Пошук по сайту

Астрономія  лекції  Курсова робота  Рефераты  

Базовий елемент відновлювальної енергетики: Комбінована концентраторна сонячна система теплопостачання тепличного господарства

Базовий елемент відновлювальної енергетики: Комбінована концентраторна сонячна система теплопостачання тепличного господарства





Базовий елемент відновлювальної енергетики: Комбінована концентраторна сонячна система теплопостачання тепличного господарства
Необхідність цілорічного постачання населення свіжими овочами прискорює появу та розвиток нових тепличних господарств.

Теплиця (Green house) – будівля, у якій зростають рослини. Більшість овочевих культур чутлива до освітлення. Світло є головним джерелом енергії для процесу фотосинтезу, його параметри враховуються при побудові теплиць. Її верх та стіни виготовляється зі скла або полімерної прозорої плівки. Плівкове покриття може бути одинарним або подвійним. Міжплівковий простір може заповнюватись повітрям. Несущі конструкції теплиць виконуються із оцинкованої сталі. Інші конструкції та лотки виготовляються із сплавів алюмінію. Плівка забезпечує максимальне пропускання сонячного світла, зокрема в ультрафіолетовому діапазоні оптичного спектру. Теплиця обігрівається сонячним випромінюванням, що проникає через прозору покрівлю та стіни та поглинається ґрунтом, рослинами та повітрям теплиці. У осінньо-весняний та зимовий періоди при пониженому освітленні Сонцем у тепличних господарствах використовуються електричні системи освітлення. Тепло утримується у приміщенні теплиці стінами та покрівлею. Головним механізмом обігріву рослин та ґрунту у теплиці є конвекція. Перевипромінене у довгохвильовій області спектру тепло також частково утримується у теплиці, так як остеклення перешкоджає проходженню цього довгохвильового випромінювання. Дії цих факторів теплиця завдячує перевищенню температури всередині теплиці над температурою довкілля на певне число градусів.

Теплиці забезпечують розрахункові параметри та характеристики ґрунту та повітря: освітленість, вологість та температуру. Система поливу дозволяє виробляти поживні розчини для кожного виду рослин. Для цього теплиці оснащуються електрообладнанням, системами автоматики, контролю, поливу та кліматики.

Гідравлічні системи включають розчинні вузли, системи дезинфекції, крапельного зрошення, зволоження та «приливу-відливу».

Енергосистема тепличного комплексу забезпечує енергозабезпечення, доосвітлення, розподіл електроенергії та керування тепличним господарством. розподіл живлення зі щитків електричного живлення.

Теплиця дозволяє захистити грунт від впливу зовнішніх кліматичних факторів і цілий рік вирощувати овочі. Але теплична галузь є енергоємною. Вартість енергоносіїв у структурі собівартості продукції у залежності від виду культур складає біля 55 %.

Стратегією енергозбереження при вирощуванні рослин у закритому ґрунті також ,як і взагалі у сільському господарстві, є зменшення споживання енергій та енерго­носіїв на тонну виробленого продукту та використан­ня нетрадиційних і відновлюваних джерел енергії.

Пріоритетними заходами з енергозбереження у тепличному господарстві є вдосконалення структури енергетичного обладнання, раціоналізація рівнів енергооснащеності, розширення обсягів застосуван­ня комбінованих нетрадиційних джерел енергії - вітру, Cонця, біогазових установок - для виробництва електричної та теплової енергії. Основний показник для зазначених вище галузей: зменшення використання електроенергії та енергоре­сурсів на одиницю продукції або затрачену гривню. Зростає доля автономного енергозабезпечення тепличних господарств. В залежності від використаних технологій для середніх широт вона складає (25…35)%. Використання відновлювальної енергії дозволяє значно, у 2…3 рази, знизити зовнішнє енергопостачання, продовжити сезон вирощування рослин, підняти врожайність, розширити асортимент рослин.

Індустрія тепличних господарств потребує нових підходів до енергозабезпечення з використанням у повній мірі відновлювальних джерел енергії, розробки відповідного технологічного обладнання та адаптації, а то і модернізації технологій вирощування рослин. Але альтернативні джерела енергії мають ряд недоліків – займають великі площі, залежать від погодних умов, часу доби та сезону. Без вивіреного підходу використовувати альтернативні джерела енергії сьогодні менш енергоефективно, ніж традиційні.

