AGRIS - 

2022

Evdokimov, A.A. | Charykov, V.I. | Sattarov, R.R. | Kopytin, I.I.

The research was carried out in the Kurgan region in order to optimize the design parameters of low-power electric generator for wind turbine with subsequent use in wind power plants. The electrical generator under development is a synchronous machine with permanent striped magnets, with high efficiency, low rotation speed and frequency; it is reliable and easy to be constructed. Calculation and experimental determination of design parameters of electric generator have been done. An experimental-laboratory setup of low-power electric generator was developed and manufactured. A direct proportion of power on generator rotor speed has been established: at omega = 40 rpm, P = 2 kW, and at omega = 70 rpm, the power increases to P = 4.0 kW. The output power of the generator is also affected by the length of the stator winding: if the stator winding length is l is 160 mm, power P is 1 kW, if l is 250 mm, power P is 1.5 kW. Results of calculations of output power are confirmed using experimental-laboratory unit. The main parameters of the electric low-powered generator have been optimized. They involved the rotor speed, the stator winding word size, the length of the magnetic system – with subsequent power ascension of the wind power plant. Application of the electric generator as a part of wind power plants (WPP) can improve the efficiency of power supply to consumers. | Исследования проведены в Курганской области с целью оптимизации конструктивных параметров электрического генератора малой мощности для ветроэнергетической установки с последующим использованием в составе ветроэлектрических станций. Разрабатываемый электрический генератор представляет собой синхронную машину с постоянными полосовыми магнитами, обладает высоким КПД, низкими оборотами и скоростью вращения, надежностью и простотой изготовления конструкции. Произведено расчетное и экспериментальное определение конструктивных параметров электрического генератора. Разработана и изготовлена экспериментально-лабораторная установка электрического генератора малой мощности. Установлена прямо пропорциональная зависимость мощности от частоты вращения ротора генератора: при омега = 40 об/мин, P = 2,0 кВт, а при омега = 70 об/мин, мощность увеличивается до P = 4,0 кВт. На выходную мощность генератора влияет также длина статорной обмотки: при длине статорной обмотки l = 160 мм, мощность P = 1,0 кВт, при l = 250 мм, мощность P = 1,5 кВт. Результаты расчетов выходной мощности подтверждены на экспериментально-лабораторной установке. Оптимизированы основные параметры электрического генератора малой мощности, учитывающие частоту вращения ротора, длину сегмента обмотки статора, длину магнитной системы – с последующим выходом на мощность ветроэнергетической установки. Применение электрического генератора в составе ветроэнергетических установок (ВЭУ) позволяет повысить эффективность электроснабжения потребителей.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2021

Voronin, S.М. | Ukraintsev, M.M.

