Сетевое издание
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ЭНЕРГОИНЖИНИРИНГ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК СЕЛЕКЦИОННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Голубова О.С. 1 Гулин С.В. 1
1 ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»
В статье изложены причины необходимости учета материальных и энергетических потерь, которые вызваны перерасходом электроэнергии, увеличением установленной мощности и сокращением срока службы ламп. Исходные данные для расчета экономической эффективности стабилизации определяются с учетом реальных отклонений напряжения Uc (для действующих облучательных установок) или с учетом существующих норм и стандартов на качество напряжения (для проектируемых облучательных установок). Для оценки эффективности использовались статистические характеристики отклонения напряжения на шинах трансформаторной подстанции комплекса. С учетом предварительной информации измерения напряжения велись в диапазоне 0...20% от номинального. Анализ полученных данных показывает на существенный (до 18%) перерасход электроэнергии при сокращении срока службы ламп на 18—20%. В климатических сооружениях нестабильность UQ ведет к нарушению условий биологических экспериментов ввиду колебаний спектра и интенсивности излучения ГЛ. Компенсация отклонений Uc позволит снизить расход электроэнергии более чем на 25% и сократить годовую потребность в лампах на 20%.
облучательная установка
отклонение напряжения
учет
энергетические потери
эффективность
1. Беззубцева М.М., Гулин С.В., Пиркин А.Г. Менеджмент и инжиниринг в энергетической сфере агропромышленного комплекса. Учебное пособие. СПб.: СПбГАУ, 2016. – 152с.
2. Тихомиров А.А. Светокультура растений: биофизические и биотехнологические основы / А.А. Тихомиров, Шарупич В.П., Лисовский Г.М. – Новосибирск: Изд. Сиб. отд. РАН, 2000. – 213 с.
3. Гулин С.В. Энергетическая эффективность спектральных параметров облучательных установок селекционных климатических сооружений// Известия МААО, №18 – 2013 – C.8-11.
4. Гулин С.В. Регулирование мощности газоразрядных источников облучения растений в вегетационных климатических установках// Проблемы механизации и электрификации сельского хозяйства. – Краснодар, 2014 – C.232-235.
5. Гулин С.В. Энергетические потери в облучательных установках при нестабильности питания/ С.В.Гулин// Энерго- и ресурсосберегающие технологические процессы оптического облучения в АПК: Сб. научных трудов СПбГАУ. СПб., 1992.– С. 13-20.

В соответствии с данными биологических исследований [2] заданная спектральная плотность и интенсивность излучения газоразрядных ламп (ГЛ) являются важнейшими параметра­ми радиационного режима селекционных климатических сооружений (СКС).

До настоящего времени не выработана четкая методика оценки влияния на продуктивность растений колебаний спек­тра и интенсивности излучения, поступающего от ГЛ. Поэто­му при инжиниринге показателей параметров ГЛ ограничимся учетом материальных и энергетических потерь, вызванных перерасходом электроэнергии, увеличением установленной мощности и сокращением срока службы ГЛ [1].

Экономический эффект от внедрения устройств стабили­зации в действующие облучательные установки СКС будет определяться разностью между затратами на стабилизацию параметров ГЛ и дополнительными затратами, обусловлен­ными нестабильностью Uc. Тогда экономию от внедрения стабилизации Эс в общем виде можно представить как                                                     

                           Эс = Зл −(ЕиКс + Ис),                                                                                       (1)

где Зд – дополнительные затраты, обусловленные нестабиль­ностью Uс, руб.;

Кс – капитальные затраты на стабилизацию параметров ГЛ, руб.;

Еи – нормативный коэффициент оку­паемости капитальных вложений;

Ис – эксплуа­тационные издержки на стабилизацию, руб.

Дополнительные затраты, обусловленные отклонениями параметров ГЛ, в соответствии с общими положениями для осветительных установок [4] и с учетом специфики облучения растений включают в себя:

  1. Затраты (Зу) на установку дополнительных мощностей ГЛ для обеспечения гарантированного минимума облученно­сти физиологически активной радиации (ФАР) не ниже нор­мируемого. Сюда входят затраты на ГЛ, пускорегулирующую и установочную аппаратуру, на дополнительные мощности в энергосистеме .
  2. Затраты на дополнительно израсходованную электро­энергию (Зэ).
  3. Дополнительные затраты на приобретение и прежде­временную замену ГЛ в результате сокращения срока их службы (Зд).

Тогда суммарные затраты определятся как  

                             Зс = 3у + 3л + 3э.                                                                                              (2)

Рассмотрим составляющие Зс.

