CC BY
66
веро-Кавказская МИС. - Зерноград, 2003. -26 с.
3. Горбатович, Ж.Н. О возможности критерия оптимальных параметров лемеш-но-отвальных поверхностей / Ж.Н. Горбатович, С.А. Стародетко // Вычислительная техника в машиностроении. - Минск. -1992. - № 2. - С. 42-47.
4. Макарова, М.С. О механической эрозии почвы при работе плуга на склоновых полях / М.С. Макарова, В.А. Зацарин-ный // Проблемы современной аграрной науки: материалы международной заочной научной конференции. - Красноярск, 2009. - С. 6-10.
Сведения об авторах Макарова Мария Станиславовна - канд. техн. наук кафедры организации перевозок Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зерноград). Тел./факс 8(86359)42-4-00. E-mail: [email protected].
Зацаринный Владимир Андреевич - канд. техн. наук, доцент кафедры организации перевозок Азово-Черноморской государственной агроинженерной академии (г. Зер-ноград). Тел./факс 8(86359)43-8-49. E-mail: [email protected].
Information about the authors Makarova Maria Stanislavovna - Candidate of Technical Sciences of the transportation arrangement department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone/факс 8(86359)42-4-00. E-mail: [email protected].
Zatsarinny Vladimir Andreevich - Candidate of Technical Sciences, associate professor of the transportation arrangement department, Azov-Black Sea State Agroengineering Academy (Zernograd). Phone/факс 8(86359)43-8-49. E-mail: [email protected].
УДК 620.92
ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ПРИУСАДЕБНОЙ КОГЕНЕРАЦИОННОЙ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
© 2012 г. В.Я. Жарков
Показана целесообразность комбинированного производства тепловой и электрической энергии, приведена конструкция приусадебной ВЭУ, построенной из типовых узлов.
Ключевые слова: энергия ветра, тепловая и электрическая энергия, ветроэнергоуста-новка.
The efficiency of combined heat and power, a construction of wind power installation homestead, built from standard components.
Key words: wind power, thermal and electrical energy, windmill.
Постановка проблемы. Ветроэнергетика - отрасль с одним из самих высоких темпов развития. Ежегодный темп роста мировой мощности ВЭУ составляет около 30%. Суммарная установленная мощность ВЭУ в 2010 году достигла 197 ГВт по сравнению со 160 ГВт в 2009 году и
120 ГВт в 2008 году. Производство ветровой электроэнергии за 2010 год составило 430 ГВтч, против 340 млрд кВтч в 2009 году [1]. Промышленно развитые страны массово переходят к строительству крупных сетевых ветроэлектростанций. Для Украины, также как и для России, актуаль-
но развитие автономной ветроэнергетики [2, 3].
Формулировка целей статьи. Обосновать когенерационную технологию и ин-
дукционный способ преобразования энергии ветра в теплоту для приусадебной ветроэнергетики.
Таблица 1
Суммарная мощность ВЭУ некоторых стран мира, 2006-2010 гг., МВт [1]
Страна Рейтинг в 2010 г. 2010 г. 2009 г. 2008 г. 2007 г. 2006 г.
Китай 1 44733,0 25810,0 12210,0 5912,0 2599,0
США 2 40180,0 35159,0 25237,0 16823,0 11575,0
Германия 3 27215,0 25777 23897 22247 20622
Испания 4 20676,0 19149,0 16689,0 15145,1 11630,0
Индия 5 13065,8 11807,0 9587,0 7850,0 6270,0
Украина 40 87,4 90,0 90,0 89,0 85,6
Россия 56 15,4 14,0 16,5 16,5 15,5
Суммарная мощность в мире, ГВт - 197 160 120 94 74
Жирным шрифтом выделен показатель лидера соответствующего года.
Анализ последних исследований. Лидерами мировой ветроэнергетики по данным мировой ветроэнергетической ассоциации (WWEA) 2006-2010 годов является пятерка стран: Китай, США, Германия, Испания, Индия (табл. 1). На долю «первой пятерки» приходится 74,2% ветроэнергетических мощностей.
