Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой

степени кандидата технических наук

Повышение эффективности облучательных установок для меристемных растений картофеля

Специальность 05.20.02 - электротехнологии и электрооборудование

в сельском хозяйстве

Козырева Екатерина Александровна

Москва 2009



Работа выполнена в Федеральном государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования Ижевской государственной сельскохозяйственной академии (ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА) и в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Кондратьева Надежда Петровна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Растимешин Сергей Андреевич

доктор технических наук, профессор Башилов Алексей Михайлович

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт овощеводства (ГНУ ВНИИО)

Защита диссертации состоится «___»____________2009 г. в _____часов на заседании диссертационного совета Д 006.037.01 при Государственном научном учреждении Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский пр-д, д. 2,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИЭСХ.

Автореферат размещен на сайте www.viesh.ru и разослан _______2009 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 109456, г. Москва, 1-й Вешняковский проезд, д. 2, Диссертационный совет.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук А. И. Некрасов



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. В диссертационной работе для исследования выбрана культура меристемный картофель, выбор связан с тем, что картофель имеет большое продовольственное значение, так как занимает второе место в структуре питания населения, уступая только зерновым.

В Удмуртской Республике исторически сложившиеся природно-климатические условия и экономические отношения благоприятствуют возделыванию картофеля на значительных площадях. В настоящее время средняя урожайность картофеля по Республике колеблется от 11,5 до 13 т/га. Одна из основных причин получения низких урожаев картофеля заключается в низком качестве посадочного материала. В семенном фонде коллективных хозяйств доля элитного картофеля составляет до 4,5 %. Следовательно, увеличение производства элитного картофеля, улучшение сортового состава, внедрение современных технологий позволит резко повысить эффективность картофелеводства.

За рубежом элитный картофель выращивается в меристемных лабораториях, оборудованных дорогостоящими установками. Дорогостоящее оборудование быстро окупается за счет высокой стоимости элитного картофеля и повышения урожайности до 60 т/га.

В Удмуртской Республике посадочный материал также выращивается в специализированных меристемных лабораториях. Процесс выращивания меристемы достаточно трудоемкий и энергоемкий. В связи с резким удорожанием электрической энергии в диссертационной работе решается задача научного обоснования технических решений для интенсификации электрооблучения меристемных растений картофеля, способствующих увеличению выхода продукции и снижению энергетических затрат.

Учеными в области электрификации сельскохозяйственного производства Л.Г. Прищепом, И.Ф. Бородиным, Д.С. Стребковым, А.М. Башиловым, С.А. Растимешиным, Р.Г. Бутенко, И.И. Свентицким, В. В. Малышевым, Ю.М. Жилинским, В.М. Леманом, Г.С. Сарычевым, А.А. Тихомировым, А.П. Примаком, В.Н. Карповым, В.П. Шарупичем, А.П. Коломийцем, В.А. Козинским, О.А. Косицыным, Н.П. Кондратьевой и другими разработаны теоретические основы применения оптического излучения для выращивания растений и эффективного использования электрической энергии для этих целей.

Исследования и разработки выполнялись автором в соответствии с отраслевой научно-технической программой 0.сх.71 «Осуществить поиск и разработку высокоэффективных методов и средств рационального использования электрической энергии в сельскохозяйственном производстве и быту сельского населения» и по заданию программы РАСХН «Разработать ресурсоэкономичные экологически безопасные и экономически оправданные технологии возделывания сельскохозяйственных культур» (2000…2010гг.), по комплексным темам НИС ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА (2000…2010гг.).

Целью работы является научное обоснование и разработка энерго-сберегающих облучательных установок на базе разрядных ламп низкого давления и светодиодов, позволяющих снизить потребление электроэнергии и увеличить выход семенного здорового элитного посадочного материала меристемного картофеля. облучение картофель меристемный

Основные задачи работы:

· Провести аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы по оценке воздействия оптического облучения на растения в защищенном грунте.

