CC BY
18Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(30), 2018 г., [112-130] УДК 621.22:626.81:631.672
С. М. Васильев, В. Л. Бондаренко, Г. Л. Лобанов, Д. В. Бакланова
Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ДЕРИВАЦИОННОЙ ОРОСИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
Целью исследований являлось моделирование использования энергетического потенциала водных ресурсов деривационной оросительной системы. При решении практических задач по совершенствованию технологии использования водных ресурсов на обводнительно-оросительных системах (ООС) возникла необходимость в моделировании процессов функционального взаимодействия ООС с природными средами в составе природно-технической системы «природная среда - ООС - население». Такие модели могут иметь различные виды, от чисто физических при исследовании процессов взаимодействия различных типов гидротехнических сооружений с водным потоком до чисто математических при моделировании различных вариантов технологических схем функционирования ООС. По результатам системного анализа с использованием конвергентного подхода к оценке влияния экологически приемлемых функциональных и конструктивных характеристик ООС в пределах рассматриваемой территории бассейновой геосистемы было определено направление совершенствования технологии использования водных ресурсов на орошаемых землях. На примере расчета деривационной оросительной системы на площади 3106 га (в Петровском районе Ставропольского края), где размещены 42 дождевальные машины, установлено, что по варианту размещения микроГЭС на дождевальной технике потребуется 42 микроГЭС мощностью 10 кВт (каждого гидроагрегата), суммарная мощность составит 420 кВт. По второму варианту с размещением малой ГЭС на подводящем магистральном трубопроводе потребуется установка двух генерирующих агрегатов, включая один аварийный (запасной), мощность каждого из них составит 450 кВт (с учетом потерь напора на гидроагрегатах).
Ключевые слова: моделирование, энергетический потенциал, водные ресурсы, гидроэлектростанция, микроГЭС, бассейн суточного регулирования, гидротехнические сооружения, деривация, оросительная система.
S. M. Vasilyev, V. L. Bondarenko, G. L. Lobanov, D. V. Baklanova
Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems, Novocherkassk, Russian Federation
MODELING OF POWER POTENTIAL USAGE OF WATER RESOURCES OF THE DIVERSION IRRIGATION SYSTEM
The aim of the research was to simulate the use of the power potential of water resources in the diversion irrigation system. When solving practical problems on improving the technology of water resources use on the watering and irrigation systems (WIS), a need to model the processes of functional interaction of WIS with natural environments as part of the natural-engineering system "natural environment-watering-irrigation system-population" emerged. Such models can have different types, from purely physical ones when studying the interaction processes of various types of hydraulic structures with water flow to purely mathematical ones when modeling different versions of technological schemes for the functioning
of the environment. As a result of the system analysis with the convergent approach to the assessment of the impact of environmentally acceptable functional and design characteristics of the WIS within the considered area of basin geosystem the direction of improving the technology of using water resources on irrigated lands was determined. By the example of calculating the diversion irrigation system on an area of 3106 hectares (in the Petrovsky district of the Stavropol Territory), where 42 sprinklers are located, it is found that according to the variant of placing the small scale hydrapower unit (HPP) on sprinkling equipment, 42 micro HPPs of 10 kW(each hydroelectric unit), the total capacity will be 420 kW. By the second variant, with the installation of a small HPP on the supply main pipeline, two generating units will be required, including one emergency (spare) power, each of them will have a power of 450 kW (taking into account the pressure losses on the hydroelectric units).
Key words: modeling, power potential, water resources, hydroelectric power station, micro hydropower station, daily runoff pool, hydraulic structures, diversion, irrigation system.
Введение. Для устойчивого развития различных видов хозяйственной деятельности на современном этапе социально-экономического развития, как свидетельствуют реалии, требуются новые технологии в процессах управления водными ресурсами и их использования. Установлено, что одним из основных водопотребителей является сельскохозяйственное производство на орошаемых землях.
Результаты проводимых исследований по использованию водных ресурсов в технологических процессах обводнительно-оросительных систем (ООС) свидетельствуют о необходимости применения системного и конвергентного подходов при совершенствовании используемых и создании новых технологий [1-4].
