Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства

Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства
сжатия в доильном аппарате, что отрицательно сказывается на
здоровье вымени коровы.
4.
Необходимо выдерживать стабильность амплитуды
вакуумметрического давления при такте сосания,
коэффициент
неравномерности тс не должен превышать 2%, при такте сжатия т сж
не более 5%.
5. Важной с практической точки зрения является частотно­
амплитудный коэффициент, показывающий степень
изменения
частоты пульсации положительный или отрицательный характер
ЧАХ в зависимости от уровня вакууметрического давления.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Вторый В.Ф., Вторый С.В. Методика контроля технического
состояния пульсаторов доильных аппаратов / Вестник ВНИИМЖ, №
4(16), М. 2014. С.89-91.
2. Патент на полезную модель РФ № 113635, 27.02.2012. Вторый
В.Ф., Вторый С.В. Устройство регистрации вакуумметрического
давления в доильной установке//Патент России на полезную модель
№113635. 2012. Бюл.№6.
3.
Вторый В.Ф., Вторый С.В. Частотно-амплитудные
характеристики пульсаторов доильных аппаратов / Вестник ВИЭСХ,
Выпуск №2 (15), М. 2014.с.24-26.
УДК 620.91, УДК 631.3
А.В. НИКИТИН
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА И ВЕТРА В СЕЛЬСКОМ
ХОЗЯЙСТВЕ
На основании обработки метеоданных в статье проанализированы
перспективы и направления использования установок преобразования
солнечной и ветровой энергии в электрическую и тепловую. Рассмотрены
191
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ИАЭП. 2015. Вып. 86.
вопросы о целесообразности использования различных устройств, как по
отдельности, так и в составе гибридных установок. Определены ключевые
экономические факторы, влияющие на развитие возобновляемой энергетики в
сельском хозяйстве, и предложены схемы их более рационального применения.
Ключевые слова:
электроснабжение
Возобновляемая
энергия,
гелеоводонагреватель,
A.V. NIKITIN
AGRICULTURAL APPLICATION OF SOLAR AND WIND ENERGY
On the basis of processed meteorological data the prospects and ways of
using solar and wind energy convertors into electrical and heat energy have been
analyzed. The feasibility of application o f a variety of devices, both separately and as
a part o f hybrid systems, is considered. Key economic factors, which influence the
development o f renewable power in agriculture, are defined and schemes o f their
more rational application are offered.
Keywords: renewable energy, solar water heater, electric power supply
Применение возобновляемых источников энергии экономически
обосновано для зон децентрализованного энергоснабжения и зон
централизованного энергоснабжения
с большим дефицитом
мощности и значительными потерями при её передаче в зонах с
проблемами обеспечения традиционной энергией индивидуального
жилья, фермерских хозяйств, мест сезонной работы, садово­
огородных участков.
Анализ возможности использования энергии солнца и ветра, для
нужд сельского хозяйства, был проведен, основываясь на
определении потенциала возобновляемых источников доступных на
территории Ленинградской области. В основу легли, полученные с
метеостанции ИАЭП [1], за 2012, 2013 и 2014 год данные, в период с
мая по сентябрь. Были определены фактические значения
интенсивности солнечной радиации и преобладающие значения
скоростного напора ветрового потока, а так же их энергетический
потенциал.
192
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства
Изменение интенсивности солнечной радиации по каждому
месяцу в отдельности, незначительно, в то время как значение
показателей в июне в 2-5 раз выше показателей в сентябре. Сбор и
обработка данных о солнечной радиации являются основой при
оценке возможности использования солнечной энергии. В таблице 1
приведены усредненные значения электрической и тепловой энергии
используемых при расчетах, технико-экономических обоснованиях и
при
проектировании
гелиоустановок
для
конкретных
технологических процессов.
Таблица 1
Среднее расчетное значение преобразования солнечной энергии, поступающей
на 1м2 поверхности в период с мая по сентябрь за 2012, 2013, 2014 года в
Ленинградской области
Май
Электрическая энергия,
кВт*ч
Тепловая энергия, ккал
Июнь Июль Август Сентябрь
21
27
27
23235 18071 23235
21
18071
12
10326
Наиболее рациональным является преобразование поступающей
солнечной радиации в тепловую энергию.
