РАСПРЕДЕЛЕННОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ В АПК

 

 

Юлдашев З.Ш.

Доцент, канд. техн. наук

                                                            Санкт-Петербургский государственный

                                                                                            аграрный университет

РАСПРЕДЕЛЕННОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ В АПК

 

В своей резолюции 65/151 Генеральная Ассамблея ООН в знак признания важности энергетики для устойчивого развития постановила провозгласить 2012 год - Международным годом устойчивой энергетики для всех.

 

Расширение масштабов распределенного энергоснабжения для производственных потребителей на сельских территориях, безусловно, является положительным шагом в перспективном развитии отраслевой энергетики АПК, потреблявшей в доперестроечное время около 10% всей вырабатываемой в стране электроэнергии. Однако, для осуществления действительного прогресса в потребительской энергетике отрасли только создания ресурса энергоснабжения недостаточно.

Общеизвестно, к примеру, что сельскохозяйственное производство наиболее комплементарно по отношению к возобновляющимся источникам энергии, но считать это направление энергоснабжения в отрасли существенным или развивающимся нет никаких оснований. Причин, к сожалению, много и практически все они не связаны с техническим ресурсом энергии. Назовем основные - неподготовленность потенциальных потребителей энергии (информационная и профессиональная), бедность потребителей и отсутствие внятной государственной политики. Пренебрежение этими и другими причинами сведет и перспективы распределенного энергоснабжения к нулю. Между тем, последствия существующих в настоящее время недостатков сельской энергетики выходят далеко за рамки отрасли и требуют скорейшего устранения. К примеру, высокая энергоемкость продукции (в 3 раза выше, чем в развитых странах) приводит к затяжному снижению продовольственной безопасности, низкая энерговооруженность труда (примерно в 3 раза) - к высоким затратам физического труда на производстве, к его дискомфорту, побуждающему население  к миграции, пониженное (в 4 раза) среднегодовое потребление энергии на одного сельского жителя по сравнению с городским - к социально-бытовому дискомфорту и также к миграции.

Использование в ряде стран плодородных земель для получения биотоплива в сочетании с появившимися в последнее время признаками усиления глобального голода существенно меняет точку зрения на свободные территории в России.

Поскольку их освоение должно вестись под продовольственное производство с постоянно проживающим населением, то в качестве превентивных мер должны предусматриваться реальные возможности как повышения эффективности использования энергии, так и увеличение ее потребления в 2-3 раза. Решить эту проблему даже на освоенных территориях в условиях современного централизованного (монопольного и договорного) энергоснабжения, как показывает практика, невозможно. Для повышения эффективности использования энергии, определяемой энергоемкостью продукции, профессором В.Н. Карповым разработан и опробован метод конечных отношений (МКО), основанный на положениях интегрального исчисления применительно к структуре потребительской энергетической системы (ПЭС). Отличительной особенностью энергетической схемы ПЭС (рис.) является наличие в ней энерготехнологических процессов (ЭТП), необходимых для обеспечения производства [1,17].

ПЭС имеет четко выраженную структуру: элемент - энергетическая линия для каждого  ЭТП - совокупность параллельных линий. Общим показателем эффективности энергетических процессов для всех структурных составляющих является относительная энергоемкость, равная отношению начального и конечного (по направлению движения энергии) значения энергии, т.е.  Qэ=QнQк. Этот показатель линейно связан с энергоемкостью продук-ции Qп=Q⁄П  (где Q - потребленная энергия, П - объем продукции). Связь с Qэ  определится после умножения объема продукции на Qуд  - удельный (теоретический, расчетный) расход энергии:

 Qэ=Q⁄(П * Q уд)= Qп⁄Qуд ;    Qп=Q уд*Qэ.

Рис. Энергетическая схема потребительской энергетической системы

         Разработанный метод конечных отношений позволяет определять элементы и линии с наибольшими относительными потерями и определять меры по их уменьшению для минимизации . Переход на распределенное энергоснабжение только дополнит ПЭС генерирующими элементами, что не повлияет на возможность применения относительной энергоемкости как основного показателя энергоэффективности.

         Использование МКО в ПЭС возможно только при наличии (помимо измерителей энергии) специальной информационно-измерительной системы (ИИС), в которой измерение параметров сопровождается программной обработкой данных по алгоритмам МКО.

         ИИС – совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю (в том числе для ввода в АСУ) в требуемом виде либо автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностирования и идентификации).

         Для реализации МКО необходима одновременная (синхронная) и непрерывная регистрация интегральных значений энергии (показание счетчиков энергии) на входе и на выходе элементов и ЭТП. По результатам регистрации параметров в течение представительного интервала времени путем программной обработки возможно получение и других специальных энергетических характеристик объекта регистрации.