В результате анализа применяемых технологий использования водных ресурсов на ООС на примере Ставропольского края было установлено, что для обеспечения функциональной работы дождевальных машин (создания необходимого рабочего напора воды в закрытой оросительной сети (ОС) трубопроводов, обеспечивающего оптимальный режим дождевания) применяют стационарные или передвижные насосные станции (НС). Движение дождевальных машин обеспечивается дизель-генерирующими агрегатами, которые устанавливаются непосредственно на них.
Движение дождевальной машины кругового действия может осуществляться путем гидропривода, требующего дополнительного рабочего
давления в подводящей системе трубопроводов. Оно обеспечивается НС с соответствующим расходом невозобновляемых ресурсов, низким КПД (0,30-0,35) и, соответственно, недостаточным уровнем экологической приемлемости (ЭП) используемой технологии, при этом ЭП является определяющим фактором экологической безопасности (ЭБ).
Совершенство технологии использования водных ресурсов определяется рядом системных показателей, наиболее важными из которых являются энергозатраты, функциональная возможность использования природных характеристик и расположение водоисточника в рассматриваемых пространственных пределах бассейновой геосистемы. Такой системно-методологический подход обуславливает рассмотрение ООС в составе природно-технической системы (ПТС) «природная среда - ООС - население» («ПС -ООС - Н»), функционирующей в пространственных пределах бассейновых геосистем [5, 6]. Характерным примером являются ООС Большого Ставропольского канала (БСК) с суммарной площадью орошения 203,1 тыс. га, которые используют водные ресурсы Верхней Кубани до 2 км3/год.
На основе синтеза результатов проводимых исследований процессов взаимодействия природных составляющих компонента «природная среда» («ПС») с техногенными составляющими компонента «ООС» и компонентом «Н» (население, проживающее в зонах влияния действующих ООС) было установлено отсутствие системного единства в рассматриваемых ПТС. Системное единство природных и техногенных компонентов и проживающего населения в исследуемых ПТС, как было установлено, базируется на принципах системной целостности, отражения объективной реальности, востребованности, экологической приемлемости, которыми управляет доминирующий принцип главенствующей роли целостности.
Принцип системной целостности на действующих ООС БСК обуславливается целостностью, имеющей свою внутреннюю структуру, которая включает в себя взаимосвязанные и взаимодействующие между собой
компоненты ПТС «ПС - ООС - Н» в виде природных сред, различных типов сооружений, дождевальных машин и сопутствующих устройств для выполнения целенаправленных функций по использованию водных ресурсов на орошаемых землях и обводнению засушливых территорий.
Отражение объективной реальности на действующих ООС БСК выражается рациональностью использования геоморфологических характеристик в технологических процессах использования водных ресурсов, которые в определенной степени обуславливают совершенство используемой технологии, например при поливе дождеванием.
Востребованность ООС БСК в составе рассматриваемых ПТС «ПС -ООС - Н» определяется, с одной стороны, жизненно необходимыми потребностями «Н», а с другой стороны - обеспечением ЭП действующих ООС.
Принцип главенствующей роли целого в рассматриваемых ПТС определяется процессами неотъемлемой взаимосвязи компонентов данной системы с природными компонентами, под воздействием которых происходят естественные процессы формирования водного стока в пространственных пределах рассматриваемой бассейновой геосистемы (в данном примере Верхней Кубани (^гек = 113300 км3), водные ресурсы которой
используются на ООС БСК). Техногенная составляющая принципа главенствующей роли целого в функционировании ООС в составе ПТС является последующим системным звеном практического использования водных ресурсов на орошаемых землях. Исследованиями установлено, что техногенная составляющая находится в полной зависимости от функциональных, конструктивных характеристик ООС и уровня ее ЭП, при этом важными показателями являются ресурсоемкость и энергоэффективность используемой технологии полива и обводнения территории [7].
Системное изучение функциональных и конструктивных характеристик ООС и уровня ее ЭП выявило определенные противоречия между естественными процессами формирования водных ресурсов и технологиями их
использования на орошаемых землях. Эти противоречия обусловливаются недостаточным уровнем ЭП в части ресурсной и энергетической эффективности. Следовательно, для повышения уровня совершенства технологии использования водных ресурсов на ООС требуется повышение уровня ЭП.
