Перспективы использования малой гидроэнергетики в Ростовской области

cheskih udobrenij: monografija [Technologies and technical means of production and use of organic fertilizers: monograph], Zernograd, AChll FGBOU VO DonGA, 2016, 224 p.

3. Zhmur N.S. Tehnologicheskie i biohimicheskie pro-cessy ochistki stochnyh vod na sooruzhenijah s ajerotenkami [Technological and biochemical processes of wastewater treatment at the facilities with aeration], M., AKB AROS, 2003,512 p.

4. Kachanova L.S. Upravlenie tehnologicheskimi pro-cessami proizvodstva i primenenija organicheskih udobrenij v agrarnom sektore jekonomiki: monografija [Management of technological processes of production and use of organic fertilizers in agricultural sector: monograph], Zernograd, AChll FGBOU VO DonGAU, 2016, 207 p.

5. Jutkin L.A. Jelektrogidravlicheskijj effekt i ego pri-menenie v promyshlennosti [Electrohydraulic effect and its application in industry], L., Mashinostroenie, 1986, 253 p.

6. Lipkovich E.I., Bondarenko AM., Kachanova L.S. Prospective Technology for Processing of Manure and Dung,

Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences (RJPBCS), 2016, Vol. 7, Issue 2, pp. 225-234.

7. Druzyanowa V P., Petrowa S.A., Okhlopkowa M.K., Spiridonowa A.V., Bondarenko A.M. Apprabation of a new biogas technology, experiments and results, Journal of Industrial Pollution Control, 2017, No 33 (1), pp. 1058-1066.

8. Goodwiller B.T. Chambers J.P. The potential use of ultrasound to control the trematode Bolbophorus confusus by eliminating the ram'shorn snail Planorbellatrivolvis in commercial aquaculturesettings, North American Journal of Aq-uaculture, 2014, No 74 (4), pp. 485-488.

9. Wu R.X., Joyce E.M., Mason T.J. Evaluation of the mechanisms of the effect of ultrasound on Microcystis aeruginosa at different ultrasonic frequencies, Journal Water Research, 2012, No 46, pp. 2,851-2,858.

10. Purcell D., Parsons S.A., Jefferson B., Holden S., Campbell A., Wallen A., Chipps M., Holden B., Ellingham A. Experiences of algal bloom control using green solutions barley straw and ultrasound, an industry perspective, Water and Environment Journal, 2013, No 27, pp. 148-156.

Сведения об авторах

Головко Александр Николаевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Земпеустройство и кадастры», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-918-515-17-18. E-mail: alexnikgol@rambler.ru.

Бондаренко Анатолий Михайлович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Землеустройство и кадастры», Азово-Черноморский инженерный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» в г. Зернограде (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-928-162-76-46. E-mail: bondanmih@rambler.ru.

Information about the authors

Golovko Alexander Nikolaevich - Candidate of Technical Science, associate professor of the Earth-device and cadaster department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-918-515-17-18. E-mail: alexnikgol@rambler.ru.

Bondarenko Anatoly Mikhailovich - Doctor of Technical Science, professor, head of the Earth-device and cadaster department, Azov-Black Sea Engineering Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» in Zernograd (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-928-162-76-46. E-mail: bondanmih@rambler.ru.

УДК 621.22

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МАЛОЙ ГИДРОЭНЕРГЕТИКИ В РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

© 2017 г. A.B. Алиферов, А.Р. Триполева

Цель работы - проведение исследований по оценке гидроэнергетических ресурсов и перспектив развития малой гидроэнергетики на действующих гидротехнических сооружениях (ГТС) водохозяйственных систем (ВХС) Ростовской области. На современном этапе развития промышленного и сельскохозяйственного производства в Южном и Северо-Кавказском регионах большое значение имеет использование возобновляемых источников энергии (ВИЗ), в частности гидроэнергетического потенциала малых водотоков и ГТС водохозяйственных систем. С помощью системного анализа ВХС Ростовской области были обоснованы места размещения малых ГЭС на действующих ГТС Ростовской области. На базе проведенных полевых обследований и выполненных водноэнергетических расчетов по результатам изучения топографических карт (масштаб 1:10000 или 1:25000) осуществлена оценка гидроэнергетических ресурсов сетевых ГТС в Ростовской области. Перспективными створами для малых ГЭС водохозяйственного комппекса Ростовской обпасти являются 16 функционирующих ГТС. Показатели суммарной мощности и производства электроэнергии на малых ГЭС предварительно оцениваются в 66,6 МВт (или 570 млн кВт-ч) в год. В настоящее время произведены водно-энергетические расчеты, осуществлен выбор основного гидротурбинного оборудования и расчет стоимости ГЭС. В соответствии с этим при реализации возможного плана развития по использованию ВИЭ на малых ГЭС в Ростовской области до 2020 г. замещение органического топлива ежегодно составит до 1,0 млн т условного топпива, а объемозаме-щение природного газа - около 1 млрд м* в год. Следует подчеркнуть, что использование малых ГЭС на базе дейст-

