Методология рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергоресурсов в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей

1. Анализ состояния энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей показывает на необходимость совершенствования системы энергоснабжения с использованием наиболее доступных солнечной и ветровой энергии, которые могут служить в качестве дополнительных источников для экономии органического топлива. Для эффективного энергоснабжения необходимо рационально использовать как традиционные, так и возобновляемые энергоресурсы и обосновать их сочетание в системе комплексного энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей.
2. Разработанные, на основе многоуровневой системы исследования, модели энергообеспечения позволили для снижения затрат в системе энергоснабжения определить условия выбора рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергоресурсов с учетом особенности использования их в конкретных условиях и в зависимости от доли потребной энергии замещаемой гелио- и ветроэнергетическими установками с заданными параметрами.

В условиях Южного Урала рациональное использование потребляемых энергоресурсов за счет гелио- и ветроэнергетических установок с оптимальными параметрами позволяет снизить затраты на энергоснабжение до 30%.

3. На основе согласования режимов поступления и потребления возобновляемой энергии, с учетом их изменчивости, разработаны методы оценки показателей: суточного энергообеспечения; использования гелио- и ветроэнергетических установок с заданными параметрами и замещения традиционной энергии за расчетный период (сезон, год) позволяющие определить условия рационального использования возобновляемых источников путем выбора оптимальных параметров гелио- и ветроэнергетических установок.

Установлена зависимость показателя энергообеспечения от площади солнечных коллекторов или ометаемой площади ветроколеса и энергетических характеристик возобновляемых источников позволяющая за расчетный период определить долю замещаемой энергии. На Южном Урале доля замещаемой энергии от ГЭУ в среднем составляет 55%, от ВЭУ – 45%, а от ГВЭУ – 75%.

4. На основе предложенных энергетических характеристик возобновляемых источников: продолжительности солнечного сияния и скорости ветра, обеспечивающей среднесуточную мощность ветрового потока разработаны модели функционирования гелио- и ветроэнергетических установок позволяющие выбрать оптимальные параметры ГЭУ и ВЭУ и оценить долю замещаемой энергии при раздельном и совместном их использовании.

В условиях Южного Урала установлена статистическая связь между энергетическими характеристиками солнечной и ветровой энергии, с коэффициентом корреляции не менее 0,8, позволяющая в системе энергоснабжения оценить условия совместного использования гелио- и ветроэнергетических установок.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований установлено недоиспользование возобновляемой энергии до 15%, когда ожидается одновременное поступление солнечной и ветровой энергии.

5. Разработанные технические и схемные решения позволяют максимально использовать поступающую возобновляемую энергию за счет согласованного действия традиционных и возобновляемых источников в системе энергоснабжения и повысить коэффициент использования ГВЭУ до 15%.

Разработанная имитационная модель позволила исследовать режимы функционирования ГЭУ, ВЭУ и ГВЭУ в условиях неохваченных реальными экспериментами, и относительно среднего гарантированного значения установлено превышение действительной доли замещаемой энергии на 30-40%.

6. Впервые получено аналитическое выражение, позволяющее выбрать оптимальную площадь солнечных коллекторов или ветроколеса ВЭУ и определить условия эффективного использования ВИЭ в зависимости от технико-экономических показателей системы энергоснабжения, а также разработать методику проектирования системы энергоснабжения на основе ГЭУ и ВЭУ.

В условиях Южного Урала, при стоимости традиционной энергии и удельных капиталовложениях на ГЭУ или ВЭУ, Куд = 1000 руб./м2, оптимальная площадь солнечных коллекторов или ветроколеса в зависимости от потребной энергии за расчетный период находится в пределах 1–2 м2/МВт.ч.

7. Установлены допустимые удельные капиталовложения для эффективного использования ГЭУ и ВЭУ в зависимости от стоимости замещаемой традиционной энергии. Так, при допустимые удельные капиталовложения на энергоустановки составляют:

для ГЭУ Куд=4,5 руб./м2 кВт.ч; для ВЭУ Куд=10 5 руб./м2 кВт.ч

Для использования возобновляемых источников требуется инвестиционная поддержка, которая в условиях Южного Урала составляет не менее 30% от объема капиталовложения на ГЭУ и ВЭУ.

8. Разработанные рекомендации позволяют путем выбора оптимальных параметров гелио- и ветроэнергетических установок и рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергоресурсов спроектировать эффективную систему комплексного энергоснабжения в сельском хозяйстве.