A theoretical analysis of the operation of the most promising autonomous wind power plants (WPP) with redundancy of various types for commercial use has been carried out. It has been found that their efficiency, in addition to the energy characteristics of the wind, is influenced by the electrical load graphs, as well as the duration of continuous periods of wind at a given speed. The features of wind energy that contribute to the use of WPP in agriculture are considered. Thus, the electrical load is more dispersed than in industry, which is more consistent with the dispersal of wind energy. Most agricultural consumers allow longer power outages than industrial consumers; therefore, they are less demanding on the regularity of energy supply. The installed capacity of agricultural consumers is several orders of magnitude lower than in industry, which makes it possible to get by with less powerful WPP. Consumers of electricity appeared in the agriculture of Russia without a centralized power supply. These are small farms and other similar farms. Given the high cost of transmission lines, this feature enhances the competitiveness of autonomous WPP. The statistical characteristics of the distribution of wind speeds for a specific region of Russia, the Rostov region, were obtained. Comparison the data obtained with requirements of agricultural electricity consumers made it possible to determine the most effective operating wind speed (6-8 m/s) and to give recommendations on WPP use in agriculture of the region. It is calculated that at a wind speed of 6 m/s, the energy period will be at least 9 h, and the battery period will be no more than 53 h (probability 0.95). With the optimal selection of battery capacity, it is possible to reduce the cost of energy received by 25-30% compared to the average indicators for the region. The WPP have passed production checks at the recommended rural facilities and have shown a fairly high competitiveness. | Проведен теоретический анализ работы наиболее перспективных для коммерческого применения автономных ветроэлектростанций (ВЭС) с резервированием различного вида. Установлено, что на их эффективность, кроме энергетических характеристик ветра, влияют графики электрической нагрузки, а также продолжительности непрерывных периодов ветра с заданной скоростью. Рассмотрены особенности энергии ветра, способствующие применению ВЭС в сельском хозяйстве. Так, в сельском хозяйстве электрическая нагрузка более рассредоточена, чем в промышленности, что в большей степени соответствует рассредоточению энергии ветра. Большинство с.-х. потребителей позволяют более длительные перерывы в электроснабжении, чем промышленные потребители, поэтому они менее требовательны к регулярности поступления энергии. Установленная мощность с.-х. потребителей на несколько порядков ниже, чем в промышленности, что позволяет обходиться менее мощными ВЭС. В сельском хозяйстве России появились потребители электроэнергии, не имеющие централизованного электроснабжения. Это мелкие фермерские и другие аналогичные хозяйства. Учитывая высокую стоимость линий электропередачи, эта особенность повышает конкурентоспособность автономных ВЭС. Получены статистические характеристики распределения скоростей ветра для конкретного региона России – Ростовской области. Их сопоставление с требованиями с.-х. потребителей электроэнергии позволило определить наиболее эффективную рабочую скорость ветра (6-8 м/с) и дать рекомендации по применению ВЭС в сельском хозяйстве региона. Рассчитано, что при скорости ветра 6 м/с энергетический период составит не менее 9 ч, а аккумуляторный – не более 53 ч (вероятность 0,95). При оптимальном подборе емкости батареи можно снизить себестоимость получаемой энергии на 25-30% по сравнению со средними для региона показателями. ВЭС прошли производственную проверку на рекомендуемых сельских объектах и показали достаточно высокую конкурентоспособность.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2019

Paptsov, A.G. | Sokolоva, Zh.E., All-Russia Research and Development Inst. of Agricultural Economics, Moscow

Implementation of renewable energy sources is one of the most progressively developing area of the world energy system. Within (2007-2017 global consumption of renewables for electricity generation (not including hydroenergy) increased 4.5 times while total primary energy supply was grown only by 17%. World liquid biofuels (bioethanol, biodiesel) production more than doubled being significantly ahead the growth of conventional motor fuel. Major of global renewable energy is generated on rural territories. Rural territories also is a noticeable user of this energy if you consider not only agricultural production but also the public living needs of the rural population, local trade, social infrastructure, transport, construction, mining industry. The renewables are very important for sustainable development of rural territories since in many cases they could be autonomous energy sources, friendlier for the environment as compared with conventional non-renewable energy sources, contribute to creation of additional jobs and often are significant alternative source of income for farmers and other rural inhabitants. There are considered potentially most attractive renewables for rural territories including solar, wind, biofuels and wastes. Relevant foreign experience in context of socioeconomic, technological and ecological factors is analyzed. The main steps to support the development of production and use of renewables in rural areas of Russia are outlined. | Освоение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) наиболее быстро развивающееся направление мировой энергетики. За 2007-2017 гг. мировое потребление ВИЭ для производства электрической энергии (без учета гидроэнергии) увеличилось в 4,5 раза, тогда как общее потребление всех первичных топливно-энергетических ресурсов, используемых для этих целей – только на 17%. Мировое производство жидкого биотоплива (биоэтанол, биодизель) возросло более чем вдвое, что также существенно опережало рост производства традиционного моторного топлива. Основная часть возобновляемой энергии в зарубежных странах производится на сельских территориях. На сельских территориях потребляется также значительная часть этой энергии, если учитывать не только сельскохозяйственное производство, но также коммунально-бытовые потребности сельского населения, местную торговлю, социальную инфраструктуру, транспорт, строительство, горнодобывающую промышленность. ВИЭ, как фактор устойчивого развития, имеют большое значение для сельских территорий. Во многих случаях они являются источниками автономного энергоснабжения, оказывают существенно меньшее негативное влияние на окружающую среду по сравнению с традиционными невозобновляемыми источниками энергии, способствуют созданию дополнительных рабочих мест и часто являются существенным альтернативным источником доходов для фермеров и других сельских жителей. Рассматриваются потенциально наиболее привлекательные для использования на сельских территориях ВИЭ (энергия солнца, ветра, биотопливо и отходы). Анализируется соответствующий зарубежный опыт с учетом социально-экономических, технических и экологических факторов. Намечены основные направления поддержки развития производства и использования ВИЭ на сельских территориях России.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2017