В результате
экспериментальных
исследований
гелиоводонагревателя,
разработанного ИАЭП (рис.1) установлено, что системы с
естественной циркуляцией теплоносителя и баком накопителем
оборудованным электрическим ТЭНом (рис.2), более эффективно
могут быть применены для подогрева воды на технологические и
бытовые нужды.
193
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ИАЭП. 2015. Вып. 86.
Рис. 1. Плоский гелеоводонагреватель ГВН-2
Рис. 2. Схема работы системы с гелеоводонагревателем и бакомнакопителем оборудованным электрическим ТЭНом
Расчет
экономический
эффективности
использования
комбинированной системы горячего водоснабжения с бакомнакопителем, оборудованным электрическим ТЭНом приведены в
таблице 2.
194
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства
Таблица 2
Экономический эффект от использования догрева воды гелеоводонагревателем
Начальная Гемпература Конечная
температу­
темпера­
после
ра
тура
догрева
оС
10
оС
0
30
40
50
60
оС
85
Время
полного
нагрева
ТЭНом
час
0,3117
Расход на нагрев
10 литров воды
Элект- Денеж­
роэнер
ные
гии
средства
кВт*ч
руб.
0,94
4,68
Эконо­
мия
денеж­
ных
средств
руб.
-
0,2017
0,1650
0,1283
0,61
0,50
0,39
3,03
2,48
1,93
1,65
2,20
2,75
0,0917
0,28
1,38
3,30
Системы с принудительной циркуляцией, имеют более
интенсивный теплообмен и могут быть использованы для отопления.
Потребность в источнике питания для насоса систем с
принудительной
циркуляцией
теплоносителя,
может
быть
удовлетворена использованием фотоэлектрических панелей (ФЭП)
[2]. Применение насосов малой мощности, с рабочим напряжением
12В постоянного тока, позволяет снизить затраты на преобразование
напряжения и отказаться от систем автоматики, т.е. насос работает
только
при
наличии
солнечной радиации.
Использование
гелеоводонагревателей носит сезонный характер. Существенно
увеличить времени использования солнечной энергии на нагрев,
позволяет применение закрытых систем теплообмена, в роли
теплообменной жидкости используется антифриз, и применение
электрической энергии получаемой от фотоэлементов для нагрева
воды электрическими ТЭНами. Вырабатываемой ФЭП энергии так же
достаточно для частичного снижения нагрузки на электрические сети,
по средствам сокращения времени нагрева воды до заданных
значений электрическими нагревателями.
Гибридная установка системы солнечного нагрева воды с
фотоэлектрическими панелями значительно возрастает в цене, чем
установка прямого нагрева воды, однако позволяет полностью
195
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ИАЭП. 2015. Вып. 86.
автоматизировать процесс получения горячей воды и существенно
увеличить время ее использования.
Все варианты установок могут иметь широкое применение как в
Ленинградской области, так и во всем Северо-Западном регионе
России.
Рынок солнечной энергетики бурно развивался в последние
годы, в том числе в Ленинградской области и вырос в 2,1 раза за
последние
четыре
года
[3].
Основными
потребителями
гелеоводонагревателей для подогрева воды станут фермерские и
крестьянские хозяйства, жители
сельской местности,
дачники и владельцы огородов. Анализ технико-экономических
показателей и основных преимуществ гелеоводонагревателей
свидетельствует о его привлекательности для потребителей.
Ориентировочная потребность в гелеоводонагревателях для нужд
сельского хозяйства составляет 15000 изделий для Ленинградской
области.
Ветроэнергетические
ресурсы
Ленинградской
области
сосредоточены в основном в прибрежных зонах Финского залива и
Ладожского озера. В этих зонах ветроэнергетический потенциал
достаточно высок, так на Финском заливе на высоте 10м годовой
ветроэнергетический потенциал составляет около 4000кВт*ч/м2.
Среднегодовая скорость ветра меняется от 2,5м/с в континентальной
части и до 5,5м/с в прибрежной [4,5]. Среднемесячная скорость ветра,
зависит от следующих факторов:
•
рельеф местности, наличие каких-либо строений;
•
шероховатость подстилающей поверхности;
•
близость к акваториям.
Как и в случае с энергией Солнца, сбор и обработка данных о
интенсивности ветрового потока являются основой при оценке
возможности
внедрения,
выполнении
технико-экономических
обоснований и проектировании ветроустановок для конкретных
технологических
процессов.
