Електрифікація технологічних процесів на молочнотоварній фермі на 400 голів Агрофірми «Журавушка» Броварського району Київської област

 

Потужність освітлення корівника ділимо на групи:

• потужність першої групи:

Р₁=18∙0,1=1,8 кВт;

• потужність другої групи:

Р₂=18∙0,1=1,8 кВт;

• потужність третьої групи:

Р₃=13∙0,1=1,3 кВт;

• потужність 4-ої групи:

Р₄=5∙0,1=0,5 кВт;

• потужність 5-ої групи:

Р₅=2∙0,075+2∙0,1+5∙0,2+2∙0,1=1,55 кВт.

 

Розрахунок і вибір апаратів керування

та захисту освітлювальних установок

Вибір апаратів здійснюється за рядом умов а саме за напругою, видом , величиною струму, кліматичним виконанням, умовами захисту від впливу навколишнього середовища.

При виборі ввідного апарату  враховуємо напругу трифазної мережі U=380 В, і потужність освітлювальних установок:

І_роб = Р_{осв.уст} / U_н cosφ_н, (2.47)

де Р_{осв.уст} – загальна потужність, Р_{осв.уст}=6,95 кВт;    соsφ – коефіцієнт потужності, для ламп розжарювання він рівний 1.

І_роб = 6950 / 380∙1=18,3 А.

Вибираємо щит освітлення ЩА611-16 з автоматичним вимикачем на ввід: ВА51-25340010Р30УХЛ3 для захисту освітлювальних установок від к.з.

Розраховуємо струм для кожної групи:

Перша група:    І_н = 1800/220∙1=8,2А;

Друга:     І_н = 1800/220∙1=8,2А;

Третя:    І_н = 1300/220∙1=5,9А;

Четверта:    І_н = 2050/220∙1=9,3А;

П’ята:    І_н = 1550/220∙1=7А.

Вибираємо п’ять автоматичних вимикачів  типу ВА51-25840010Р30УХЛ3 для захисту освітлювальної мережі.

Вибір освітлювальних проводок

Вид електропроводки, спосіб прокладання марку проводу вибирають в залежності від призначення приміщення, умов навколишнього середовища, характеристики та режиму роботи електроприймачів.

Освітлювальну проводку в робочому приміщенні, де утримуються корови проводимо на тросах проводом АВВГ. Інших приміщеннях проводку проводимо під штукатуркою проводом АППВ.

Для розрахунку і вибору освітлювальної проводки проводимо  слідуючи розрахунки:

І_доп ≥ І_н.р.  (2.48)

де     І_н.р – номінальний робочий струму освітлювальної мережі, А; І_дов. – допустима сила струму для перерізу проводу, А.

Тривалий струм рівний робочому струму групи освітлення. Для першої групи вибираємо провід АВВГ (2х2,5) на тросу, виходячи з умов:

21А ≥ 8,2А.

Для другої групи вибираємо провід АВВГ (2х2,5) на тросу, для третьої групи і чергового освітлення вибираємо провід АВВГ (3х2,5) на тросу. Для п’ятої групи АВВГ (2х2,5), спосіб прокладки - на скобах.

Провід вводу вибираємо АВВГ (4х6,0), спосіб прокладки - на скобах.

 

Результати розрахунків  по вибору електрообладнання наведені на рис. 2.8, 2.9, 2.10 і 2.11.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГІЇ ВІТРУ

ДЛЯ НАГРІВАННЯ ВОДИ НА ТЕХНОЛОГІЧНІ ПОТРЕБИ

 

3.1. Актуальність і проблеми  використання вітрової енергії

Побудова сучасного  сільськогосподарського виробництва  України базується на системі машин для комплексної механізації, в якій більшість стаціонарних технологічних операцій передбачають використання електроенергії. В зв’язку з цим, зниження енерговитрат, зокрема за рахунок використання поновлюваних джерел енергії (енергія сонячної радіації, вітру, біомаси тощо), стає актуальною задачею.

Енергія вітру поряд з невичерпністю  має дві особливості, що обмежують  її використання. Це низька щільність  та випадковість надходження. Зважаючи на першу обставину, вітросилові установки виконуються з робочою площею, яка вимірюється сотнями квадратних метрів. Друга обставина приводить до того, що згадані великі споруди недовикористовуються. Бо графік проведення технологічних процесів, яким ці споруди постачають енергію, часто не співпадає з часом надходження вітрової енергії. Тому витрати на обладнання не повертаються за час їхньої експлуатації.