Kulik, K.N. | Rulev, A.S. | Sazhin, A.N., Russian Academy of Sciences, Volgograd (Russian Federation). Federal Research Centre of Agroecology, Amelioration and Protective Afforestation

The modern steppe zone of Eurasia is an active arena of mineral substance eolation from the littering surface and its inclusion into the global process of exchange of substance and energy. The loss of fine earth by arable agricultural soils of steppe zone amounts to dozens of tons per hectare yearly that results in decrease in natural soil fertility and acceleration of total degradation of steppe ecosystems. The erosion of soil by wind is the most intensive when blocking processes occur as a result of strong anticyclone activity over south-east of Europe. This paper considers the methods of research on global transport of mineral substance. The theoretical and applied research according to the large program, including general scientific (analysis, synthesis), comparative geographical, geomorphological, climatic, mathematical and statistical methods; physical and chemical methods of analysis of soil properties, field stationary and field observation research on soil deflation, methods of physical and mathematical modeling, methods of remote sensing, was developed. The research on current eolian processes is very urgent due to their connection with the spatial intergeospheric transport of the substance and its accumulation on the littering surface. The knowledge of said processes would allow development of the mathematical models for the prognosis of such catastrophic phenomenon as dust storm events. | Современная степная зона Евразии является активной ареной выдувания минерального вещества с подстилающей поверхности и включения его в глобальный процесс обмена вещества и энергии. Распаханные и используемые в сельскохозяйственном производстве почвы степной зоны ежегодно теряют десятки тонн мелкозема с каждого гектара, что снижает природное плодородие земель и ускоряет общую деградацию степных экосистем. Особенно интенсивно выдувание происходит при блокирующих процессах, когда над юго-востоком Европы устанавливается мощный антициклон. В данной статье мы рассматриваем методы исследований глобального переноса минерального вещества. Проводились теоретические и прикладные исследования по широкой программе, включающей в себя общенаучные (анализ, синтез), сравнительно-географические, геоморфологические, климатические, математико-статистические методы, физико-химические методы анализа свойств почв, полевые стационарные и полевые натурные маршрутные исследования дефляции почвы, методы физического и математического моделирования, аэрокосмические методы. Исследования современных эоловых процессов весьма актуальны, так как связаны с пространственной межгеосферной миграцией вещества и аккумуляцией его на подстилающей поверхности. Знание этих процессов позволит создавать математические модели прогноза таких катастрофических явлений как пыльные бури.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2017

Muravleva, E.A. | Rudobashta, S.P., Russian State Agrarian Univ., Moscow (Russian Federation) | Hudgins, J.