Для
оптимального
размещения
ветроустановок существенное значение имеют сведения о характере
розы ветров. График построен в соответствии со сторонами света, за
196
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства
период с мая по сентябрь за 2012, 2013, 2014 года в Ленинградской
области (рис. 3).
- направление ветра в процентном соотношении;
- скоростной напор ветра в соответствии с
направлением, м/с
Рис. 3. График усредненных показателей скоростного напора и
преобладающего направления ветра
Основные
территории
сельскохозяйственных
угодий
располагаются на равнинных местностях, что накладывает
ограничения на использование ветроустановок для генерации
электрической энергии и приводит к необходимости использовать
устройства направленного усиления скоростного потока ветра.
Усилители позволяют увеличивать скорость ветра в 1,5-2 раза [6].
Для зон с низкой ветровой нагрузкой, экономически
целесообразно,
не получать
с помощью
ветрогенераторов
электрическую энергию с последующим преобразованием ее до
промышленного качества, а использовать ток переменной частоты, на
прямую, для нагрева ТЭНов. Такие установки позволят обеспечить
обогрев помещений и получение горячей воды на бытовые и
технологические нужды. Наряду с этим нельзя не отметить
197
ISSN 0131-5226. Сборник научных трудов.
ИАЭП. 2015. Вып. 86.
потенциальную возможность механического преобразования энергии
ветра в подъемную силу водяных насосов и вращения вентиляторов
систем охлаждения.
ВЫВОДЫ
При анализе данных и методов эффективного использования
энергии Солнца и ветра необходимо уделять внимание на следующие
экономические факторы, влияющие на развитие возобновляемой
энергетики и требующие более тщательного к ним подхода:
• формирования законодательной базы по альтернативной
энергетике;
• глобального подхода к вопросам финансовой поддержки
развития и использования возобновляемых источников
энергии (налоговые и кредитные льготы, благоприятные
тарифы, дотации и пр.);
• формирование в России достаточно привлекательного
инвестиционно рынка использования энергоустановок на базе
возобновляемых источников энергии.
Для условий Ленинградской области и Северо-Западного
региона в целом, характеризующегося сравнительно небольшим
потоком солнечной радиации и умеренным ветровым напором,
целесообразно:
• снижение
затрат
на
производство
энергии
из
нетрадиционных источников;
• совершенствование технических характеристик установок по
получению энергии.
Источники электрической и тепловой энергии на основе энергии
Солнца и ветра отличаются высокой науко- и капиталоемкостью, а за
счет отсутствия в них топливной составляющей, они однозначно
становятся приоритетными по сравнению с традиционными
источниками энергии.
Ориентация на экономическую эффективность от внедрения
новых установок с использованием возобновляемых источников
энергии, делает процесс их освоения затруднительным без систем
198
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства
субсидирования и получения кредитов с низкими процентными
ставками, а так же государственных гарантий по банковским ссудам.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Метеоданные с погодной станции WeatherLink, с сайта
«Погода в г. Пушкин»
[Электронный ресурс]. Режим
доступа: http://weather-pushkin.jimdo.com свободный.
2. Никитин Б.А., Солнечная водонагревательная установка на
основе ФЭТ модулей / Б.А. Никитин, П.В. Тихонов, А.Э. Макаров //
Инновации в сельском хозяйстве. 2014. -№3(8)/, М., ГНУ ВИЭСХ.
С.144-148
3. Научный совет по проблемам возобновляемых источников
энергии, СПБНЦ РАН [Электронный ресурс].
- Режим
доступа: http://www.spbrc.nw.ru/ru/councils/energetics/special/renewabl
e свободный.
4. Дмитриев Г., Возможности ветровой энергетики в России.
Отчет для ветровой кампании ИНФОРСЕ-Европа, ФГБНУ ВИЭСХ,
Москва, Россия, 2001.
5. Борисенко М.М., Оценки ветроэнергетических ресурсов на
территории России / М.М. Борисенко, Е.О. Гобарова, Е.Л. Жильцова
// Тр. Гл. геофиз. обсерватории им. А.И. Воейкова. Вып.557. СПб.,
2008. С.53-66. - Библиогр.:с.64-66.
6. Никитин А.В. Повышение мощности ветрового потока
ветрогенератором с диффузорным усилителем / А.В. Никитин //
Инновации в сельском хозяйстве. 2014. №3(8), М., ГНУ ВИЭСХ.
С.198-202.
199