В связи с этим целью настоящих исследований являлось моделирование использования энергетического потенциала водных ресурсов ООС (на примере деривационной оросительной системы в пределах предполагаемой к строительству V очереди БСК).
Материалы и методы. На основе системного анализа с использованием конвергентного и системного подходов к оценке влияния ЭП функциональных и конструктивных характеристик ООС в пределах рассматриваемой территории было определено направление совершенствования технологии использования водных ресурсов на орошаемых землях.
Это направление связано с применением принципов «природоподо-бия», представляющих собой своеобразную «копию» природных систем по преобразованию форм энергии с тенденцией снижения роста энтропии. Применительно к ООС БСК «природоподобие» выражается в использовании потенциальной энергии водного потока в технологии использования водных ресурсов. Так, перспективным является использование малых и микроГЭС для реализации внутрисистемного энергетического потенциала ООС и выработки электрической энергии [8-10].
При решении практических задач использования принципов «приро-доподобия» для совершенствования технологии использования водных ресурсов на ООС возникла необходимость в моделировании процессов функционального взаимодействия ООС с природными средами в составе ПТС «ПС - ООС - Н». Такие модели могут иметь различные виды, от чисто физических при исследовании процессов взаимодействия различных типов гидротехнических сооружений (ГТС) с водным потоком до чисто математических при моделировании различных вариантов технологических схем функционирования ООС.
Результаты и обсуждение. В целях автоматизации модельных расчетов деривационной оросительной системы (горной или предгорной зоны) с использованием малой или микроГЭС авторами разработана программа для ЭВМ1. В качестве примера была рассмотрена математическая модель варианта «водозабор из БСК-У - орошаемый участок на площади 3106 га» с применением для орошения дождевальных машин кругового действия, для функционального движения которых авторами предложено использовать микроГЭС мощностью 10-15 кВт. Они устанавливаются непосредственно на дождевальную машину (рисунок 1) и используют потенциальную энергию водного потока в подводящем трубопроводе, возникающую за счет разницы отметок между водоисточником (каналом) и гидрантом дождевальной машины2.
1 - подводящий напорный трубопровод; 2 - микроГЭС; 3 - дождевальная машина
Рисунок 1 — Схема компоновки дождевальной машины кругового действия с микроГЭС
На рисунке 2 представлена расчетная схема рассмотренной деривационной оросительной системы с орошаемым участком площадью 3106 га
1 Гидравлический расчет деривационных оросительных систем в предгорных зонах с использованием микроГЭС: свид. о гос. регистрации прогр. для ЭВМ 2017663019 / Щедрин В. Н., Васильев С. М., Бакланова Д. В., Бондаренко В. Л., Лобанов Г. Л.; заявитель и патентообладатель Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - Заявка № 2017617326; заявл. 21.07.17; опубл. 23.11.17.
2 Пат. 2638312 Российская Федерация, МПК А 01 О 25/09. Дождевальная машина для горных и предгорных участков местности / Щедрин В. Н., Бондаренко В. Л., Лобанов Г. Л., Бакланова Д. В.; заявитель и патентообладатель Рос. науч.-исслед. ин-т проблем мелиорации. - № 2017111556; заявл. 05.04.17; опубл. 13.12.17, Бюл. № 35. - 5 с.
в Петровском районе Ставропольского края, где водоисточником является оросительный канал (БСК-У).
Рисунок 2 - Расчетная схема орошаемого участка площадью 3106 га в Петровском районе Ставропольского края (пос. Горный)
Расчеты проводились с использованием разработанной программы для ЭВМ в следующем порядке. В область исходных данных программы (рисунок 3) вводятся значения площади оросительной системы ^ , га,
начального напора Н, м, расхода дождевальной машины Qд.м., л/с, мутности оросительной воды р, т/м3 (р = 0,0004 т/м3), средневзвешенной крупности наносов Ж, мм/с (принимается в пределах Ж = 2,9...8,0 мм/с). После ввода исходных данных определяется количество дождевальных машин, которое округляется до целого числа (п, шт.). Далее расчет производится в табличной форме (рисунок 4). В программу вводятся наименование участков трубопроводов (графа 1), их длина (графа 2), отметки верхнего (графа 4) и нижнего (графа 5) участков трубопроводов. После этого в программе выполняется расчет по нижеприведенным зависимостям.