Small power wind driven generators (WDG) (5-10 kW) have not found a proper use in the agriculture of Russia. This may be due to low public awareness of alternative energy source availability, insufficient information on opportunities of applying WDG by farm enterprises, the lack of proper algorithms of equipment selection, as well as practical examples and selection recommendations. The purpose of the considered research is to determine the most appropriate technical parameters (indicated capacity and the wind-wheel height) of WDG for farms in Russia. Basing on the research results and performed calculations there has been built a graph that can be used as a guideline for choosing small power WDG for farms in the regions with an average annual wind speed from 3 to 7.2 m/s. It is shown that most suitable for farms are WDG with a capacity of 6-10 kW and the wind-wheel height of 18-30 m. The threshold wind speed values, with the power consumption exceeding the production power, are often 4-6 m/s. It has been proved that only 21% of the analyzed regions in Russia fall within this wind speed range. The wind speed may be different in months within a year, so, a duplicating power source must always be provided. | Ветроэнергетические установки (ВЭУ) малой мощности (5-10 кВт) пока не нашли должного применения в сельском хозяйстве на территории России. Это объясняется низкой осведомленностью населения об альтернативных источниках энергии, отсутствием информации о возможности применения ВЭУ в фермерском хозяйстве, отсутствием точных схем выбора оборудования, примеров применения ВЭУ и рекомендаций по их выбору. Целью исследования являлось определение наиболее подходящих технических параметров (установленная мощность и высота расположения ветроколеса) ВЭУ для фермерских хозяйств России. По результатам исследования и проведенным расчетам был составлен график, которым можно руководствоваться при выборе ВЭУ малой мощности в регионах со среднегодовой скоростью ветра от 3 до 7,2 м/с. Показано, что в целом по стране наиболее подходящими для фермерских хозяйств являются ВЭУ мощностью 6-10 кВт с высотой расположения ветроколеса на уровне 18…30 м. Пороговым значением скорости ветра, при котором производство энергии превышает ее потребление, чаще всего является 4…6 м/c. Установлено, что только 21% из проанализированных регионов страны имеет среднегодовую скорость ветра, превышающую это значение. Скорость ветра также может различаться по месяцам в пределах года, поэтому всегда должен быть предусмотрен дублирующий источник энергии.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2014

Abdrakhmanov, R.R. | Batanov, B.N. | Fajzullin, R.M., Bashkir State Agrarian Univ., Ufa

Use of renewable sources based on small hydro, wind and power stations and biogas mini-power plants can satisfy most of the needs for energy resources in agriculture and reduce consumption of organic fuel in the Republic of Bashkortostan. The region's hydro energy supply is estimated by the average streamflow ranging from 1.5-4 l/s*sq.km to 14-17.5 l/s*sq.km. The total hydro energy potential of small rivers was estimated to be at the level of 2.4-2.8 billion kW*h and specific design capacity of wind current in conditions of the Republic of Bashkortostan - from 397 to 112 W/sq.m. Energy potential of biogas obtained from processing wastes of agricultural production is estimated to be about 2.2-2.5 billion kW*h. Application of biogas mini-power plants with combined generation of electricity and heat makes it possible not to use organic fuel at the existing rural boiler rooms during the summer period and considerably cuts its consumption during the winter period. The analytical dependences showing interrelation of renewable sources with power supply of agricultural consumers that characterize the process of power supply from several energy sources are shown. These dependences in total represent the mathematical model to define a rational set of power sources for any consumers in terms of potential availability, reliability of each sources as well as their cost production. | Использование возобновляемых источников на основе малых гидро-, ветроэлектростанций и биогазовых тепловых мини-электростанций позволяет обеспечить значительную часть потребности сельского хозяйства в энергоресурсах и снизить потребление органического топлива в Республике Башкортостан. Обеспеченность региона гидроэнергетическими ресурсами оценивается средним модулем речного стока и составляет от 1,5-4 л/с*кв. км до 14-17,5 л/с*кв. км. Общий гидроэнергетический потенциал малых рек определен на уровне 2,4-2,8 млрд. кВт*ч, а удельная расчетная мощность ветрового потока в условиях Республики Башкортостан - от 397 до 112 Вт/кв. м. Энергетический потенциал биогаза, полученного за счет переработки отходов с.-х. производства, оценивается величиной около 2,2-2,5 млрд. кВт*ч. Применение биогазовых мини-электростанций с комбинированным производством электроэнергии и тепла позволяет отказаться от использования органического топлива на существующих сельских котельных в летний период времени и значительно снизить его расход в зимний период. Предложены аналитические зависимости, раскрывающие взаимосвязь возобновляемых источников с энергообеспечением с.-х. потребителей, характеризующие процесс энергоснабжения потребителей от нескольких источников энергии. Данные зависимости в совокупности представляют собой математическую модель, позволяющую определить рациональный набор энергоисточников для любого из потребителей с учетом потенциальной доступности, надежности каждого из источников, а также их себестоимости.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2014