· Разработать математическую модель по обоснованию эффективного режима облучения, устанавливающую связь между способом облучения и развитием меристемных растений культуры картофеля.

· Разработать методику расчета коэффициента мощности облучательных установок с газоразрядными лампами, работающих в комбинированном режиме, и предложить способы повышения коэффициента мощности.

· Обосновать и разработать технические требования на комплект оборудования, обеспечивающий включение люминесцентных ламп низкого давления в комбинированном режиме.

· Провести лабораторные и производственные испытания и определить экономическую эффективность применения комбинированного и светодиодного облучения меристемных растений культуры картофеля.

Объектом исследования является система, состоящая из меристемной культуры картофеля, технических средств облучения и технологических мероприятий, позволяющая снизить потребление электроэнергии облучательных установок.

Научная новизна работы состоит в том, что впервые:

· теоретически и экспериментально установлена целесообразность совершенствования облучательных установок для выращивания меристемной культуры картофеля с применением комбинированного режима с люминесцентными лампами низкого давления и светодиодами, обеспечивающих экономию электроэнергии;

· предложена структурно-функциональная схема по обоснованию наиболее эффективного режима облучения, устанавливающая связь между способом облучения и развитием меристемных растений культуры картофеля, зависящая от параметров микроклимата;

· получена математическая модель по определению эффективного режима облучения меристемного картофеля по минимуму удельного расхода электрической энергии;

· предложен новый комбинированный способ облучения растений, позволяющий сократить потребление электрической энергии на 20%, а на светодиодах - 75%;

· обоснован способ повышения показателей эффективности облучательных установок, работающих в комбинированном режиме облучения (коэффициент мощности).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель процесса преобразования энергии оптического излучения при выращивании меристемного картофеля.

2. Использование светильников с лампами типа ЛБ-80 и со светодиодами при облучении меристемных растений картофеля, с целью снижения затрат электроэнергии на 20% при использовании с комбинированным режимом работы ламп ЛБ-80, а со светодиодами типа LWK 9653/ХI Ligitek - на 75%.

3. Результаты исследований, лабораторных и производственных испытаний с технико-экономической оценкой эффективности различных способов облучения меристемного картофеля.

Практическая значимость исследования.

· Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили снизить затраты электроэнергии при облучении меристемного картофеля;

· Разработано устройство управления РЛ НД для реализации комбинированного режима облучения.

· Технические требования на комплект оборудования управлением работой ламп в комбинированном режиме были переданы на ЗАО «Удмуртагропромэнерго», ООО «Удмуртский агроэнергосервис», для изготовления партии. Было изготовлено 7 комплектов оборудования.

Разработанное оборудование успешно прошло производственную проверку в течение 2 лет.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе при выполнении курсового, дипломного проектирования, в научных работах студентов ФГОУ ВПО Ижевской государственной сельскохозяйственной академии, включены в учебник и учебные пособия.

Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты диссертационной работы проверены в лаборатории кафедры автоматизированного электропривода ФГОУ ВПО Ижевской ГСХА и в промышленной меристемной лаборатории Удмуртского НИИСХ в экспериментальном тепличном комбинате пос. Первомайский, в Учхозе «Июльское».

Результаты работы доложены, обсуждены и одобрены на научно-производственных конференциях в Ижевской государственной сельскохозяйственной академии (ИжГСХА, Ижевск, 2002…2008 гг.).

На основе разработанной в диссертации методики электрооблучения растений предложен расчет скорости газообмена двуокиси углерода при импульсном облучении, на который получено Свидетельство об отраслевой регистрации разработки за № 11630, выданное Федеральным агентством по образованию: ФГНУ «Государственный координационный центр информационных технологий»: Отраслевой фонд алгоритмов и программ.

