Стоимость замены Компонент Коэффициент восстановления капитала : Энергия, хранящаяся в аккумуляторе в час, кВтч : Почасовая нагрузка или энергия, необходимая в определенный период времени : Почасовая энергия Выход из выпрямителя, кВтч : Почасовая энергия ввода на выпрямитель, кВтч : Количество избыточного энергии из источников переменного тока, кВтч : : : : : : : : : Часовая выработка энергии дизель-генератором : Часовая выработка энергии инвертором (в случае SPV), кВтч : 9027 0 Часовая выходная мощность фотоэлектрического генератора : Часовая выходная мощность инвертора (в случае батареи), кВтч : Энергия, накопленная в батарее в час, 6 кВтч 0 : Почасовая энергия, потребляемая нагрузкой нагрузки, кВтч : Почасовая энергия Выход от контроллера заряда, кВтч : Почасовая энергия вход в зарядный контроллер, кВтч : Часовая отдача энергии от выпрямителя, кВт·ч : Количество избыточной энергии от источника постоянного тока (фотоэлектрические панели), кВт·ч : Энергия, запасенная в аккумуляторе за 90 702 ч , 7 кВт·ч : Равно + : Равно + : Энергия, вырабатываемая фотоэлектрической батареей (кВтч) 9027 0 : : Энергия, генерируемая моторным генератором (кВтч) : : Энергия, поставляемая на нагрузку (кВтч) : Потери энергии (кВтч), которые включают все () : : Убытки энергии через контроллер заряда (кВтч) : : Убытки энергии через аккумулятор (кВтч) : Убытки энергии через выпрямитель (кВтч) : Убытки через инвертор (кВтч) : : Почасовая освещение в кВтч / м 2 : : Процентная ставка : Целочисленная функция, возвращение целочисленной части реального значение : Годовые выбросы (кг/год) : Годовые выбросы (кг/год) : 0 e 9 полеты (кг/год) : Годовые выбросы твердых частиц (ТЧ) (кг/год) : Годовые выбросы (кг/год) Годовые выбросы Выбросы несгоревших углеводородов (UHC) (KG / YR) : Количество лет : : Коэффициент уровня проникновения PV : Срок службы проекта : : Срок службы компонента : : Фактор погружения : : Эффективность PV Generator : : Дизель-генераторная эффективность : Эффективность выпрямителя : Эффективность инвертора : Эффективность разрядки аккумулятора : 902 70 Эффективность контроллера заряда : Эффективность зарядки аккумулятора.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.