Вітротурбінна система енергопостачання зерносховища

Україна характеризується високим ступенем освоєння земельного фонду. На сільськогосподарські угіддя припадає 60 % його площі. Характерною рисою структури сільськогосподарських угідь України є висока питома вага розораних земель: землі лісостепової зони розорані на 85,4 %, землі Полісся — на 68,9 %. За площею сільськогосподарських угідь Україна посідає одне з перших місць у світі. Провідні культури в землеробстві України — зернові (56 %): озима і яра пшениця, жито, озимий і ярий ячмінь, кукурудза, овес, гречка, просо і рис.

Забезпечення потреб у продовольчому, насіннєвому та фуражному зерні, нарощування його експортного потенціалу можливо лише у разі виконання комплексу заходів по зберіганню зерна, які включають приймання, доробку, зберігання та відвантаження зерна. Ключовим елементом інфраструктури зберігання зерна є зерновий склад — юридична особа, яка має на праві власності зерносховище. Суб'єктами зберігання зерна є також  виробники зерна, які зберігають його у власних або орендованих зерносховищах. Основні вимоги до технологій зберігання зерна встановлює технічний регламент зернового складу.

Зерновий склад забезпечує: кількісне та якісне зберігання зернових культур з використанням прогресивних технологій, ефективного обладнання при максимальному зниженні витрат на зберігання зерна; доробку зернових культур до норм якості, що відповідають умовам договору зберігання зерна; охорону природного довкілля. Виробничі будівлі і споруди розташовуються на території зернового складу з урахуванням домінуючих вітрів. Силові станції та котельні розміщуються в окремих будівлях, склад твердого палива — за виробничими будівлями вздовж залізничної колії. Склад забезпечується підземними пожежними резервуарами із запасом води на (250…500) м³. Тепломережі зернового складу включають систему подачі гарячої води та паропроводи для подачі водяної пари у бойлерну для підігрівання води. Гарячу воду і водяну пару зерновий склад може одержувати від міських мереж або власних джерел теплової енергії. Зерновий склад зобов'язаний  мати стаціонарні  системи водопостачання та каналізації.

До об'єктів виробничого призначення зернових складів належать елеватори та склади підлогового зберігання зерна з комплексом виробничого обладнання. Елеватор — зерносховище, оснащене відповідними механізмами та системами для підіймання, сушіння й зберігання великої (10…150 тис. т) кількості зерна. Розрізнюють елеватори: заготівельні (лінійні) місткістю (15…100) тис. т; виробничі, біля млинів, місткістю (8…40) тис. т, іноді понад 100 тис. т;  перевалочні (базисні та портові)  місткістю (50…150) тис. т для тривалого зберігання та перевантаження з одного виду транспорту до іншого, будують на великих залізничних станціях і в портах; фондові (базисні) для тривалого зберігання державного зернового резерву. Елеватор складається з кількох силосів — ємностей для зерна. Силос являє собою залізобетонну башту висотою (30…50) м з круглим (діаметром 6…10 м) або квадратним (3…4м) перерізом, або ж сталевий циліндр висотою до і діаметром до . Зерно з прийомних бункерів підіймають нагору будівлі на надсилосний поверх транспортерами, зважують, вичищають від домішок, висушують і по конвеєрах засипають його до силосів.

Зерновий елеватор включає наступні види технологічного обладнання: для очищення зернових культур (горохоочисники, скальператори, сито-повітряні сепаратори, повітряні сепаратори, каміннєвідбірники, магнітні сепаратори і магнітні апарати); для сушіння зерна (зерносушарки з прямоточною та рециркуляційною сушкою); для активного  вентилювання зерна (переносні та стаціонарні установки для активного вентилювання зерна у складах, на площадках, у силосах елеватора, бункерах, металевих місткостях з продуванням зерна по вертикалі та по горизонталі); контрольно-вимірювальні прилади і засоби автоматизації (обладнання для дистанційного контролю температури зерна в силосах, пристрої контролю і автоматизації основних виробничих процесів). Для безперебійної роботи зерновий склад зобов'язаний мати резервну енергоустановку необхідної потужності або резервну схему енергопостачання.

Рекомендується підбирати для розміщення у зерносховищах зерно: середньої сухості, з вологістю (13,5…15,5)%; вологе, з вологістю (15,5…17)%; сире з вологістю (17…23)%; сире  з вологістю понад 23 % з інтервалом у 6 %,  а для кукурудзи в зерні — 5 %. При необхідності застосовують профілактичні засоби освіження, охолодження та підсушки зерна. Необхідно визначати: температуру зерна; вологість зерна; зараженість шкідниками зерна; запах та колір зерна. При виявленні відхилень у показниках якості зерна виконуються конкретні дії щодо його поліпшення. Зерновий склад забезпечує зберігання зерна у сухому стані, в охолодженому стані, у герметичних умовах.

