Вітротурбінна система енергопостачання зерносховища

Вітротурбінна система теплопостачання зернового елеватора.

Вітротурбінна система енергопостачання зерносховища  (англ. Wind turbine heat and electrical power supply of grain elevator) — 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 зерносховища  протягом доби при відсутності вітру.  

Характеристика об'єкта енергопостачання 

Технології, споруди та обладнання для зберігання зерна

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 (Сонця, 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. 

Вимоги до системи енергопостачання зерносховища

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.

Базова схема та принцип роботи вітротурбінної системи енергопостачання зерносховища

Базова схема вітротурбінної системи електро- й теплопостачання (вітряної теплоелектростанції) для автономного енергозабезпечення зерносховища 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 ТНЕ.

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 має 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. До того ж, нагрітий до високих температур твердотільний теплоносій спроможний утворювати високотемпературну пару і при необхідності швидко віддавати тепло повітрю, а це необхідна умова роботи системи теплопостачання зерносховища.  

 Новітня вітрова система теплопостачання зерносховища повністю відповідає екологічним та економічним вимогам. Тепловий акумулятор накопичує тепло, не порушуючи природний баланс, що склався у певному екологічному середовищі під землею, у повітрі чи у водоймі. Згідно з діючими нормами кожен елеватор сьогодні оснащений місткостями з водою об'ємом біля для вирішення питань протипожежного захисту. У подальшому для розміщення акумуляторів тепла можна також використовувати значну частину площ, на яких сьогодні зберігаються рідкі та тверді паливні органічні матеріали.

Вітроенергетична система теплопостачання зерносховища 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.

Параметри вітряної (вітротурбінної) системи енергопостачання зерносховища

Параметри та характеристика зерносушарки: питома виробнича потужність по зерну m_GR-SP (т/год/%), визначає кількість тон зерна певного виду m_GR, вологість якого сушарка може знизити на 1 % за 1 годину роботи; повна виробнича потужність по зерну m_GR (т/год), визначає кількість тон зерна певного виду m_GR, вологість якого сушарка може знизити на певну кількість n_% відсотків за 1 годину роботи; питома потужність зерносушарки по теплу E_HS-m-% (Вт), визначає кількість тепла, яке виробляє зерносушарка в одиницю часу, аби забезпечити питому виробничу потужність по сушінню зерна m_GR-SP; повна потужність зерносушарки по теплу P_HS-HR (Вт), визначає кількість тепла яке виробляє зерносушарка в одиницю часу, аби забезпечити повну виробничу потужність по сушінню зерна m_GR; кількість тепла E_HS (Дж), яке виробляє зерносушарка протягом термодинамічного циклу t_HS; кількість тепла E_HS-SN (Дж), яке виробляє зерносушарка протягом сезону (6 місяців).  

Параметри і характеристики вітротурбінної (вітряної) теплоелектростанції: сумарна потужність вітрового потоку P_wpp; сумарна електрична потужність вітрових агрегатів (ВЕУ) P_WPP-EL; електрична потужність одного вітроагрегату P_WA-EL; кількість вітрових агрегатів N_WA; сумарна площа охвату вітрових турбін А_WPP; площа охвату однієї вітротурбіни А_WT; час повного термодинамічного циклу, протягом якого ведеться неперервне телопостачаня t_HS; тривалість вітру t_WPP; коефіцієнт використання відновлюваної енергії потоку повітря ζ_WD (коефіцієнт корисної дії вітрової турбіни k_WT), ζ_WD = k_WT; коефіцієнт корисної дії вітрогенератора (електрогенератора) k_WG; коефіцієнт корисної дії вітроагрегату (ВЕУ) k_WA; кількість Е_WPP-EL та вартість P_PRΣ річного виробітку електричної та теплової енергії; ціна 1 кВт·год p_PR (US$/кВт·год); маса m_HTF та об'єм V_HTF теплоносія (наприклад, води) в акумуляторі тепла; питома теплоємність теплоносія c_HC; сумарна теплоємність теплоносія в акумуляторі тепла Q_TS; різниця кінцевої і початкової температур  теплоносія ΔT; маса M_OFF та/або об'єм V_OFF органічного викопного палива, яке заощаджується при функціонуванні вітротурбінної теплоелектростанції протягом року при коефіцієнті корисної дії котельні k_OFF-TH, теплотворній здатності органічного палива (природного газу) с_OFF.