Раціональним рішенням проблеми енергопостачання тепличних господарств є автономна концентраторна сонячна система теплопостачання (рис.1).
Вимоги до концентраторної сонячної системи теплопостачання тепличного господарства. До концентраторної сонячної системи теплопостачання тепличного господарства пред’являються наступні вимоги:

  • Забезпечення автономного постачання тепличного господарства відновлювальними енергетичними ресурсами. Забезпечення долі відновлювальної енергії для середніх широт, що дозволить значно у 2-3 знизити зовнішнє енергопостачання, продовжити сезон вирощування рослин, підняти врожайність, та розширити асортимент рослин;

  • Забезпечення тепличного господарства тепловою енергією для підігріву води, ґрунту та повітря;

  • Забезпечення тепличного господарства електричною енергією для живлення насосів, компресорів та транспортерів;

  • Забезпечення тепличного господарства електричною енергією для додаткового підсвічування рослин протягом року у місцях з холодним кліматом. Оптимальна освітленість рослин знаходиться у межах 6000..,20000 люкс, електрична потужність системи освітлення має приблизно складати 0,1 кВт на 1 м2 корисної площі. Спектральний діапазон оптичного спектру, важливий для фотосинтезу, - (0,4...0,7 мкм);

  • Питома потужність енергоустановки вибирається із розрахунку ~ 2 МВт теплової енергії та ~ 1 МВт електричної енергії на 1 гектар закритого ґрунту, але більш точні висновки ураховують температуру оточуючого середовища та погодні умови. У середніх широтах співвідношення теплової та електричної потужності складає ~ 2:1;

  • Можливість паралельної роботи системи з іншим джерелами теплової та електричної енергії: водогрійними котлами, паровими котлами, теплогенераторами, когенераційними системами;

  • Врахування у своєму алгоритмі роботи значної кількості зовнішніх кліматичних показників, що поступають із відповідних датчиків швидкості та напряму вітру, температури повітря, освітленості, вологості, наявності та інтенсивності дощових опадів, хмарності, положення Сонця;

  • Врахування у своєму алгоритмі роботи значної кількості внутрішньо-тепличних параметрів: температури та вологості у різних частинах теплиці, концентрації вуглекислого газу, температури рослин;

  • Акумуляція тепла, зібраного у сонячну частину доби в спеціальних теплових акумуляторах з метою подальшого використання у темну частину доби. Вироблене тепло розподіляється у відповідності до математичної моделі узагальненого технологічного процесу роботи тепличного комплексу при поливі, при обігріві ґрунту та повітря, обігріві сервісних приміщень та зон.


Найбільш оптимальною для автономного енергозабезпечення по багатьом критеріям є концентраторна сонячна система теплопостачання. При подоланні ряду недоліків (великі площі розвертання, залежність від погодних умов, часу доби та сезону), використанні інноваційних підходів побудови окремих складових системи теплопостачання, а також знайденні рішень раціонального інтегрування їх у загальну схему можна досягти високої енергефективності сонячної системи теплопостачання тепличних господарств, що у деяких випадках може перевершити енергоефективність традиційних джерел енергії.
Параметри та характеристики концентраторної сонячної системи теплопостачання теплиці. На рис.4.16 показана схема концентраторної сонячної системи теплопостачання теплиці. Вона включає оптичний сонячний параболічний тарілкоподібний концентратор (Concentrator Thermal + PV Power System) та акумулятор тепла (Thermal storage). Система сонячного концентратора також включає два приймача сонячної енергії: тепловий приймач (Thermal Receiver) та фотоелектричний перетворювач (PV Cell).

Дзеркальний фацетний концентратор встановлюється на електромеханічній системі слідкування за Сонцем (Heliostat).

Тепловий приймач (Thermal Receiver) представляє собою вмонтовану в корпус трубопровідну систему, крізь яку циркулює теплоносій (вода або розчин певної речовини).

Фотоелектричний перетворювач (PV Cell) слугує допоміжним блоком прямого виробництва електричної енергії.

Акумулятор тепла (Thermal storage) представляє собою резервуар з робочою рідиною-теплоносієм, що характеризується високою питомою теплоємністю. Частіше всього, такою робочою рідиною є вода.

На рис.4.17 показана схема комбінованої системи енергопостачання багатогалузевого тепличного господарства з використанням енергії Сонця та вітру. На рисунку використані наступні позначення: a,d) багатопрофільне тепличне господарство; b) концентраторна теплова сонячна система; c) вітрова система енергопостачання.