Введите площадь участка -Го у. га 3106
Напор на входе Н, м 85
Расчетное количество дождевальных 41,8
машин, шт
Принятое количество машин и, шт 42 Мутность оросительной воды р, т/м3 0,0004
Расход дождевальной машины 2 дм > 64 Средневзвешенная крупность наносов мм/с 6
область ввода исходных данных
область автоматического расчёта данных
Рисунок 3 - Область ввода исходных данных
Расход воды дождевальной машины зависит от количества тележек (секций) и почвенных условий орошаемых земель. По расходу одной дождевальной машины 0дм., м3/с, определяется суммарный расход всех дождевальных машин 0ос, м3/с:
бо.с. = Qя.u.•п,
где п - количество дождевальных машин, шт.
Далее проводится поочередный расчет участков, начиная с участка 1-2 (рисунок 4).
После введения данных о длине подводящего магистрального трубопровода Ц, м (графа 2), а также отметках верхнего и нижнего участков магистрального трубопровода (графы 4 и 5) по их разнице определяется перепад на участке подводящего магистрального трубопровода Н, м (графа 6).
Предварительный диаметр трубопровода d, мм (графа 7), вычисляется по зависимости:
d = ,/1,27 0.с. .
В графу 8 таблицы вводится стандартный диаметр трубопровода ^, мм, принимаемый по ГОСТ 18599-20013, ГОСТ 10704-914 в зависимости от материала трубопровода.
3 ГОСТ 18599-2001. Трубы напорные из полиэтилена. Технические условия (с изменением № 1). - Введ. 2003-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 2002. - 19 с.
4 ГОСТ 10704-91. Трубы стальные электросварные прямошовные. Сортамент (с изменениями № 1, 2). - Введ. 1993-01-01. - М.: Стандартинформ, 2007. - 15 с.
д
а у
ч н ы
й ж Р
н
область ввода исходных данных область автоматического расчёта данных область ввода стандартного диаметра
Наименование участка трубопровода Длина участка Ьы Расход, л/с Ошетка верхнего участка, м Ошетка нижнего участка, ы Перепад (напор) Н, м Предварительный диаметр трубопровода (!. мм Стандартный диаметр поГОСТу (¡ст2 ММ Фактическая скорость м/с Коэффициент гидравлического сопротивления 1 Критическая скорость Г„, М/с Г> > Потери напора, ы Наличие микроГЭС (0, 1) Напор в конце участка трубопровода (с ГЭС) Н„, ы Огметка в конце участка (без ГЭС)
ШОК По длине Ах, м Местные м Суммарные ы
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15 16 17 18 19
1-2
2-3
2А
4-5
2-6
6-7
Р о с с
и й с
к о
г о
Н К К
Я р
о
б
л
е
а
л
и о
р
а Ц
и
к
( 3
2 О
оо г
ЧО
Рисунок 4 - Область расчета напоров для работы микроГЭС на деривационной оросительной системе
ю
I
3
о
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(30), 2018 г., [112-130] Фактическая скорость , м/с, определяется по формуле:
4 • О
V = 4 °°.с. ф г2 '
ф П • dст
где Ос - суммарный расход всех дождевальных машин, м3/с; ^ - стандартный диаметр трубопровода, м. Далее определяется коэффициент гидравлического сопротивления X (по СП 40-02-20005):
0,5
VI =-
Ь +1,312 • (2 - Ь) • lg(3,7dCт / кэ) 2 lgReф-1
lg(3,7dCт / кэ)
где Ь - число подобия режимов течения воды, определяется по зависимости:
Ь = 1 +
№ ф
lgReкв
Reф - число Рейнольдса фактическое:
Reф = ^,
ф V
где V - фактическая скорость, м/с; V - кинематическая вязкость, м2/с;
Reкв - число Рейнольдса, соответствующее началу квадратичной области гидравлических сопротивлений при турбулентном движении воды:
Re = 500<
к" к, '
где к - коэффициент эквивалентной шероховатости, м.
Далее проводится проверка трубопровода на заиление. Определяется критическая скорость, при которой заиляется трубопро-
5 Проектирование и монтаж трубопроводов систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов. Общие требования: СП 40-102-2000. - М.: Госстрой России, 2001. - 27 с.
Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(30), 2018 г., [112-130] вод, Укр, м/с. Для этого в блок исходных данных (рисунок 4) вводится средняя гидравлическая крупность наносов и мутность оросительной воды:
_ 0,232 • Ж0,232 • 2 • я • р
кр = X ,
где Ж - средневзвешенная гидравлическая крупность наносов (скорость осаждения частиц наносов в неподвижной воде), мм/с; Я - ускорение свободного падения, м/с2; р - мутность оросительной воды, т/м3. Сравниваем фактическую скорость с критической, при этом должно
соблюдаться соотношение V > V .
ф кр
Потери напора на единицу длины трубопровода к, м (графа 13), без учета местных сопротивлений определяются исходя из условия:
1000/ = ,
2 • Я • dст
где / - гидравлический уклон, определяющий потерю напора на единицу длины трубопровода;
V - средняя скорость движения воды в трубопроводе расчетного участка, м/с.
Потери по длине трубопровода к, м (графа 14), определяются следующим образом:
К = 1000/ • Ц,
где Ц - длина трубопровода (на расчетном участке), м.
Местные потери Им, м (графа 15), принимаются в пределах 10-15 % от потерь по длине:
Им = кц • (0,1 - 0,15). Суммарные потери в трубопроводе К, м (графа 16), составляют:
К = К + К.
При наличии на участке микроГЭС на дождевальных машинах к суммарным потерям прибавляются потери напора на микроГЭС Игэс, м (графа 17):
НЕ = к ^ ИГЭС,
где НЕ - общие потери напора в трубопроводе (с учетом микроГЭС), м.
Напор в конце расчетного участка трубопровода определяется по формуле:
Нт.= Ик.,+ (Ннт- Н ),
где Нкт - напор в конце участка трубопровода, м; к - отметка конца участка трубопровода, м; Н - напор в начале участка трубопровода, м.
Далее аналогичным образом проводится последовательный расчет для каждого участка трубопровода. В графе 18 таблицы рассчитываются значения напора воды в конце каждого участка трубопровода оросительной системы. По полученным значениям напора устанавливается окончательный диаметр подводящего трубопровода. В случае, если напор на дождевальной машине меньше расчетного, необходимо увеличить диаметр подводящего трубопровода (и соответственно уменьшить суммарные потери напора воды в трубопроводе).
Для обеспечения допустимого рабочего давления при работе дождевальной машины рекомендуется установка регулятора давления, который размещается последовательно на подходящем трубопроводе к микроГЭС и дождевальной машине.
В результате использования разработанного алгоритма расчета и программы для ЭВМ было проведено многовариантное моделирование использования водных ресурсов на примере предполагаемой к строительству V очереди БСК (таблица 1).
Таблица 1 - Результаты расчетов математической модели варианта «водозабор из БСК-У - орошаемый участок на площади 3106 га»
Заданная точка на ОС Нумерация участка трубопровода ОС Длина участка 1, м Расчетный расход 0, м3/с Расчетная скорость водного потока V, м/с Расчетный диаметр трубопровода ё, мм Суммарные потери в трубопроводе ОЪ м Потери напора на микроГЭС Нгэс, м Расчетный напор в заданной точке ОС Н, м
1 2 3 4 5 6 7 8 9
Водозабор из БСК - 2,1 - - - - -
I В-1 7600 2,1 1,04 1600 3,11 - 84,89
1-2 1-(1-2) 1300 0,6 1,19 800 1,55 - 75,34
1 (1 2) 1 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 42,8
2 (1-2)-2 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 40,8
3-4 (1-2)-(3-4) 865 0,5 1,00 800 0,73 32,0 85,61
3 (3-4)-3 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 50,06
4 (3-4)-4 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 55,06
5-6 (3-4)-(5-6) 865 0,4 1,42 600 2,00 - 91,61
5 (5-6)-5 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 58,0
6 (5-6)-6 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 72,9
7-8 (5-6)-(7-8) 865 0,3 1,06 600 1,16 - 106,45
7 (7-8)-7 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 71,9
8 (7-8)-8 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 72,9
9-10 (7-8)-(9-10) 865 0,2 1,02 500 1,34 - 106,11
9 (9—10)—9 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 71,56
