Технические
науки/5.Энергетика.
Завальнюк П. Г.
Вінницький
Національний аграрний університет, УКРАЇНА
Використання відновлювальних джерел енергії (ВДЕ) на державному рівні ототожнюється з виробництвом електроенергії , такий підхід є не надто ефективним, тому що пов’язаний з невідворотними втратами на багаторазові трансформації одного виду енергії в інший, значно знижуючи ефективність використання енергії першоджерела. Активне впровадження відновлювальних джерел енергії тісно пов’язане з концентрацією енергії та комбінуванням сонячної, вітрової та енергії біомаси.
Одним з яскравих прикладів можна навести використання ВДЕ на енергетичній станції «Вільнюс енергія», яка є найбільшою у Європі розташована у Вільнюсі. Вона використовується для виробництва електроенергії та забезпеченням міста на 50% гарячою водою та на 10% потреб в опаленні. Турбогенератор цієї котельні має потужність 48 МВт теплової та 12 МВт електричної енергії. Кожен з котлів станції має потужність 1МВт. Щогодинне споживання біомаси становить 23т, при цьому виробляється 75тонн пари. Як паливо використовується деревина, тирса, солома ріпаку зернових та інше. За рахунок когенерації жителі Вільнюса отримують 12 МВт електроенергії щогодини.
В Україні подібних станцій поки що не має. Тому дослідження в такому напрямку має важливе значення.
Найбільш перспективним та життєздатним є комбінування ВДЕ: сонячної, вітрової та біомаси для потреб сушіння. На основі проведених досліджень можна стверджувати, що геліоколектор площею теплосприймаючої поверхні 4м2 досягає потужності 2 кВт, та ККД 50%, при мінімальних матеріалозатратах. Використання геліоконцентратора дозволяє досягати температур більше 2000С. Тобто при малих матеріалозатратах можна застосовувати явище когенерації, а саме генерування механічної та теплової енергії. Якщо за допомогою отриманої енергії випаровувати воду та отриману стиснуту пару використовувати для приводу вентилятора, а теплову енергію відпрацьованого пару, для сушіння рослинних матеріалів. Практичне застосування це може знайти при створення мобільних сушарок для сушіння ріпаку. При збиранні ріпаку з площі 1 га. отримуємо 3 тони насіння та 8 тонн соломи. Комбіноване використання енергії сонця та енергії спалювання біомаси соломи дозволить забезпечити стабільний безперервний процес сушіння. Так як сонячні генератори мають суттєвий недолік, залежність від погодних умов. Використання біомаси та енергоакумулятора стиснутої пари взаємовигідно доповнюють одне одного та створюють умови для промислового виробництва таких сушарок. Геліоенергетична система потужністю 2 кВт зможе виробляти достатньо механічної енергії для забезпечення механічною енергіє потреб вентилювання
В установках з
використання відновлювальних джерел енергії, внаслідок того що, існує
необхідність перетворення теплової чи механічної енергії в електричну пов’язано
маса проблем: постійна зміна інтенсивності першоджерела енергії, сезонності та
періодичності, внаслідок чого конструкція установки ускладнюються, необхідність
встановлення систем стабілізації, акумулювання енергії значно здорожує систему в цілому. Тому
постачання теплової та механічної енергії напряму крім зниження втрат на
порядок, значно спрощує та здешевлює собівартість отримання одиниці енергії,
при умові суттєвого зниження матеріальних ресурсів, та зменшення шкідливого
антропогенного впливу на біосферу планети.
Використання теплової енергії в
технологічних процесах вигідно інтегрується з впровадженням теплових
геліоколекторів, зокрема при використанні їх в процесах сушіння, особливо
рослинної продукції, так як періоди необхідності сушіння співпадають з високою
інтенсивністю сонячної радіації. Найбільш перспективними в цьому напрямку є
геліоколектори з параболоцилідричними концентраторами сонячної енергії.
Для досліджень теплоенергетичних показників
розроблено та виготовлено геліоколектор параболоциліндричного типу, в якому абсорбером є чорна плівка, яка
одночасно є внутрішнім каналом циркуляції повітря. Зовнішній канал циркуляції
проходить між прозорою і чорною
плівкою. Для геліоколектора було виготовлено каркас на якому закріплені
дзеркальні пластини, зігнуті у вигляді параболи[1].
Так як матеріалом абсорбера була поліетиленова чорна плівка,
коефіцієнт концентрації сонячної енергії складав 3,5. При збільшенні
коефіцієнта концентрації дія
сфокусованого випромінювання призводила до розплавлювання плівки. Це дозволило знизити вимоги і відповідно
затрати на виготовлення концентратора.
Енергія, яка надходить від сонця, падає
на передню частину теплосприймаючої поверхні геліоколектора та на дзеркальні поверхні параболічних пластин,
відбивається та фокусується на теплосприймаючій поверхні геліоколектора. В
геліоколекторі повітря циркулює по обох циркуляційних контурах та виводиться на
вихідний патрубок.
З метою визначення температурного поля
всередині геліоколектора вздовж циркуляційного каналу через кожні 50 сантиметрів розміщували датчики
термоперетворювачів опору. Сигнали з датчиків передавались на багатоканальний вимірювальний пристрій АЦП
«ZET-210», з якого числові дані виводились на дисплей комп’ютера. Для
визначення питомої подачі повітря застосовували прилад ИС-1, сонячну радіацію
вимірювали датчиком SL-600. Сигнали опрацьовували за допомогою програми
«Zet-формула» та в режимі реального часу виводили значення підігріву повітря,
питомої потужності по кожному з каналів циркуляції, загальної потужності
геліоколектора. В процесі досліджень змінювали об’ємну подачу повітря, реєстрували
показники датчиків температури та визначали залежності вихідної потужності
теплогенератора від об’ємної подачі повітря та сонячної радіації.
В процесі досліджень визначені теплоенергетичні характеристики
геліоколектора з використанням концентратора сонячної енергії, та без нього. Максимальної
вихідної потужності геліоколектори досягали з 12 до 14 години, яка складала
2,25 кВт, для геліоколектора з концентратором сонячної енергії, та 1,36 кВт, для геліоколектора без
концентратора, при інтенсивності сонячної радіації 730 Вт/м2, при
подачі повітря – 150…550 м3/год .
Використання невисокого рівня концентрації сонячної енергії (в межах
3-5) дозволяє значно знизити собівартість геліоенергетичної системи в цілому,
та затрати на процеси сушіння, при умові повного збереження всіх корисних
речовин сільськогосподарської продукції.
Література
1. Патент України №37055 на корисну модель. Пристрій для сушіння сільськогосподарських кормів/ А.Д. Гарькавий, Л.П. Середа, П.Г. Завальнюк. – Опубл. 10.11.2008, Бюл. № 21.
2. Ясенецький В. Проблеми і перспективи впровадження поновлюваних джерел енергії в сільськогосподарському виробництві / Ясенецький В., Клименко В., Шейченко В. // Техніка АПК. - 2004. - № 4-5. - С. 28 - 30.
3. Корчемний М.В. Енергозбереження в агропромисловому комплексі/ М.В. Корчемний, В. Г.Федорейко, В. М. Щербань// «Підручники і посібники». –Тернопіль, 2001. – 984 с.