Nap- és szélenergia hasznosítása hajók mozgatására

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Járdán R. Kálmán
Automatizálási és Alkalmazott Informatikai Tanszék

Manapság a zöldenergia felhasználása egy kulcsfontosságú kutatási terület. Ebben a diplomatervben a zöldenergia felhasználásának lehetőségét vizsgáljuk vitorlás hajók mozgatására. A vitorlások egy belsőégésű motorral vannak felszerelve, hogy szélcsend esetén és a kikötőben tudjanak mozogni. A korszerű váltakozó áramú (AC) szinkron és aszinkron motorok magas hatásfokkal rendelkeznek, robusztusak és jóval megbízhatóbbak a belsőégésű motoroknál, továbbá DC/AC konverterekről táplálva kiemelkedő statikus és a dinamikusjellemzőket lehet velük elérni. Előnyük, hogy nem szennyezik a környezetet, és mivel nagy mennyiségben gyártják, így áruk is kedvező. A két legismertebb megújuló energiaforrás a szél és a nap. Ezeknek az energiaforrásoknak az alkalmazását hajók esetében az is megkönnyíti a nyílt vízen, hogy gyakorlatilag se szélvédett se árnyékolt terület nincs. A nyert és a tárolt energia segítségével az elektromos motor képes meghajtani a hajót. A diplomatervben egy innovatív rendszert mutatunk be a vitorlás hajók mozgatására, mely a nap és szélenergiát használja fel.

Az első rész a rendszer egyes komponenseinek technikai hátterét illetve az alapvető működést írja le. Ezek a következők: napelemek, amelyek az akkumulátort képesek tölteni DC/DC konverteren keresztül. Az aszinkron gép és egy propeller, a hajó mozgatását biztosítja. A motort egy konverteren tápláljuk, az akkumulátorban tárolt energiát használva. A DC/AC konverter kétirányú energiaáramlást tesz lehetővé, ami azt jelenti, hogy motoros üzemmódban a hajót mozgatja, generátoros üzemmódban pedig a szélenergiát hasznosítva, tölteni tudja az akkumulátort. Az akkumulátort tölteni a kikötőben a hálózatról egy akkumulátor töltővel (AC/DC konverterrel) lehet vagy a nyert szél és napenergia hasznosításából.

A technikai áttekintést követően, kereskedelmi forgalomban kapható termékek kerülnek kiválasztásra. Először egy belsőégésű motorral ellátott, közepes méretű vitorlást választunk. Az elektromos hajtás megtervezéséhez az eredeti belsőégésű motor névleges teljesítményét vesszük figyelembe, azaz a komponensek kiválasztásakor a belsőégésű motor teljesítményét és a hajózási távolságot vettük figyelembe.

Kétféle számítógépes szimulációs modellt hoztunk létre, melyek segítségével a hajtó rendszert terveztük meg, valamint a statikus és dinamikus tulajdonságait modelleztük.

Az első program a kiválasztott hajó kontrollált mozgását és az energiafelhasználását szimulálja. A szél és a napsugárzás hatását a modell szintén figyelembe veszi. Folyamatosan kiszámításra kerül a tárolt energia mennyisége, ami lehetővé teszi, hogy az aktuális akkumulátor töltöttségi szint mellett, figyelembe véve a hajó és a szél sebességét, a napsugárzás intenzitását, a hőmérsékletet és további tényezőket előre jelezni tudjuk a még megtehető távolságot. A diplomaterv másik szimulációs programja mind a hardver, mind a szoftverfejlesztésben segítséget nyújt. A motor sebességét mikrokontroller irányítja. A vitorlás sebességét PC segítségével állítjuk be, majd a motor viselkedését vizsgáljuk. A diplomamunka utolsó részében gazdasági elemzést végzünk, meghatározzuk a rendszer megtérülési idejét, használhatóságát és életképességét.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.