Публикации. Основные положения и результаты диссертации опубликованы в 5 печатных работах, в том числе две работы в издании, в указанном в «Перечне ведущих журналов и изданий…» ВАК Минобразования и науки РФ, получено Свидетельство об отраслевой регистрации разработки.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов по работе, списка литературы и приложений. Работа изложена на 153 страницах текста, содержит 45 рисунков, 22 таблицы и три приложения на 18 страницах.

Список использованной литературы включает 116 наименований, из которых 16 на иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель исследования и положения, выносимые на защиту, раскрыта научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе «Современная технология выращивания меристемного картофеля и способы облучения» рассмотрена современная технология выращивания меристемного картофеля и различные способы облучения.

В меристемной лаборатории размещено 40 двухсторонних стеллажей, каждый стеллаж имеет по 4 полки, на одной полке находятся пять штативов по 31 растению на каждую сторону. В январе 17 пробирок с растениями устанавливаются в штативы на стеллажи, где их облучают люминесцентными лампами ЛБ80 в течение четырех недель. Для ускоренного размножения семенного картофеля применяют метод черенкования. Черенкуют ростки картофеля каждые четыре недели, при этом сразу же отбраковываются зараженные ростки. При попадании в пробирку вируса происходит потемнение питательной среды. В течение года ростки с одной партии черенкуют 5…6 раз. В конце мая растения из пробирок высаживают в теплицу для получения картофеля элиты. В условиях защищенного грунта из пробирочных растений выращиваются миниклубни. В табл. 1 приведены технологические параметры в различные периоды лабораторных исследований. Из табл. 1 следует, что для выращивания 40 000 меристемных растений требуется при облучении люминесцентными лампами ЛБ-80 в непрерывном режиме электрической энергии 21846,5 кВт·час.

На основании проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследований, направленные на разработку более энерго- и ресурсосберегающих облучательных установок для выращивания меристемного картофеля.

Таблица 1. Технологические параметры лабораторных исследований

Периоды лабораторных исследований	Количество растений, шт.	Количество ламп, шт.	Расход энергии при непрерывном облучении, кВт·ч
Январь	17	3	138.2
Февраль	117	3	138.2
Март	816	9	428.5
Апрель	5714	57	2714.1
Май	40000	387	18427.4
У расход эл. энергии	-	-	21846.5
Июнь	Высадка в теплицу	-

Во второй главе «Теоретическое обоснование использования комбинированного режима облучения меристемного картофеля» решается вопрос обоснования энергоэкономичного источника излучения и режима облучения меристемного картофеля. Для оценки энергоемкости различных процессов при выращивании растений можно воспользоваться эксэргией, которая показывает усвояемость энергии оптического излучения меристемными растениями. Ввиду отсутствия приборов для измерения эксэргии в диссертационной работе этот способ оценки излучений не рассматривается.

Проведен анализ источников оптического излучения для облучения растений. Предложен рациональный режим облучения растений (комбинированный), учитывающий особенности процесса фотосинтеза, позволяющий повысить эффективность использования электрической энергии.

Комбинированный режим представляет комбинацию импульсного и непрерывного облучения, параметры которого были выбраны нами из работ канд. биол. наук Коржа Б.В. - длительность светового импульса 0,5 с, темнового - 1,0 с, продолжительность импульсного облучения составляет 30 с, непрерывного - 15 с. (рис.1).

Для реализации комбинированного режима облучения необходимо разработать электрические схемы, позволяющие использовать разрядные лампы низкого давления, максимально сохраняя их светотехнические характеристики и срок службы.



Рис. 1. График комбинированного режима облучения: t_C - длительность импульса излучения; t_П - длительность паузы; ф_И - длительность импульсного облучения; ф_Н - длительность непрерывного облучения; Т - период комбинированного режима облучения.

В процессе исследований нами была разработана структурно-функциональная схема, обосновывающая рациональный способ облучения меристемных растений картофеля за счет эффективного использования электрической энергии и улучшения качества меристемных растений картофеля (рис.2).

