автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Использование гелиоветроэнергетических установок для энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей Челябинской области

РГ6 од

1 "^¿ЛЯЙ'шшЯ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЫРШЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ОРЛОВ Владимир Леонидович

ИСПОЛЬЗОВАНИЙ ГЕЛИОВЕТРОЭНЕРГЕГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ДЛЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЧЕЛЯБИНСКОЙ ОБЛАСТИ

05.20.02 - Электрификация сельскохозяйственного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск,1993

Работа выполнена в Челябинском ордена Трудового Красного Знамени государственном агроинженерном университете.

Научный руководите.:;, - кандидат технических наук,

доцент Л.Л.Саплин

Официальные гшонеиты - доктор технических наук,

профессор В.Т.Благих

- кандидат технических наук, с.н.с. В.Т.Фсмичев

Ведудая организация - филиал Всесоюзного института

электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) г.Челябинска

Защита состоится " Ск^Г^АЛ 19ЭЭг. в /Л *%ас. на заседании специализированного совета Д 120.46.02 Челябинского ордена Трудового Красного Знамени Государственного агро-инхенеркого университета по адресу: 45-1080, г.Челябинск, пр. В.И.Лешша, 75.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "¡2. 7"¿/ыЗ 1993г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат

технических наук, доценг Л.Л.Саплин

¿¿А-

Актуальность теш« Прирост производства сельскохозяйственной продукции напрямую зависит от увеличения поставок энергии селу. Так, повышение урожайности за , д последних десятилетия в два-три раза сопровождалось ростом удельных(на единицу продукции) затрат энергии в 10-15 раз, а в остальных случаях - даже 50 раз (уголь, газ, нефть, ядерное топливо).

Использование традиционных источников энергии (угля, газа, нефти) вызвало ряд негативных эффектов: тепловое, хим -ческое, радиоактивное загрязнение среды в сочетании с быст лм уменьшением запасов этих легкодоступных видов топлива. По- .'ому все актуальнее становится задача экономки энергоресурсов. Использование их долкно проводиться с учетом местных условий, т.е.необходимо изменение структуры применяемых энергоносителей в пользу существенного увеличения доли нетрадиционных и возобновляемых источников. Опыт ряда зарубежных стран показывает, что такие источники энергии вносят определенный вклад в энергобаланс региона. В нашей стране этим энергоресурсам уделяется недостаточно вникания, на нал взгляд, по двум причинам:

1. Недостаточно исследований, направленных на оценку потенциальных возмо.-кностей использования какого-либо вида возобновляемых источников энергии (ВИЗ) в конкретном регионе.

2. Предлагаемые технические решения по использованию' ЗИЭ, как правило, не задерживали конкуренции с традиционными решениями, с точки зрения цен на топливо и электроэнергию, до ¿омента перехода страны к рыночным отношения;.;.

Цель работы. Определить возмолаюсти использования гелио-ветроэнергетических установок (ГВЭУ) для энергоснабжения сельскохозяйственных объектов в зоне Шного Урала..

Для достижения поставленной цели в работе решались сле->ущие задачи:

- определение удельных ветровых ресурсов области;

- определение корреляционной связи ыекду случайными ве-ичинами суммарной солнечной радиации и энергии ветра в гтрз-елах рассматриваемого региона;

- разработка математических (статистических) моделей внугриыесячной выработки энергии ветроустановкаш (ВЭУ) и 1 лиоветроэнергетическгчн установками (ГВЭУ).

Научная новизна рабэчы:

- На основании разработанных методик показаны технические возможности использования солнечной и ветровой знергш для горячего водоснабжения и теплоснабжения сельскохозяйстЕ них объектов региона.

- Впервые исследованы статистические характеристики си рости ветра в регионе и на основе их анализа произведено рэ ниросаиие территории Челябинской области по энергопотенциал

- Разработана схема энергетической установки (ГБЭУ), н визна которой защищена положительным решением на выдачу авт ского свидетельства.

