Анотація до роботи:

Головко В.М. Раціональне використання енергії сонячної радіації та вітру в техноллогічних процесах сільськогосподарського виробництва. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.09.16 – електротехнології та електрообладнання в агропромисловому комплексі – Національний аграрний університет, Київ, 2003 р.

У дисертації розглядається важлива для теорії та практики проблема раціонального використання в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва енергії поновлюваних джерел (сонячної радіації та вітру). Запропонований принцип критеріальної оцінки доцільності використання енергії сонячної радіації та вітру в сільськогосподарському виробництві для кліматичних умов України. Розроблені математичні моделі геліовітроенергетичного обладнання технологічних процесів сільськогосподарського виробництва на основі рівнянь невизначеного типу. Визначені залежності енергетичних параметрів геліовітроенергетичного обладнання та апробовані схеми енергозабезпечення об’єктів сільськогосподарського виробництва від енергії сонячної радіації та вітру. Практична перевірка підтвердила достовірність отриманих результатів.

Ключеві слова: енергозбереження в технологічних процесах, енергія сонячної радіації, енергія вітру.

У дисертації наведене нове вирішення наукової проблеми, що виявляється у визначенні основних аспектів раціонального використання в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва енергії сонячної радіації та вітру. Згідно отриманих результатів сформульовано ряд висновків теоретичного, методологічного та науково-практичного характеру, що відображає вирішення основних завдань роботи:

1. Проблема раціонального використання в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва енергії сонячної радіації та вітру (ЕСРВ) визначається відображенням бінарного відношення множин потреб в енергозабезпеченні об’єкта та величин надходження ЕСРВ при обмеженні умовою енергоекономічної оцінки. Встановлено, що ступінь можливого заміщення традиційних енергоресурсів складає: енергією сонячної радіації на 19,5...48%, енергією вітру - 8,2...100% річних потреб об’єктів сільськогосподарського виробництва залежно від кліматичної зони.

2. На базі експериментальних досліджень запропонований принцип та проведена ймовірнісна енергетична оцінка тривалості доцільних періодів застосування ЕСРВ в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва. Зональні періоди використання становлять: для енергії сонячної радіації з травня до серпня, а в Криму - з квітня до вересня, енергії вітру в осінньо-зимово-весняний період. Величина надходження за сезонами складає: сумарної сонячної радіації весною 0,12…0,65; влітку 0,21…0,75; восени 0,08…0,4 ГДж/м², а вітру – взимку 13,1…132; весною 14…143,7; влітку 8,0…59,1; восени 8,1…104,9 МВтг на 1 м² поверхні, що обмітається ротором вітроустановки, в залежності від кліматичної зони.

3. Розроблені математичні моделі процесу узгодження потоків енергопотреб споживача та надходження ЕСРВ і визначені загальні співвідношення параметрів альтернативних рішень структурних схем системи "джерело-споживач”. Одержані узагальнені рівняння невизначеного типу для обчислення конструктивних параметрів геліовітроенергетичного устаткування технологічних процесів сільськогосподарського виробництва для всіх кліматичних зон України.

4. Проведено критеріальний аналіз геліовітроенергетичного устаткування за коефіцієнтами забезпечення, заповнення та неспівпадання графіка навантажень, економічної ефективності та енергетичного заміщення. Встановлено, що використання енергії сонячної радіації в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва необхідно проводити на всій території України при ефективності 0,36...1,02 т у.п./м² на одиницю капітальних витрат при заміщенні вугілля, 0,21...0,6 т у.п./м² дизельного палива, 0,16...0,85 т у.п./м² електроенергії; використання вітроелектроагрегатів - 0,03...2 т у.п./м² при заміщенні вугілля, 0,016...1,2 т у.п./м² дизельного палива, 0,012...1,7 т у.п./м² електроенергії.

5. Розроблено алгоритм аналізу параметрів геліовітроенергетичного обладнання, що базується на визначенні граничних значень межі вкладених витрат. Для технічних засобів використання енергії сонячної радіації теоретично обгрунтовані типорозміри для всіх зон Украіни. Встановлено, що за енергетичними параметрами перевагу мають схеми з вимушеним режимом теплообміну. Параметричні ряди розраховані за основним рядом R40 при коефіцієнтах ефективності колекторів 0,4; 0,6; 0,8. Відхилення значень площ від прийнятих не перевищує 3,5%.