Питома виробнича потужність зерносушарок по зерну m_GR-SP (т/год/%) визначає кількість тон зерна певного виду, вологість якого сушарка має знизити на n_% за 1 годину роботи. Якщо E_HS-SP (Дж) — кількість тепла, яка потрібна для того, аби зменшити вологість 1 тони зерна на 1 %, то кількість тепла E_HS-m-%, яке забезпечує виробничу потужність по зерну m_GR-SP, знаходиться наступним чином: E_HS-m-% = n_%·m_GR-SP·E_HS-SP.                        

По визначенню, E_HS-m-% — кількість тепла, яке витрачається протягом 1 години. Потужність зерносушарки по теплу P_HS (Вт) визначає кількість тепла, яке виробляє зерносушарка в одиницю часу: P_HS = E_HS-m-%/3600 = n_%·m_GR-SP·E_HS-SP/3600.               

Кількість тепла E_HS (Дж), яке виробляє зерносушарка протягом термодинамічного циклу t_HS, наприклад, протягом 1 доби: E_HS = P_HS·t_HS = (E_HS-m-%/3600)·t_HS = (n_%·m_GR-SP·E_HS-SP/3600)·t_HS.    

Кількість тепла E_HS-SN (Дж), яке виробляє зерносушарка протягом сезону t_SN:

E_HS-SN = P_HS·t_SN.                                  

Електрична потужність вітрових агрегатів, яка забезпечить цілодобову роботу зерносушарки, знаходиться з умови рівності електричної енергії, яка виробляється вітроагрегатами теплоелектростанції Е_WPP-EL протягом термодинамічного циклу та теплової енергії, яка йде на сушіння зерна E_HS:

E_HS = Е_WPP-EL.                                       

Величини енергії у попередньому рівнянні можна виразити через потужності зерносушарки P_HS та вітроагрегатів P_WPP-EL а також через тривалості термодинамічного циклу t_HS та вітру t_WPP, тоді отримуємо: P_HS·t_HS = P_WPP-EL·t_WPP.                              

Сумарна електрична потужність вітроагрегатів P_WPP-EL знаходиться наступним чином: P_WPP-EL = (t_HS/t_WPP)·P_Hs.                             

Сумарна потужність вітрових агрегатів P_WPP-EL може бути знайдена також через сумарну потужність вітрового потоку P_WPP та конструктивні параметри вітрових енергетичних установок: P_WPP-EL = k_WA·P_WPP = k_WT·k_WG·P_WPP = 0,5·k_WT·k_WG·ρ_WD·А_WPP·v_WD³,    

де k_WA, k_WT, k_WG — коефіцієнти корисної дії вітроагрегатів, вітротурбін та вітрогенераторів відповідно, k_WA = k_WT·k_WG.

З цих виразів формула для визначення сумарної площі охвату вітрових турбін, яка забезпечує електричну потужність P_WPP-EL, має вигляд: А_WPP = P_WPP-EL/(0,5·k_WT·k_WG·ρ_WD·v_WD³) = 2(t_HS/t_WPP)·P_HS/(k_WT·k_WG·ρ_WD·v_WD³).                

Потужність вітрових енергетичних установок обмежена, тож, відбір вітрової енергії з усієї площі поперечного перерізу повітряного потоку можна  здійснити використанням ряду з N_WT вітрових енергетичних установок електричною потужністю P_WA-EL кожна. Якщо А_WT — охват вітрової турбіни, А_WT = π·R_WT², де R_WT — довжина лопаті (радіус ротора), то кількість вітроенергетичних установок N_WA у станції визначається відношенням: N_WA = А_WPP/А_WT.                            

Приймаючи сумарну теплоємність теплоносія Q_TS в акумуляторі тепла рівною кількості енергії, яку виробляє вітрова теплоелектростанція протягом термодинамічного циклу E_HS = Е_WPP-EL = Q_TS, масу теплоносія m_MTF в акумуляторі тепла можна знайти наступним чином: m_HTF = E_HS/(c_HC·ΔT) = Е_WPP-EL/(c_HC·ΔT).             

де c_HC — питома теплоємність теплоносія; ΔT — різниця кінцевої та початкової температур теплоносія.

Кількість органічного викопного палива, наприклад, об'єм V_OFF природного газу з питомою теплотворною здатністю с_OFF, яке заощаджується при використанні вітрової теплоелектростанції для сушіння зерна, розраховується наступним чином: V_OFF = E_HS/(k_OFF-TH·с_OFF), (3.28)

де k_OFF-TH — коефіцієнт корисної дії системи опалення на органічному паливі, в енергоефективних системах k_OFF-TH = 0,9, теплотворна здатність природного газу с_OFF = 32,7 МДж/м³.