Розроблена новітня сонячна система теплопостачання повністю відповідає екологічним та економічним вимогам. Зокрема, технологічний процес збирання не порушує екологічних вимог, так як він виконується на певній відстані від землі. У подальшому сонячне випромінювання концентрується на приймачі, що нагріває воду у штучно створеному термоізольованому акумуляторі тепла (Thermal storage) з замкнутим контуром обігу теплоносія. Акумулятор тепла складається з великої кількості відокремлених один від одного термоізольованих резервуарів із робочою рідиною-теплоносієм, що характеризується високою питомою теплоємністю. Упорядкований теплообмін між теплоносіями у резервуарах виконується за допомоги трубопроводів. Тепло, накопичене вдень в резервуарі, в подальшому спрямовується на обігрів тепличного господарства, на гаряче водопостачання, чи інші потреби.

Акумулятори розташовують у чистих, сухих приміщеннях, наприклад, у цоколі будівлі, чи на відкритому повітрі. Акумулятор накопичує тепло, не порушуючи природний баланс, що склався у певному екологічному середовищі під землею, у повітрі чи у водоймі.
Параметри автономної концентраторної сонячної системи теплопостачання теплиці


  • Площа теплиці – 10000 м2; Питома потужність втрат тепла у теплиці – 200 Вт/м2; Питома потужність електричної системи доосвітлення – 100 Вт/м2; Коефіцієнт корисної дії сонячної установки – 0,9; Значення сонячної константи для даної місцевості – 1000 Вт/м2; Середньодобова кількість енергії сонячного випромінювання, що падає на 1 м2 площі, перпендикулярної потоку випромінювання – 4 кВт.ч = 14,4 МДж;

  • Питомі втрати тепла у теплиці за 1 годину - 200 Вт/м2х3600 с. = 720 кДж; Питомі втрати тепла за добу - 180 кДжх24 = 17280 кДж = 17,28 МДж; Питомі втрати тепла за місяць - 17,28 МДжх30 = 518,4 МДж; Питомі втрати тепла за 7 місяців опалювального сезону - 518,4 МДж х 7 = 3628,8 МДж. Втрати тепла у теплиці за добу складають 17,28 МДж х10000 м2 = 172,8 ГДж. Питома енергія, що збирається сонячним концентратором одиничної площі у середньому за одну годину, складає 4 кВт.ч/24 = 0,1667 кВт.ч. З урахувань ккд концентраторної сонячної системи теплопостачання (0,9) питома енергія, що збирається сонячним концентратором одиничної площі у середньому за одну годину, складає 4 кВт.ч/240,1667 кВт.ч х 0,9 = 0,150 кВт. Таким чином, площа оптичного сонячного концентратора, що перекриє втрати тепла приміщенням одиничної площі (1 м2), складає - (1 м2 х 0,2)/0,15 =1,33 м2.


При вказаних вихідних параметрах загальна площа дзеркального концентратора, яка забезпечує надійне теплопостачання теплиці площею 1 га - 13330 м2. Теплоносій-вода об’ємом в 1 м3 та питомою теплоємністю 4,2 кДж/(кг·°C) при нагріванні з 200С до 700С дозволяє накопичити 210 МДж тепла. Акумуляція 172,8 ГДж теплової енергії протягом доби забезпечується використанням теплоносія-води об’ємом 823 м3. Розширення діапазону нагріву до температур (10…90)0С дозволяє знизити об’єм концентраторів до 600 м3.

При традиційному опаленні тепличного господарства природним газом і з урахуванням того, що питома теплоємність природного газу складає 32 МДж/м3, а коефіцієнт корисної дії котельні на природному газу – 0,9, протягом року котельнею спалюється 3628,8 х 10000 МДж/(32 МДж.м-3) = 1134 тис. м3 природного газу. У грошовому виразі вартість теплового забезпечення цієї теплиці при спалюванні природного газу приблизно складає 3400 тис. грн. на рік.

Раціональність використання комбінованих систем відновлювального енергопостачання – пояснюється можливістю задіяння кожної системи відновлювальної енергетики у двох процесах: для прямого виробництва тепла (концентраторна сонячна установка), механічної енергії (вітрова турбіна) та для виробництва електричної енергії (концентраторна сонячна установка та вітрова турбіна).

Проведені дослідження показали перспективність напряму поєднання відновлювальних сонячних та теплових технологій енергопостачання також традиційних технологій виробництва тепла на органічному паливі.

При плануванні енергозабезпечення тепличного господарства з відновлювальними джерелами енергії потрібно враховувати дію на території України низки законів по підтримці розвитку сільського господарства. Зокрема, закон України «Про державну підтримку сільського господарства України» визначає основи державної політики у бюджетній, кредитній, ціновій, страховій, регуляторній та інших сферах державного управління щодо стимулювання виробництва сільськогосподарської продукції та розвитку аграрного ринку, а також забезпечення продовольчої безпеки населення.