Зберігання зернової маси в сухому стані дає змогу припинити фізіологічну активність біологічних компонентів, зокрема, мікроорганізмів, кліщів та інших шкідників зерна. Рекомендована вологість зерна злакових і зернобобових культур — (12…14)%, олійних культур з умістом жиру (25…30)% — (10…11-%, а при кількості жиру (40…50)% їх вологість повинна бути в діапазоні (6…8)% . Сухий стан зернової маси дає змогу: забезпечити зберігання зерна до 3…4 років, перевозити зерно залізничним, автомобільним і водним транспортом на значні відстані, зберігати зерно в силосах 2…3 роки, гарантувати (особливо, при  охолодженні  сухого зерна  до +(5…10)) практично незмінну якість зерна.

Зберігання зернових культур в охолодженому стані значно збільшує строки збереження партій зерна. Зернові маси з температурою в усіх шарах насипу у межах (0…10) уважають охолодженими першого ступеню, а з температурами нижче — другого ступеню. Не рекомендується зерно охолоджувати до низьких температур  (-5…20). Охолоджують сире та вологе зерно. Технологію активного і пасивного охолодження зерна застосовують, використовуючи холодне повітря в осінньо-зимовий період, а в теплу пору — засоби кріогенної техніки. Пасивне охолодження зернових мас проводять провітрюванням та з використанням вентиляційних каналів у зерносховищі. При активному охолодженні зернових культур: пропускають зернові маси крізь сепаратори, зерносушарки, пристрої з установленими вентиляторами; використовують також установки активного вентилювання зерна.

Забезпечення зберігання зернових мас у герметичних умовах досягається: природним накопиченням у ємкостях зерносховищ вуглекислого газу і втратою кисню при аеробному диханні органічних компонентів зернової маси; уведенням  у зернову масу інертних газів, що витісняють з неї повітря з киснем.

Сушіння зернових культур проводиться зерновим складом при потребі знизити вологість сирого та вологого зерна до стандартних показників якості, оздоровити зерно, знищити шкідників зерна; охолодити зерно, що само зігрівається, освіжити зерно, поліпшити його товарний вигляд (колір, блиск).

Прямоточна технологія сушіння зернових культур включає наступні технологічні процеси: підбір партій зерна з різницею вологості (2…3)%; подачу сирого або вологого первинно очищеного зерна транспортними механізмами у надсушильний бункер; сушіння зерна за параметрами першої зони; сушіння зерна за параметрами другої  зони (температура нагрівання зерна в кінці процесу сушіння не повинна перевищувати допустимої для цієї культури); охолодження зерна зовнішнім повітрям; випуск зерна із сушарки; контроль температури охолодженого зерна; контроль вологості зерна після сушіння; подача просушеного зерна в місткості зерносховища. При прямоточній технології за один пропуск сушарки вологість зерна знижується на (6…8)%. Для зниження вологості понад 8 % зерно необхідно пропустити через сушарку 2…5 разів.

Рециркуляційна технологія сушіння зернових культур не потребує добору партій зерна за вологістю і передбачає наступні етапи сушіння: подачу первинно очищених сирого або вологого зерна в сушарку на змішування із сухим  рециркульованим зерном, що випускається із сушарки; змішування сирого або вологого зерна із сухим, якого за об'ємом має бути у 2-3 рази більше від того, що надходить; нагрівання зернової маси до гранично допустимих температур; термостатування протягом 15…20 хвилин у теплоізольованому бункері зернової маси для масообміну вологого і сухого зерна; прямоточне сушіння або охолодження зернової маси у шахтних зерносушарках; випуск сухого зерна із сушарки

Активне вентилювання зернових культур використовують для: прискорення процесу дозрівання свіжозібраного зерна за допомогою подачі в зернову масу теплого атмосферного повітря; підсушки зернової маси — вологість зерна  до  підсушки допускається не більше 10 %  (соняшник), 13 % (ріпак) і 17 % (пшениця, жито, рис, зерно кукурудзи, соя, горох); освіження зернових культур провітрюванням без їх переміщення при відсутності зволоження зерна атмосферним повітрям; охолодження зерна — при температурі зовнішнього повітря нижче  температури зерна  не менше ніж на ; запобігання або ліквідація самозігрівання зерна; усунення із зернової маси не властивих запахів; уповільнення життєдіяльності шкідників зерна.