Tanyukevich, V.V. | Ivonin, V.M., Don State Agrarian Univ. Novocherkassk Inst. of Engineering and Land Reclamation, Rostov Region

Степень мелиоративного влияния полезащитных лесных полос (ЛП) определяли через их фитонасыщенность (ФН), т.е. отношение массы растительного вещества к объему надземной части насаждения. Установлено, что ФН ЛП зависит от лесорастительных условий, породного состава, возраста и запаса древесины. ФН определяет мелиоративное влияние ЛП через ветровой режим и снегонакопление на межполосных полях. Анализ ФН ЛП в различных лесомелиоративных районах Ростовской области показал, что высокая ФН характеризуется показателем более 0,65 кг/куб.м, средняя – от 0,34 до 0,65, низкая – менее 0,34 кг/куб.м. Ветровой режим предложено характеризовать коэффициентом кинетической энергии ветра – отношением этой энергии в зоне мелиоративного влияния ЛП и на контрольном участке (середина межполосного поля). Снегонакопление предложено характеризовать коэффициентом запасов снеговой воды – отношением этих запасов в зоне мелиоративного влияния ЛП и на контрольном участке межполосного поля. Получены уравнения множественной связи коэффициентов кинетической энергии ветра и запасов снеговой воды на межполосных полях с ФН и шириной ЛП. Обычно при возрастании фитонасыщенности и ширины ЛП увеличиваются запасы снеговой воды в зоне мелиоративного влияния насаждений. На основе проведенных исследований уточнен состав пород, дающих насаждения с высокой и средней ФН: дуб низкоствольный, робиния, гледичия, вяз, ясень и тополь. Для отдельных лесомелиоративных районов Ростовской области рекомендованы культуры, наиболее перспективные для создания в них ЛП. | The ameliorative impact of forest shelterbelts (FS) was determined through their phytomass volume (PV), i.e. relation of plant substance mass to volume of above-ground part of the stand. It was established that PV of FS depends on growing conditions, species composition, age and timber stock. PV determines the ameliorative impact of FS through wind regime and snow accumulation at the fields situated between shelterbelts. Analysis of PV of FS in forest improvement areas of the Rostov region has shown that high PV was characterized by the index of more than 0.65 kg/cub.m, average - 0.34 to 0.65, and low - less than 0.34 kg/cub.m. Wind regime was offered to characterize by coefficient of kinetic energy - a relation of this energy in the area of ameliorative impact of FS and in the reference area (the middle of the field situated between shelterbelts). Snow accumulation was offered to characterize by coefficient of snow water reserve - relation of this reserves in the area of reclamation impact of FS and in the reference area of the field situated between shelterbelts. Equations of multiple connections of the coefficients of kinetic wind energy and reserves of snow water at the fields between shelterbelts with PV and width of FS were obtained. Usually when a phytomass volume and width of FS grow, snow water reserves in the area of reclamation impact of stands also increase. In terms of the carried out studies forest tree composition giving stands with high and average PV are specified: short-stemmed oak, acacia, honeylocust, elm, ash-tree and poplar. The most perspective trees for FS establishing in them are recommended for certain forest reclamation areas of the Rostov region.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2012

Galushchak, V.S., Volgograd State Technical Univ. (Russian Federation). Kamyshin Technological Inst.