- Исследована экономическая и энергетическая эффективность ГВЭУ на основе прогнозов уровня затрат на комплексен гетические ресурсы и районов размещения установок.

Практическая ценность работы

- Установлен годовой' и суточный ход скоростей ветра в регионе.

- О енены технические возможности в выработке энергии ветроэнергетическими гелиовстроэнергетическпш установкам для различных районов Челябинской области.

- Результаты расчетно-теоретическкх исследований в виде таблиц, графиков и математических (статистических) моделей : работки энергия ЪЭУ и ГВЭУ, могут быть использованы при про« тированик ВЭУ и ГЗЗУ для энергоснабжения сельскохозяйствен^ объектов на Скком Урале.

Реализация результатов исследования

11а основе разработанной методики определения кадастровых ;арахтерис?ик скорости ветра создан проект размещения ВЭУ на гетней доильной площадке.

Результаты исследования использовались также при создании 'кспериментальной гелиоветроэнергетическон установки в совхоз Калининский" Брединского района Челябинской области. Летом 990 года ГВЭУ была смонтирована и пущена в эксплуатацию на детей доильной площадке для горячего водоснабжения.

Апробация работы. Результаты работы и исследований доло-ены и обсузздены на научных конференциях ЧГАУ (Челябинск,1989-1993гг.; научно-технологической конференции ВНИЛТШЭСХ (Зерно-рад, 1991г.); научной конференции Азово-Черноморского институ-а механизации сельского хозяйства (Зерноград, 1991г.); Всесо-зном научно-техническом сешнаре "Нетрадиционные электротехно-згии в сельскохозяйственном производстве и быту села" (Каци-эли, 1991г.).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 аучннх работ, в том числе I положительное решение на авторше свидетельство.

Структура и объем работ». Диссертация состоит из введет, пяти глав и заключения, изложенных на 22 У стр. иааино-(сного текста, содержит 36 рис., 3? табл., список лите-[турьг, включающий /22 наименований и приложения на стр.

СОДЕРЖАНИЕ РЛШШ

Во введении дано обоснование актуальности диссерташон-й работы, сформулированы цели и задачи исследования,выделены новные положения, имеющие научную новизну и практическую цен-сть.

В первой главе "Пути экономии энергетических ресурсов в

Челябинской области за счст нетрадиционных возобновляемых источников энергии солнца л ветра" представлены результаты анализа развития сельскохозяйственного производства Челябин ской области как зоны йггного Урала. Зависимость между объем М1! сельскохозяйственно?! продукции, произведенной каким-либо районом области, и э^"ргоресурсоп, потребленных этим ке рап ном, может бьггь выражена уравнением прямой линии

г/ ~ (!)

где "У - валовая продукция, тыс. руб/100 га; о

- суммарное энергопотребление, т у т/100 га;

С1, 8 „ - расчетные коэ^фщпекты:

£ - 33- ■ ■ ЗЯ /776^. /><;£/ /¿70 гя .

Она показывает, что увеличение выхода валовой продукци! в области потребует увеличения ¡энергопотребления.

В то же время в последние' годи в области наблюдался не рост потребления энергоресурсов, а наоборот, их снижение. Следовательно, целенаправленное и планомерное внедрение возе новляемых источников энергии может покрыть часть дефицита в энергобалансе сельскохозяйственного производства области ка! на близкую, так и на отдаленную перспективу.

В связи с этим ншо исследование преследовало следующие задачи:

- определение удельных ветровкх ресурсов области;

- определение корреляционной связи между случайными величинами суммарной солнечной радиации и энергии ветра;

- разработку математических (статистических) моделей энутрикесячноЯ ькработкп энергии ¿¿У и ГБ&У.

Во ртороЗ главе 'Теоретические исследования ветроэнерге тических ресурсов Челябинской области" посвящены определения кадастров;^ характеристик скорости ветра. Здесь приводятся

- £>

18зультати исследования ветроэнергетических ре рсов и техни-о-зксплуатационгик показатели ВЭУ в различных районах Челя-пнской области.

