Moscow metro as an alternative energy source / Внедрение альтернативных источников энергии на примере Московского метрополитена

Актуальность

Возможность аккумулирования электроэнергии выгодна всем участникам производственного процесса: производителям, поставщикам, потребителям и регулятору. Основное отличие электроэнергетики от любой другой «физической» отрасли заключается в невозможности хранения производимых ею товаров. В каждую единицу времени эта отрасль должна производить ровно столько электроэнергии, сколько нужно потребителю. Экономия энергии может быть поставлена ​​под угрозу непостоянством природных ресурсов. Поэтому альтернативные источники энергии сейчас крайне необходимы. Аналоги устройств – карусельные двери, генерирующие электроэнергию, – есть в Голландии, США, Китае. Принцип их работы заключается в следующем: электрический генератор вращается через цепную передачу; проходящие мимо люди толкают дверь и запускают генератор, при этом человек должен приложить усилия. Существуют два варианта устройства: стандартный генератор с редуктором и многодиапазонный генератор с постоянными магнитами. Почти любую существующую дверь можно легко превратить в электрогенератор.

Цель

Создать генератор электроэнергии, позволяющий преобразовывать механическую энергию в электрическую новым доступным способом при открытии и закрытии дверей в метро при проходе пассажира и накапливать полученную электроэнергию для её дальнейшего использования в метро.

Задачи

1. Выбор темы проекта и составление плана его реализации.
2. Ознакомление с актуальной литературой по теме проекта, сбор информации и материалов проекта.
3. Создание модели устройства.
4. Проведение анализа полученных данных.
5. Подготовка отчёта и материалов для презентации.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• 3D-принтер и пластик PLA
• Микроконтроллер Arduino Uno
• LCD-дисплей
• Аккумуляторные батарейки AA 1SV
• Персональный компьютер с установленным программным обеспечением (Arduino IDE, Android Studio)
• Преобразователь USB – UART на CP2102

Описание

В ходе первого этапа был проведён анализ мировой практики внедрения альтернативных источников энергии. Подобные механизмы применяются, но они не получили широкого распространения и используются точечно в качестве «двери накопителя энергии», например, в кафе в Нидерландах. На основании анализа сделаны выводы о возможности использования источника в массовых масштабах в связи:

• с низкими финансовыми затратами,
• экологичностью, так как не требуется использование источников энергии, загрязняющих атмосферу,
• низкими эксплуатационными расходами,
• возобновляемостью.

 На втором этапе были приобретены необходимые материалы, начата сборка конструкции и подготовлен макет двери.

Сначала было решено собрать тестер ёмкости аккумулятора на Arduino Uno с ЖК-дисплеем, чтобы узнать, сколько энергии накапливается в аккумуляторе. Сама идея, лежащая в основе работы прибора, проста: есть заряженный аккумулятор и нагрузка в виде резистора, нужно только измерить ток, напряжение, время и по полученным данным рассчитать ёмкость.

Принцип действия заключается в том, что, входя в метро, ​​человек толкает дверь, шестерёнки сверху двери начинают двигаться за счёт вращения штока с последующим вращением вала редуктора. Электромагнит и катушка на валу начинают вырабатывать электричество.

Дальше ток идёт на диодный мост, который нужен для преобразования переменного напряжения в постоянное, а также для регулирования с его помощью «плюса» и «минуса» (то есть при открытии двери «плюс» – на проводе красного цвета, а «минус» – на проводе чёрного цвета, а при закрытии двери происходит смена потенциалов, но диодный мост препятствует этому и оставляет «плюс» на красном проводе, а «минус» – на чёрном). После моста стоит конденсатор, который сглаживает напряжение, уменьшая амплитуду. Быстро разряжается и заряжается. Далее следует преобразователь постоянного тока, который стабилизирует напряжение, за которым следует модуль BMS для зарядки литий-ионных аккумуляторов, который предотвращает разрядку и перезарядку аккумулятора. После получения ресурса батарея начинает заряжаться, затем напряжение поступает на USB-стабилизатор, и загораются светодиоды, подключённые к стабилизатору. Когда дверь возвращается в исходное положение («закрыто»), происходит то же самое.

На третьем этапе механизм будет доработан, а затем опробован на макете двери.

В результате получен усовершенствованный универсальный и встраиваемый механизм для любых входных дверей метрополитена. Механизм по-новому получает электрическую энергию от механической и накапливает её.

Результаты работы/выводы

Цели, поставленные в работе, были достигнуты. Доказано, что этот метод подходит для получения энергии без потребления природных ресурсов, а также, что этот механизм является экологически чистым. В результате автор выяснил, что в мире существуют различные способы внедрения альтернативных источников энергии.

Перспективы использования результатов работы

В будущем автор хотел бы усовершенствовать и внедрить этот механизм в Московском метрополитене.