Выбор типа электроснабжения сельскохозяйственного предприятия с использованием солнечных электростанций

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства

УДК 631.152

ВЫБОР ТИПА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ

А.Ф. ЭРК, канд. техн. наук; В Н. СУДАЧЕНКО, канд. техн. наук; ЕВ. ТИМОФЕЕВ, канд. техн. наук; В.А. РАЗМУК

В статье представлены результаты исследований и расчеты автономной солнечной фотоэлектрической станции для реального сельскохозяйственного потребителя - фермерского хозяйства. Фермерское хозяйство не имеет централизованного электроснабжения. Один из вариантов электроснабжения - гибридная солнечная электростанция с дизельгенератором. Электрические нагрузки небольшие по величине (до 20кВт), но территориально расположены на значительном расстоянии друг от друга. Суммарная установленная мощность - 105кВт. В статье рассмотрены два варианта электроснабжения потребителей электроэнергии. Это централизованное электроснабжение всех потребителей от единой гибридной солнечной электростанции и автономное электроснабжение каждого потребителя в отдельности. Солнечные электростанция для каждого потребителя будут состоять из одинакового перечня оборудования (рекомендованного поставщиками), но отличаться по количеству оборудования, мощности электростанции и цене.

Результаты расчетов показали, что более рациональным получается вариант с использованием отдельных электростанций для энергоснабжения каждого потребителя. Этот вариант менее затратный; при этом обеспечивается высокая надежность энергоснабжения за счет использования резервного питания от дизельного генератора небольшой мощности.

Ключевые слова: электроснабжение; фермерское хозяйство; солнечная гибридная электростанция; финансовые затраты; надежность.

ELECTRICAL POWER SUPPLY OF AN AGRICULTURAL ENTERPRISE WITH THE USE OF SOLAR POWER PLANTS

A.F. ERK, Cand. Sc. ( Eng); V.N. SUDACHENKO, Cand. Sc. ( Eng); E.V. TIMOFEEV, Cand. Sc. ( Eng); V.A. RAZMUK

The article presents the results of research and calculations of stand-alone solar photovoltaic station for an operating agricultural consumer - a private farm. The farm has no centralized power supply. One of the electricity supply options is a hybrid solar power station with a diesel generator. The electrical loads are small (up to 20kW), but geographically located at a considerable distance from each other. Total installed capacity is 105кВт. The article considers two options of electric power supply of consumers: centralized electricity supply for all consumers from a single hybrid solar power plant and the autonomous power supply of each consumer separately. The solar power plant for each customer will consist of the same type of equipment (recommended by suppliers), but differ in the number of equipment, power output and price. The results of the calculations showed that the option of using separate power plants for power supply of each consumer turns out more rational. This option is less costly and it ensures high reliability of energy supply using the backup power supply from a diesel generator of small capacity.

Key words: electricity supply; private farm; hybrid solar power plant; financial costs; reliability.

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 89._

ВВЕДЕНИЕ

По результатам энергетических обследований, проведенных в хозяйствах Ленинградской области [1,2], были определены основные мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности сельскохозяйственного производства [3]. Отдельно следует выделить структурно-энергетические мероприятия направленные на вовлечение в энергетический баланс сельскохозяйственных предприятий вторичных энергоресурсов, местных и возобновляемых источников энергии[4]. Оптимизация структуры энергетических потоков сельскохозяйственного предприятия сводится к определению сочетания использования энергоресурсов, при которых удельные энергозатраты достигают минимума [5] . К структурно-энергетическим мероприятиям относятся и внедрение фотоэлектрические системы (солнечные батареи) в энергообеспечение сельскохозяйственного производства. Этот способ преобразования солнечной энергии является долговечным и экологически чистым [6]. Солнечные батареи обеспечивают электроэнергией системы сигнализации, аварийного и дежурного освещения, работу бытовой электротехники. Используются для энергообеспечения насосов для подъема воды в удаленных сельских районах; энергообеспечения экологически чистых зон массового отдыха и лечения; обеспечение радио- и телекоммуникационных систем, маяков, буев. В сельском хозяйстве Ленинградской области есть потребители, удаленные от централизованных энергосистем - пасеки, помещения для содержания овец, строения для мелкотоварного производства, помещения рыболовных артелей, деревни, рабочие точки. Использование возобновляемых источников энергии, в том числе энергии солнечного излучения позволило бы решать энергетические проблемы удаленных потребителей [7].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

При проведении энергетических обследований изучались и графики нагрузок потребителей полученных в результате замеров энергетического обследования.