Темп роста ветроэнергетики в 2009 году составил 31,7%, что стало наивысшим показателем с 2001 года. Продолжается тенденция удвоения мировой мощности ветроэнергетической отрасли каждые три года. Наибольший в мире темп роста в 2010 году продемонстрировала Румыния - в 40 раз, на втором месте Болгария -112% [1].
Китай практически удваивает свою мощность пятый год подряд. В 2010 году Китай достиг небывалых высот, на его долю приходится более половины всех новых ветроэнергетических мощностей, установ-
ленных в мире за год - 18,9 МВт, или 50,3% мирового рынка новых ветротурбин.
Мировым лидером по удельным показателям ветроэнергетической мощности является Дания (табл. 2).
В некоторых странах и регионах мира ветер стал одним из важнейших источников электроэнергии. И вновь, с точки зрения доли вырабатываемой электроэнергии, мировым лидером является Дания (табл. 3).
За прогнозом WWEA к концу 2020 года в мире будет установлено не менее 1500 ГВт ветроэнергетических мощностей (рис. 1) [1]. К сожалению, по установленным ВЭУ Украина находится на 40-м, а Россия на 56-м месте из 83 стран мира.
Условно ветроэнергетику Китая можно разделить на «большую», вырабатывающую энергию с последующей передачей в сеть провинции, страны, и «малую», предназначенную для обеспечения энергией индивидуального потребителя.
Таблица 2
Удельная мощность установленных ВЭУ в некоторых странах [1]
Страна На одного человека, кВт/ чел. На единицу площади, кВт/км2 На единицу ВВП, кВт/1 млн дол.
Дания 0,675 86,6 18,5
Испания 0,442 40,9 15
Германия 0,334 76,2 9,2
Португалия 0,344 40,2 15
Таблица 3
Доля ветроэнергетики (%) в электроснабжении отдельных стран [2, 3]
Страна 2010 г. 2009 г.
Дания 21 20
Португалия 18 15
Испания 16 14
Германия 9 9
США 2 -
Китай 1,2 -
Рис. 1. Развитие и прогноз общей мировой мощности ВЭУ [1]
В отдельных районах РФ энергоснабжение автономных потребителей с использованием ВНИЭ, в частности энергии ветра, также оказывается экономически целесообразнее, чем использование жидкого топлива, а для маломощных потребителей, прежде всего для АПК, и эффективнее чем строительство ЛЭП от централизованных энергосистем [3]. Ведь по показателю энергетической эффективности сельскохозяйственного производства на 1 т у.т., который объективно определяет уровень интенсификации сельского хозяйства, Россия отстает от развитых стран в 4-5 раз [4]. Поэтому Государственной программой РФ «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» предусмотрен комплекс мероприятий, которые должны обеспечить к 2021 году экономию до 1,55 млн т у.т.
В нашей стране также есть хорошие законы по ВНИЭ, в частности Государственная целевая экономическая программа энергоэффективности на 2010-2015 годы», но они не работают. В послевоенные годы в Украине не было села или животноводческой фермы, где не работали бы ветряная мельница или ветроводоподъемная установка. Но в 60-е годы ХХ века работа в этом направлении была приостановлена из-за гигантомании в электроэнергетике. Сельскохозяйственное производство было присоединено к государственным сетям и получало электроэнергию по 1 коп/кВтч, тогда как бытовые электропотребители платили по 4 копейки.
Наше государство лишь декларирует поддержку ветроэнергетики, но практически ничего для этого не делает. Поэтому, на наш взгляд, кроме развития коммерческой ветроэнергетики в Украине есть необходимость развивать некоммерческую: для фермера, для домохозяйства, для дачи [2, 3]. Если государство не может обеспечить фермеров «зеленой» энергетикой, то пусть хотя бы не мешает.
