Энергосбережение в системе охранного освещения строений комбината хлебопродуктов

Энергосбережение в системе охранного освещения строений комбината хлебопродуктов

М.Ю. Середин

Харьковский национальный технический  университет сельского хозяйства

имени Петра Василенко, г. Харьков, Украина

Научный руководитель д.т.н., проф. Н. Л. Лисиченко

 

Энергосбережение в сельском хозяйстве, которое занимает второе место среди основных потребителей (промышленность, ЖКХ, транспорт) топливно-энергетических ресурсов в странах СНГ, с каждым годом становится все более актуальной проблемой. Ограниченность энергетических ресурсов, высокая стоимость энергии, негативное влияние на окружающую среду, связанные с её производством,- все эти факторы невольно наводят на мысль, что разумней снижать потребление энергии, нежели постоянно увеличивать её производство, а значит, и количество проблем [1]. Во всем мире уже давно не только постоянно ведется поиск путей уменьшения энергопотребления за счет его рационального использования, но и достаточно эффективно применяется. Наглядным примером является опыт Швеции.

В свете всего вышеуказанного выделяются два пути энергосбережения: использование первичных и вторичных энергоресурсов. Причем при использовании первичных источников энергии, образовавшихся в результате геологического развития Земли, главный упор необходимо сделать на использование первичных возобновляемых источников энергии (использование энергии Солнца, ветра, приливов-отливов, геотермальной энергии и т.д.) или иначе альтернативных источников энергии.

Использование альтернативных источников энергии - является главным приоритетом разработки и внедрения энергосберегающих технологий, основными из которых являются:

- использование энергии солнца с применением солнечных батарей или коллекторов;

- использование геотермальной энергии (гейзеры, горячие озера) с применением тепловых насосов;

- использование биомассы на основе анаэробного брожения;

- использование энергии морских  волн, применяя линейные генераторы.

Однако все перечислены  способы и средства получения этого вида энергии характеризуются достаточно специфическим оборудованием высокой стоимости, сложной конструкцией и нуждаются в учете климатических условий района, где будет установлено то или другое оборудование.

Анализ охранного освещения (при  отсутствии специальных технических  средств охраны) показывает, что оно должно предусматриваться вдоль границ территории, которая охраняется в ночное время. Причем, необходимый уровень освещенности нормируется Санитарными нормами и правилами [3]. Например, расходы электрической энергии на охранное освещение зданий комбината хлебопродуктов, могут составлять до 5 % от общей установленной мощности осветительных электроприёмников. Проанализировав мощности осветительных установок, было установлено, что, прежде всего, величина этой мощности зависит от длины охранного периметра, размеров элеватора и типа источника света. И при использовании ламп накаливания эти мощности могут составлять от 3 до 7 кВт.

Целью исследования является разработка автономной системы охранного освещения  зданий комбината хлебопродуктов, техническая  проверка возможности применения энергии движения воздуха [6], а также зависимость величины напряжения, на выходе генератора от перепада температуры и высоты между входным и выходным отверстиями трубы.

В ходе проведенных исследований стало  видно, что скорость движения воздуха в трубе является функцией разности температур между верхним и нижним уровнем трубы и ее высоты. Проанализировав типовые проекты зернохранилищ элеваторов, которые являются наивысшими сооружениями на территории комбината хлебопродуктов, было выделено 4 основных высоты элеваторов, которые составили от 30 до 65 метров. И в зависимости от этих данных был составлен график распределения скоростей воздуха в трубе, который показан на рисунке 1.

Рисунок 1 – График распределения  скоростей воздуха в трубе

 

В основе разработки энергосберегающей автономной системы охранного освещения положен принцип преобразования механической энергии движения воздуха в трубе в электрическую, благодаря установке в трубе генератора малой мощности с ветроколесом.

