Вітротурбінна система енергопостачання фрукто-овочесховища
Вітротурбінна система енергопостачання фрукто-овочесховища (англ. Wind turbine heat and electrical power supply of fruit and vegetable store fruit або Wind turbine heat and electrical power supply of fruit and vegetable storage facility) — багатокомпонентна система електро- й теплопостачання, заснована на виробництві електричної енергії вітровими турбінами, виробництві та акумулюванні теплової енергії у вітряну погоду шляхом електричного нагріву певного об'єму теплоносія, збереженні тепла у термоізольованих резервуарах з наступним використанням для теплопостачання та гарячого водопостачання фрукто-овочесховища протягом доби при відсутності вітру.
Характеристика об'єкта енергопостачання
Овочівництво, садівництво та виноградарство є важливими галузями сільського господарства. Картопля й овочі є сировиною для харчової промисловості і цінним кормом для тварин. За обсягом виробництва картопля посідає друге місце після зерна і використовується як продукт харчування, для технічної переробки на спирт, крохмаль, патоку і як корм для тварин. Найбільша концентрація посівів овочевих культур характерна для господарств, розташованих навколо великих міст, для забезпечення населення свіжою продукцією. Вирощують переважно картоплю, огірки, моркву, столовий буряк, капусту, помідори, цибулю, перець, баклажани. Вирощування фруктів сконцентровано у теплих кліматичних зонах. Яблуневі та грушеві дерева добре плодоносять у лісовій та лісостеповій зонах. Вишні, абрикоси, сливи, черешні, персики визрівають у степовій зоні. Високоякісні сорти винограду характерні для місцевостей з тропічним та субтропічним кліматом. Зберігання овочів та фруктів має на меті збереження корисних поживних властивостей продуктів харчування — вітамінів та калорійності.
Фрукто-овочесховище — комплекс будівель та споруд для зберігання в свіжому вигляді овочів і фруктів. Кожна будівля пристосована для довготермінового зберігання окремих видів овочевих культур, споріднених по умовам зберігання. Температура та умови зберігання овочів та фруктів підтримуються активною примусовою вентиляцією, повітря подають через спеціальні вентиляційні канали від низу до верху. У південних районах вентиляційне повітря охолоджують. Технологічні процеси збереження овочів є доволі енерговитратними.
Пріоритетними енергозберігаючими заходами при роботі фрукто-овочесховищ є вдосконалення структури енергетичного обладнання, застосування відновлюваних джерел енергії, зокрема, вітру та сонячного випромінювання для виробництва теплової та електричної енергії. Використання альтернативних джерел енергії у зберіганні овочів та фруктів сьогодні потребує розробки принципово нових конструктивних рішень, поєднання у одній системі декількох технологій виробництва енергії. Для енергопостачання фрукто-овочесховищ може бути використана вітротурбінна система.
Вимоги до вітротурбінної (вітряної) системи енергопостачання фрукто-овочесховища
До вітротурбінної (вітряної) системи енергопостачання (теплопостачання0 фрукто-овочесховища пред'являються наступні вимоги: забезпечення автономного постачання сховища відновлюваними енергетичними ресурсами, зниження у декілька разів об'ємів зовнішнього енергопостачання; забезпечення фрукто-овочесховища тепловою енергією потрібної кондиції (режиму охолодження і вентилювання фруктів та овочів); сумісність з іншим джерелами теплової та електричної енергії; врахування в алгоритмі роботи системи зовнішніх кліматичних показників (швидкості та напряму вітру, температури повітря, освітленості, вологості, наявності та інтенсивності дощових опадів, хмарності, положення Сонця); врахування внутрішніх параметрів фрукто-овочесховища (температури та вологості овочів і фруктів а також повітря, концентрації вуглекислого газу та метану) у різних частинах сховища; акумуляція тепла, зібраного у вітряну частину доби в теплових акумуляторах з метою подальшого використання у безвітряну погоду
Базова схема та принцип роботи вітротурбінної системи енергопостачання фрукто-овочесховища
Базова схема вітротурбінної системи електро- й теплопостачання (вітряної теплоелектростанції) для автономного енергозабезпечення фрукто-овочесховища включає вітроенергетичну установку WT, електричний адаптер EA, підземний акумулятор тепла TS, електричні нагрівачі ЕH, теплообмінники ТE. Вітротурбінна система енергопостачання може працювати в двох режимах: виробництва електроенергії ЕЕ та виробництва й акумулювання теплової енергії ТНE.
Акумулятор тепла TS представляє собою термоізольовану ємність-цистерну, виконану у вигляді судини Дюара з робочою рідиною, яка характеризується високою питомою теплоємністю. У спрощеному вигляді таким теплоносієм може виступати вода. При більш прискіпливому підході у якості теплоносія можуть використовуватись розчини солей, які мають вищу точку кипіння та більшу питому теплоємність. Акумулятор тепла може складатися також з декількох резервуарів RSV1, RSV2, RSV3. Кожен з них призначений для зберігання теплоносія з різною температурою. Упорядкований теплообмін між теплоносіями, які знаходяться в різних резервуарах, виконується за допомогою системи трубопроводів. При створенні системи теплопостачання теплиці у якості вторинного контуру для відбору тепла можуть бути використані конструктиви теплового насоса. Акумулятор тепла може бути виконаний у наземному та підземному варіантах розташування резервуарів-накопичувачів теплоносія. Вибір тієї чи іншої конструкції визначається конкретними задачами, які вирішуються при створенні теплової системи.
Частина термоізольованих резервуарів може бути наповнена робочою рідиною-теплоносієм, яка характеризується високою питомою теплоємністю, частіше всього, такою робочою рідиною є вода. В інших резервуарах в якості термоносія може використовуватися тверде тіло, наприклад, залізобетон. Питома теплоємність залізобетону нижча, ніж води, але він може нагріватися до високих температур, і за рахунок цього сумарна теплоємність акумулятора цього типу значно вища, ніж водяного.
Вітроенергетична система теплопостачання фрукто-овочесховища функціонує наступним чином. Вітрова турбіна перетворює кінетичну енергію рухомого повітря в механічну обертальну енергію ротора. Електродинамічна система віттрогенератора перетворює кінетичну енергію обертання ротора в електричну енергію ЕЕ, яка доводиться до потрібних параметрів у електричному адаптері ЕА і подається на електричні нагрівачі ЕH в акумуляторі тепла TS. Електричні нагрівачі ЕH перетворюють електричну енергію в Джоулеве тепло й нагрівають теплоносій (наприклад, воду) в акумуляторі тепла. Накопичення тепла відбувається до тих пір, поки температура теплоносія в резервуарах сягне необхідного значення. З цього моменту вітротурбінна система з процесу накопичення тепла автоматично переключається на виробництво електроенергії, яка йде на потреби зерносховища, або ж передається в загальну електричну мережу EN. Відбір тепла з акумулятора для потреб зерносховища відбувається за допомогою теплообмінників ТE.
Див. також
Література
- Сидоров В. І. Вітротурбінні технології та системи теплопостачання / у кн. Технології гідро- та вітроенергетики. — Черкаси: Вертикаль, видавець Кандич С. Г., 2016. — 166 с.
- Сидоров В. І. Вітрові теплоелектростанції // Промислова електроенергетика та електротехніка. — 2018. — № 1. — С. 28–36.