Районирование Челябинской области по энергопотенииалу егра проводилось с использованием средних скоростей ветра за О-летннй период по 26 метеорологическим станция).! Челябинске? бластя, приведенкьх к условиям открытой местности на плоски . выпуклых формах-рельефа (класс открытости по З.Ю.йыевскг .у г 6 б и вьше) и высоте 10 метров от поверхности земли.

Территория области разбита на четыре зоны, внутри кото-:вс размах колебаний скорости ветра составил I м/с. Последую-ie исследования режима ветра п этих зонах подтвердили, что ¡¡деление зон по значениям средних скоростей по сути дела.при-)дит к типизации территории по ее онергопотенциалу. Так, при греходе от одной ветровой сони к другой коэффициент вариации ¡меняется в среднем на 10$. Коэффициент асспметрпи также изне-ютсн: в двух первых ветроиьк ооках кривые распределения ско-|сти ветра имеют отрицательную косость. D первой зоне она вы-жена сильнее: С& = - 0,96; во второй = - 0,32; в етьей зоне ¿За- = 1,22 (положителен). В годовом ходе козффи— ент асимметрии такте претерпевает изменения. Причем в теплий риод года происходит смещение фактического ряда распределе-я з левую сторону, т.е. в область повторяемости низких скоро-ей.

Для выравнивания плотности распределения скорости ветра работе использован первый тип кривой распределения Пирсона, торзя имела наилучшее соответствие мезду наблюдаемыми расселениями скоростей ветра по критерию ~~Х.2*

Используя эту кривую распределения, получени потенциаль-э технические ресурсы энергии ветра.

Потенциальные удельные ветуоэнергоресурсы определяется здугащш образом:

среднемесячная удельная энергия ветра

К/у = Wfyrgft И ,

(2)

где Т - число часов в месяце;

^ - плотность воздуха, кг/м3;

- число градации скорости ветра;

К' - скорость ьетра ^ -ой градации, м/с;

¿¡1 - продолжительность скорости ветра в относительных единицах определяется по кривой распределен«! Пирсона

среднегодовая удельная энергия ветра /л —

ЛОТ ~ г

\%8г = ^4?,,/ » ЛкА^ (3)

Технические удельные ветрознергоресурсы как месячные

где Ср - коэффициент использовашя онергии ветра;

, - КПД редуктора и генератора;

, ЪГ/пах - минимальная, расчетная, максимальная рабочие скорости ВЭУ, м/с;

Уь - текущее значение скорости ветра, м/с Годовые

/<2 тс к

* , Дк/мг (5)

у--/ </

Перспективы развития ветроэнергетики в различных районах Челябинской области оцениваются на примерах эксплуатации конкретные ветроагрегатов. В табл.1 приведены расчеты производительности ВЭУ для подъема воды ( м3 > и выработки онерпш(МДж) для каждой ветровой зоны.

.„"и-^п^и^агалиашша показатели' БоУ в различных Еатроьщс зонах Челябинской области

Ветровая Тип ВЗУ Сезонная производительность Годовая Коо&йшиент

зона зима весна лето осень производительность использования установленной местности ВЙУ. Ч-

т УБМв-4 4,0. нЯм3 3,9Л03м3 3,8.103;-!3 4,0. 1С3м3 1,6Л04м3 90

АВЗУ-6-4М 2,4Л04МДк 2,1Л04МДк 1,8Л04МДк 2,2Л04МДк 8,5.10'МДк £8

-750 3,4 Л0%Дк г.зло^щж 1,5 Л0%Дж 2,6.10%Д»; 9,8.10^« 41

П УВМв-4 2,7Л0эм3 3,0. Ю3м3 2,8.103м3 3,0 ЛО3 1,2Л04М3 66 М

АВЕУ-6-4М 7,8Л03МДк 7,З.Ю3МДк . 5,0. ЮэМДк 7,9л03мдж 2,8.ю4мдк 22

ш УЕМв-4 1,8Л03м3 2,2Л03м3 2,1.Ю3м3 2,1Л03м3 8,8. Юэк8 47' '

