Болдырев Владислав Вячеславович. Автоматизированная автономная гелиосистема с интеллектуальным модулем управления

brief description

Болдырев Владислав Вячеславович. Автоматизированная автономная гелиосистема с интеллектуальным модулем управления;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Комсомольский-на-Амуре государственный университет»], 2021

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный университет»
На правах рукописи

Болдырев Владислав Вячеславович
АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ АВТОНОМНАЯ ГЕЛИОСИСТЕМА
С ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫМ МОДУЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Специальность 05.13.06 - Автоматизация и управление
технологическими процессами и производствами (промышленность)
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Г орькавый Михаил Александрович
Комсомольск-на-Амуре - 2021
ОГЛАВЛЕНИЕ
Список сокращений и условных обозначений 4
Введение 8
1 Идентификация и анализ основных элементов автоматизированной автономной гелиосистемы и их
взаимодействия 15
1.1 Исследование потенциала применимости солнечных технологий на
территориях России с холодным климатом 15
1.2 Выбор подхода к реализации системы регулирования рабочей
поверхности коллектора 24
1.3 Идентификация элементов гелиосистемы способной эффективно
функционировать на территории ДФО 26
1.4 Разработка диаграммы классов UML-class абстрактной
гелиосистемы 29
Выводы по главе 1 43
2 Разработка концепции интеллектуальной автоматизированной системы управления положением рабочей поверхности солнечного коллектора 44
2.1 Разработка концепции ИАСУ 44
2.2 Разработка имитационной модели прихода прямой солнечной
радиации внутри атмосферы 52
2.3 Интеграция разработанной имитационной модели в
автоматизированную систему управления положением рабочей поверхности солнечного коллектора 63
2.4 Разработка модуля расчета угла наклона рабочей поверхности
солнечного коллектора по часовому углу склонения солнца 69
Выводы по главе 2 77
3 Разработка интеллектуального модуля управления в составе имитационной модели процесса получения совокупного солнечного излучения 78
3.1 Анализ эффективности алгоритмов нечеткого логического вывода Sugeno и Mamdani в задачах оптимизации автоматизированных систем слежения 82
3.2 Разработка алгоритма функционирования системы управления
гелиосистемы интегрированной с ИАСУ 84
3.3 Разработка метода оптимизации положения рабочей поверхности
солнечного коллектора 96
3.4 Разработка алгоритма прогнозирующего и оптимизирующего
модуля 99
3.5 Реализация прогнозирующего и оптимизирующего модуля 103
3.6 Реализация интеллектуальной автоматизированной системы
управления в составе разработанной имитационной модели 107
3.7 Разработка конфигурации рабочей поверхности коллектора
интегрируемой с новой ИАСУ 109
3.8 Разработка держателя рабочей поверхности предложенной
конфигурации коллектора 114
3.9 Технико-экономическое обоснование проекта внедрения в
эксплуатацию ИАСУ 123
Выводы по главе 3 137
Заключение 138
Список литературы 140
ПРИЛОЖЕНИЕ А 156
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 157
ПРИЛОЖЕНИЕ В 158
ПРИЛОЖЕНИЕ Г 159
ПРИЛОЖЕНИЕ Д 162
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 163
ПРИЛОЖЕНИЕ Ж 164
ПРИЛОЖЕНИЕ З 165
ПРИЛОЖЕНИЕ И 170
ПРИЛОЖЕНИЕ К 171
ПРИЛОЖЕНИЕ Л 172

bibliography

Заключение
Основные результаты научных исследований, проведенные в работе, заключаются в следующих положения.
1. Разработан метод оптимизации положения поверхности солнечного коллектора на базе интеллектуальных алгоритмов управления, позволяющих повысить эффективность преобразования энергии за счет обеспечения ориентирования рабочей поверхности солнечного коллектора в направлении наибольшего излучения, с минимальным количеством затрат дополнительной энергии на работу исполнительных механизмов, выполняющих корректировку её положения.
2. Разработана интеллектуальная автоматизированная система управления, предназначенная для регулирования положения центра рабочей поверхности солнечного коллектора в направлении наибольшего совокупного излучения (прямого, диффузного, отраженного) с учетом минимизации затрат дополнительной энергии за счет интегрированного прогнозирующего и оптимизирующего модулей.
3. Разработаны алгоритмы и программная реализация имитационной модели автоматизированной гелиосистемы в составе модулей имитаторов влияния внешней среды на получение энергии, позволяющие моделировать работу гелиосистем с различными конфигурациями для анализа их эффективности.
По результатам тестирований, было установлено, что в большинстве сценариев воздействия совокупного излучения на поверхность вакуумного солнечного коллектора, большее количество энергии преобразовано коллектором с системой регулирования на базе ИАСУ в сравнении с классической системой солнечного трекинга по часовому углу склонения Солнца.
Например, количество преобразованной энергии вакуумными коллекторами с ИАСУ/трекером: зимний день 9.834 кВт х ч / 6.598 кВт х ч в сутки; летний день 52.04 кВт х ч / 51.79 кВт х ч в сутки; зимний пасмурный день 8.054 кВт х ч / 4.609 кВт х ч в сутки. При затратах энергии на выполнение регулировки положения рабочей поверхности коллектора системой с ИАСУ/трекером: зимний день 0.07132 Вт х ч / 0.02633 Вт х ч в сутки; летний день 0.04568 Вт х ч / 0.04809 Вт х ч в сутки; зимний пасмурный день 0.06938 Вт х ч / 0.02453 Вт х ч в сутки. В ходе анализа экономической эффективности проектов реализации гелиосистем на территории ДФО, установлено, что окупаемость с применением ИСАУ составит 9 лет, с применением солнечного трекера - 13 лет.