6. Обгрунтовані параметри вітроенергетичного обладнання об’єктів сільськогосподарського виробництва для всіх кліматичних зон України. Встановлено, що використання вітроелектроустановок, побудованих за схемою безпосереднього під’єднання на навантаження, необхідно здійснювати в місцевостях з швидкістю вітру не менше 4 м/с, незалежно від типу вітродвигуна. Використання схем з акумуляцією доцільно в місцевостях з швидкістю вітру не менше 4,3 м/с при умові застосування вітродвигунів з коефіцієнтом потужності більше 0,3. Параметричні ряди розраховані за основним рядом R 40. Відхилення розрахункових значень площ від прийнятих не перевищує 4%.

7. Теоретично досліджено та експериментально визначене мінімальне значення відношення середньорічної швидкості вітру до номінальної для вітроенергетичних установок, що працюють з сільськогосподарським електротехнологічним обладнанням, яке не повинне знижуватись 0,8. Для роботи споживачів І категорії необхідно застосовувати систему стабілізації вихідних параметрів.

8. Встановлено техніко-економічною оцінкою систем утилізації енергії сонячної радіації при вільному та вимушеному режимі теплообміну, що дані засоби економічно ефективно використовувати відповідно:

- для споживачів з навантаженням 0,3 ГДж в зонах з доцільним періодом більше 166 та 152 днів;

- для споживачів з навантаженням 0,7 ГДж в зонах з доцільним періодом більше 105 та 90 днів;

- для споживачів з навантаженням 2,0 ГДж в зонах з доцільним періодом більше 145 та 133 днів.

9. Застосування вітроагрегатів з коефіцієнтом потужності 0,18 при безпосередньому навантаженні економічно ефективно в місцях з середньою швидкістю вітру більше 4,6 м/с та з річною тривалістю доцільного періоду. При коефіцієнті потужності вітроагрегата 0,36 – середня швидкість складає 4,3 м/с та тривалість періоду 248 днів. При застосуванні вітроагрегатів з системою акумуляції позитивний річний ефект для установок з коефіцієнтом 0,36 отримується в зонах з середньою швидкістю вітру більше 4 м/с при експлуатації 230 днів на рік.

10. На основі виробничих випробувань проведено техніко-економічні розрахунки геліовітроенергетичного комплексу ( продуктивність 40 кВтг/доб. за теплотою для забезпечення потреб технологічних процесів тваринницьких ферм на широті 48⁰), який дозволяє економити витрати електроенергії більше 12 тис. кВтг на рік ( що складає 34% річних потреб ).

11. Заходи з використання енергії сонячної радіації та вітру викладені в рекомендаціях затверджених Держагропромом України ( пр. № 8, 6.10.87 ), видані і впроваджені у виробництво. На засоби з використання енергії сонячної радіації розроблені вихідні вимоги ( ВТ 46.16.33.01-95 ), які затверджені рішенням НТС МСГП України ( 12. 1995р. ). Методи функціональних випробувань вітроенергетичних установок - КНД 46.16.03.02-95 розроблені разом з УкрЦВТ. Освоєно випуск електроіндукційних нагрівачів (а.с. 1760663) та геліонагрівальних установок на Шабівському дослідно-механічному заводі згідно рішенню Головного управління механізації та електрифікації Госагропрома (пр. прийм. випроб. 18.02.91). Випуск вітроенергетичних установок, що пройшли держвипробування (пр. №01-04-2002(1340102)) освоєний ЗАТ ”Будпластик”

Публікації автора:

Журнали, монографії, авторські свідоцтва

1.Корчемний М.О., Головко В.М., Вакал Є.С. Оцінка тривалості періодів використання джерел відновлюваної енергїї в с.г. виробництві. // Зб. праць УНДІМЕСГ.-1986.-№63.-С.38-40. (розробка методичної частини)