АВЗУ-6-4М 3,ЗЛ0эВДк 4,9Л03МДж 3,4. Ю3МДк 4,ЗЛ03ВДк 1,6Л08МД» 13

1У УБМв

,0,8Л03мэ 1,1.Ю3м3 0,9. ГО3»!3 0,8. Ю^у3 З,6.103м3 21

Б третьей главе "Разработка методики расчета выработки энергии гели0£етрэзкерге?ическк!.';и установками (ГВЗУ)" приведены методика расчета п^гпО'отки энергии гелноветроэнергетическими установками и рэз^льт-ати исследования технических гелио-ветрознергетических ресурсов в регионе.

Поступающая солнечная радиация и скорость ветра во вре-кенк носят сяучайн! характер, и каждая из них описывается своим законом распределения. Общая энергия зтпх источников определятся как случайная величина двухмерного закона распределения 4 с х , О).

Плотность распределения 4 ( х. у )

определяется в

зависимости от связи мезду суммарной солнечной радиацией I! энергией ветра. Если связь существенна, то

у/х/ц) = Ц>/Ух) (6)

если нет, то где

условные законы распределения;

А

(V)

^/¡К) ~ плотность распределения энергии солнца;

¿М-

плотность распределения энергии ветра.

Известно, что причиной возникновения ветров является поглощение земной атмосферой солнечного излучения, приводящее к расширению воздуха и появлению конвективных течений. Основываясь на физике образования движения огромньх масс воздуха, била выдвинута гипотеза о существовании корреляционной связи кезду плотностями распределения энергии солнца и ветра. За исходные дат те для определения корреляционной зависимости между суммарной солнечной радиацией и энергией ветра взяты 10-летние ряды наблюдений, четырех акткнокетричееккх станциГсВерх-нее Дуброва, Кушарево, Памятная и Руднкй.

- р _

Коэффициент корреляции и корреляционное отноления рассчитаны для четкрех центра иных месяцев года и летнего сезона. Анализ расчета показал слабую стохастическую связь мегду кзу-чаемь^.п! распределения?.:!: тая, коэффициент коррелят«: по абсолютной величине не превклает значения 0,1, а корреляционное отнояаис - 0,3 (табл.2).

Таблица 2

Результаты парной коррелят»! мезду суммарной солнечной радиацией и энергией ветра

КРс'вязТ Я^ь Кань ОктяСрь ить<$™;

август

Г - 0,012 0,01 -0,034 0,02 О.Ооб

- 0,125 0,120 0,23 0,152

0,27 0,18 0,189 0,41 0,12

-¿та$ Г/а 1,56 1,96 1,55 1,96 1,96

¿Гаг? f/я> 2,5В 2,Б8 2,58 2,56 2,50

0,21 0,1? 0,56 0,35 1,67'

На основании этого сделано следующее зеклаченио: в исследуемой зоко етлду поступавшей радиацией и энергией ветра связь не обнаружена. Поэтому в дальнейгих расчетах псстут.-.ас-:цая солнечная радиация к энергия иетра будут рассматриваться как два взаимно независимых случайных распределена л энергией. Следователи«, суммарная выработка йокбширзшкзй установки ГЗЭУ определится как алгебраическая суша п»-работки энергия

вэу « гзу.

Налнчиз сложных законов распределения© по когорт определяется суишрн&л солнечная радиация и энергая ветра, затрудняет оценку гелиоаетроэнергетаческого ресурса области по эдра-г.с1шо (7), так как получается громадно о ан&Дйтаческое гкряжекяч

с большим числом параметров. Поэтому бил побран путь статпстичз-с.кого моделирования выработки энергии ВЭУ и ГЗУ с использованием метода .'.'онте-Карло. Для чего среднесуточная скорость ветра и про дода.теяьность солнечного сиышя моделировалась с покоцья ЭВМ, т.е. имитировалась сатуаин , которая сложится в очередной день, причем эта информация основана на законах распределения энергии солнца и ветра.