В условиях Южного Урала рекомендуется использовать ГЭУ для горячего водоснабжения сезонных потребителей, а ВЭУ - в течение года совместно с ГЭУ. В системе энергоснабжения ожидается рациональное сочетание возобновляемых (до 60%) и традиционных (не менее 40%) энергоресурсов.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

Статьи, опубликованные в изданиях рекомендованных ВАК

1. Шерьязов С.К. Ветроэнергетическая установка со стабилизатором напряжения / С.К. Шерьязов, А.А. Аверин, М.В. Шелубаев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2010. – №6. С. 18-19.
2. Шерьязов С.К. Основные принципы исследования системы энергоснабжения с использованием энергии ветра / С.К. Шерьязов, Н.А. Чернов // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ им. В.П. Горячкина. – 2010. – Вып. 1 (40). – С. 27 – 29.
3. Шерьязов С.К. Методика оценки энергообеспеченности потребителей от ветроэнергетической установки / С.К. Шерьязов, Н.А. Чернов // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2010. – Вып. 4. – С. 207-210.
4. Шерьязов С.К. Использование ветроустановки в системе электроснабжения / С.К. Шерьязов, М.В. Шелубаев // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2010. – Вып. 4. – С. 210-212.
5. Шерьязов С.К Выбор ветроэнергетической установки / С.К. Шерьязов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2010. – № 2. – С. 7-8.
6. Шерьязов С.К. Показатели эффективности комплексного энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей / С.К. Шерьязов // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2009. – № 12. – С. 11.
7. Шерьязов С.К. Исследование системы комплексного энергоснабжения с использованием возобновляемых источников / С.К. Шерьязов // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2008. – Вып. 5. – С. 302 – 305.
8. Шерьязов С.К. Определение оптимального параметра гелио- и ветроэнергетической установки для энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей / С.К. Шерьязов, А.А. Аверин // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2007. – Вып. 6. – С. 214-221.
9. Шерьязов С.К. Оценка энергообеспеченности потребителя за счет возобновляемого источника / С.К. Шерьязов, А.А. Аверин // Вестник КрасГАУ. – Красноярск, 2007. – Вып. 6. – С. 221-225.
10. Шерьязов С.К. Обоснование эффективной системы энергоснабжения с использованием возобновляемой энергии / С.К. Шерьязов // Ползуновский вестник. – Барнаул, 2006. – Вып. 4. – № 2 – С. 434-439.
11. Шерьязов С.К. Методика определения условий эффективного использования энергии ветра / С.К. Шерьязов, А.А. Аверин // Ползуновский вестник. – Барнаул, 2006. – Вып. 4. – № 2. – С. 440-444.

Патенты РФ на изобретение и авторские свидетельства

1. Патент РФ на изобретение №.2382900. Система для автономного электроснабжения потребителей / С.К. Шерьязов, М.В. Шелубаев, А.А. Аверин, Н.А. Чернов // БИ. – 2010. – № 6.
2. Патент РФ на изобретение № 2325551. Устройство для автономного энергоснабжения потребителей / С.К. Шерьязов, А.А. Аверин / БИ. – 2008. – № 15.
3. Патент РФ на изобретение № 2228492. Устройство для горячего водоснабжения / С.К. Шерьязов, Р.А. Ахметжанов // БИ. – 2004. – № 13.
4. А.С. № 1315416. Энергетическая установка // Л.А.Саплин, В.Л. Орлов, Р.Ф. Юнусов, С.К. Шерьязов / БИ. – 1993. – № 18.

Монография, рекомендации и учебное пособие

1. Шерьязов С.К. Возобновляемые источники в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей: моногр. / С.К. Шерьязов. – Челябинск: ЧГАУ, 2008. – 300 с.
2. Шерьязов С.К. Выбор рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергоресурсов в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей (на примере Челябинской области): рекомендации для руководителей энергетических служб АПК / С.К. Шерьязов. – Челябинск: ЧГАА, 2010. – 40 с.
3. Саплин Л.А. Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей с использованием возобновляемых источников / Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов, О.С. Пташкина-Гирина, Ю.П. Ильин: учеб. пособие для вузов с грифом УМО. – Челябинск: ЧГАУ, 2000. – 203 с.

Статьи, опубликованные в центральных рецензируемых журналах

1. Шерьязов С.К. Методические основы определения мощности гелио- и ветроэнергетических установок / С.К. Шерьязов // Техника в сельском хозяйстве. – М., 2000. – № 3. – С. 36-39.
2. Саплин Л.А. Оценка эффективности использования комбинированных солнечных установок / Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов // Техника в сельском хозяйстве. – М., 1991. – № 2. – С. 25-26.
3. Пястолов А.А. Гелиоустановка для летней доильной площадки / А.А. Пястолов, Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов // Достижения науки и техники АПК. – М., 1989. – № 7. – С. 48-49.