2. А.с. 1382079 СССР, МКИ F24j 9/00. Гелиоветроэнергетический комплекс /Н.А.Корчемый, В.М.Головко, В.М.Федоров (СССР).-№3955976; Заявлено 28.05.85. (постановка задачі, формула винаходу)

3. А.с. 1663226 СССР, МКИ F03D 3/06. Ветродвигатель /В.М.Головко, В.Е.Макиевская (СССР).-№4682905/06; Заявлено 25.04.89; Опубл. 15.07.91. Бюл.№26. (постановка задачі, формула винаходу)

4. А.с. 1760653 СССР, МКИ H05B 6/10. Погружной водонагреватель /В.М.Головко, В.Е.Макиевская, В.П.Демков, Н.Г.Ерема (СССР).-№4800278/07; Заявлено 06.03.90; Опубл.07.09.92. Бюл.№33. (постановка задачі, формула винаходу)

5. Корчемный Н.А., Головко В.М. Перспективы использования

нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в с.х. производстве УССР // Сб. трудов ВИМ.-1986.-№108.-С38-42. (розробка методичної частини)

6. Думанский А.И., Касьяненко В.Д., Головко В.М. Использование нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве.-К.: УкрНИИНТИ., 1987.-36с.- (сер 35.1). (розробка методичної частини)

7. Использование энергии Солнца и ветра в сельском хозяйстве Украины /Н.А.Корчемный, В.П.Машевский, В.М.Головко, В.Е.Макиевская, Н.И.Бутыч, В.Ф.Юрчук, И.Г.Гончар, А.А.Матвийчук, Г.В.Коваль, Д.И.Гойса -К.: Облполиграфиздат.,1989.-102с. (методика розрахунку надходження енергії сонячної радіації та вітру)

8. Корчемний М.О., Головко В.М. Сонце і вітер в одній упряжці //Мех. сільськ. госп.,-1988.-№4.-С.8-9. (розробка методичної частини)

9. Головко В.М., Макиевская В.Е. К вопросу выборки обьекта для исследования энергетических показателей в сельскохозяйственном производстве УССР//Сб. трудов УНИИМЭСХ,-К.,1990.-№71.-С.80-81. (постановка задачі, розробка методичної частини)

10. Головко В.М. Использование возобновляемых источников энергии в сельскохозяйственном производстве УССР//Техн. в с.х.-1991.-№2.-С.24-25.

11. Головко В.М., Юрчук В.Ф., Макиевская В.Е. Рекомендации по

использованию энергии Солнца и ветра в сельскохозяйственном производстве УССР.-К.: Укринформагропром,-1990.-19с. (методика розрахунку надходження енергії сонячної радіації та вітру)

12.Головко В.М. Визначення типорозмірного ряду сонячних водонагрівальних установок для корівників //Зб. праць ІМЕСГ,-К.,1997.-№82.-С81…84.

13. Головко В.М. Визначення величини заміщення традиціних джерел енергією сонячної радіації та вітру в сільськогосподарському виробництві України // Вісник аграрної науки.- 1997.- №10. – С.53-56.

14. Головко В.М. Оцінка ефективності використання установок для утилізації енергії сонячної радіації та вітру //Вісник аграрної науки.- 1997.-№12. - С.45-47.

15. Головко В.М., Матвієвський В.А., Шпік Ю.І. Стаціонарні електроогорожі з вітроелектроагрегатом на пасовищах //Техніка в АПК.- 1997-№4. – С.21. (узагальнення досвіду натурних випробувань)

16. Головко В.М. Енергія сонячної радіації та вітру в рослинництві. //Техніка в АПК.- 1998.-№2. С.16-17.

17. Головко В.М. Визначення параметрів вітроелектроагрегатів для об’єктів сільськогосподарського призначення //Техніка в АПК.- 1997.-№8..–С.11.