На рисунке 2 показана общая схема установки, которая содержит: ветроколесо 1, электрогенератор 2 и аккумуляторную батарею 3. Данная энергосберегающая установка должна располагаться на наиболее освещённой солнцем стороне здания для создания большей разности температур. Для этой же цели труба 4 состоит из двух частей – половина, которая располагается ближе к солнцу прозрачная, а другая половина имеет черный цвет. Чтобы избежать влияния ветра, который при определённых условиях может привести к опрокидыванию тяги воздуха в трубе, т.е. изменения направления движения, установка не должна располагаться в зоне ветрового подпора.

Установка содержит электронагреватель 5; блок контроля заряда – разрядка аккумуляторной батареи 6; блок управления 7, который в зависимости от режима работы включает или электронагревателя, или осветительные лампы на светодиодах 8, или вообще выключает нагрузку для зарядки аккумуляторной батареи; блок защиты от попадания атмосферных осадков, в виде "зонтика" 9.

Рисунок 2 - Общая схема  установки для обеспечения автономного питания светильников охранного освещения зданий комбината хлебопродуктов.

 

Исследования проводились  на основе разработанного макетного  образца установки. Поток ветра  в трубе регулировался осевым вентилятором с регулируемым электроприводом на основе применения частотного преобразователя типа РЭН 2-3,7. В качестве генератора электрической энергии применяли генератор постоянного тока модели SVEN 25-95 мощностью 250 Вт с установленным непосредственно на валу осевым ветроколесом диаметром 95 мм. В осветительной установке использовались светодиодные светильники с номинальным напряжением 12 В.

Согласно теории электрических  цепей разработана математическая модель ГПТ. Для числовой реализации данной модели в работе использован программный пакет Matlab/Simulink, в котором была построена виртуальная модель макетного образца установки, которая показана на рис. 3.

 

Рисунок 3- Виртуальная Simulink – модель макетного образца

 

Проведен расчет для  нескольких величин скоростей движения воздуха в трубе в диапазоне от 0 до номинального значения. Также на виртуальных осциллографах были получены графики тока якоря и возбуждения, электромагнитный момент и угловая скорость вращения вала генератора, которые показаны на рис.4.

 

Рисунок 4 – Графики полученные на виртуальном осциллографе

Таким образом, из проведенных опытов на макетном образце и результатов расчетов математической модели стало видно, что Simulink-модель адекватна, и может быть использована для дальнейшего исследования установки. А также в случае применения низковольтных светильников на LED и соответствующих устройств автоматического управления работой охранного освещения зернохранилищ элеваторов, возможно обеспечить их автономное питание от установки которая использует энергию перетекания воздуха в трубе благодаря перепаду температур и высот.

Литература

1. Михайлова В.М. Опыт определения нагрузок и расхода электрической энергии при разных условиях электрификации быта городского населения. – М.: Стройиздат. 1980. – 88 с.

2. Шидловский А.К., Вихорєв Ю.О., Гінайло В.О.Енергетичні ресурси та потоки – К.: УЕЗ, 2003. – 472с.

3. Мхитарян Н.М. Энергетика нетрадиционых и возобновляемых источников.Опыт и перспективы. К.- Наукова думка, 1999 . – 320 с.

4. «Енергетична стратегія України на період до 2030 року» від 15 березня 2006 р. /электроний ресурс/ www.kmu.gov.ua

5. Маляренко В.А. , Соловей В.В., Яковлев А.И. Возобновляемые энергоресурсы – альтернативное топливо ХХI  века. // Энергоснабжение. Энергетика. Энергоаудит. – 2005, №10. – С.18-28.

6. Пат.32899 Україна, МПК F03D6/00, F03G6/00, F04D25/00, F24F7/02 Електроенергетична установка / Коротя Б.Г., Крижов Г.П.; заявник та патентовласник Коротя Б.Г., Крижов Г.П. - №9807398; заявл. 14.07.1998; опубл. 15.05.2001, Бюл. №4.

7. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 416 с.