Энергоинжиниринг спектральных параметров облучательных установок селекционных климатических сооружений

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭНЕРГОИНЖИНИРИНГ СПЕКТРАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ОБЛУЧАТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК СЕЛЕКЦИОННЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЙ

Голубова О.С.

Гулин С.В.

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 U_c. Тогда экономию от внедрения стабилизации Э_с в общем виде можно представить как

Э_с = З_л ?(Е_иК_с + И_с), (1)

где З_д - дополнительные затраты, обусловленные нестабильностью Uс, руб.; К_с - капитальные затраты на стабилизацию параметров ГЛ, руб.;Е_и - нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений; И_с - 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 (З_у) 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 (З_э).

3. Дополнительные затраты на приобретение и преждевременную замену ГЛ в результате сокращения срока их службы (З_д).

Тогда суммарные затраты определятся как

З_с = 3_у + 3_л + 3_э. (2)

Рассмотрим составляющие З_с.

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

З_у = Р_н(С_л + С_у + С_м)(К_д-1), (3)

где Р_н - номинальная мощность облучательной установки, кВт,

С_л, С_у, С_м - стоимость 1 кВт установленной мощности ГЛ, пускорегулирующей аппаратуры, мощности в энергосистеме, руб.;

К_д - коэффициент дополнительно установленной мощности, определяемый по номограммам [5].

Затраты на дополнительно израсходованную электроэнергию определятся из выражения

Зэ= С_эР_нt(К_э-1), (4)

где С_э - 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

З_л= (С_л + С₃)(1-К_л)Р_н (5)

где (С_л + С₃) -стоимость 1 кВт ГЛ и их замены, руб.; К_л- коэффициент сокращения срока службы ГЛ.

Исходные данные для расчета экономической эффективности стабилизации определятся с учетом реальных отклонений напряжения U_c (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 у(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

Анализ полученных данных показывает на существенный (до 18%) перерасход электроэнергии при сокращении срока службы ГЛ на 18-20%. В климатических сооружениях нестабильность U_Q 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 U_c 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 U_c позволит снизить расход электроэнергии более чем на 25% и сократить годовую потребность в лампах на 20%. 

Литература

энергетический облучательный лампа стабилизация

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.

Размещено на Allbest.ru