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:
- 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 .
- Затраты на дополнительно израсходованную электроэнергию (Зэ).
- 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 = Рн(Сл + 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–Кл)Рн (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%.