В Украине сегодня около 30 тыс. сельских населенных пунктов. Если в каждом из них построить лишь по одному вет-роагрегату мощностью всего 1 кВт, то получили бы установленную мощность 30 МВт, то есть треть от всей украинской
ветроэнергетики, которые могли бы выработать 30 млн кВтч. электроэнергии. Это позволит уменьшить выбросы углекислого газа (СО2) на 30 тыс. т ежегодно.
Основная часть. В ТГАТУ предложен индукционный способ непосредственного преобразования энергии ветра в теплоту [2] и запатентованы установки для его реализации на базе индукционного преобразователя энергии ветра в теплоту (ИПЭВТ), подобные по конструкции, но отличающиеся эффективностью [5, 6].
Когенерация (название образовано от слов Комбинированная ГЕНЕРАЦИЯ электроэнергии и тепла) - процесс совместной выработки электрической и тепловой энергии. Европейские страны, уделяющие много внимания проблемам экологии, приняли специальные законы по коге-нерации. Это Дания, Финляндия, Германия, Швеция, Норвегия и др. Здесь законы о когенерации существуют наравне с законами об электроэнергии и тепле. В Украине также принят Закон «О комбинированном производстве тепловой и электрической энергии (когенерации)», позднее Постановлением НКРЭ утвержден порядок комбинированного производства тепловой и электрической энергии «... с использованием нетрадиционных или возобновляемых источников энергии».
В России пока нет закона о когенера-ции, но технологии новых и возобновляемых источников энергии относятся к числу приоритетных направлений и входят в перечень критических технологий, утвержденных Указом Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 года № 899 [4].
Итак, на наш взгляд, для приусадебной ветроэнергетики наиболее приемлема когенерационная технология. В холодное время года когенерационная ветроэнергетическая установка (КВЭУ) преобразует энергию ветра непосредственно в теплоту и частично в электричество - для питания обмоток возбуждения ИПЭВТ, а в теплое время - параллельно в теплоту и электричество, в зависимости от потребности в них.
Приусадебная КВЭУ (рис. 2) содержит поворотную головку 1 с ветроколесом 2 на горизонтальном валу 3, хвост 4 для установки ветроколеса 2 на ветер, установ-
ленные на вершине решетчатой башни 5 горизонтальный вал 3 ветроколеса 2 через коническую пару шестерен 6, 7 и вертикальный трансмиссионный вал 8, соединенный кинематически с валом 9 электрогенератора 10, к статорной обмотке которого присоединены электроприемники, и отдельно - с выходным валом 11 ИПЭВТ
12. Ветроколесо 2 закреплено на ступице
13, жестко соединенной с горизонтальным валом 3.
Устройство ИПЭВТ [6] представлено на рисунке 3. На выходном валу 11 ИПЭВТ 12 жестко закреплен дисковый ротор 18 с
возможностью свободного вращения между неподвижными, соосно расположенными дисковыми магнитопроводами 19, 20 с зубчатым строением прилегающих, зеркально расположенных торцевых поверхностей. Индукционные обмотки 21 расположены в кольцевой канавке 22 зубчатого торца каждого магнитопровода 19, 20. Дисковый ротор 18 выполнен из малоуглеродистой стали с высокой магнитной проницательностью, покрыт с обеих сторон слоем материала с высокой электропроводностью, например медью или алюминием, и оснащен радиальными лопатками 23.
Рис. 2. Устройство приусадебной когенерационной ветроэнергоустановки
Магнитопроводы 19, 20 и дисковый и выходным 26 патрубками. Резервуар 24 ротор 18 установлены соосно и помещены в изготовлен из немагнитного материала, цилиндрический резервуар 24 с входным 25 например из термопластика, и заполнен
жидкостью. Радиальные лопасти 23 расположены симметрично на ободе дискового ротора 18 под углом к общей вертикальной оси с рабочим усилием в направлении выходного патрубка 26. В прилегающих торцах дисковых магнитопроводов 19, 20 выполнены радиальные пазы 27 из постоянным шагом и шириной образованных радиальных зубьев 28, равным ширине пазов 27. Зубчатые поверхности прилегающих торцов нижнего 19 и верхнего 20 магнитопро-водов расположены зеркально (т.е. зуб против зуба, а паз против паза), а их индукци-
онные обмотки 21 возбуждены постоянным током в одном направлении. Дисковые маг-нитопроводы 19, 20 закреплены в цилиндрическом резервуаре 24 на опорах 29. Ра-диально-упорный подшипник 30 обеспечивает фиксированный зазор между прилегающими торцами магнитопроводов 19, 20 больше толщины дискового ротора 18.
