КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МИКРО ГЭС В СИСТЕМЕ MATLAB/SIMULINK
Ключевые слова:
направляющая лопасть, двухроторная гидротурбина, противовращающийся двухроторный осевой генератор с постоянными магнитами, моделирование, эксперимент, чистая приведенная стоимость (NPV).Аннотация
Аннотация. Введение. В результате развития экономических секторов в нашей республике, повшения уровня жизни и роста численности населения спрос на энергию увеличивается. Эта ситуация оказывает большое влияние на развитие социально-экономической сферы, в том числе на уровень электроснабжения сельскохозяйственного сектора страны. Одним из основных решений по устранению этих воздействий является развитие и повышение эффективности энергетических установок, работающих на основе возобновляемых источников энергии, в частности, маломощных гидроэлектростанций.
Методы и материалы. Статья представляет собой компьютерное моделирование двуроторного гидроэнергетического устройства мощностью 3 кВт, адаптированного к водным потокам, вытекающим из насосных агрегатов, используемых в сельском хозяйстве, с помощью программного пакета Matlab/Simulink.
Результаты. Согласно теоретическим и экспериментальным исследованиям, были определены следующие геометрические размеры направляющего аппарата: внешний диаметр 1 м, внутренний диаметр 0,5 м, количество направляющих лопастей — 16, угол установки направляющих лопастей β = -17,50, диаметр лопастей — 0,5 м, диаметр втулки — 0,2 м, количество лопастей — 6, оптимальный угол установки лопастей — 202,50, а максимальный расход воды составляет 0,24 м³/с. Номинальная мощность микро-гидроэлектростанции определена в 3 кВт.
Выводы. Согласно анализу технических и экономических показателей устройства, в результате практического применения разработанной вертикальной осевой микро-гидроэлектростанции мощностью 3 кВт можно получить в среднем 19500 кВт·ч электроэнергии в год, сэкономить 14,53 тонны условного топлива и предотвратить выброс более 28,5 тонн углекислого газа (CO2) в атмосферу. Экономическая эффективность данной микро-гидроэлектростанции была оценена с помощью метода «Чистая приведенная стоимость» (NPV), при этом чистая приведенная стоимость составила 5500 долларов США, статический срок окупаемости — 1,56 года, а динамический срок окупаемости — 2,78 года.
Скачивания
Библиографические ссылки
[1] 2023 World Hydropower Outlook. https://indd.adobe.com/view/92d02b04-975f-4556-9cfe-ce90cd2cb0dc, last accessed 2023/10/11
[2] Uzakov G.N., Kuziev Z.E., Safarov A.B., Mamedova R.A.: “Improvement research of a vertical axis micro hydro power plant”, International Journal of Advanced Research in Science, Engineering and Technology, Vol. 11, Issue 2, pp. 21438-21443 (2024)
[3] Safarov, A., Davlonov, H., Mamedov, R., Chariyeva, M., Kodirov, D.: “Design and modeling of dynamic modes of low speed electric generators for electric power generation from renewable energy sources”, AIP Conference Proceedings, 2686, 020013 (2022)
[4] Sadullaev, N.N., Safarov, A.B., Mamedov, R.A., Kodirov, D.: “Assessment of wind and hydropower potential of Bukhara region”. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 614(1), 012036 (2020)
[5] Safarov, A.B., Mamedov, R.A.: “Study Of Effective Omni-directional Vertical Axis Wind Turbine For Low Speed Regions”, IIUM Engineering Journal, 22(2), pp.149–160, (2022)
[6] Uzakov G.: Mathematical modeling the heat balance of a solar pond device, BIO Web of Conferences, 71, 02023 (2023)
[7] Uzakov, G.N., Almardanov, X.A.: “Study of the Material Balance of a Heliopyrolysis Device with a Parabolic Solar Concentrator”. Appl. Sol. Energy 59, 739–746 (2023)
[8] Jawahar, C.P., Michael, P.A.: “A review on turbines for micro hydro power plant”, Renew. Sustain. Energy Rev. 72, pp. 882–887, (2017)
[9] Ardizzon, G., Cavazzini, G., Pavesi, G.: “A new generation of small hydro and pumped hydro power plants: Advances and future challenges”. Renew. Sustain. Energy Rev. pp.746–761, (2014). doi: 10.1016/j.rser.2013.12.043.