Статьи, опубликованные в научных журналах и материалах конференции

1. Шерьязов С.К. Оценка солнечной энергии как источника энергии в условиях Южного Урала / С.К. Шерьязов // Повышение эксплуатационной надежности электрооборудования в сельском хозяйстве: науч. тр. ЧИМЭСХ. – Челябинск, 1988. – С. 80-87.
2. Шерьязов С.К. Горячее водоснабжение сельскохозяйственного производства в условиях Южного Урала с использованием солнечной энергии: дис.…канд. техн. наук / С.К. Шерьязов. – Челябинск, 1990. –229 с.
3. Саплин Л.А. Использование гелиоветроэнергетических установок для энергоснабжения сельскохозяйственного производства / Л.А. Саплин, В.Л. Орлов, С.К. Шерьязов // Нетрадиционные электротехнологии в сельскохозяйственном производстве и быту села: мат-лы всесоюз. науч.-техн. семинара. – М.: ВИЭСХ, 1991. – С. 50-51.
4. Саплин Л.А. Определение затрат на энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей от различных источников / Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов// Вестник ЧГАУ.– Челябинск, 1998. – Т.26. – С. 125-131.
5. Шерьязов С.К. Система энергоснабжения с использованием возобновляемых источников / С.К. Шерьязов // Вестник ЧГАУ. – Челябинск, 1999. – Т. 28. – С. 171-175.
6. Шерьязов С.К. Принцип эффективного использования возобновляемых источников энергии / С.К. Шерьязов // Энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 2-й Междунар. науч.-техн. конф. – М.: ВИЭСХ, 2000. – Ч 2. – С. 353-358.
7. Шерьязов С.К. Опыт эксплуатации ветроустановки WBC-3 на Ю-Урале / С.К. Шерьязов, А.А. Животков // Возобновляемые источники энергии: тр. 2-й Всерос. науч. молод. шк. – М.: МГУ,2000. – С.15-17.
8. Шерьязов С.К. К методике оптимизации угла наклона гелиоустановки / С.К. Шерьязов, Ф.С. Тищенко // Возобновляемые источники энергии: тр.2-й Всеросс. науч. молод. шк. – М.:МГУ, 2000. – С.57-59.
9. Шерьязов С.К. Критерии оптимизации гелио- и ветроэнергетических установок /С.К. Шерьязов // Вестник ЧГАУ. – Челябинск, 2000. –Т.32. –С.94-98.
10. Шерьязов С.К. Разработка схемы энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей с использованием возобновляемых источников / С.К. Шерьязов // Вестник ЧГАУ. – Челябинск, 2000. – Т.33. – С. 98-102.
11. Саплин Л.А. Методы определения структуры энергоисточников с использованием возобновляемой энергии / Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов // Аграрная энергетика в XXI веке: тр. междунар. науч.-техн. конф. – Минск: УП Технопринт, 2001. – С. 174-176.
12. Шерьязов С.К. Задачи по эффективному использованию возобновляемых источников энергии / С.К. Шерьязов // Аграрная энергетика в XXI веке: тр. междунар. науч.-техн. конф. – Минск: УП Технопринт, 2001. – С.

    224-226.