Индукционные обмотки возбуждения через выпрямитель подключены к статор-ной обмотке многополюсного синхронного электрогенератора 10 с возбуждением от постоянных магнитов.
Рис. 3. Устройство индукционного преобразователя (ИПЭВТ)
ВЭУ построена из типовых конструктивных элементов [5]. В качестве башни 5 использована нижняя часть опоры ЛЭП-154 кВ. Поворотный механизм в виде поворотного круга 14 взят от двухосного автотракторного прицепа, например, прицепа 2ПТС-6, а коническая пара шестерен 6, 7 - от мобильного кормораздатчика РММ-5,0. В качестве горизонтального вала 3 взята полуось заднего моста автомобиля ГАЗ-53Б со ступицей 13 на конце, свободно вращающаяся в подшипниках чулка заднего моста, жестко закрепленного на сварной раме.
Устройство работает следующим образом. От ветрового потока ветроколесо 2, закрепленное на ступице 13, вместе с горизонтальным валом 3 вращается и передает крутящий момент через коническую пару шестерен 6, 7 и вертикальный трансмиссионный вал 8 на вал 9 синхронного многополюсного электрогенератора 10, к которому присоединены электроприемники, и отдельно - на выходной вал 11 индукционного преобразователя 12. При изменении направления ветра хвост 4 возвращает головку 1 на поворотном круге 14, чем устанавливает ветроколесо 2 на ветер.
Дисковые магнитопроводы 19, 20 намагничиваются магнитным полем возбуждения в одном направлении. Из-за зубчатого строения торцов магнитопроводов 19, 20 магнитный поток в зазоре будет неоднородным. Большая его часть замыкается через зубцы 28, а меньшая - через пазы 27 магнитопроводов 19, 20. Таким образом, дисковый ротор 18, покрытый с обеих сторон слоем меди или алюминия, при вращении будет перемещаться в неоднородном магнитном поле. Радиальные лопасти 23 на ободе дискового ротора 18 увеличивают его теплоотдачу и создают принудительную циркуляцию нагретой жидкости. Магнитная индукция в зазоре между магнито-проводами 19, 20 имеет пилообразную форму: между зубцами 28 максимальное значение Вбтах, а между пазами 27 - минимальное значение Взтщ. Таким образом, при вращении в неоднородном магнитном поле индукция в дисковом роторе 18 пульсирует, не меняя знака от Вбтах до Вбтщ. Ее
можно представить в виде двух составляющих:
переменной с амплитудой
В5 ~ = 0,5 (В5тах - ^тт^)
и постоянной, равной
В5 == 0,5 (В5тах + ^тш^
Переменная составляющая магнитного поля индуцирует в дисковом роторе 18, а преимущественно во внешнем покрытии из материала с высокой электропроводностью, ЭДС и вихревые токи частотой f = Zn,
где Z - количество зубцов на каждом магнитопроводе индуктора; п - частота вращения дискового ротора, с-1.
Вихревые токи по закону Джоуля-Ленца нагревают дисковый ротор 18, преимущественно его поверхность, а от него нагревается жидкость в емкости 24, которая может использоваться для обогрева зданий, парников и теплиц. Постоянная составляющая магнитного потока никаких ЭДС не индуцирует, поэтому эта часть магнитного потока не участвует в преобразовании энергии ветра в теплоту.