вующих ГТС позволит снизить себестоимость электроэнергии, потребляемой в целях орошения земель и работы систем сельскохозяйственного водоснабжения.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии (ВИЭ), малая ГЭС, гидротехнические сооружения (ГТС), водохозяйственная система, малые водотоки, бассейновая геосистема, электрическая энергия.

The aim of research is the investigation of assessment of hydropower resources and prospects of development of small hydropower at existing hydraulic structures (HS), water supply system (WSS) of Rostov region. At the present stage of industrial and agricultural production development in the South and the North Caucasus regions the use of renewable energy sources (RES) is of great importance, in particular hydropower potential of small watercourses and hydraulic structures of water systems. With the help of system analysis of WSS in Rostov region the locations for small hydropower stations at existing hydraulic structures were justified. On the basis of surveys and completed water and energy calculations based on the research of topographic maps (scale 1:10000 or 1:25000) an assessment of hydropower resources of hydraulic structures network in Rostov region is performed. 16 functioning hydraulic structures are promising sites for small hydropower plants of water complex of Rostov region. Indicators of total power and power generation of small hydropower stations are tentatively estimated as 66,6 MW (or 570 million kW/h) per year. Currently water and energy calculations were done, the main hydraulic turbine equipment choice was carried out and small hydropower station cost calculations were performed. Accordingly, by implementation of a possible development plan for the use of renewable energy at small hydropower plants in Rostov region until 2020, the replacement of fossil fuels will reach 1,0 million tons of equivalent fuel each year, and natural gas volume replacement is about 1 billion cubic meters per year. It should be emphasized that the use of small hydropower plants on the basis of the existing hydraulic structures will reduce the cost of electricity consumed for irrigation of agricultural land and the work of water supply systems.

Keywords: renewable energy, small hydroelectric power stations, hydraulic structures, water management system, small watercourses, basin geosystem, electric energy.

Введение. Современное общественное развитие, как на глобальном уровне системы «Природа - Общество - Человек» в пространственных пределах биосферы Земли (\Л/бгз=1 Ю10 км3), так на иерархических уровнях локальных бассейновых геосистем, где формируются водные ресурсы (поверхностный и подземный сток) и ведутся практически все виды многогранной хозяйственной и иной деятельности, характеризуется устойчивым ростом актуальности всех аспектов взаимосвязи, взаимодействия и взаимоотношения (ВВВ) между проводимой хозяйственной и иной деятельностью с природными средами (атмосферой, гидросферой, литосферой и почвенным покровом), способствующими формированию устойчивой тенденции на увеличение потребления природных ресурсов (не возобновляемых до 85%, возобновляемых до 15%), из которых наиболее жизненно важными являются водные, потребление которых по массе превышает все остальные ресурсы вместе взятые [3]. Такая парадигма общественного развития, как свидетельствуют реалии, определила ряд современных взаимосвязанных между собой глобальных проблем, из которых первыми и главными по значимости являются проблемы энергии, воды и пищи, без решения которых невозможно решение других 7 важных проблем, в том числе экологии.

Проблема воды, как возобновляемого природного ресурса, в значительной степени определяется современными технологиями ее использования в различных отраслях хозяйствен-

ной деятельности и не менее важными условиями характера, и видами воздействия строящихся и функционирующих водохозяйственных объектов на природные среды в пространственных пределах бассейновых геосистем, где формируются количественные и качественные показатели водных ресурсов в зависимости от экологического состояния рассматриваемого пространства [1].

Целью исследований являлось обоснование перспектив использования объектов малой гидроэнергетики в Ростовской области. При обустройстве территорий бассейновых геосистем для использования ВИЭ предусматривается возведение следующих энергетических объектов:

- малых ГЭС мощностью до 30 МВт;

- тепловых электростанций на биотопливе (БиоГЭС);

- электростанций на биологическом топливе (БиоЭС);

- ветровых электростанций (ВЭС);

- ветровых энергетических установок

(ВЭУ);

- геотермальных электростанций (ГеоЭС);

- солнечных фотоэлектрических станций (ФЭС);

- солнечных фотоэлектрических установок (ФЭУ);

- электростанций морских волн (ЭСМВ);

- электростанций морских приливов (ЭСМП) [7-9].