Дегазація зернових культур проводиться шляхом пасивного й активного вентилювання зерна. Провітрювання зерносховищ силосного типу здійснюють через відкриті люки ємкостей та вікна надсилосного поверху. Активне провітрювання зернових культур проводять у зерносховищах усіх типів із застосуванням стаціонарних і переносних вентиляційних пристроїв. Активні  засоби дегазації не застосовують, якщо температура зовнішнього повітря нижча від  температури  зерна або  менша +12⁰С.

Технологічні процеси зернозбереження є доволі енерговитратними. Головними енергомісткими та тепломісткими технологічними процесами є сушіння, активне вентилювання та охолодження зернових культур. Так, процес сушіння  вологого зерна потребує високих енерговитрат рідкого і газоподібного палива та електроенергії. Ціна енергоматеріалів у вартості такого  сушіння становить (80…90)%. 

Пріоритетними енергозберігаючими заходами при роботі зерносховищ є вдосконалення енергетичного обладнання, зростання долі автономного енергозабезпечення, застосуван­ня комбінованих відновлюваних та нетрадиційних джерел енергії (Cонця, вітру, біогазових установок) для виробництва теплової та електричної енергії. Використання відновлюваної енергії дозволяє, приблизно, у 2 рази знизити зовнішнє енергопостачання. До системи теплопостачання зерносховищ пред'являються наступні вимоги: забезпечення автономного постачання зерносховища енергетичними ресурсами, доведення долі відновлюваної енергії для середніх широт до 50 %; забезпечення зерносховища тепловою енергією потрібної кондиції; забезпечення режимів охолодження, вентилювання  та повітряної очистки; забезпечення електричною енергією для живлення електрообладнання; можливість паралельної роботи системи з іншими джерелами теплової та електричної енергії (водогрійними та паровими котлами, теплогенераторами, когенераційними системами); врахування в алгоритмі роботи системи зовнішніх кліматичних показників, які поступають з відповідних датчиків швидкості та напряму вітру, температури повітря, освітленості, вологості, наявності та інтенсивності дощових опадів, хмарності, положення Сонця; врахування в алгоритмі роботи внутрішніх параметрів сховища (температури та вологості зерна, повітря у різних частинах зерносховища, концентрації вуглекислого газу та метану).

Зерносушарки мають забезпечувати сушіння всіх видів зернових, масляничних та бобових культур різної вологості. В основі роботи шахтних зерносушарок проточного типу лежить принцип рекуперації тепла та отримання додаткової енергії для сушіння з тепла повітря, відпрацьованого після сушіння. Така технологія дозволяє заощаджувати біля 20 % палива у порівнянні зі звичайними зерносушарками.

Звичайні питомі витрати пального такими зерносушарками приблизно складають: рідкого палива — 1 кг/т/%; природного газу — 1,16 м³/т/%. Виробнича потужність визначається кількістю тон зерна, вологість якого сушарка може знизити на 1 % за 1 годину роботи. Очевидно, що кількість зерна, яке висушує зерносушарка, залежить від параметрів вологості зерна. Для сушіння виробляється пара температурою 130⁰С. Зерносушарки виробляються різної виробничої потужності. Для сушіння також використовуються електричні вентилятори. Витрати електричної енергії при сушінні у порівнянні з витратами пального менш значні і в даному розділі розглядатися не будуть. 

До автономної системи енергопостачання тепличного господарства пред'являються наступні вимоги: забезпечення всесезонного та цілодобового постачання тепличного господарства необхідними енергетичними ресурсами з долею відновлюваної енергії для середніх широт на рівні 70 %, що дозволить знизити зовнішнє енергопостачання, продовжити сезон вирощування рослин, підняти врожайність та розширити асортимент рослин; забезпечення тепловою енергією для підігріву води, ґрунту та повітря; забезпечення електричною енергією для живлення насосів, компресорів та транспортерів і, особливо, для додаткового оптимального підсвічування рослин у межах 6000..,20000 люкс (0,1 кВт  на корисної площі) протягом року у місцях з холодним кліматом, при цьому спектральний діапазон оптичного випромінювання, важливий для фотосинтезу, знаходиться в межах Δλ = 0,4…0,7 мкм; потужність енергосистеми вибирається із розрахунку ~ 2 МВт теплової енергії та ~ 1 МВт електричної енергії на закритого ґрунту; можливість паралельної роботи з іншими джерелами теплової енергії (водогрійними котлами, теплогенераторами та когенераційними системами); врахування впливу зовнішніх кліматичних показників, зокрема, температури повітря, освітленості, вологості, швидкості та напряму вітру, наявності та інтенсивності дощових опадів, хмарності та положення Сонця; врахування  внутрішньо-тепличних параметрів (температури та вологості ґрунту, концентрації вуглекислого газу) у різних частинах теплиці.