18. Головко В.М., Мойсеєнко В.В., Смірнов С.В. Сонячні водонагрівальні установки на молочнотоварних фермах //Техніка в АПК.- 2000.-№2. –С.18. (узагальнення досвіду натурних випробувань)

19. Головко В.М., Постельга С.С. Аналіз електрифікованих технологічних процесів тваринництва з урахуванням використання енергії сонячної радіації та вітру //Зб. наук. Праць УкрНДІПВТ.-Вип. 4(18). – Дослідницьке,-2001. – С.144-146. (узагальнення досвіду натурних випробувань)

20. Головко В.М., Макієвська В.Є. Комбінована геліоелектроіндукційна установка гарячого водопостачанясільськогосподарських об’єктів //Вісник ХДТУСГ”Проблеми енергозабезпечення та енергозбереження в АПК України”.- Харьків,- 2001.- вип.6.- С.80-82. (узагальнення досвіду натурних випробувань)

21. Ясенецький В.А., Постельга С.С., Головко В.М. Сільськогосподарському виробництву – екологічно чисту енергію //Техніка в АПК.- 2001.-№7-9. –С.29-32. (узагальнення досвіду натурних випробувань)

22. Головко В.М., Вакал Є.С. Визначення альтернативних рішень побудови структурних схем геліовітроенергетичного обладнання для процесів узгодження з енергопотребами об’єктів сільськогосподарського виробництва//Зб. Праці Інст. електродинаміки НАН України,-К.-2002.-№2,-с.87-90. (постановка задачі, розробка методичної частини)

Збірники праць

23. Корчемный Н.А., Головко В.М. К вопросу резерва экономии энергетических ресурсов //Тез.докл.н.-т.конф.”Проблемы и пути использ. топ.-энер. ресур. в отрасл. нар.хоз. респуб.”-Сумы,-1983.-Вып.1.-c.48-49. (аналіз енергетичних ресурсів)

24. Корчемный Н.А., Головко В.М., Макиевская В.Е. Система автоматического управления гелионагревателями коровника //Тез.докл.н.-т.конф.”Автомат. с.х. производ.”-Кировоград,- 1986.-с.24-25. (методичні питання розробки схеми керування)

25. Корчемный Н.А., Головко В.М., Машевский В.П. К вопросу об основных мероприятиях по экономии электроэнергии в с.х. производстве //Тез.докл.всесоюз. н.т. семін.”Опыт электрификации с.х. на основе ускорен. н.-т. прогресса.”-Л.,-1987.-с.50. (аналіз вкладу поновлюваних джерел енергії в питання енекономії енергоресурсів)

26. Нормы потребления электроэнергии в сельскохозяйственном производстве / Н.А.Корчемный, В.П.Машевский, В.М.Головко, В.Е.Богачева. -К.:Урожай., 1987.-52с. (розрахунок питомих норм споживання електроенергії)

27. Головко В.М. Солнечная водонагревательная установка для малых ферм //Тез.докл. ІІ Всесоюз.н.-т. конф. “Энергосберегающее оборудование для АПК.”,-М.:-1990.-с.83-84.

28. Головко В.М., Макиевская В.Е. Солнечная энергия в теплоснабжении животноводческих ферм Украины //Тез.докл н.-.конф.”Сельскохозяйственная теплоэнергетика.”,-Севастополь.,-1992.-с.40. (визначення впливу сонячної енергії на економію енергії)

29. Головко В.М., Макієвська В.Є, Демков В.П. Індукційний водонагрівач. //Тез.допов.н.-т.конф.”Інженер.-техн. забезпеч. вироб. с.г. продукції в нових умовах господар.”-К.,-1993.-с.152-153. (методичні положення вибору параметрів нагріва)

30. Головко В.М., Макієвська В.Є. До питання визначення типорозмірного ряду засобів використання енергії сонячної радіації та вітру //Тез.допов. н.-т.конф. “Енергозберігаючі технолог. та техн. засоби для вироб. с.г. продукції.”-К.,-1993.-с.152-153. (методичні положення визначення типорозмірних рядів0

31. Гірчено М.Т., Пастушенко В.С., Жоров В.І., Головко В.М. Застосування адсорбентів вологи в якості геліоакумуляторів// Тез.доповн.-т.конф. “Енергозберігаючі технолог. та техн. засоби для вироб. с.г. продукції.”-К.,-1993.-с.158-159. (аналіз застосування геліоакумуляторів)