В таблице 1 представлены перспективные показатели мощности и производства электроэнергии ВИЭ в Российской Федерации.

Таблица 1 - Перспективные показатели мощности и производства электроэнергии ВИЗ в РФ

Тип электростанции (ЭС) Единица измерения 2005 г. 2010 г. 2015 г. 2020 г.

ГЭС мощностью < 25 МВт МЛРД КВТ'Ч мВт 2,8000 680,0000 3,50000 850,00000 10,000 2430,000 20,000 4800,000

Ветровые ЭС МЛРД КВТ'Ч мВт 0,0097 12,0000 0,21000 120,00000 2,600 1500,000 17,500 7000,000

Геотермальные ЭС млрд кВТ'Ч мВт 0,4000 71,0000 0,60000 90,00000 2,000 300,000 5,000 750,000

ТЭС (на биомассе) млрд кВТ'Ч мВт 5,20000 1413,0000 13,50000 2800,00000 22,000 5000,000 34,900 7850,000

Приливные ЭС млрд кВТ'Ч мВт 0,0000 1,5000 0,00000 1,50000 0,024 12,000 2,300 4500,000

Солнечные ЭС млрд кВТ'Ч мВт 0,0002 0,0200 0,00003 0,03000 0,002 1,500 0,018 12,100

Прочие ЭС МЛРД КВТ'Ч мВт 0,0000 0,0000 0,00000 0,00000 0,080 20,000 0,500 250,000

Доля ВИЭ (без больших ГЭС) % 0,9 1,5 2,5 4,5

В настоящее время в мировом масштабе ВИЗ дают около 3,5% электрической энергии [4], что обусловливает создание значительных резервов для развития малой энергетики и формирует тенденцию к снижению выбросов в атмосферу парниковых газов, произведенных мощными тепловыми электростанциями (Новочеркасская ГРЭС, Невинномысская ГРЭС, Ставропольская ГРЭС и др.). Таким образом, развитие малой энергетики в направлении использования ВИЗ способствует решению проблемы глобального потепления [5].

Объем потребляемой электроэнергии в РФ ежегодно растет и составит к 2020 г. более 1800 млрд кВт-ч, а в регионах Юга России (ЮФО и СКФО) более 126 млрд кВт-ч [6].

В настоящее время рынок электроэнергии на Юге России является остродефицитным и будет оставаться таким в обозримой перспективе вследствие высоких требований природоохранного и экологического характера, предъявляемых к ТЭС и АЭС [7]. Недостаточность на Юге России генерирующих мощностей, позволяющих выравнивать график потребляемой энергии, приводит к существенному повышению тарифов на электроэнергию. Причиной этому являются потери в электрических сетях и оплата за заявленную мощность утреннего и вечернего максимума нагрузок.

Решением проблемы нехватки электроэнергии в ЮФО могут быть малые ГЭС, которые являются эффективной технологией энергопроизводства на базе ВИЭ.

Преимущества объектов малой гидроэнергетики перед другими ВИЭ заключаются в стабильной, не зависящей от погодных условий, выработке электроэнергии, а также в экономичности. Стоимость 1 кВт-ч, произведенного на малых ГЭС в России (по данным Минэнерго) в централизованной энергосистеме, составляет 0,4-0,6 руб., а за рубежом - 3,0-4,0 цента [8].

Преимущество объектов малой гидроэнергетики с направлением экологии состоит в их принадлежности к сектору экологически чистой возобновляемой энергетики, что обеспечивает устойчивое локальное электроснабжение и, в отличие от крупных объектов гидроэнергетики, не представляет угрозы для местных экосистем. Немаловажным является то, что для постройки объектов малой гидроэнергетики требуется намного меньше финансовых ресурсов, чем для сооружения крупных ГЭС.

Строящиеся объекты малой гидроэнергетики должны обеспечить:

- качественное и надежное электроснабжение объектов хозяйственной деятельности, ЖКХ сельских поселений, а также местных промышленных предприятий;

- снижение выбросов парникового газа

(С02);

- замещение топлива, используемого на

ТЭС;

- снижение инфраструктурных ограничений для экономического развития сельских территорий.