В предлагаемой схеме приняты следующие ограничения:

Исследования проводились для меристемных растений картофеля,

т. е. х₁ - определяет вид растения;

За основу принята используемая в Государственном научном учреждении «Удмуртский научно-исследовательский институт сельского хозяйства» (ГНУ УГНИИСХ) технология выращивания меристемного картофеля. Следовательно, х₂ - фаза развития, х₃ - качество семян;

Схема справедлива для условий микроклимата, поддерживаемого при выращивании меристемных растений картофеля; т.е. х₄ - характеризует питательный раствор; х₅ - влажность; х₆ - температуру воздуха; х_{7 -} уровень облученности. В разрабатываемой схеме принимались все уровни дополнительных факторов такими, которые устанавливаются в ГНУ УГНИИСХ для меристемных растений картофеля.



Рис. 2. Структурно-функциональная схема воздействия энергии оптического излучения на биологический объект

Нами предложена математическая модель по определению наиболее эффективного режима облучения меристемного картофеля. Критерием эффективности электрооблучения предлагается принять минимум удельного расхода электрической энергии, который определяется как отношение израсходованной на выращивание растений электрической энергии к выходу продукции (площади листьев меристемных растений картофеля):

(1)

где - удельный расход электрической энергии, - израсходованная на выращивание растений электрическая энергия, - площадь листьев меристемных растений, .

израсходованная на выращивание растений электрическая энергия при непрерывном способе их облучении люминесцентными лапами, , определяется из выражения:

(2)



где 1,2 - коэффициент потерь мощности в ПРА для разрядных ламп низкого давления; - мощность одной лампы (0,08 кВт); - количество ламп (36 шт.); - количество дней работы облучательной установки (42 дня); - количество часов работы осветительной установки в день (16 час).

При облучении меристемных растений светодиодами типа LWK 9653/ХI Ligitek электрическая энергия, , определяется из выражения:

, (3)

где - мощность одной лампы на светодиодах, кВт;

- количество ламп на светодиодах, штук; = 36

Количество израсходованной электроэнергии при комбинированном режиме облучения лампами ЛБ-80 определяется по выражению:

, (4)

где - время работы лампы в импульсном режиме;

- время темновой паузы;

- время работы лампы в непрерывном режиме.

Расход электрической энергии при различных режимах облучения, рассчитанный по формулам 2, 3, 4,приведен на рис. 3.



Рис. 3. Расход электроэнергии при различных режимах облучения за 42 дня выращивания меристемного картофеля

Проведенные нами исследования позволили получить следующие графические зависимости, иллюстрирующие изменение площади листьев меристемного картофеля в зависимости от режима облучения (рис. 4). Из рис. 4 видно, что все три кривые имеют сложный характер. Поэтому для получения их достоверной математической интерпретации они были разбиты условно на три участка. Первый участок характеризует развитие растений с первого по 10 день; второй - с 10 по 30 день; третий - с 30 по 42 день. Используя программу электронных таблиц Excel, были найдены теоретические зависимости, описывающие процесс нарастания площади листьев меристемного картофеля при непрерывном облучении (контроль), при облучении комбинированным способом: с дежурным разрядом в период темновой паузы и без него.

Рис.4. Изменение площади листьев меристемных растений картофеля за 42 дня



Математическая зависимость, показывающая динамику нарастания площади листьев меристемных растений картофеля (мм²) при непрерывном облучении растений лампами ЛБ-80 имеет вид:

(5)

При облучении растений комбинированным способом лампами ЛБ-80:

(6)

При облучении растений в непрерывном режиме светильниками на базе светодиодов типа LWK 9653/ХI Ligitek:

(7)

Подставляя значения формул (2,3,4) и (5,6,7) в формулу (1) получаем выражения удельного расхода электрической энергии, которые решаем с помощью программ электронных таблиц Excel. После проведения математических вычислений получили, что применение комбинированного режима на газоразрядных лампах низкого давления позволяет снизить показатели удельного расхода электрической энергии на 26%, а при реализации его на светодиодах - на 75%.