Підвищення ефективності використання вітрових установок досягається  шляхом збільшення їх потужності без  збільшення робочих поверхонь, а  також за рахунок підвищення коефіцієнта використання встановленої потужності. З цією метою проводиться акумулювання енергії. Так потужність водопостачання визначається не стільки розмірами вітросилового обладнання, скільки місткістю та висотою розташування водонапірного баку. Другий приклад – повітряний млин.

Наведені приклади мають вузько направлене призначення: накопичена енергія  використовується одним технологічним  процесом. Значно ширше коло споживачів має вітроелектрична станція, електроенергію якої можна використовувати як для освітлення, приводу електроустановок, так і для підігріву води на технологічні потреби, зокрема для промивання молокопроводів, напування телят. Для цих цілей можна використати ємнісні акумулюючи електроводонагрівачі, які прості у виготовлені, мають високий коефіцієнт корисної дії, надійні в роботі. Нагрівання води при цьому проводиться від електроенергії вітроелектричної станції на протязі доби, не залежно від технологічних потреб.

 

3.2. Вибір вітрової  станції для Київського регіону

З метою найбільш повного узгодження роботи вітрової станції та під’єднаною до неї ємнісного акумулюю чого електроводонагрівача виконується сумісний аналіз характеристик потужності цих об’єктів. Для цього розраховується залежність потужності вітродвигуна, а також потужності електроводонагрівача від частоти обертання вітродвигуна при різних значеннях швидкості вітри.

Згідно літературних джерел, для  певної швидкості відру, зв’язок між потужністю та частотою обертання вітродвигуна знаходять за виразом:

;                                            (3.1)

,                                                  (3.2)

де   N -  потужність вітроколеса, кВт; g - щільність повітря, кг/м³; g – прискорення вільного падіння, м/с²; F – обмітаємо площа, м²; J - швидкість вітру, м/с; 0,736 – коефіцієнт переводу кінських сил в кіловати; 75 – коефіцієнт переводу кілограмометрів на секунду в кінські сили; x - коефіцієнт використання енергії вітру; Z – швидкохідність вітроколеса; n – частота обертання вітроколеса, хв.^-1; R – радіус вітроколеса, м.

Коефіцієнт використання енергії вітру береться зі зведених графіків потужності різних систем вітродвигунів, де цей коефіцієнт подано в залежності від швидкохідності двигуна [10]. На цьому  діапазоні швидкохідності береться 7¸8 рівномірно розташованих точок, для яких знаходяться відповідні значення x. Після цього для кожного значення x по наведеним формулам визначається потужність двигуна і відповідна частота його обертання. За отриманими результатами будується робоча характеристика вітродвигуна за певної швидкості вітру. Такі ж розрахунки проводяться для інших 3¸4 значень швидкості вітру, рівномірно розташованих на розглянутому діапазоні зміни швидкості вітру. В результаті маємо дані для побудови сімейства робочих характеристик вітродвигуна (рис. 3.1).

Спираючись на висвітлену методику проводиться розрахунок потужності тихохідного (багато лопатевого) вітродвигуна в залежності від швидкості вітру  та частоти обертання колеса вітряка. При побудові вважалось, що коефіцієнт корисної дії електрогенератора вітроелектричної станції є постійним і дорівнює 50%. В зв’язку з чим ординати кривих потужності вітродвигуна наведені з врахування коефіцієнта корисної дії електрогенератора.

Залежності потужності вітроелектричної станції від частоти обертання вітрового колеса при різних значення швидкості вітру (6, 8, 10, 12 м/с) подібні одна до одної. Разом вони утворюють сімейство характеристик потужності вітроелектричної станції. Кожна крива (рис. 3.1) має форму пагорба, тобто має вершину, лівий та правий схили. Ліві схили всіх кривих виходять з початку координат, бо незалежно від швидкості вітру корисна потужність і частота обертання загальмованого вітродвигуна дорівнюють нулю. Якщо гальма зняті, ненавантажений двигун розкручується до синхронної частоти обертання, яка відповідає нижній частині правого схилу кривих. Так при вітрі 8 м/с синхронна частота обертання вітродвигуна становить 330 хв.^-1. Корисна потужність в цьому режимі дорівнює нулю.