В таблиці наведено енергетичні параметри вітротурбінних систем теплопостачання зерносховищ різної потужності, розраховані для таких вихідних даних: потужності зерносушарок по зерну — 10 т/год., 20 т/год., 30 т/год., 40 т/год., 50 т/год., 60 т/год. при зниженні вологості умовного зерна з 25 % до 15 %;  кількість тепла, яка потрібна для зменшення вологості 1 тони зерна на 1 %, E_HS-SP (Дж) = 37,9 МДж (кількість тепла, яке дає спалювання природного газу теплотворною здатністю c_OFF = 32,7 МДж/м³; середньодобова тривалість вітру t_WPP = 10 годин; тривалість опалювального сезону t_SN = 6 міс.; середньостатистичне значення швидкості вітру для даної місцевості v_WD = 7 м/с; коефіцієнт корисної дії вітроенергетичної системи k_WA = 0,5; питома теплоємність теплоносія (важкого бетону) c_HC = 0,46 кДж/(кг·°C); питома вага заліза (чавуну) р_Fe = 7850 кг/м³; робочий температурний режим функціонування акумулятора тепла ΔT 130⁰C…630⁰C…130⁰C; коефіцієнт корисної дії котельні на природному газу –  k_OFF-TH = 0,9. Вибір теплоносія та температурний режим функціонування акумулятора тепла обумовлені тим, що вітрова теплоелектростанція має забезпечувати виробництво пари температурою. Питомі витрати пального такими зерносушарками приблизно складають: рідкого палива — 1 кг/т/%; природного газу — 1,16 м³/т/%. 

Параметри вітрових та традиційних систем теплопостачання зерносховища малої потужності

Параметри зерносушарки
Потужність зерносушарки по зерну, т/год.	10	20	30	40	50	60
Кількість зерна за 24 год, т	240	480	720	960	1200	1440
Кількість зерна за 6 міс., х103, т	43,2	86,4	130	173	216	259
Потужність зерносушарки по теплу, МВт	1,05	2,1	3,15	4,2	5,25	6,3
Параметри вітрової ТЕС
Середньодобова потужність вітрової ТЕС, МВт	1,05	2,1	3,15	4,2	5,25	6,3
Потужність ВЕС, МВт	2,52	5,04	7,56	10,1	12,6	15,1
Сумарна енергія ВЕС за 10 годин, ГДж	90,7	181	272	363	454	544
Площа охвату вітрових турбін, тис.м2.	24,5	49	73,5	98	123	147
Сумарна теплоємність акумулятора тепла, ГДж	90,7	181	272	363	454	544
Маса теплоносія (заліза), т	395	790	1185	1590	1975	2370
Об'єм теплоносія (заліза), м2	50	100	150	200	250	300
Кількість заощадженого п/газу за 1 рік х105, м3	5	10	15	20	25	30
Вартість заощадженого п/газу за 1 рік х103, US$	250	500	750	1000	1250	1500

Для зерносховищ потужністю за зерном (10…60) т/год необхідна сумарна площа охвату вітрових турбін теплової електростанції змінюється у межах (24500…147000) м² при середньодобовій тривалості вітру 10 годин. Теплоємність акумулятора визначається питомою теплоємністю теплоносія (заліза) та середньодобовим використанням тепла. Використання вітрових теплоелектростанцій для сушіння та вентилювання зерна дозволяє значною мірою відмовитись від органічного палива та знизити викиди парникових газів. У нашому випадку, застосування вітрової ТЕС середньодобовою потужністю 1,05 МВт дозволяє за опалювальний сезон заощадити природного газу загальною вартістю US$0,25 млн при ціні палива US$0,5/м³. Співвідношення потужностей вітрового та традиційного способів постачання тепла визначається кліматичною зоною розташування сховища, видами та кількістю зерна, яке закладається на зберігання. За 10 років роботи подібна вітрова система теплопостачання дозволяє заощадити органічні паливні ресурси загальною вартістю US$2,5 млн.

Раціональність використання вітрових систем відновлюваного енергопостачання пояснюється можливістю їх задіяння у двох режимах: виробництва тепла та виробництва електричної енергії. Очевидно, у багатьох випадках необхідно поєднувати відновлювані вітрові технології енергопостачання з традиційними технологіями виробництва тепла на органічному паливі. 

Див. також

• Теплопостачання
• Теплопостачання з відновлюваних джерел енергії
• Багатосекційна вітротурбінна теплоелектростанція
• Вітротурбінна теплоелектростанція
• Вітротурбінна система енергопостачання теплиці
• Вітротурбінна система енергопостачання фрукто-овочесховища
• ТОВ «Ніжинські лабораторії скануючих пристроїв»

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.