£лск-схе!.ш моделирования суточных значений энергий солнца и terpa за рассматриваем'! период представлены на рис.1 и 2. Полученные значения Еыработки энергии ГЭУ и ЗЭУ усредняются после IQO-кратнсй повторности расчетного периода (месяц, сезон, год

В четвертой главе "Результаты экспериментального исследования гелиоветроэнергетического комплекса для горячего водоснабжения летней доильной площадки" даются описания и основные характеристика производственно-экспериментальной гелноветро-энсргетической установки. Приведены результаты экспериментальной проверки теоретических положений по оценке выработки энергии ВЭУ, ГЭУ и ГВЭУ.

Согласно методике проведения эксперимента велись наблюдения са скоростью ветра, суммарной солнечной радиацией, поступающей на горизонтальную и наклонную плоскости, продолжительностью солнечного сияшя, температурой окружающей среды. Синхронно метеорологическим измерениям проводились специальные. Работа ГЭУ контролировалась с помочью датчиков температуры в восьми точках гелиосистемы. Наблюдения за работой ВЭУ включали в себя учет выработки энергии, электрической мощности, напряжения, тока и частоты. Наблюдение за пыработкой энергии ГВЭУ проводились с помощью трех датчиков те-/,. =ратуры {верхний, средний, нижний) бака--аккуыулятора, на которь работали ГЭУ и ВЭУ. Сравнительный анализ экспериментальных и \ »счетных данных выработки энергии ВЭУ и ГВЭУ показал даовлетв штельную сходимость (табл.3 и 4). В результате испытания г.-зиоветроэнергетической установки рассмотрены ее отдельные ол ленты. Для ветроагрегата АВЭУ-6-4Ы была определена характерней. m мощности на "разгонном" участке (3,5 < V^ 9 ы/с) его динамической характеристики p-j'/'zf/

I Сг.е; V; б ¿\.о; /V; А: л^-<; \У.У?

т. о;<&нЧиС.,с~В.С! 1&ю)}-о.н(Рт)')

Ёи

_4.............. ~

, ¿зг Км ЧУл^-У««^, «--¿¡'Г»

(/^ц )

Рис.1.Блок-схема моделирования внугримесячных значений выработки удельной энергии ВЭУ

aw;ot;a;Ct;<!t;R-,s>.t: 5п. ;I -1---1.----1

/ > fat* J fa*?' CiX.^ ¿¡¿"'¿¡i** --Á i

-'V * л'Г • J.T ]

Kíc.-o.jsiin-Zia

ll "«1

1 I

¿J

1

Рйс.2,"Елок-cxei/.a расчета удельной наработки теплоЕой с.ч=ргки

- # -

Таблица 3

Расчетные и эксперименталыше значения выработки энергии ВЭУ

Результата расчета ГДж по в ГДк разным методикам_ опыт

П главы £! главы

%Г

Зима 7,4 7,2 6,9

Весна 7,2 . 7,6 6,5

Лето 5,9 5,6 4,2

Осень 7.1 7,2 7,0

За год 27,9 27,7 24,5

Таблица 4

Расчетные и экспериментальные значения выработки энергии ГВЭУ

Месяц Выработка знерпгн. ГДк

расчет опкт • расчет опыт расчет опст

ГВЭУ ШУ • ГЭУ ГЭУ ВЭУ ВЭУ

Коль 3,6 3,1 2,5 2,1 1,1 1,0

Сентябрь 3,6 3,3 1,5 1,1 2,1 2,2

-

отсутствующей в паспортных данных, необходимая для оценки производительности БЭУ. Дня гелиоустановки определены экспериментальным путем величины, иеобходише для расчета тепло-производительности ГЗУ.

Результаты выработки тепловой энергии ГВЭУ показали принципиальные возможности использования ГВЭУ в условиях Челябинской области для целей горячего водоснабжения. Так, обеспеченность горячей водой летней доильной площадки составляет 70-94/Ь, что хорошо видно из диаграммы температурного режима в бане-аккумуляторе (рис.3).