Сільськогосподарським товаровиробникам відшкодовується в обсязі до 30 відсотків вартість закупівлі техніки та обладнання для сільськогосподарського виробництва, будівництва та реконструкції підсобних підприємств з переробки та зберігання сільськогосподарської продукції.

При ввезенні на митну територію України безпосередньо сільськогосподарськими товаровиробниками виключно для власних потреб техніки та обладнання для сільськогосподарського виробництва (тракторів, комбайнів, сільськогосподарських машин, вантажних автомобілів, причепів, обладнання для тваринництва і птахівництва, забою худоби та птиці, виробництва продуктів харчування, зберігання і подальшої переробки зерна, овочів, фруктів, м'яса, молока, відходів виробництва, для виробництва біопалива та інших альтернативних видів енергії), аналоги яких не виробляються в Україні, з цих товарів не справляється ввізне мито.

Перелік такої техніки та обладнання для сільськогосподарського виробництва (тракторів, комбайнів, сільськогосподарських машин, вантажних автомобілів, причепів, обладнання для тваринництва і птахівництва, забою худоби та птиці, виробництва продуктів харчування, зберігання і подальшої переробки зерна, овочів, фруктів, м'яса, молока, відходів виробництва, для виробництва біопалива та інших альтернативних видів енергії) затверджується Кабінетом Міністрів України за поданням центрального органу виконавчої влади з питань аграрної політики.

Державна підтримка передбачає компенсацію та відшкодування за рахунок коштів державного бюджету сільськогосподарським товаровиробникам вартості збудованих у сільській місцевості соціально-побутових об'єктів (житлові будинки, гуртожитки, дитячі садки та ясла, школи, медичні пункти),
інженерно-технічних комунікацій (дороги, водопровідні, каналізаційні, газові мережі та мережі електропередачі, альтернативних видів тепло- та енергопостачання) за умови, що вони забезпечують діяльність цих соціально-побутових об'єктів. Порядок використання бюджетних коштів визначається Кабінетом Міністрів України.
Список літератури:

 

  1. Сидоров В.І. Квантово-електронні та молекулярні технології відновлювальної енергетики.

  2. Ребрин Ю.К., Сидоров В.И. Оптические дефлекторы. - Киев: Тех­ніка, 1988. - 136 с.

  3. Ребрин Ю.К., Сидоров В.И. Оптико-механические и голографические дефлекторы// Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. - М.: ВИНИТИ, 1992. - 252 с.

  4. Ребрин Ю.К., Сидоров В.И. Голографические устройства управления оптическим лучом. - Киев: КВВАИУ, 1986. - 124 с.

  5. Ребрин Ю.К., Сидоров В.И. Пьезоэлектрические многоэлементные устройства управления оптическим лучом. - Киев: КВВАИУ, 1987. - 104 с.





поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Базовий елемент відновлювальної енергетики: Комбінована концентраторна...
Ключові слова: Теплопостачання, теплова енергія, відновлювальна енергія, сонячне випромінювання, оптичний сонячний концентратор,...

Т ема : «Сонячна система. Спостереження планет земної групи»
Заняття починається з перегляду відеолекції «Сонячна система» (автор Мізіченко Т. М.) (Додаток №3)

Сонце. Сонячна система. Рух планет навколо Сонця. Сонце джерело світла І тепла на Землі
Тема: Сонце. Сонячна система. Рух планет навколо Сонця. Сонце – джерело світла І тепла на Землі

Урок 31. Тема: Наша планета
Ми повинні з’ясувати яку форму має Земля, що таке Сонячна система, зорі, планети

Тема уроку
«Загальна характеристика планет. Земля»; відеоролики: «Планети Сонячної системи», «Обертання Землі»; педагогічний програмний засіб...

«Земля-частина Всесвіту», «Конструювання» з досвіду вчителя початкових...
...

Урок подорож
Діти. Ви любите подорожувати? Ось І ми І сьогодні з вами відправимося в далеку подорож. А подорожуватимемо ми по безмежному просторі...

Урок №3 (другий урок в темі: «Сонячна система») Тема : «Планети земної групи»
Мета: виявити основні закономірності будови планет земної групи; познайомитись із фізичними умовами на планетах

Дружбівський навчально-виховний комплекс: загальноосвітня школа І-ІІІ...
Обладнання: глобус, картинки, де зображено Сонце, планети Сонячної системи, підручник, робочий зошит

Методичні рекомендації з розроблення енерго- та екологоефективних...
Методичні рекомендації установлюють склад, порядок розроблення та затвердження енерго- та екологоефективних схем теплопостачання...



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації




astro.ocvita.com.ua
Головна сторінка