В третьей главе «Обоснование и разработка технических средств на систему облучения меристемного картофеля» представлены технические решения для реализации комбинированного режима освещения.

В системе управления программируемым устройством нами выбран микроконтроллер типа IR21592. Он отвечает всем современным требованиям по обеспечению надежной работы.

Рис. 5. Схема системы управления люминесцентными лампами в комбинированном режиме



Микроконтроллер IR21592 имеет FLASH-память объемом 8 Кбайт, ОЗУ объемом 1 Кбайт и EEPROM - память данных объемом 512 байт. Максимальное количество контактов ввода/вывода равно 23, количество восьми разрядных потов ввода/вывода три В, С, D. Напряжение питания 4,5…5,5 В.

Микроконтроллер позволяет управлять работой люминесцентных ламп в комбинированном режиме по программе в среде «AVR Studio 4», с использованием языка программирования «Ассемблер». Схема систем управления ЛЛ НД в комбинированном режиме показана на рис. 5.

При реализации комбинированного режима облучения электрическая энергия из сети потребляется неравномерно.

В общем случае при постоянном во времени потреблении электроэнергии коэффициент мощности для нелинейной нагрузки находится из выражения:

, (8)

где - средняя активная мощность; - полная мощность; - действующее значение первой гармоники тока; - действующее значение тока; - коэффициент сдвига фаз. Отношение носит название коэффициента искажения.

При неравномерном во времени потреблении электроэнергии коэффициент мощности для нелинейной нагрузки определяется как:

, (9)



где - действительное время включения облучательной установки за период комбинированного режима .

Таким образом, при работе источника излучения в комбинированном режиме коэффициент мощности зависит не только от коэффициентов сдвига фаз и искажения, но и зависит от соотношения работы установки к величине этого периода . Поэтому дальнейшее увеличение результирующего коэффициента мощности связано с увеличением времени работы осветительных установок .

Для повышения результирующего коэффициента мощности нами предложен способ последовательно-согласованного включения облучательных установок. Способ заключается в том, что каждая последующая газоразрядная лампа включается в момент выключения предыдущей, т.е. будет иметь место последовательно-согласованное включение (ПСВ) осветительных установок (рис. 6).

Рис.6. Графики потребления мощности для трех установок, работающих в комбинированном режиме: а) при последовательно-согласованном включении; б) при одновременном их включении



В нашем случае, при длительности светового импульса t_c = 0,5 с и темновой паузы t_Т=1,0 с для сглаживания графика потребляемого тока достаточно включать последовательно - согласованно три лампы или три подгруппы ламп.

Для выравнивания во времени графика потребляемой электроэнергии тремя группами осветительных установок, работающими в комбинированном режиме, необходимо сместить во времени моменты включения этих групп ламп осветительных установок друг относительно друга, т.е. в момент выключения первой группы включать вторую, а в момент выключения второй включать третью и т. д.

При работе осветительных установок в комбинированном режиме имеет место снижение коэффициента мощности за счет неравномерного во времени потребления электроэнергии. Нами предложен способ последовательно-согласованного включения таких осветительных установок, позволяющий повысить результирующий коэффициент мощности до 0,7ч0,8, выравнить во времени график потребления суммарной электрической энергии, то есть улучшить энергетические характеристики осветительных установок, работающих в комбинированном режиме.

В четвертой главе «Результаты лабораторных и производственных испытаний» приведены результаты экспериментальных исследований при различных режимах облучения меристемного картофеля разрядными лампами низкого давления и светодиодами.

Испытания проводили в меристемной лаборатории Удмуртского государственного НИИСХ, а также в тепличном комбинате поселка Первомайский и учхозе «Июльское». В меристемной лаборатории исследовались три способа облучения:

- непрерывный на базе люминесцентных ламп ЛБ-80;

- комбинированный на базе люминесцентных ламп ЛБ-80;

- непрерывный на базе светильников на светодиодах типа LWK 9653/ХI Ligitek.