Энергетические обследования проводились не только в крупных и средних хозяйствах, но и в небольших фермерских предприятиях. Во многих фермерских хозяйствах отсутствует централизованное электроснабжение и возникает вопрос о целесообразности использования возобновляемых источников энергии, в том числе солнечной энергии [8]. Более того, для фермерских хозяйств, характеризующихся рассредоточенностью потребителей электрической энергии, отсутствуют типовые схемы электроснабжения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рассмотрим возможность использования автономной солнечной электрической станции для определенного сельскохозяйственного потребителя - фермерского хозяйства в Ломоносовском районе Ленинградской области. Фермерское хозяйство не имеет централизованного электроснабжения. Информация о потребителях электрической энергии фермерского хозяйства представлена в табл. 1. Один из вариантов электроснабжения -гибридная солнечная электростанция с дизельным генератором. Электрические нагрузки небольшие по величине (до 20кВт), но территориально расположены на значительном расстоянии друг от друга (до 2 км). Суммарная установленная мощность - 105кВт. Рассматриваем два варианта электроснабжения потребителей электроэнергии. Это

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства

централизованное электроснабжение всех потребителей от единой гибридной солнечной электростанции и автономное электроснабжение каждого потребителя в отдельности.

Установленная мощность нагрузок составляет от 6 до 20кВт. Время использования в году определяем по нормативным документам (РД-АПК 1.10.01.03-12). Максимальное потребление электроэнергии за год по потребителям составит от 32 до 88 тыс. кВт*час в год.

В случае электроснабжения каждого потребителя в отдельности гибридная солнечная электростанция будет состоять из одинакового перечня оборудования, но отличаться по количеству оборудования, мощности и цене.

Таблица 1

Потребители электрической энергии

№ Строение Площадь помещения, кв.м. Установл. мощность, кВт. Время использования в год, час. Потребление (максимальное) в год, кВт.ч.

А дминистративно-бытовое здание 200 15 2223 33345

Инкубатор - ясли 280 10 8760 87600

Птичник откорма индеек 760 15 4390 65850

Птичник откорма утки и гусей 760 15 4390 65850

Участок убоя и переработки мяса 200 18 1880 32400

Склад хранения охлаждённого мяса контейнер-рефрижератор (20 футов) 6 6600 39600

Пищевой цех 200 20 3600 72000

Склад хранения десертов контейнер-рефрижератор (20 футов) 6 6600 39600

ИТОГО 105 436245

Примерный перечень оборудования электростанции следующий:

1. Монокристаллические солнечные батареи мощностью 200 Вт.

2. Аккумуляторы типа Delta CX-12-200

3. Контролер заряда Tracer ET6415N 60А

4. Инвертор МАП «Энергия» Sin-Pro 48/220В. 4,5 кВт

5. Кабель, перемычки для аккумуляторов, разъёмы, разветвители.

6. Дизельный генератор мощностью до 30кВт.

Все данные по мощности и стоимости сведены в табл. 2.

Таким образом, стоимость автономного электроснабжения каждого потребителя в отдельности с учетом монтажных работ (10% от стоимости оборудования) составит почти 13,9 млн. руб.

ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2016. Вып. 89._

В случае централизованного электроснабжения всех потребителей от единой гибридной солнечной электростанции стоимость строительства станции суммарной мощностью 125 кВт. (производительностью 450000 кВт.ч./год) по укрупненным показателям в ценах на 2016 год с учётом строительства линий электропередач между потребителями составляет примерно 50 млн.. руб. [9].