В главе пятой "Исследование экономической эффективности и оценка энергетической эффективности гелиоветроэнергети-ческих установок для горячего водоснабжения и теплоснабжения" приводятся результаты исследования эффективности ГВЭУ для теплоснабжения в условиях региона. Оценка эффективности ГВЗУ носит исследовательский характер, так как на принятие решения об использовании возобновляемых источников энергии накладывается неопределенность многих экономических показателей (цени на топливо, материалы и т.п.). Для повышения надежности расчетов эффективности ВИЗ обычные экономические расчеты дополнены оценкам! энергетической эффективности - сопоставление затрачиваемой и получаемой энергии или определения срока энергетической окупаемости ГВЭУ при замещении источника на органическом топливе,

Технико-эконошчезкое сравнение вариантов традиционного теплоснабжения от котельной и вариантов с участием ГВЭУ проведено в соответствии с общепринятой методикой по приведенным затратам. Об эффективности использования ГВЭУ, участвующей совместно с котельной установкой в покрытии тепловой нагрузки.можно говорить в том случае, если затраты сэкономленного топлива гелио-ветроэнергетическоГ: установкой будут равны или превысят приведенные затраты в ГВЭУ. В связи с этим выполнены расчеты двух вариантов теплоснабжения: одна котельная установка и второй - ' котельная и ГВЭУ, причем принято условие, что котельную н гелио-ветроэнергетическую установку обслуживает один и тот же персонал. Приравнивая приведенные затраты первого варианта ко второ-

ЛТТГП1! i i í i Í

П <S <7 íí At ti :í 1/ !) л J f £ ¡ 10

¿JfC/ii alrt/cr

G - м.':грув вопы за счет анергии солнца Q - нагрев вопы за счет онергии ветра

Рис.3. Диаграмма температурного ре.тама в баке-акь\№уляторе

Рис;4.Номограмма■ для.определения предельных приведекнисза1рат.;Э'„ГВЗУ-, при которых она эф-4вктивна<:'в'>-гой кли'нной зоне региона" в зависимости от затрат на топливо

/¿г -

му, ползаем приведенные удельные капиталовложения в ГВЭУ в функции от сэкономленного топлива. Экономия топлива ГВЭУ зависит от сони размещения комплекса в регионе, т.е. от числа часов использования установленной мощности ГВЭУ в году.

й связи с этим получено выражение для определения удельных приведенных капиталу вложений в ГВЭУ от числа часов использования установленной мощности ГВЭУ и удельных приведенных затрат на топливо у потребителя.

,, г&зч „ -л / „

Кп^ *С,6/./0 Ртох-от , руб/кЗт (в)

I га-?;/

где /у.'псух - число часов использования установленной мощности ГВЭУ в год, ч;

Зт

- удельные приведенные затраты на топливо у потребителя, руб/т у.т

На рис.4 приводится номограмма для определения предельных приведенных затрат в ГВЭУ, при которых она эффективна в той или иной зоне региона в зависимости от удельных затрат на топливо.

В настоящее время денежные критерии оценки эффективности требуют подкрепления другими достаточно стабильными законами, не подвластными коньюктурнда случайностям.

Вся бестопливная энергетика, базирующаяся на ВИЗ, при включении ее в энергетический комплекс, должна удовлетворять требования: давать экономию большую, чем затраты в энергетическом эквиваленте на ее создание. Очевидно, бессмысленна установка ВИЭ, на создание которой расходуется больше энергии,чем она вырабатывает за срок службы. Поэтому вами™ показателем для них является определение срока энергетической окупаемости. Так как Г'ВЭУ участвует а покрытии тепловой нагрузки совместно с котельной, то она покрывает часть этой нагрузки и тем самым экономит дефицитное топливо.