Lighting-engineering mountings created on the base of sun and wind power use promote the energy economy in the lighting systems. Especially it is topical for rural settlements which have low houses and open areas. The design of autonomic lighting-engineering mounting is offered. It contains a support, a generator of power, a supercondenser, a light-emitting array, a control block, a turbine, glazed boxes, a deflector, orifices and console. In the daytime the control block is disconnected with the lighting sensing element. In the night the lighting sensing element feeds the control block, with the pedestrian's or moto transport's approach the sensing element switches on the light-emitting array which illuminates the surroundings. With the pedestrian's or moto transport's disappearance the sensing element switches off the light-emitting array. At dawn the lighting sensing element switches off the control block and the light-emitting array fades regardless of the pedestrians' or moto transport's presence. In the daylight it is constantly turned off. The peculiarity of the offered construction is the airbaric effect use. For this purpose in the tubular support the self-draught is created as a result of the inner air heating by means of the sun. In the head of the airbaric part there is a defector which creates the discharge inside the support. The combined action of the sun heating and creating the discharge are provided with the vertical air stream, its energy is used by the air turbine which puts the generator into rotation. The calculation of the expected energy production is presented, its sufficiency for the work providing of the lighting mounting is shown. The offered construction allows reducing the expenditures for the street lighting systems' exploitation. It is stable against vandalism. | Светотехнические установки, созданные на основе применения солнечной и ветровой энергии, способствуют энергосбережению в системах электроосвещения. Особенно это актуально для сельских поселений, которые имеют, как правило, низкоэтажную застройку с открытыми пространствами. Предлагается конструкция автономной светотехнической установки. Она включает в себя опору, электрогенератор, суперконденсатор; светодиодную панель, блок управления, турбину, остекленные ящики, дефлектор, отверстия и консоль. Днем блок управления освещением отключен от питания датчиком освещенности. В ночное время датчик освещенности подает питание на блок управления, при приближении пешехода или автотранспорта датчик движения включает светодиодную панель, которая вспыхивает и освещает окружающее пространство. По мере удаления пешехода или автотранспорта датчик движения выключает питание светодиодной панели. С наступлением рассвета датчик освещенности полностью отключает питание блока управления освещением, и светодиодная панель гаснет вне зависимости от того, есть ли вблизи пешеходы или автотранспорт или нет. При достаточной освещенности она постоянно находится в отключенном состоянии. Отличительной особенностью рассматриваемой осветительной установки является использование аэробарического эффекта. Для этого внутри трубчатой опоры организована самотяга за счет нагрева внутреннего воздуха солнечным излучением. В оголовке аэробарического участка размещен дефлектор, создающий разряжение внутри опоры. Совместное действие нагрева солнечным излучением и создание разряжения дефлектором обеспечивает вертикально восходящий воздушный поток, энергию которого снимает аэротурбина, приводящая во вращение электрогенератор. Приведен расчет ожидаемой выработки электроэнергии, показана ее достаточность для обеспечения работы осветительного устройства. Предлагаемая конструкция обладает повышенной вандалоустойчивостью и позволяет снизить затраты на эксплуатацию систем уличного освещения.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2010

Dorzhiev, S.S. | Bazarova, E.G., All-Russia Research and Development Inst. of Electrification of Agriculture, Moscow

A design of wind wheel equipped with additional regulators fixed to each blade was proposed. Each regulator of the blade is programmed for a definite wind velocity and when the velocity is increased or decreased, the edge or plane of the blade is positioned to the wind direction thereby reducing or increasing the action of wind force on the wind wheel. The operational mechanism of the wind wheel with regulating number of blades has been considered. In the normal position, that is, in the absence of wind the regulating mechanism of each blade is in the normal position, and the blade of wind wheel in this case is at the angle of 42-45 degrees. When the wind velocity is increased, the blade of the wind wheel starts rotating. Concurrently impact pressure raises passed to the regulation mechanism of definite blades adjusted for particularly this wind range. Under effect of the relevant mechanism the blade edges turn in the direction of the wind thereby decreasing to the moving air stream. Using the proposed design of the wind wheel results in a possibility to regulate the number of blades allowing thereby changing the specific speed and the starting moment of the wind wheel depending on the wind velocity, simplifying the designs, improving the operation reliability protecting thereby the wind wheel from disrupting overworks.

Show more [+]

Less [-]

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation

2009

Voronin, S.M.

Central Scientific Agricultural Library - Russian Federation