Таблица 2

Ориенти овочная мощность и стоимость электростанции

№ Строение Мощность Выработка Стоимость

№ потребителя, электроэнергии оборудования

кВт электростанцией, кВт.ч./сутки тыс. руб.

Административно-бытовое здание 15 20 1980

Инкубатор - ясли 10 12 525

Птичник откорма 15 20 1980

индеек

Птичник откорма утки 15 20 1980

и гусей

Участок убоя и 18 30 3250

переработки мяса

Хранение 6 10 460

охлаждённого мяса

пищевой цех 20 30 3250

склад хранения 6 10 460

десертов.

ИТОГО 105 13885

ВЫВОДЫ

Из выше изложенного следует, что более рациональным получается вариант с использованием отдельных электростанций для энергоснабжения каждого потребителя. Этот вариант менее затратный и при этом обеспечивается высокая надежность энергоснабжения за счет использования резервного питания от дизельного генератора небольшой мощности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., РазмукВ.А.,Бычкова О.В. Результаты энергетического обследования сельхозпредприятий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2014. - № 85. - С.100-105.

2. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Концепция энергосбережения и повышения энергоэффективности сельскохозяйственного производства животноводческого направления Северо-Западного региона России./ А.Ф. Эрк, В.Н. Судаченко // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства/ ИАЭП. - С-Пб, 2015. - №87. - С.225-233

3. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Методы энергосбережения и повышения энергоэффективности сельскохозяйственного производства / А.Ф. Эрк, В.Н. Судаченко //

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2015. - № 87. - С.233-239.

4. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Сравнительный анализ энергоэффективности сельскохозяйственных предприятий молочного направления / В.Н. Бровцин, А.Ф. Эрк, О.В. Бычкова // Теоретический и научно-практический журнал «Механизации и электрификации сельского хозяйства» - 2014.- №5.- С. 22-24

5. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Прогноз энергопотребления сельскохозяйственными предприятиями молочного направления. / В.Н. Бровцин, А.Ф. Эрк, О.В. Бычкова // Теоретический и научно-практический журнал «Механизации и электрификации сельского хозяйства» - 2014.- №4.- С. 24-26

6. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Методы повышения надежности энергообеспечения крестьянских (фермерских) хозяйств. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2016. - № 88. - С.53-59.

7. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Максимов С.В. Математическая модель энергетического модуля с использованием энергии солнца и ветра.// В сборнике:

Международный_агроэкологический_форум Материалы Международного

агроэкологического форума: в 3-х томах. Международный Научный комитет. 2013.- С. 210218.

8. Бровцин В.Н., А.Ф. Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Анализ энергоэффективности предприятий молочного направления // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2014. - № 85. - С.95-100.

9. Электронный ресурс Альтернативная энергетика экотехнологии - Режим доступа http:/alteco.in.ua>images/products/Solar/station/Alteco.pdf

УДК 631.152

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

А.Ф. ЭРК, канд. техн. наук; В.Н. СУДАЧЕНКО, канд. техн. наук; ЕВ. ТИМОФЕЕВ, канд. техн. наук; В.А. РАЗМУК

В статье рассмотрены результаты энергетического обследования сельскохозяйственных предприятий, проанализирована структура энергопотребления, определены основные потребители топливно-энергетических ресурсов. Анализ результатов энергетических обследований показал, что энергоносителями в сельскохозяйственном производстве являются: электрическая энергия, тепловая энергия, твердое и жидкое топливо, моторное топливо и природный газ. Определено, что наиболее затратным энергоносителем является электрическая энергия (до 60%). Для сельскохозяйственных предприятий молочного направления характерно преимущественное потребление электроэнергии животноводческими комплексами и фермами (до 80%). Использование электроэнергии в сельскохозяйственном производстве происходит в следующих направлениях: освещение,

23