[10] Samora, I., Hasmatuchi, V., Münch-Alligne, C., et al.: “Experimental characterization of a five blade tubular propeller turbine for pipe inline installation”, Renew. Energy, 95, pp. 356–366, (2016)
[11] Uzakov G.N., Kuziev Z.E.: “Study of constructive dimensions of Kaplan hydro turbine in variable water flows”. Spectrum Journal of Innovation, Reforms and Development. Volume 20, pp. 36-42, (2023)
[12] Jawahar C.P., Michael P.A.: “A review on turbines for micro hydro power plant. Renewable Sustainable Energy Reviews”, Vol. 72, pp. 882–887. (2017)
[13] Chamil, A.: “Modelling and optimisation of a Kaplan turbine - A comprehensive theoretical and CFD study”. Cleaner energy systems, 3, 100017, (2022). doi.org/10.1016/j.cles.2022.100017
[14] Dariusz, B.: “Analytical Model of Small Hydropower Plant Working at Variable Speed”. IEEE Transactions on Energy Conversion 10, 1109, (2018) doi: 10.1109/tec.2018.2849573
[15] Choi J.Y., Lee S.H., Ko K.J., Jang S.M.: “Improved analytical model for electromagnetic analysis of axial flux machines with double-sided permanent magnet rotor and coreless stator windings”. IEEE Trans. On Magnetics. Vol. 47. No. 10. pp. 2760–2763. (2011)
[16] Kanuch J., Ferkova Z.: “Design and simulation of disk stepper motor with permanent magnets”. Archives of Electrical Engineering. Vol. 62(2). pp. 281-288. (2013)
[17] Zhu Z.Q., Howe D., Ekkehard B., Ackermann B.: “Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet motors. part I: Open-circuit field”. IEEE Trans. Magn. Vol. 29. pp. 124–134. (1993)
[18 Węgiel T.: “Space harmonic interactions in axial flux permanent magnet generator”. Technical Transactions, Electrical Engeenering 2-E/2016. pp.65-79. (2016)
[19] Pop A.A., Jurca F., Oprea C., Chirca M., Breban S., Radulescu M.M.: “Axial-flux vs. radial-flux permanent-magnet synchronous generators for micro-wind turbine application. In Proceedings of the European Conference on Power Electronics and Applications”. Lille. France. 2–6 September 2013. pp. 1–10. (2013)
[20] Daghigh A., Javadi H., Torkaman H.: “Design optimization of Direct Coupled ironless axial FLUX permanent magnet synchronous wind generator with low cost and high annual energy yield”. IEEE Trans. Magn. Vol. 52, pp. 1–11. (2016)
[21] Rostami N., Feyzi M.R., Pyrhonen J., Parviainen A., Behjat V.: “Genetic algorithm approach for improved design of a variable speed Axial-Flux Permanent-Magnet synchronous generator”. IEEE Trans. Magn. Vol. 48. pp. 4860–4865. (2012)
[22] Mahmoudi A., Kahourzade S., Rahim N.A., Hew W.P.: “Design, analysis, and prototyping of an Axial-Flux permanent magnet motor based on genetic algorithm and Finite-Element analysis”. IEEE Trans. Magn. Vol. 49. pp. 1479–1492. (2013)
[23] Chernyahovskaya Yu.V.: “Evolution of methodological approaches to the fall of the cost of electrical engineering. Analysis of foreign experience”. Herald of IHEU. Vol. 4. pp. 56–68. (2016)