Прогресс в развитии объектов малой гидроэнергетики является одним из наиболее пер-

спективных направлений в рамках реализации мероприятий Киотского протокола [9]. В Российской Федерации на данный момент разработана концепция развития малой гидроэнергетики, включающая схемы размещения ее объектов (общей мощностью 420 мВт) и их количество (в Ставропольском крае - 14 малых ГЭС, Республике Тыва - 18, Алтайском крае - 35, Бурятии - 12, Северной Осетии - Алании - 17). Существуют и региональные программы локальной энергетики на базе малых ГЭС для Краснодарского края, Нижегородской, Астраханской, Ленинградской областей, Республик Карачаево-Черкессия, Кабардино-Балкария, Дагестан и других регионов [10,11].

Материалы и методы. Исследования рассматриваемых водохозяйственных систем проводились с использованием системного подхода. Основным материалом для обоснования мест размещения малых ГЭС явились конструк-

тивные характеристики действующих ГТС водохозяйственных систем.

Хозяйственная деятельность по использованию водных ресурсов в различных отраслях аграрного производства в энерго-энтропий-ном понимании обусловливает системное преобразование природных форм энергии, то есть увеличение свободной части энергии Ясв, способной выполнять работу, в балансовом соотношении со связанной частью энергии £св1, не способной выполнять работу.

Естественные процессы в природных системах и, соответственно, в бассейновых геосистемах характеризуются взаимодействием биотических и абиотических компонентов между собой при непрерывном поступлении потоков свободной энергии (£свб), приходящей из космоса в виде солнечной радиации.

-пол

Есвб

о

_У_

—л—

-свэ

Рисунок 1 - Схемы энергетического баланса в системе

Это требует определенных системных изменений, направленных на повышение уровня КПД, который вычисляют по формуле

кпд=л;в//<;пол,

где Епол - полный поток энергии, поступающий в систему.

Использование малых ГЭС на действующих водохозяйственных системах способствует увеличению свободной части энергии Есв в

том количестве, которое может быть выработано на установленных гидроагрегатах [1].

В Ростовской области, которая имеет высокий уровень развития водохозяйственных комплексов, перспективным (с точки зрения современных технологий и оборудования) направлением в области ВИЭ является использо-

вание существующих ГТС с перепадом уровней воды в верхнем и нижнем бьефах от 3 м и более и значительными расходами воды.

Результаты и обсуждение. По результатам расчетов наиболее перспективными створами для строительства объектов малой гидроэнергетики на водохозяйственных комплексах Ростовской области являются 16 функционирующих ГТС. Показатели суммарной мощности и производства электроэнергии на малых ГЭС предварительно оцениваются в 66,6 МВт, или 570 млн кВт-ч в год соответственно.

На рисунке 2 представлена схема размещения объектов малой гидроэнергетики на ГТС Ростовской области.

Рисунок 2 - Схема размещения объектов малой гидроэнергетики на ГТС Ростовской области Таблица 2 - Экономическая эффективность малых ГЭС

Показатели Количественное значение показателей

Плановая прибыль, % в год 0,0 3,0 6,0 9,0 12,0

Суммарная номинальная мощность, МВт 66,6 66,6 66,6 66,6 66,6

Годовая выработка ВИЭ, млн кВт ч 570 570 570 570 570

Капитальные затраты на возведение ВИЭ, млн € 73,3 73,3 73,3 73,3 73,3

Замещение органического топлива (природного газа), тыс. т/год 114 114 114 114 114

Стоимость замещенного органического топлива в РФ, тыс. €/год 9204 9204 9204 9204 9204

Сокращение выбросов парниковых газов, тыс. т/год 313,4 313,4 313,4 313,4 313,4

Стоимость предотвращенных выбросов, тыс. €/год 6360,5 6360,5 6360,5 6360,5 6360,5

Себестоимость энергии ВИЭ, €/кВт ч 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02

Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене рынка, лет 4,5 5,0 6,1 8,0 12,0

Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене + надбавки, лет 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8

Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене + топливный бонус, лет 2,5 2,8 3,1 3,4 3,8

Трудоемкость реализации проекта ВИЭ, чел ч/млн кВт-ч 0,114 0,114 0,114 0,114 0,114

В Ростовской области имеются хорошие условия для всех рассмотренных видов ГЭС. Места для их строительства располагаются в близлежащих населенных пунктах с подъездными путями, соединяющими здания ГЭС с основными автодорогами.

По результатам предварительных водно-энергетических расчетов осуществлен выбор основного гидротурбинного оборудования и выполнен расчет стоимости ГЭС (таблица 3).

Расчетные показатели экономической эффективности малых ГЭС, способных обеспечить заданную выработку при разных значениях планируемой дисконтированной нормы прибыли, определялись на аналогичных объектах и представлены в таблице 2.