         На кафедре «Энергообеспечение производств в АПК» СПбГАУ разработаны ИИС (на базе многоканального электронного регистратора Ф-1770-АД (производства приборостроительного завода «Вибратор» г. Санкт-Петербург), дополненного компьютером, датчиками, измерительными блоками и устройством хранения информации) и на основе ИИС универсальный модуль, которые признаны изобретениями [2; 3]. Универсальный модуль позволяет составить линию для передачи сигнала в систему сбора данных и управления.

Разработанные ИИС позволяют одновременно (синхронно) регистрировать параметры на входе и на выходе элементов и ЭТП, архивировать и проводить программную обработку данных с целью определения энергоемкости элементов и ЭТП.

         Они могут быть использованы в системах управления и контроля теми процессами, где необходимы измерения, регистрация, индикация (визуализа-ция) и контроль параметров во времени, архивирование, обработка и после-дующий анализ, а также для автоматизированного контроля и приборного энергоаудита в ПЭС. Перспективные разработанные варианты ИИС имеют высокую мобильность, являются более компактными, передача данных от датчиков осуществляется без проводов по каналам связи.

         При освоении новых сельских территорий и восстановлении существующих территорий потребление энергии не может осуществляться только за счет одного вида источника энергии (например, централизованное энергоснабжение или возобновляющихся источников энергии), потому, что на этих территориях предполагается организации производства.

         Поскольку распределенное энергоснабжение предполагает очень точное  сочетание объема выработки и потребления энергии, то ПЭС должна быть приведена в состояние наивысшей энергетической эффективности (то есть иметь минимальную энергоемкость продукции).

         Для повышения энергетической эффективности в ПЭС проведение энергоаудита по алгоритмам МКО позволит определить оборудование с низкими энергетическими показателями и замена его на оборудование, имеющее более высокие энергетические показатели, ввести регулирование и т.п.

         При внедрении распределенного энергоснабжения, как на стационарных, так и на мобильных энерготехнологических процессах, увеличится количество энергетического оборудования, в частности, за счет генерирующего оборудования ВИЭ, и в связи, с чем повысятся требования к контролю и определению энергетической эффективности. Например, автономная энергетическая установка широкозахватной дождевальной машины «Кубань-Л» фронтального действия состоит из двигателя внутреннего сгорания (ЯМЗ-238НД), который приводит в действие водяной насос и трехфазный генератор, питающий электропривод опорных тележек. Разработанные методики и ИИС предусматривают увеличение масштабов измерений.

Кроме этого, для ответственного оборудования возможен диагностический контроль. Например, для контроля энергоэффективности асинхронных двигателей (АД) возможно проведение планомерного периодического измерения относительной энергоемкости его работы в течение всего срока эксплуатации на специальном стенде. Такие измерения позволяют определять расхождение паспортной и фактической относительной энергоемкости работы АД.

Испытательный стенд позволяет проводить имитацию различных режи-мов испытаний (механическая нагрузка, имеющая случайный характер, линейно-возрастающая (убывающая), аварийные режимы работы). По завершении измерений результаты регистрации переносятся на компьютер для хранения (архивирования) и математической обработки. На основании результатов измерений могут быть определены и другие характеристики электродвигателя (например, механическая и электромеханическая характеристики, пус-ковые токи, кривые нагрева и разгона двигателя и др.).

         Таким образом, при распределенном энергоснабжении с использованием ИИС появится возможность целенаправленно и последовательно управлять эффективностью энергопотребления в ПЭС, снижая с помощью известных приемов и средств (регулирование, управление режимами и др.) энергоемкости работы всех элементов, в том числе генерирующих.

Л и т е р а т у р а

1.  Карпов В.Н. Энергосбережение. Метод конечных отношений: монография. / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев. -СПб.: -СПбГАУ. -2010. -147с.

2.  Пат. 2411453 Российская Федерация, МПК 6 G 01 D 9/28. G 06 F 17/40 Многоканальный электронный регистратор./ В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев и др. Заявитель и патентообладатель В.Н. Карпов. -№2009139168/28; заявл. 15.10.09; опубл. 10.02.2011. Бюл. №4. -6 с.: ил.

3.  Малый патент Республики Таджикистан № TJ 296 МПК(2006) G 01 D 9/00; G 01 D 9/28; H 02 J 3/06. Локальный универсальный модуль информационно-измерительной системы. / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев и др. -№0900396, заявл. 29.12.2009.: опуб. 16.02.2010. Бюлл. №57(1). -6с.: ил.