10 (9-10)-10 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 73,56
11-12 (9—10)—(11—12) 865 0,1 1,04 350 2,14 - 113,97
11 (11—12)—11 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 79,92
12 (11—12)—12 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 80,92
13-14 I—(13—14) 435 0,6 1,19 800 0,52 - 87,37
13 (13—14)—13 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 52,82
и>
3 о
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
14 (13-14)-14 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 55,82
15-16 (13-14)-(15-16) 865 0,5 1,00 800 0,73 - 95,64
15 (15-16)-15 435 0,05 1,02 250 1,15 32,0 58,09
16 (15-16)-16 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 67,09
17-18 (15-16)-(17-18) 865 0,4 1,42 600 2,00 - 98,64
17 (17-18)-17 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 63,09
18 (17-18)-18 435 0,05 1,02 255 1,55 32,0 68,09
19-20 (17-18)-(19-20) 865 0,3 1,06 600 1,16 - 105,48
19 (19-20)-19 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 69,93
20 (19-20)-20 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 73,93
21-22 (19-20)-(21-22) 865 0,2 1,02 500 1,34 - 109,14
21 (21-22)-21 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 77,59
22 (21-22)-22 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 72,59
23-24 (21-22)-(23-24) 865 0,1 1,04 350 2,14 - 115,0
23 (23-24)-23 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 82,45
24 (23-24)-24 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 80,45
III 1-Ш 865 0,9 1,15 1000 0,73 - 87,16
25-26 Ш-(25-26) 435 0,6 1,15 800 0,52 - 85,63
25 (25-26)-25 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 46,08
26 (25-26)-26 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 60,08
27-28 (25-26)-(27-28) 865 0,5 1,00 800 0,73 - 99,95
27 (27-28)-27 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 72,59
28 (27-28)-28 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 68,40
29-30 (27-28)-(29-30) 865 0,4 1,04 700 0,93 - 109,02
29 (29-30)-29 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 73,47
30 (29-30)-30 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 76,47
31-32 (29-30)-(31-32) 865 0,3 1,06 600 1,16 - 111,86
31 (31-32)-31 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 77,31
Продолжение таблицы 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9
32 (31—32)—32 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 79,31
33-34 (31—32)—(33—34) 865 0,2 1,02 500 1,34 - 118,52
33 (33-34)-33 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 83,97
34 (33-34)-34 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 85,97
35-36 (33-34)-(35-36) 865 0,1 1,04 350 2,14 - 118,38
35 (35-36)-35 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 86,83
36 (35-36)-36 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 92,83
IV III—IV 865 0,3 1,06 600 1,16 - 92,0
37 IV-37 435 0,3 1,06 600 0,59 - 97,41
37 37-37 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 64,88
38 37-38 865 0,25 1,27 500 2,04 - 101,37
38 38-38 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 70,82
39 38-39 865 0,2 1,02 500 1,34 - 109,03
39 39-39 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 73,48
40 39-40 865 0,15 1,56 350 4,55 - 108,48
40 40-40 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 76,93
41 40-41 865 0,1 1,04 350 2,14 - 114,34
41 41-41 435 0,05 1,02 250 1,55 32,0 80,79
42 41-42 1300 0,05 1,02 250 4,64 32,0 77,70
к а
у ч н ы й
ж ур
н
р о с с и й с к о г о Н
К
оо п
р о б л е
от
л
и о р а ц и и,
( 3
О
2 О
оо г
2
I
3 0
Анализ математической модели гидравлического расчета деривационной ОС на площади 3106 га (на БСК^ в Петровском районе Ставропольского края) с учетом рельефа орошаемого участка выявил разницу рабочего давления на выходных гидрантах дождевальных машин. Расчетами установлено, что рабочее давление на выходных гидрантах превышает на 1,5-4,0 атм необходимое (минимальное) давление для работы дождевальной машины.