Потужність навантаженого вітродвигуна відповідає певній точці, яка лежить на схилах або вершині кривої потужності. В останньому випадку маємо найкраще використання енергії вітру.

В зв’язку з цим, узгодження потужності вітроелектричної станції та навантаження полягає в тому, щоб крива навантаження перетинала криві потужності вітроелектричної станції  по їх вершинам.

 

Рис. 3.1. Залежність потужності вітроелектричної станції (1)

та навантаження (2) від  частоти обертання ротора вітродвигуна

 

Виконані дослідження  показали, при швидкості вітру до 10 м/с досягається повне узгодження характеристик потужності вітроелектричної станції та активного навантаження електроводонагрівача. З подальшим збільшенням швидкості вітру крива навантаження 2 (рис. 3.1) зміщується вправо від максимуму отриманої потужності вітроелектричної станції при даних вітрах.

Використовуючи приведену  методику розрахунку залежності потужності вітроелектричної станції від швидкості  вітру і метрологічні дані повторюваності в рік швидкості вітру для  центрального регіону України був підрахований виробіток енергії вітроелектричної станції (рис. 3.2) з потужністю вітродвигуна 1 кВт при швидкості вітру 8 м/с. Дані наведені в табл. 3.1.

 

Таблиця 3.1. Розрахунок річного  виробітку електроенергії

вітроелектричною установкою потужністю 1 кВт при швидкості вітру 8 м/с

Швидкість вітру, м/с	Потужність установки, кВт	Повторність, годин	Виробіток енергії, кВт∙год.
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 і вище Всього	125 300 500 750 1000 1450 2000 2750 3500 4250 5000 6500	1220 930 660 470 330 220 150 90 50 35 20 27	153 279 330 353 330 319 300 248 175 149 100 175 2911

 

 

 

Рис. 3.2. Схема вітроелектричної станції: 1 – вал; 2 – шків ведучий; 3 –  передача пасова; 4 – шків ведений; 5 – гальмо; ВД- вітродвигун; Г  – генератор; Р – редуктор; ОЯ – обмотка якоря; NS – магніт; С – конденсатор; ОЗ – обмотка збудження; VD – випрямляч діодний; FU – запобіжна; ЕК – елемент електронагрівний

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.3. Тихохідна вітроустановка

 

 

 

Таким чином, приведена багато лопатева вітроелектрична станція дає  річний виробіток 2911 кВт∙год. Електроенергії. При збільшенні потужності вітродвигуна пропорційно буде зростати і виробіток.

 

3.3. Техніко-економічна  оцінка розробки

Техніко-економічна оцінка вітроелектричної станції проводиться  за показниками повних витрат енергії на виробництво електроенергії. З цією метою витрати матеріалів та праці враховуються в енергетичному балансі за допомогою енергетичних еквівалентів, відомості про які беруться з літератури [11].

Суть оцінки полягає  в тому, що витрати на виготовлення та експлуатацію експериментальної  установки подаються не в грошовому  вимірі, а в одиницях енергії –  джоулях. Далі визначається річний виробіток  енергії установкою в джоулях. Виробіток  енергії співставляється зі згаданими витратами, які мають місце на протязі року експлуатації. Якщо виробіток енергії переважає, то установка економічно вигідна і навпаки.

Вітроелектрична станція  являє собою сільськогосподарський  енергетичний засіб, енергетичний еквівалент якого складає 86,4 МДж/кг. Енергоємність станції визначається як добуток енергетичного еквівалента на її масу (260 кг) – 22464 МДж.

При службі експлуатації протягом 10 років коефіцієнт амортизаційних відрахувань дорівнює 0,1. Коефіцієнт відрахувань на ремонт та технічне обслуговування становить 0,114.

Річні енерговитрати  на виготовлення та експлуатацію станції  визначаються добутком її енергоємності  на суму зазначених коефіцієнтів – 4808 МДж.

Виробіток електроенергії складає 2911 кВт∙год., або10476 МДж.

Отже, в умовах центрального регіону України річний виробіток енергії у 2,18 рази вищий від річних витрат. Тобто виробництво електроенергії за допомогою даної вітроелектростанції є енергоощадним. 
4. ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ ФЕРМИ ВРХ

4.1 Розрахунок  електричних навантажень

та вибір  джерел живлення

Розрахунковим навантаженням  називають найбільше з середніх значень повної потужності за проміжок часу, яке може виникнути на вводі  до споживача.