Сумма затрат на установку до­полнительных мощностей ГЛ для обеспечения гарантирован­ной облученности ФАР определится как

                            Зу = Рнл + Су + См)(Кд-1),                                                                           (3)

где Рн – номинальная мощность облучательной установки, кВт,

Сл, Су, См – стоимость 1 кВт установленной мощности ГЛ, пускорегулирующей аппаратуры, мощности в энергоси­стеме, руб.;

Кд – коэффициент дополнительно установленной мощности, определяемый по номограммам [5].

Затраты на дополнительно израсходованную электроэнер­гию определятся из выражения

                         Зэ= СэРнt(Кэ-1),                                                                                               (4)

где Сэ – стоимость 1 кВт.ч электроэнергии, руб;

К3 – коэф­фициент дополнительного расхода электроэнергии, определя­емый по тем же номограммам,

t – время работы облучательной установки, час.

Затраты, обусловленные преждевременной заменой ГЛ, можно представить в виде

                          Зл= (Сл + С3)(1–Клн                                                                                       (5)

где (Сл + С3) –стоимость 1 кВт ГЛ и их замены, руб.;

Кл– коэффициент сокращения срока службы ГЛ.

Исходные данные для расчета экономической эффективно­сти стабилизации определятся с учетом реальных отклонений напряжения Uc (для действующих облучательных установок) или с учетом существующих норм и стандартов на качество напряжения (для проектируемых облучательных установок). Величина экономического эффекта зависит от величины и дли­тельности отклонений напряжения, мощности облучательных установок, числа часов работы ГЛ в году, стоимости ГЛ и пускорегулирующей аппаратуры, затрат на устройства

В соответствии с изложенной инжиниринговой методикой была осуществ­лена оценка эффективности применения устройств стабили­зации в селекционном комплексе Всероссийского института растениеводства (ВИР). Комплекс включает в себя 3000 га селекционных теплиц и более 30 камер искусственного кли­мата. При этом более 70% потребляемой электроэнергии при­ходится на облучательные установки.

Для оценки эффективности использовались статистичес­кие характеристики отклонения напряжения на шинах тран­сформаторной подстанции комплекса. С учетом предвари­тельной информации измерения напряжения велись в диапа­зоне 0...20% от номинального. Вероятность попадания кон­тролируемого сигнала в заданный интервал Р(х) и средне­квадратичное отклонение σ(х) определялись циклически в целом за сутки и за три временных интервала по 8 часов. Результаты измерений приведены в таблице 1. Математическое ожидание отклонения напряжения в течение суток составило 24,5 В, что соответствует напряжению в контрольной точке сети 404,5 В. Величины математических ожиданий перерасхода элект­роэнергии, сокращения срока службы ГЛ, отклонения потока излучения ФАР и спектральных диапазонов приведены в таблице1.

Таблица 1 ‒ Математические ожидания отклонений основных параметров облучательных установок селекционного комплекса ВИР

         Параметры

       Тип газоразрядных ламп

ДМ4-6000

ДРИ-2000

 ДНаТ-400

ДРЛФ-400

Отклонение напряжения, %

6,3

6,3

6,3

6,3

Увеличение потребляемой мощности

 и расхода электроэнергии, %

17

15

16

18

Сокращение срока службы ГЛ, % 

20

18 

18 

18 

Отклонение излучения спектральных диапазонов, %

 

 

 

 

400 - 700 нм

32

28

26

22

400 -500 нм

20

19

24

500 - 600 нм

24

22

16

600 - 700 нм

79

68

35

 

Анализ полученных данных показывает на сущест­венный (до 18%) перерасход электроэнергии при сокраще­нии срока службы ГЛ на 18–20%. В климатических соору­жениях нестабильность UQ ведет к нарушению условий био­логических экспериментов ввиду колебаний спектра и интен­сивности излучения ГЛ. Математическое ожидание отклоне­ния интенсивности ФАР составило величину 22–28% номи­нальной. При этом отклонения излучения синего, зеленого и красного спектральных диапазонов доходят соответственно до 24, 22 и 68% от их номинальных значений.

При проектировании облучательных установок для теплиц и СКС нестабильность Uc учитывается в принятом коэффи­циенте запаса, величина которого доходит до 1,5 [3]. Это ведет к дополнительным потерям, обусловленный завышенной установленной мощностью облучательных установок.

Компенсация отклонений Uc позво­лит снизить расход электроэнергии более чем на 25% и со­кратить годовую потребность в лампах на 20%.


Библиографическая ссылка

Голубова О.С., Гулин С.В. ЭНЕРГОИНЖИНИРИНГ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК СЕЛЕКЦИОННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ // Международный студенческий научный вестник. – 2017. – № 2. ;
URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=16881 (дата обращения: 29.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674