Выводы
1 Необходимость развития использования малых и микроГЭС для реализации внутрисистемного энергетического потенциала водных ресурсов деривационных оросительных систем обусловлена перспективами снижения затрат на электроэнергию в сельскохозяйственном производстве и, соответственно, цен на продукты растениеводства за счет обеспечения полученной электроэнергией дождевальной техники, насосных станций, средств связи, автоматизации и прочих внутрисистемных объектов. Кроме того, сравнительно низкая себестоимость отпускаемой электроэнергии (1,80-2,40 руб./(кВтч)) обуславливает целесообразность и эффективность применения малых и микроГЭС на ООС горных и предгорных районов.
2 В результате исследований определен порядок проведения модельных расчетов использования энергетического потенциала водных ресурсов деривационной оросительной системы и разработана программа для ЭВМ.
3 На примере ООС Ставропольского края рассмотрена возможность получения электроэнергии с использованием малых или микроГЭС для обеспечения потребностей в энергоснабжении дождевальной техники.
По результатам расчета деривационной оросительной системы на площади 3106 га (в Петровском районе Ставропольского края), где возможно размещение 42 дождевальных машин (кругового действия), можно заключить, что по варианту размещения микроГЭС на каждой дождеваль-
ной машине потребуется 42 микроГЭС мощностью 10 кВт (каждого гидроагрегата) (суммарная мощность составит 420 кВт).
По второму варианту с размещением малой ГЭС на подводящем магистральном трубопроводе потребуется установка двух генерирующих агрегатов, включая один аварийный (запасной), мощность каждого из них составит 450 кВт (с учетом потерь напора на гидроагрегатах).
Список использованных источников
1 Государственный доклад о состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2009 г. - М.: НИА-Природа, 2010. - 288 с.
2 Ковальчук, М. В. Конвергенция наук и технологий - прорыв в будущее / М. В. Ковальчук // Российские нанотехнологии. - 2011. - Т. 6, № 1-2. - С. 13-23.
3 Ковальчук, М. В. Конструктор для будущего / М. В. Ковальчук, О. С. Нарай-кин // В мире науки. - 2011. - № 9. - С. 24-31.
4 Ковальчук, М. В. От синтеза в науке - к конвергенции в образовании / М. В. Ковальчук // Образовательная политика. - 2010. - № 11-12(49-50). - С. 1-12.
5 Природообустройство: территории бассейновых геосистем: учеб. курс / под общ. ред. И. С. Румянцева. - Ростов н/Д.: МарТ, 2010. - 528 с.
6 Кузнецов, О. Л. Система «природа - общество - человек»: устойчивое развитие / О. Л. Кузнецов, П. Г. Кузнецов, Б. Е. Большаков. - М.: ВНИИгеосистем; Дубна, 2000. - 403 с.
7 Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ: по состоянию на 21 апреля 2017 г. // Гарант Эксперт 2017 [Электронный ресурс]. - НПП «Гарант-Сервис», 2017.
8 Перспективы развития возобновляемых источников энергии в России / В. Г. Николаев [и др.]; под ред. В. Г. Николаева. - М.: Атмограф, 2009. - 456 с.
9 Small hydropower plants in Serbia: hydropower potential, current state and perspectives / M. Panic, M. Urosev, A. M. Pesic, J. Brankov, Z. Bjeljac // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2013. - Vol. 23. - P. 341-349.
10 Оценка перспектив использования малой гидроэнергетики на оросительных системах для обеспечения внутрисистемных потребностей в электроэнергии /
B. Н. Щедрин, Д. В. Бакланова, В. Л. Бондаренко, Г. Л. Лобанов // Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации [Электронный ресурс]. - 2017. - № 3(27). -
C. 160-178. - Режим доступа: http:rosniipm-sm.ru/archive?n=491&id=503.
References
1 Gosudarstvennyy doklad o sostoyanii i ispol'zovanii vodnykh resursov Rossiyskoy Federatsii v 2009 g. [State Report on the Status of Water Resources and Their Usage in the Russian Federation in 2009]. Moscow, NIA-Nature Publ., 2010, 288 p. (In Russian).
2 Kovalchuk M.V., 2011. Konvergentsiya nauk i tekhnologiy - proryv v budushchee [Convergence of sciences and technologies - a breakthrough into the future]. Russkie nano-tekhnologii [Russian nanotechnologies], vol. 6, no. 1-2, pp. 13-23. (In Russian).