В меристемной лаборатории поддерживались следующие параметры микроклимата: температура воздуха 21±1⁰С, влажность воздуха 80%, фотопериод - 16 часов в сутки. Замеры освещенности проводились прибором марки «ТКА».

Облучение меристемного картофеля осуществлялось с января по май месяц при выращивании 40000 растений. Схема опыта и результаты потребления электрической энергии в табл. 2.

Из табл. 2 видим, что расход энергии при непрерывном облучении растений лампами ЛБ-80 составляет 21846,5 кВт·час, а при комбинированном режиме облучения расход энергии составляет 17477,2 кВт·час; при непрерывном облучении растений лампами на светодиодах расход энергии составляет 5461,6 или в денежном выражении при стоимости электроэнергии 2,0 руб. за 1 кВт·час, при непрерывном на ЛБ-80 - 43693 руб., при комбинированном облучении лампами ЛБ-80 34954,4 руб. и при непрерывном облучении лампами на светодиодах типа LWK 9653/ХI Ligitek - 10923,3 руб.

Таблица 2. Потребление электроэнергии на облучение меристемного картофеля

Периоды лабораторных исследований	Количество растений, шт.	Количество ламп, шт.	Количество потребляемой электроэнергии, кВт*ч	Стоимость электроэнергии, руб.
			Непрерывный режим облучения на лампах ЛБ-80	Комбинированный режим облучения	Непрерывный режим облучения	Непрерывный режим облучения на лампах ЛБ-80	Комбини-рованный режим облучения	Непрерывный режим облучения
				на лампах ЛБ-80	на светодиодах		на лампах ЛБ-80 с дежурным разрядом	на светодиодах
Январь	17	3	138.2	110.6	34.6	276.5	221.2	69.1
Февраль	117	3	138.2	110.6	34.6	276.5	221.2	69.1
Март	816	9	428.5	342.8	107.1	857.1	685.7	214.3
Апрель	5714	57	2714.1	2171.3	678.5	5428.2	4342.6	1357.1
Май	40000	387	18427.4	14741.9	4606.9	36854.8	29483.8	9213.7
У	-	-	21846.5	17477.2	5461.6	43693	34954.4	10923.3
Июнь	В ы с а д к а в т е п л и ц у

В меристемной лаборатории в процессе роста растений ежедневно проводились измерения общей площади листьев по методике профессора Н. Ф. Коняева.

Таблица 3. Изменение площади листьев меристемного картофеля при различных способах облучения, мм²

Дни	Способ облучения
	Непрерывный режим облучения на лампах ЛБ-80	Комбинированный режим облучения на лампах ЛБ-80	Непрерывный режим облучения на светодиодах типа LWK 9653/ХI Ligitek
5	10,1 ±0,354	10,7±0,342	10,6±0,339
10	15,2±0,054	16,05±0,055	15,9±0,054
15	24,01±0,013	25,68±0,014	25,44±0,014
20	36,6±0,005	38,52±0,005	38,16±0,005
25	46,7±0,002	50,29±0,003	49,82±0,003
30	51,9±0,001	55,64±0,002	55,12±0,001
42	53,8±0,012	57,56±0,011	55,95±0,002

Средний прирост общей площади листьев у 50 растений за 42 дня приведен в табл. 3. Данные табл. 3 показывают, что растения, облучаемые комбинированным способом, несколько быстрее набирают зеленую массу, что свидетельствует о наиболее высоком к.п.д. фотосинтеза в этом варианте. Выход зеленой массы при комбинированном облучении увеличился на 7%, а при облучении светодиодами на 4%.

Производственные испытания проходили в тепличном комбинате поселка «Первомайский» и учхозе «Июльское». В начале июля пробирочные растения, полученные при различных режимах облучения, высаживали в теплицу. В процессе выращивания меристемы картофель (сорт «Удача») получили 15 - 16 тонн тепличных миниклубней (мериклон, размером 30…40 мм) с площади 1 га. Миниклубни после хранения и предпосадочной обработки высаживались в полевые условия для выращивания на II и III годы. Урожайность элитного картофеля показана в табл. 4.