Полученные данные свидетельствуют о высокой экономической эффективности и инвестиционной привлекательности проектов малых ГЭС на территории Ростовской области. В соответствии с проведенными расчетами, при реализации такого сценария развития по использованию ВИЭ на малых ГЭС в Ростовской области до 2020 г. замещение органического топлива может составить ежегодно около 0,91 млн т условного топлива [12].

При этом объемозамещение природного газа за счет использования ВИЭ составит до 1,003 млрд м3 в год, а сокращение выбросов в атмосферу парниковых газов на малых ГЭС -свыше 1,5 млн т в год.

ь со г ц х о —1 00 О о

о-С

со

СГ

5

ш ст; м го Ь со

со о

-I "О

а>

и 5 со

_Е со

1 го

ш го

-о О О

го < со

Л ^

СО

ст х

О о

X

о го

о

О О) СТ> Со)

о о Щ (1)^1

ш 5 5

х ^ ^

X О

* » го

аз

г

си

го

о

13

X

£

X

о ст\ а'

о

X

о

-I

о

тз со Е со

о

X

со тз со

5 '

£ о х о

3 3 ^ %

х ^ -1 з: Са> СО

Реп

ЗЕ со X

со

о

=1 ^

а> х ш

ь ^

20

со тз го о

х Ьэ тз х о

- • X

со -о

—I

со

I

тз ш ы тз ш

СП

о

ТЗ 35

со о»

-I

О) -с=:

со

о ^

С31 3

1-5

о " го ш

го

со

го

со

Таблица 3 - Характеристика перспективных ГЭС в Ростовской области

Наименование малых ГЭС Местоположение (район) Напор м Расход м:/га Установленная мощность тыс кВт Годовая выработка электроэнергии млн кВт ч Примечание

ГУ № 2 на р Северский Донец Усть-Донецкий 3.60 25,00 882,90 7,73 Существующие, круглогодичные

ГУ № 3 на р Северский Донец Усть-Донецкий 3,50 25,00 858,38 7,52

ГУ № 4 на р Северский Донец Белокалитвинский 3,20 25,00 784,80 6,87

ГУ № 5 на р Северский Донец Белсжалитвинский 3,15 25,00 772,54 6,77

ГУ № 6 на р Северский Донец Каменский 3,15 25.00 772,54 6,77

ГУ № 7 на р Северский Донец Каменский 3,15 25,00 772,54 6,77 Круглогодичный

Водохранилище на балке Гашун Ремонтненский 6,00 3,50 206,01 0,45 С апреля по июнь

Воронцово-Николаевское Сальский 5,00 25,50 1250 78 10,96 Круглогодичное

водохранилище

Сальское водохранилище Сальский 10,0 20,00 1962 00 17,19 Круглогодичное

Садковский сброс ДМ К Мартыновский 6..00 30,00 1765 80 10,34 С апреля по ноябрь

Концевой сброс ПК Пролетарский 6,00 40,00 2354 40 13,79 С апреля по ноябрь

Веселовская ГЭС Веселовский 6,70 46,00 3500 00 22,00 Круглогодичные

Пролетарская ГЭС Пролетарский 5,00 15.00 735,75 6,45 требуется восстановление

Николаевский гидроузел Волгодонский 3,50 500,00 17167 50 150,39 Круглогодичные

Константиновский гидроузел Семикаракорский 3,50 500,00 17167 50 150,39

Кочетовский гидроузел Константиновский 3,50 500,00 17167 50 150,39

Всего 85288 44 569,95

- подготовка проектно-сметной документации;

- прохождение экспертизы;

- авторский надзор за строительством;

- изготовление и поставка оборудования;

- проведение шеф-монтажных и пускона-ладочных работ;

- сдача ГЭС в эксплуатацию.

Рост энергопотребления в Южном и Северо-Кавказском федеральных округах представлен в таблице 4.

Прогнозные показатели роста производства электроэнергии на Юге России в соответствии с растущим спросом представлены на рисунке 3.

Таблица 4 - Рост энергопотребления в регионах Южного и Северо-Кавказского федеральных округов

Регион Электропотребление, млрд кВт-ч (базовый вариант) Среднегодовой темп роста, %

2006 г. 2010 г. 2015 г. 2020 г. 2001-2005 гт. 2006-2010 гт. 2011-2015 гг. 2016-2020 гт.