Зная сэкономленное топливо, можно определить, за какой срок оно покроет энергетические затраты на создание ГВЭУ:

- tó -

-ГВЭУ

где Ьсгр - энергия, затраченная на строительство ПВЗУ, ВДж;

"¿ох - срок энергетической окупаемости, год; ¿¡В - сэкономленное за год топливо ГВЭУ, Р>!Дж

Г8ЭУ J

Естр * ¡Е"7п'гл

(Ю)

ГПр - масса П -го материала, используемого при строительстве ГВЭУ, кг;

■^п - энергетический эквивалент л -го материала, учитывающий удельные затраты отргии на изготовление материала с учетом добычи и обогащения руды, плавки металла, проката н т.п., Ь'Дк.

■ При проектировании ГВЭУ с использованием Еыражшия ( 9 ) для оценки энергетической эффективности будут возникать трудности, связашые с тем, что в комплексе для разных технологических процессов будет постоянно меняться соотношение между установленными мощностями ВЭУ и ГЭУ в зависимости от района,где будет использоваться комплекс. Поэтому пришлось в выражении

( 9 ) ввести коэ^фщиенгы & , íS/ и : /у- • J = £crS

¿:¿n=> £oré

> At ~ установленные мощности ГЭУ и ВЭУ в ГВЭУ.

С учетом этих коэффициентов выражение ( 9 ) можно записать следующим, образом: /У V

toK - -^Т^ЖТ 'гояы (п)

По выражению (II) был определен срок энергетической окупаемости экспериментальной установки ГВЭУ при условии, что она совместно с котельной участвовала в покрытии тепловой нагрузки,

-' //

о» составил 3,0 года.

Проводимая работа по оценке гелисветровкх ресурсов 5! возможности их использования в технологических процессах с.х.производство, позволила создать аффективную схему энергетической установки, ко!!Плексно используюздую энергию солнца и Еетра. Новизна ее защищена поломггелъкш решением на выдачу авторского свидетельства .

еьшоды и предложения

1. Днплиз работ в области ге.тио-и ветроэнергетических установок для горячего водоснабжения и теплоснабжения автоном-¡пк сельскохозяйственных потребителей, находящихся в Челябинской области, свидетельствует, что одним из перспективных направлений энергосбережении является создание и внедрение установок, комбинированно испэльз;лгднх энергии солнца и ветра.

2. На основании обработки Ю-летши рядов госыг^срочних наблюдений по 26-ти метеорологическим станциям области разработан ветровой кадастр области. По результатам расчета ветроэнергетического кадастра Челябинской области бкдо осуществлено районирование. Выявлены четыре характерные ветровке зонн; наиболее высокая эффективность работы насосных и электрических ВЭУ отмечается в первой зоне, где коэффициент использования установленной мощности в зависимости от типоразмера ВЭУ изменяется от 90 до С6%. При переходе от первой к другим ветровым зонам наблюдается пометное ухудшение режима эксплуатации ВЭУ на 17-27% для второй

и третьей зон, четвертая зона не эффективна для ветроиспольэова-ния.

3. Проведена оценка парной корреляции между суммарной солнечной радиацией и энергией ветра. Результаты расчетов показали, что в исследуемой зоне между поступающей радиацией и энергией ветра связь не обнаружена. Поэтому в дальнейших расчетах поступающая солнечная радиация и энергия ветра рассматривались как два взаимно независимых случайных распределения, а суммарная выработка комбинированной установи! ГВЗУ определялось как алгебраическая сумма энергии ВЭУ и ГЭУ.

4. Разработаны статистические «одели выработки снерпти В5У

// -

и ГЭУ, где с помощью эвм моделировались среднесуточные значения случайных величин с заданными законами распределения, а потом эти среднесуточные значения использовались для расчета выработки энергии ВЭУ и ГЭУ. Результаты расчетов показали, что среднегодовые значччня годовых выработок энергии вэу по сравнению с гэу в 14-15 раз больше в первой, в 4-5 раз - во второй и в 2-3 раза - в третьей ветровых зонах. Такое превышение выработки энергии вэу объясняется сезонным использованием гэу в нашем регионе.