32. Головко В.М., Макієвська В.Є. Визначення типорозмірних рядів вітроелектроустановок для сільськогосподарських споживачів //Тез.допов.н.-т.конф.”Міжнародна н.-т. конф. з питань розвит. мех., електр., та авт. с.г. вироб. в умовах ринкових відносин.”-К.,-1994.-с.212. (запропонований загальний принцип визначення типорозмірних рядів вітроелектроустановок)

33. Головко В.М., Макієвська В.Є. До питання технікоекономічного обгрунтування застосування геліонагрівальних установок на тваринницьких фермах //Тез.допов.н.-т.конф.”Міжнародна н.-т. конф. з питань розв. мех., електр., автомат. та техн. сервісу АПК в умовах ринкових віднос.”-К.,-1995.-с.222. (методика технікоекономічного обгрунтування застосування геліонагрівачів)

34. Гірченко М.Т., Жоров В.І., Головко В.М. Шляхи енергозбереження в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва //Тез.допов. Міжнарод. н.-т.конф.”Випробування, прогнозування і адаптація до вирбн. умов вітзизн. та зарубіжн. техніки та технолог. для рослин. та тварин.”- Дослідницьке,-1995.-с.30- 31. (аналіз шляхів застосування енергії сонячної радіації та вітру в сільськогосподарському виробництві)

35. Головко В.М. Визначення технікоекономічних показників геліо- та вітроелектроустановок в с.г. виробництві //Тез.допов.н.-т.конф.”IV науково-практична конф. з питань розв. й впровадж. техн. викорис.нетрад. і відновл. джерел енергії”-К.,-1995.-с.19.

36. Головко В.М. Геліоустановка гарячого водопостачання тваринницьких ферм //Тез.допов.на щорічн. конференція “Енергоком-96",-К.,-1996.-с.37.

37. Головко В.М. До питання визначення об’єму застосування енергії сонячної радіації та вітру в сільськогосподарському виробництві України //Тез.допов. на ”V Наук.-практ. конф. з питань розвитку й впровадж. техніки і технологій, викор. нетрад. і відновл. джерел енергії. –К.,- 1996.-с.65.

38. Головко В.М., Солодаренко П.І. Контроторний вітроагрегат для культурних пасовищ //тез.допов. IV н.-т.конф.”Розвиток і впровадж. техніки і технол. викорис. нетрад. і відновл. джерел енергії “ ,-Крим.-1997.-с.18. “Енергозберігаючі технолог. та техн. засоби для вироб. с.г. продукції.”-К.,-1993.-с.152-153.(аналіз конструкції установки)

39. Головко В.М. Визначення параметрів геліовітроенергетичного обладнання для застосування в технологічних процесах рослинництва та тваринництва //Тез. Міжнар. н.-т. конф. “Випроб.. техніка і технології для с.-г. виробн. на рубежі ХХІ сторіччя”.-Дослідницьке,- 1998.-с.132.

Головко В.М. Раціональне використання енергії сонячної радіації та вітру в техноллогічних процесах сільськогосподарського виробництва. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за фахом 05.09.16 – електротехнології та електрообладнання в агропромисловому комплексі – Національний аграрний університет, Київ, 2003 р.

У дисертації розглядається важлива для теорії та практики проблема раціонального використання в технологічних процесах сільськогосподарського виробництва енергії поновлюваних джерел (сонячної радіації та вітру). Запропонований принцип критеріальної оцінки доцільності використання енергії сонячної радіації та вітру в сільськогосподарському виробництві для кліматичних умов України. Розроблені математичні моделі геліовітроенергетичного обладнання технологічних процесів сільськогосподарського виробництва на основі рівнянь невизначеного типу. Визначені залежності енергетичних параметрів геліовітроенергетичного обладнання та апробовані схеми енергозабезпечення об’єктів сільськогосподарського виробництва від енергії сонячної радіації та вітру. Практична перевірка підтвердила достовірність отриманих результатів.

Ключеві слова: енергозбереження в технологічних процесах, енергія сонячної радіації, енергія вітру.