Выводы. Совместная выработка тепла и электричества (когенерация) может послужить основой для внедрения новых технологий в приусадебной ветроэнергетике [3]. В перспективе намечено получать тепловую энергию за счет ветротеплона-сосной технологии.
Литература
1. Ветроэнергетика мира. Отчет за 2010 год. - 24 с. - world-?indenergyreport2010_s.pdf.
2. Жарков, В.Я. Вщ в^роенергетики комерцшно! до присадибно! / В.Я. Жарков // Проблеми енергозабезпечення та енерго-збереження в АПК Украши: вюник ХНТУСГ. - Харюв, 2010. - Вип. 102. -С. 48-49.
3. Лукотин, Б.В. Возобновляемая энергетика в децентрализованном электроснабжении / Б.В. Лукотин, О.А. Суржикова, Е.Б. Шандарова. - Москва: Энергоато-миздат, 2008. - 231 с.
4. Федоренко, В.Ф. Ресурсосбережение в АПК: науч. изд. / В.Ф. Федоренко. -
Москва: ФГБНУ «Росинформагротех», 2012. - 384 с.
5. Патент 54512 UA МПК (2009) F03D 1/00 Присадибна в^роенергоустано-вка / В.Я. Жарков, Ю.Т. Лучаншов, В.Ю. Лучаншов. - Заявл. 25.05.2010;
Опубл. 10.11.2010. - Бюл. № 21.
6. Патент 61502 Украша, МПК (2011.01) F03D1/06, F03D9/00. Присадибна в^ротеплова установка / В.Я. Жарков, В.Ю. Лучаншов. - Заявл. 06.12.2010; Опубл. 25.07.2011. - Бюл. № 14.
Сведения об авторе
Жарков Виктор Яковлевич - канд. техн. наук, доцент Таврического государственного агротехнологического университета (г. Мелитополь). Телефон 8(0619)42-18-76; 093-46-511-94. E-mail: [email protected].
Information about the author Zharkov Victor Yakovlevich - Candidate of Technical Sciences, associate professor, Taurian State Agrotechnological University (Melitopol). Phone: 8(0619)42-18-76; mob.: 093-46-511-94. E-mail: [email protected].
УДК 631.145
ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ПШЕНИЦЫ К ПРОИЗВОДСТВУ ЗЕРНОВОГО ХЛЕБА
© 2012 г. В.М. Филин, И.В. Авдеева
Рассмотрен комплект оборудования для производства национального продукта ТАРА, продуктов детского питания и цельно-зернового хлеба, которое позволило отказаться от шелушильного моечного оборудования, сохранив все морфологические части зерна.
Ключевые слова: агрегат сортировально-полирующий серии АСП, дробильно-крупоотделяющие машины серии ДКМ, цельно-зерновой хлеб, продукты питания, технологии.
A set of equipment for the production of TARA national product, baby food products and whole-grain bread is considered. This equipment allowed refusing from the peeling washing equipment having kept all morphological parts of grain.
Key words: sorting and polishing machine TSA series, crushing machine series DKM, whole-grain bread, food products, technologies.
В настоящее время уделяется большое внимание продуктам питания, обладающим способностью стимулировать иммунную систему человека. Крупяные и хлебобулочные изделия в первую очередь и выступают в роли продуктов с функциональными свойствами.
Однако в России и ряде высокоразвитых стран исторически сложилась тенденция к потреблению в основном хлеба из муки высшего сорта, при получении которой из зерна отделяются оболочки и биоло-
гически ценные морфологические части: алейроновый слой и зародыш. При этом, например, в мукомольном производстве мука теряет 2/3 витаминов В2, более 80% витаминов В1 и РР, полностью удаляется витамин Е. Сошлифовывание оболочки и алейронового слоя приводит к потере микроэлементов (медь, марганец, железо, калий, магний). Дополнительно при помоле теряется 24% лимитирующей для хлеба аминокислоты лизина, а также около 14% незаменимых аминокислот треонина и