5. Результаты натурных испытаний производственно-экспериментальной гвэу на летней доильной плоцадке показали, что она способна в течение летнего сезона снабжать площадку горячей водой с обеспечением 70-94$. Для 100^ обеспеченности необходим дублирующий источник энергии. Сравнение экспериментальных значений выработки тепла с расчетными доказало возможность использования статистических моделей для расчета выработки тепла гвэу. Некоторые расхождения

( - в 6%) мозшо объяснить тем, что климатические характеристики являются относительно стабильными и изменяются,как правило, в пределах - 15, реже £ 20% средне многолетнего значения.

6. Получена опытным путем характеристика мощности ветроагре-гата ЛВЭУ-6-4М, необходимая для оценки производительности вэу, Получена зааиснмость_оффектнвности солнечного коллектора от параметра (~£о )/ А'-г , необходимая для расчета теплопроизводи-телыюстк ГЭУ.

7. Предлагаемая методика определения предельных капиталовложений в ГВЭУ от показателей экономии топлива позволяет на стадии проектирования систем теплоснабжения с использованием возобновляемых источнк.сов энергии определить в регионе зоны эффективного использования ГВЭУ от затрат на топливо у потребителя, где она будет работать в качестве источника энергии.

8. Разработана методика определения срока энергетической окупаемости ГВЭУ. Энергетических затрат ка установленный киловатт ГЭУ в ГВЭУ требуется 12000 ВДж/кБт, в ВЭУ - 30000 ВДж/кВт. Гелиоветро-энергетичвекая установка работает совместно с котельной и экономит де$мцитное топливо. За три года сэкономленное топливо покроет энергетические затраты на создание ПЭЗУ. Предлагаемая методика позволит проектировщикам на стадии проектирования ГВЭУ определить минимальный срок 9нергетической окупаемости установки в зависимости от кли-

- t9 -

мйтпческих условий региона и от соотношения установленных мощностей ГЭУ и ВЭУ в комплексе.

9. По результатам проведенного исследования разработана эффективная схема энергетической установки, комплексно использующая энергию солнца и ветра. Новизна предлагаемой схемы защищена решением на выдачу авторского свидетельства.

Основные положения диссертации изложены в следущих работах :

1. Саплин Л.А., Орлов B.JÎ. Уточненная методика опенки энергетических характеристик ветра для зоны Юйсного Урала//Сб.науч. тр./ЧИ.МЗСХ. Челябинск, 1990, с.VI-75.

2. Саплин Л.А., Орлов й.Л. Результаты экспериментальных исследований гелиоветроэнергетического комплекса//Сб.научных тр./ • ЧГАУ, Челябинск, 1991, с.83-8-1.

3. Саплин Л.А., Иерьязов С.¡С., Орлов В.Л. Гелиоветроэкерге-тический комплекс для летней доильной площадки на 200 голов.

11нформ.листок № 54-91. Челябинск: ЦНТИ, 1991, - 4 с.

4. Положительное решение на ввдачу г.с. по заявке 4939675/ 06/044424 МКИ Г 03 Д 9/СО. Энергетическая установка. Л.А.Сапяин, В.Л.Орлов, Р.Ф.&усов, С.К.Шерьязов от 12.12.91.

5. Саплин Л.А., ¡Серьгаоо С.К., Орлов Б.Л. Использование ге-лиовотроэноргетических установок для энергоснабжения сельскохоэяй-стаенного производства в условиях Ккного Урала. Tej.до кл.Beессюз. науч.-техн.семинара (ноябрь 1991, Кэииегли-Кркм), "осква, IS9I.

6. Саплин Л.А., Шерьязов С.К., Орлов З.Л. Комплексное использование возобноадяемкх источников энергии в сельскохозяйственном производстве. Tes.докл.республ.нпуч.-техн.коиф». Использование солнечной энергии в народном хозяйстве. Ташкент, 1991.

?. Оценка ресурсов возобновляемых источников энергии в Челябинской области. Отчет ЧИ.\&СХ, 1990, № го с. регистрации ÛI66002232I. Руновод. Л. А.Саплин.

подписано х ne/Q/nv ОС.OS 93 РоРпат 60*Ç0. -//6 Тирс? rc fû(7 ж s За ¿аз л- 27С 4т/1 У