Таблица 4. Урожайность элитного картофеля за I, II и III годы

Год посадки картофеля	Площадь посадки картофеля, га	Урожайность в т/га
		Непрерывный режим облучения на лампах ЛБ-80	Комбинированный режим облучения на лампах ЛБ-80	Непрерывный режим облучения на светодиодах
I	1	15,5	16,0	15,6
II	10	16,4	17,0	16,7
III	40	19,3	20,0	19,4

Урожайность картофеля повысилась при комбинированном облучении люминесцентными лампами ЛБ-80 на 7%.

В пятой главе «Технико-экономическая оценка эффективности применения облучательных установок для меристемных растений картофеля» приведен технико-экономический расчет использования энергосберегающих облучательных установок.

Расчет экономической эффективности проводился по методу приведенных затрат.

Для сравнения использовались три способа облучения меристемного картофеля:

1. непрерывный на базе люминесцентных ламп ЛБ-80;

2. комбинированный режим облучения на базе люминесцентных ламп ЛБ-80;

3. непрерывный на базе светильников со светодиодами.

Приведенные затраты (З) определялись по формуле:

З = К·Ен + Сз,



где К - капитальные вложения, руб.;

Ен - нормативный коэффициент (Ен = 0,15);

Сз - эксплуатационные затраты, руб.

Эксплуатационные затраты (Сз) определяются по формуле:

Сз = Сэ + Са + Сзп + Стр + Спр,

где Сэ - стоимость электроэнергии, руб./кВт·час;

Са - амортизационные отчисления;

Сзп - стоимость заработной платы, руб.;

Стр - стоимость текущего ремонта, руб.;

Спр - прочие эксплуатационные расходы, руб.

Главные составляющие эксплуатационных затрат - стоимость электроэнергии и амортизационные отчисления.

В данном случае у нас электрическая энергия используется на облучение растений картофеля в меристемной лаборатории и приводится в табл. 2.

Результаты расчета приведенных затрат для выращивания 40000 меристемных растений приведены в табл. 5.

Из табл. 6 видно, что при использовании нового метода комбинированного режима облучения в сравнении с непрерывным режимом облучения лампами ЛБ-80 меристемных растений картофеля приведенные затраты уменьшились на 8512,5 рублей при выращивании 40000 растений, а расход электрической энергии на облучение уменьшился на 20% или 4369,3 кВт·час. При сравнении контроля (непрерывный режим облучения с лампами ЛБ-80) и с облучением растений картофеля в непрерывном режиме светильниками на светодиодах приведенные затраты увеличились на 10191,3 рублей.



Таблица 5. Расчет эффективности по приведенным затратам

Наименование показателей	Обозначение	Ед. измер.	Базовый вариант на лампах ЛБ80 (непрерывный режим облучения)	Комбинированный режим облучения на лампах ЛБ80	Непрерывный режим облучения светильниками на светодиодах
1. Капитальные вложения	К	руб.	96750,0	101750,0	387000,0
2. Эксплуатационные расходы (себестоимость)	Сз	руб. год	45283,9	36021,4	11937,7
3. Приведенные затраты	З	руб. год	59796,4	51283,9	69987,7

Увеличение приведенных затрат с использованием светильников на светодиодах связано с большой стоимостью светодиодов и малой их светоотдачей. Расход электрической энергии при использовании светильников на светодиодах снизился на 75%, или на 16384,9 кВт·час при выращивании 40000 растений меристемного картофеля. В ближайшее время наметилась тенденция быстрого снижения стоимости светодиодов и увеличения их светоотдачи, в этом случае при облучении картофеля светодиодами приведенные затраты будут значительно меньше, чем при базовом и комбинированном режиме облучения лампами ЛБ-80.



ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Анализ причин низкой урожайности картофеля (11,5…13 т/га) в Удмуртской Республике указал на низкое качество посадочного материала семенного картофеля. Получить качественный сeменной картофель возможно при выращивании меристемного картофеля. Процесс этот трудоемкий и энергоемкий, составляет 21847квт.*ч на 40000 растений. Необходимо обосновать и разработать эффективные, энергосберегающие облучательные установки для выращивания меристемного картофеля.

2. Предложен новый способ облучения меристемного картофеля (комбинированный), позволяющий увеличить продуктивность картофеля на 7-9% и уменьшить расход электроэнергии на 20% при использовании люминесцентных ламп ЛБ-80.

3. Разработана математическая модель, позволяющая определить наибо- лее эффективный режим облучения меристемного картофеля по удельным энергозатратам на его выращивание.

4. Разработаны технические требования и устройства для реализации комбинированного режима облучения на базе программируемого микропроцессора IR21592. Технические требования переданы на ЗАО «Удмуртагропромэнерго» и изготовлено 7 комплектов оборудования.

5. Предложен способ последовательно-согласованного включения люминесцентных ламп низкого давления в комбинированном режиме, позволяющий повысить коэффициент мощности до 0,7ч0,8.

6. Проведены исследования меристемной лаборатории при различных режимах облучения на 40 000 пробирочных растениях. Расход энергии при непрерывном режиме на лампах ЛБ-80 составил 21846,5 кВт·ч, при комбинированном режиме на лампах ЛБ-80 - 17477,2 кВт·ч и при непрерывном облучении светодиодами типа LWK 9653/ХI Ligitek - 5461,6 кВт·ч. Средний прирост площади листьев при комбинированном режиме облучения - на 7%, а на светодиодах - на 4%. Урожайность по элитному картофелю на третий год посадки составила:

- при комбинированном облучении на лампах ЛБ-80 - 20 т/га;

- при непрерывном облучении на лампах ЛБ-80 - 19,3 т/га;

- при непрерывном облучении светодиодами типа LWK 9653/ХI Ligitek - 19,4 т/га.

7. Приведенные затраты при выращивании 40 000 меристемных растений картофеля при комбинированном облучении на лампах ЛБ-80 в сравнении с непрерывным облучением уменьшились на 8512,5 рублей и при облучении непрерывным способом светильниками на светодиодах приведенные затраты увеличились на 10191,3 рублей из-за высокой стоимости светодиодов. Расход электрической энергии при использовании светильников на светодиодах уменьшилcя на 16384,9 кВт·ч.



ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПЕЧАТНЫХ РАБОТАХ АВТОРА

1. Кондратьева Н.П., Козырева Е.А. Инженерное обеспечение комбинированного режима облучения растений. Анализ существующих способов облучений // Труды научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 450-летию вхождения Удмуртии в состав России. - Ижевск: ИжГСХА, 2006. С.15.

2. Кондратьева Н.П., Козырева Е.А., Кондратьев Р.Г. Реализация комбинированного режима облучения растений разрядными лампами // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 10. С.28.

3. Кондратьева Н.П., Козырева Е.А., Кондратьев Р.Г. Комбинированному режиму облучения тепличных растений - инженерные разработки // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 6. С.4.

4. Свидетельство об отраслевой регистрации разработки за №11630. Рас- чет скорости газообмена двуокиси углерода при импульсном облуче- нии / Корепанов Д.А., Кондратьева Н.П., Козырева Е.А. // 13.10.2008. (Выдано Федеральным агентством по образованию: ФГНУ «Государст- венный координационный центр информационных технологий»: От- раслевой фонд алгоритмов и программ).

5. Козырева Е.А. Анализ электрических схем для электрооблучения рас-тений //Труды 6-й Международной научно - технической конференции (13..14 мая 2008г.) «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». Часть З.-М.: ГНУ ВИЭСХ, 2008.- С.390....394.

Размещено на Allbest.ru