3 Kovalchuk M.V., Naraykin O.S., 2011. Konstruktor dlya budushchego [Designer for the future]. Vmire nauki [In the World of Science], no. 9, pp. 24-31. (In Russian).
4 Kovalchuk M.V., 2010. Ot sinteza v nauke - k konvergentsii v obrazovanii [From
synthesis in science to convergence in education]. Obrazovatelnayapolitika [Educational Policy], no. 11-12(49-50), pp. 1-12. (In Russian).
5 Rumyantsev I.S., 2010. Prirodoobustroystvo: territorii basseynovykh geosistem: ucheb. kurs [Environmental Engineering: Basin Geosystems: Textbook.]. Rostov n/D., 528 p. (In Russian).
6 Kuznetsov O.L., Kuznetsov P.G., Bolshakov B.E., 2000. Sistema «priroda - ob-shchestvo - chelovek»: ustoychivoe razvitie [The system "nature - society - man": sustainable development]. Moscow, VNIIgeosistem Publ., Dubna, 403 p. (In Russian).
7 Ob ehnergosberezhenii i o povyshenii ehnergeticheskoj ehffektivnosti i o vnesenii izmenenij v otdel'nye zakonodatel'nye akty Rossijskoj Federacii [On Energy Saving and Improving Energy Efficiency and on the Introduction of Amendments to Certain Legislative Acts of the Russian Federation]. Federal Law of Russian Federation of November 23, 2009, no. 261-FZ, as of April 21, 2017. (In Russian).
8 Nikolaev V.G. [and others], 2009. Perspektivy razvitiya vozobnovlyayemykh isto-chnikov energii v Rossii [Prospects for the development of renewable energy in Russia]. Moscow, Atmograph, Publ., 456 p. (In Russian).
9 Panic M., Urosev M., Pesic A. M., Brankov J., Bjeljac Z., 2013. Small hydropower plants in Serbia: hydropower potential, current state and perspectives. Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 23, pp. 341-349. (In English).
10 Shchedrin V.N., Baklanova D.V., Bondarenko V.L., Lobanov G.L., 2017. Otsenka perspektiv ispol'zovaniya maloy gidroenergetiki na orositel'nykh sistemakh dlya obespecheni-ya vnutrisistemnykh potrebnostey v elektroenergii [Evaluation of the prospects for using small hydropower engineering in irrigation systems to provide internal system energy needs]. Nauchnyy Zhurnal Rossiyskogo NII Problem Melioratsii [Scientific Journal of Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems], no. 3(27), pp. 160-178, available: http:rosniipm-sm.ru/archive?n=491&id=503. (In Russian).
Васильев Сергей Михайлович
Ученая степень: доктор технических наук
Ученое звание: доцент
Должность: первый заместитель директора
Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421 E-mail: [email protected]
Vasilyev Sergey Mikhaylovich
Degree: Doctor of Technical Sciences Title: Associate Professor Position: First Deputy Director
Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421
E-mail: [email protected]
Бондаренко Владимир Леонидович
Ученая степень: доктор технических наук Ученое звание: профессор
Должность: ведущий научный сотрудник отдела ГТС и гидравлики Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421 E-mail: [email protected]
Bondarenko Vladimir Leonidovich
Degree: Doctor of Technical Sciences
Title: Рrofessor
Position: Leading Researcher
Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421
E-mail: [email protected]
Лобанов Георгий Леонидович
Ученая степень: кандидат технических наук
Ученое звание: доцент
Должность: старший научный сотрудник
Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421 E-mail: [email protected]
Lobanov Georgiy Leonidovich
Degree: Candidate of Technical Sciences Title: Associate professor Position: Senior Researcher
Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421 E-mail: [email protected]
Бакланова Дарья Викторовна
Ученая степень: кандидат технических наук Должность: ведущий научный сотрудник
Место работы: федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации»
Адрес организации: Баклановский пр-т, 190, г. Новочеркасск, Ростовская область, Российская Федерация, 346421 E-mail: [email protected]
Baklanova Darya Viktorovna
Degree: Candidate of Technical Sciences Position: Leading Researcher
Affiliation: Russian Scientific Research Institute of Land Improvement Problems Affiliation address: Baklanovsky ave., 190, Novocherkassk, Rostov region, Russian Federation, 346421
E-mail: [email protected]