Всего в ЮФО и СКФО 76,5 94,0 111,3 126,0 1,5 5,' 3,4 26

Астраханская область 4,0 4,7 5,6 6,4 1,2 4,0 3,5 3,0

Волгоградская область 19,1 20,5 23,1 26,3 0,9 2,1 2,4 2,6

Чеченская Республика 1,6 2,4 3,6 4,9 25,7 10,8 7,8 6,6

Республика Дагестан 4,4 5,3 6,2 7,0 4,5 4,4 2,9 2,6

Кабардино-Балкарская Республика 1,4 1,5 1,6 1,7 -2,0 0,5 1,1 1,6

Республика Калмыкия 0,5 0,5 0,5 0,6 -3,6 -0,2 1,1 1,6

Краснодарский край 17,9 24,8 32,4 36,5 2,3 8,0 5,5 2,5

Ростовская область 15,3 21,0 23,2 26,2 1,1 7,5 2,0 2,4

Республика Северная Осетия - Алания 2,2 2,3 2,5 2,8 0,8 1,3 1,5 2,1

Карачаево-Черкесская Республика 1,2 1,2 1,6 1,7 -0,4 1,0 4,8 1,7

Ставропольский край 8,4 9,2 10,3 11,2 0,3 2,4 2,2 1,8

Республика Ингушетия 0,5 0,6 0,7 0,7 3,0 5,7 3,2 1,9

1 8

П рог НО IHN 1 lt.ipil.lHT

БазовыА «и IM лит L П I Ь

а г 9

\ 71 76 1 1

м 1

глоч Год

Рисунок 3 - Прогнозные показатели роста производства электроэнергии в соответствии с растущим спросом в ЮФО и СКФО

Выводы

1. Выполненная оценка водноэнергети-ческого потенциала для создания малых ГЭС с учетом их возможного размещения на действующих ГТС в Ростовской области позволила установить, что суммарная установленная мощность ГЭС составит 66,67 МВт со среднегодовой выработкой до 570 млн кВт-ч электриче-

ской энергии.

2. По результатам расчетов наиболее перспективными створами для устройства объектов малой гидроэнергетики на водохозяйственных комплексах Ростовской области являются 16 функционирующих сооружений, имеющих перепады между верхним и нижним бьефами от 2 до 10 м и более.

3. Производство электроэнергии на объектах малой гидроэнергетики в огромной степени снижает антропогенную нагрузку на природные среды в зонах влияния. При этом из-за использования ВИЗ замещение природного газа может составить до 1,003 млрд м3 в год, а выброс парниковых газов в атмосферу сократится более чем на 1,5 млн т в год.

Литература

1. Природно-технические системы в использовании водных ресурсов: территории бассейновых геосистем: монография / В.Л. Бондаренко, Е.А. Семенова,

A.В. Алиферов, О.В. Клименко. - Новочеркасск: ЮРГПУ(НПИ), 2016. - 204 с.

2. Дуб, А.В. Технологии на вырост / А.В. Дуб II В мире науки. - 2015. - № 4. - С. 32-38.

3. Ковальчук, М.В. Конвергенция наук и технологий - прорыв в будущее / М.В. Ковальчук II Российские нано-технологии. - 2011. - № 1-2. - Т. 6 - С. 13-23.

4. Уэббер, М. Задача для всей планеты / М. Уэб-бер IIВ мире науки. - 2015. - № 4. - С. 65-71.

5. Решение экологических проблем при проектировании гидротехнических сооружений (на примере бассейновой геосистемы Верхней Кубани): монография / В.Л. Бондаренко, В.В. Приваленко, А.В. Кувалкин, С.Г. Прыганов, Е.С. Поляков. - Ростов-на-Дону-Черкесск: РАН, Южный научный центр, 2009. - 360 с.

6. Экологическая безопасность в природообуст-ройстве, водопользовании и строительстве: экологическая инфраструктура бассейновых геосистем: монография I В.Л. Бондаренко, В.В. Приваленко, Г.М. Скибин,

B.Н. Азаров. - Новочеркасск: ЮРГТУ(НПИ), 2012. - 308 с.

7. Бондаренко, В.Л. Экологически устойчивое управление природно-техническими системами бассейнов малых рек I В.Л. Бондаренко, А.В. Кувалкин II Науч. журнал Рос. НИИ проблем мелиорации: электронный журнал. - 2012. - № 3 (7). - С. 166-174. URL: http://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=113&id=126 (дата обращения: 13.12.2016).

8. Государственный доклад о состоянии и использовании водных ресурсов Российской Федерации в 2009 году. - Москва: НИА-Природа, 2010.

9. Peter Saling, Andreas Kicherer, Brigitte Dittrich-Kramer, Rolf Wittlinger, Winfried Zombik, Isabell Schmidt, Wolfgang Schrott and Silke Schmidt. Life Cycle Management. Eco-efficiency Analysis by BASF: The Method. BASF. - Germany, 2002. - P. 42-57.