13. Шерьязов С.К. Энергообеспечение сельскохозяйственных потребителей ветроэлектрическими установками / С.К. Шерьязов // Проблемы энергообеспечения и энергосбережения в АПК Украины: тр. междунар. науч.-практ. конф. – Харьков: ХГТУ, 2001. – С. 479-483.
14. Саплин Л.А. Структура системы энергоснабжения фермерских хозяйств с использованием ВИЭ / Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов, Р.А Ахметжанов // Сб. научн. тр. ЧГАУ. – Челябинск, 2001. – С.241-243.
15. Саплин Л.А. Моделирование режима скорости ветра в условиях Южного Урала / Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов, Е.А. Устинова // Экология и сельскохозяйственная техника: мат-лы 3-й науч.-практ. конф. – СПб., СЗНИИМЭСХ, 2002. – Т. 3. – С. 103-109.
16. Шерьязов С.К. Обоснование условий оптимального использования ветроэнергетических установок / С.К. Шерьязов // Экология и сельскохозяйственная техника: мат-лы 3-й науч.-практ. конф. – СПб., СЗНИИМЭСХ, 2002. – Т. 3 – С. 109-115.
17. Шерьязов С.К. Моделирование режима продолжительности солнечного сияния при проектировании гелиоустановок / С.К. Шерьязов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 3-й междунар. науч.-техн. конф. Ч. 4. Нетрадиционные источники энергии. Вторичные энергоресурсы. Экология. – М.: ВИЭСХ, 2003. – С. 50-54.
18. Шерьязов С.К., Гелиоветроэнергетическая установка для горячего водоснабжения / С.К. Шерьязов, Р.А. Ахметжанов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 3-й междунар. науч.-техн. конф. Ч. 4. Нетрадиционные источники энергии. Вторичные энергоресурсы. Экология. – М.: ВИЭСХ, 2003. – С.107-109.
19. Шерьязов С.К. Имитационная модель гелиоветроэнергетической установки / С.К. Шерьязов, Р.А. Ахметжанов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 4-й междунар. науч.-техн. конф. Ч. 4. «Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология». – М.: ВИЭСХ, 2004. – С.187-191.
20. Саплин Л.А. Основные положения и принципы исследования возобновляемого источника энергии / Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов // Вестник ЧГАУ. – Челябинск, 2005. – Т. 44. – С. 112-116.
21. Шерьязов С.К. Определение энергетической характеристики ветрового потока в зависимости от продолжительности солнечного сияния/ С.К. Шерьязов, Р.А. Ахметжанов // Достижения науки – агропромышленному производству: мат-лы XLIV междунар. науч.-техн. конф. ЧГАУ – Челябинск, 2005. – Ч. 2. – С. 221 – 226.
22. Шерьязов С.К. Моделирование дневной суммы солнечной радиации за время работы гелиоустановки / С.К. Шерьязов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 5-й междунар. науч.-техн. конф. Ч. 4 Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. – М.: ВИЭСХ, 2006. – С. 68–73.
23. Шерьязов С.К. Влияние условий энергообеспечения на выбор ветроустановок / С.К. Шерьязов, А.А. Аверин // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 5-й междунар. науч.-техн. конф. Ч. 4 Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. – М.: ВИЭСХ, 2006. – С. 211–216.
24. Патент на полезную модель № 65150. Геливетродизельгенераторная установка для энергоснабжения / С.К Шерьязов, А.А. Аверин, Р.А. Ахметжанов // БИ. – 2007. – № 21.
25. Шерьязов С.К. Определение доли замещаемой энергии при раздельном и совместном использовании солнечной и ветровой энергии / С.К Шерьязов // Ползуновский вестник.– Барнаул, 2008. – №1-2. – С.161-162.
26. Шерьязов С.К. Согласование условий использования возобновляемых источников в энергообеспечении потребителей / С.К Шерьязов, А.А. Аверин, М.В. Шелубаев // Ползуновский вестник. – Барнаул, 2008. – № 1-2. – С. 163-168.
27. Шерьязов С.К. Гелиоветродизельгенераторная установка для энергоснабжения автономных потребителей / С.К Шерьязов, А.А. Аверин // Вестник ЧГАУ. – Челябинск, 2008. – Т. 52. – С. 108-109.
28. Шерьязов С.К. Экспериментальное исследование ветроустановки BWC-3 в условиях Челябинской области / С.К. Шерьязов, А.А. Аверин, Н.А. Чернов // Достижения науки – агропромышленному производству: мат-лы XLVIII междунар. науч.-техн. конф. ЧГАУ. – Челябинск, 2009.–Ч. 3.–С.160-166.
29. Патент на полезную модель № 89184. Ветроэлектрическая установка / С.К Шерьязов, М.В. Шелубаев // БИ. – 2009. – № 33.
30. Шерьязов С.К Особенности работы ветроэнергетической установки BWC-3 по результатам экспериментальных исследований / С.К Шерьязов, М.В. Шелубаев // Достижения науки – агропромышленному производству: мат-лы XLVIХ междунар. науч.-техн. конф. ЧГАУ. – Челябинск, 2010.–Ч.2.–С. 363-367.
31. Шерьязов С.К. Особенности в использовании энергии ветра / С.К Шерьязов, М.В. Шелубаев // Энергетика настоящего и будущего: сб. мат-лов I Евроазиатской выставки и конф. – Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2010. – С. 87- 88.
32. Шерьязов С.К. Оценка доли замещаемой энергии от возобновляемого источника / С.К. Шерьязов, Н.А. Чернов // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 7-й междунар. науч.-техн. конф. Ч.4. Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. М.: ВИЭСХ, 2010. – С. 19 – 22.
33. Шерьязов С.К. Система автономного электроснабжения с использованием ветроэнергетической установки / С.К Шерьязов, М.В. Шелубаев // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: тр. 7-й междунар. науч.-техн. конф. Ч.4. Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. М.: ВИЭСХ, 2010. – С. 205 – 208.

Подписано в печать. Формат 60х84/16.

Объем 2,0 уч. – изд.л. Тираж 100 экз.

Заказ №