10. Гед P. Дейвис. Энергия для планеты Земля II В мире науки. -1990. - № 11. - С. 7-16.

11. Saling P., Hofer R. (ed.) (2009); «Metrics for Sus-tainability» as part of RSC Green Chemistry No 4; Sustainable Solutions for Modem Economies / ed. by Rainer Hofer; The Royal Society of Chemistry; «Green Chemistry Series» edited by the Royal Society of Chemistry Series I ed.: J. Clark, University of York; G. Kraus, Iowa State University, 2009. - P. 25-37.

12. ITU-T Recommendation X.902 (1995) / ISO/IEC 10746-2:1996, Information Technology - Open Distributed Processing - Reference Model: Foundations.

References

1. Bondarenko V.L., Semenova E.A., Aliferov A.V., Klimenko O.V. Prirodno-tekhnicheskie sistemy v ispol'zovanii vodnykh resursov: territorii basseynovykh geosystem [Natural and technical systems in water resource use: territories of basin geosystems], Novocherkassk, YuRGPU (NPI), 2016, 204 p.

2. Dub A.V. Tekhnologii na vyrost [Technologies for growth], V mire nauki, 2015, No 4, pp. 32-38.

3. Koval'chuk M.V. Konvergentsiya nauk i tekhnologiy - proryv v budushchee [Convergence of sciences and technologies - breakthrough into the future], Rossiyskie nano-tekhnologii, 2011, T. 6, 2011, No 1-2, pp. 13-23.

4. Maykl Uebber. Zadacha dlya vsey planety (Task for the whole planet], V mire nauki, 2015, No 4, pp. 65-71.

5. Bondarenko V.L., Privalenko V.V., Kuvalkin A.V., Pryganov S.G., Poljakov E.S. Reshenie ekologicheskikh problem pri proektirovanii gidrotekhnicheskikh sooruzheniy (na primere basseynovoy geosistemy Verkhney Kubani) [Solving of ecological problems when designing hydraulic structures (basin geosystem of Upper Kuban as an example)]. Rostov-on-Don-Cherkessk, RAN Yuzhnyy nauchnyy tsentr, 2009, 360 p.

6. Bondarenko V.L., Privalenko V.V., Skibin G.M., Azarov V.N. Ekologicheskaya bezopasnost' v prirodoobu-stroystve, vodopol'zovanii i stroitel'stve: ekologicheskaya infrastruktura basseynovykh geosystem [Geological safety in environmental engineering, water management and construction: ecological infrastructure of basin geosystems], Novocherkassk, YuRGTU (NPI), 2012, 308 p.

7. Bondarenko V.L., Kuvalkin A.V. Ekologicheski us-toychivoe upravlenie prirodno-tekhnicheskimi sistemami bas-seynov malykh rek [Ecologically, stable management with natural and technical systems of small river basins], Nauchnyy zhurnal Rossiyskogo Nil problem melioratsii. elektronnyy zhurnal, 2012, No 3 (7), pp. 166-174. URL: http:// ht1p://www.rosniipm-sm.ru/archive?n=113&id=126 (accessed December 13, 2016).

8. Gosudarstvennyy doklad o sostoyanii i ispol'zovanii vodnykh resursov Rossiyskoy Federatsii v 2009 godu [Governmental report on the state and use of water resources in the Russian Federation in 2009], M., NIA-Priroda, 2010.

9. Peter Saling, Andreas Kicherer, Brigitte Dittrich-Kramer, Rolf Wittlinger, Winfried Zombik, Isabell Schmidt, Wolfgang Schrott and Silke Schmidt. Life Cycle Management. Eco-efficiency Analysis by BASF: The Method. BASF, Germany, 2002, pp. 42-57.

10. Ged R. Deyvis Energiya dlya planety Zemlya [Energy for the Earth planet], 1/ mire nauki, 1990, No 11, pp. 7-16.

11. P. Saling, R. Hofer (ed.) (2009); «Metrics for Sus-tainability» as part of RSC Green Chemistry No 4; Sustainable Solutions for Modern Economies, ed. by Rainer Hofer; The Royal Society of Chemistry; «Green Chemistry Series» edited by the Royal Society of Chemistry Series, ed.: J. Clark, University of York; G. Kraus, Iowa State University, 2009, pp. 25-37.

12. ITU-T Recommendation X.902 (1995)/ ISO/IEC 10746-2:1996, Information Technology. Open Distributed Processing. Reference Model: Foundations.

Сведения об авторах

Алиферов Алексей Вячеславович - аспирант кафедры «Техногенная безопасность, мелиорация и природо-обустройство», Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-961-434-46-03. E-mail: aliferov_92@mail.ru.

Триполева Алла Радифовна - аспирант кафедры «Техногенная безопасность, мелиорация и природообустрой-ство», Новочеркасский инженерно-мелиоративный институт - филиал ФГБОУ ВО «Донской государственный аграрный университет» (Ростовская область, Российская Федерация). Тел.: +7-906-180-12-17. E-mail:AllaTripoleva@yandex.ru.

Information about the authors

Aliferov Aleksei Vyacheslavovich - postgraduate student of the Techno security, land reclamation and environmental engineering department, Novocherkassk Engineering and Melioration Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-961-434-46-03. E-mail: aliferov_92@mail.ru.

Tripoleva Alia Radifovna - postgraduate student of the Techno security, land reclamation and environmental engineering department, Novocherkassk Engineering and Melioration Institute - branch of FSBEI HE «Don State Agrarian University» (Rostov region, Russian Federation). Phone: +7-906-180-12-17. E-mail: AllaTripoleva@yandex.ru.

УДК 631.363.636

К ВОПРОСУ ОБОСНОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО-РЕЖИМНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИСКОВОГО РАБОЧЕГО ОРГАНА, ОСНАЩЕННОГО РЕЖУЩИМИ СЕГМЕНТАМИ

© 2017 г. М.И. Туманова

Доктрина продовольственной безопасности России предусматривает минимапьный уровень обеспечения страны мясом собственного производства до 85%. Рацион кормления животных должен быть сбалансирован по питатепьным веществам и размерам частиц, которые соответствуют зоотехническим требованиям, способствуют усвояемости и повышают продуктивность животных. Приготовление и раздача кормов в структуре затрат составляет 25-30%, поэтому актуальной задачей является повышение эффективности процесса приготовления грубых кормов путем разработки измельчителя с дисковым рабочим органом и обоснование его конструктивно-режимных характеристик, что является целью данной работы. Предметом исследования данной работы являются зависимости процесса измельчения грубых кормов, заготовленных в прессованном виде дисковым рабочим органом, оснащенным комбинированными режущими сегментами, и их влияние на качественные показатели, энергоемкость, производительность. При исследовании был проведен анализ патентов научно-технической литературы. При обработке экспериментальных исследований применялись методы математического моделирования. В результате теоретических исследований были получены аналитические зависимости производительности и энергоемкости проектируемого измельчителя. В ходе экспериментальных исследований установлено, что наиболее существенное влияние на процесс измельчения имеют такие факторы, как угловая скорость вращения измельчающего рабочего органа, количество зубчатых сегментов, распопоженных по периметру измельчающего рабочего органа, количество измельчающих двухплоскостных дугового профипя сегментов, что соответствует теоретическим исследованиям. Так как в проектируемом измельчителе значительно снижены энергетические затраты и по цене он ниже, чем существующие подобные технические средства, то возможно широкое применение разработанного измельчителя грубых кормов для малых форм хозяйствования.

Ключевые слова: грубые корма, измельчитель, исследования, дисковый рабочий орган, режущий сегмент.

Russia's food security doctrine provides for up to 85% of the minimum level of providing the country with meat of its own production. The diet of feeding animals, balanced by nutrients and particle sizes, which meet zootechnical requirements, promote digestibility and increase the productivity of animals. Preparation and distribution of feed in the cost structure is 25-30%, so the actual task is to improve the efficiency of the process of preparation of coarse forages, which is the goal of this work, by developing a shredder with a disc working organ and justifying its constructive-regime characteristics. The subject of this paper is the dependency of the grinding process of coarse forages harvested in a compressed form by a disk working unit equipped with combined cutting segments and their influence on quality indicators, energy intensity, and productivity. During the research, an analysis of patents of scientific and technical literature was carried out. When processing experimental studies, methods of mathematical modeling were used. As a result of theoretical studies, analytical dependences of the productivity and energy intensity of the projected grinder were derived. In the course of experimental studies, it has been established that factors such as the angular velocity of rotation of the grinding working organ, the number of tooth segments located along the perimeter of the grinding working unit, the number of grinding two-plane arc profile of the segments have the most significant effect on the grinding process, which corresponds to theoretical studies. Since energy costs are significantly reduced in the projected grinder, and at a price lower than the existing similar technical means, it is possible to widely use the developed shredder for coarse feed for small forms of management.

Keywords: coarse forages, shredder, research, disk working unit, cutting segment.