Енерго- і ресурсозберігаючі електротехнології опромінювання донорів та регенерантів рослин

Забезпечення єдиних критеріїв оцінки ефективності опромінювання пов'язане з структурним аналізом систем опромінювання, рослинних електротехнологій, починаючи від загальних вимог до електротехнологій і закінчуючи інтегральними показниками енерго- і ресурсозбереження. Запропонована структура має вигляд: вимоги-характеристики "система-об'єкт" (параметричні, режимні, циклічні) - криві росту-моделі заощадження електричної енергії-інтегральні показники енергозбереження.

Приклад розрахунку IEPC-показників наведено. Запропонована методика дозволяє порівнювати між собою режими, системи опромінювання і електротехнології в цілому на основі єдиних критеріїв оцінки - ІЕРС-показників. Результати досліджень режимів (безперервних, регульованих безперервних, квазістаціонарних, комбінованих, високочастотних та ін.) і систем опромінювання (з енерго- і ресурсозберігаючими системами живлення опромінювачів "лінійна-фазна-половина лінійної напруги", а також "зірка-трикутник") використані для визначення коефіцієнтів енерго- і ресурсозбереження , а на їх основі - моделей та ІЕРС-показників.

Запропонована методика розрахунку інтегральних показників енерго- і ресурсозбереження та собівартості продукції може бути використана для порівняння рослинних електротехнологій, а також електротехнологій в інших галузях народного господарства.

Висновки

Дисертація присвячена теоретичним та експериментальним проблемам створення енерго- і ресурсозберігаючих електротехнологій опромінювання донорів та регенерантів рослин.

У результаті виконання роботи отримані такі основні результати.

1. Аналіз літературних джерел вітчизняних і зарубіжних авторів показав, що існуючі методи і технічні засоби не забезпечують енергозберігаючі режими опромінювання донорів та регенерантів рослин, що призводить до перевитрат електричної енергії в 1,3…1,5 рази: при рівнях опроміненості рослин-регенерантів від 0,4 до 2 кВт/м2 (ФАР) витрати електричної енергії на одиницю продукції становлять 0,056…0,15 кВтгодин. Тому необхідна розробка енергозберігаючих режимів і систем опромінювання з регулюванням потужності систем та тривалості режимів опромінювання.

2. Для опромінювання донорів та регенерантів рослин запропоноване використання квазістаціонарних режимів з експозицією 33…45 с, що забезпечує заощадження електричної енергії, а також покращення біометричних показників розвитку рослин.

3. Для зменшення витрат електричної енергії і матеріальних витрат обґрунтовано застосування трифазних систем опромінювання із з'єднанням джерел:

в “зірку” з ізольованою нейтраллю (межі регулювання кількості джерел на один ПРА від 15 до 42);

в “трикутник” (межі регулювання кількості джерел на один ПРА від 24 до 39).

Найвищі показники енерго- і ресурсозбереження досягаються при з'єднанні 33-х джерел в “зірку” з ізольованою нейтраллю.

4. Теоретичний аналіз моделей “система-об'єкт” опромінювання дозволив визначити коефіцієнти енергозбереження (постійні 0,8…1,25; частотні 0,25…0,3; режимні 1,32…1,36), які визначають межі регулювання відносної тривалості параметрів опромінювання 0,01…1; режимів опромінювання 0,33…1 та циклів опромінювання 0,17…1 (найвища ефективність опромінювання забезпечується при відносній тривалості параметрів, режимів та циклів опромінювання відповідно 0,035…0,045; 0,33…0,45 та 0,625…0,7).

5. Встановлено, що при використанні режимів опромінювання рослин (780…1100 Гц) досягається підвищення світлової віддачі джерел на 8…10%.

6. Встановлено, що нижня критична межа відносної ємності ПРА становить 0,2 (при менших значеннях спостерігається нестійка робота джерел і зрив інвертування), а верхня - 0,34 (при значеннях, менших цієї величини не забезпечується номінальний режим роботи джерел, а при більших за 0,34 - зменшується світлова віддача джерел і відповідно зростають витрати електроенергії).

7. Для ефективного використання електричної енергії в електротехнологіях опромінювання донорів та регенерантів рослин необхідні межі регулювання потужності систем опромінювання 0,88…1,18; 0,6…0,73; 0,73…1,84 від номінального значення відповідно для безперервних, чергуючих і квазістаціонарних режимів. Вихід за граничні межі регулювання потужності систем (0,27…3,33 від номінального значення) не забезпечує ефективної їх експлуатації у відповідності з вимогами до електротехнологій опромінювання донорів та регенерантів рослин.

8. Для підвищення ефективності використання електричної енергії співвідношення потужностей систем опромінювання в квазістаціонарних і безперервних режимах повинно становить 2,65 (верхня критична межа), а значення струму джерел опромінювання в чергуючих режимах - 27…29% від струму джерел в безперервних режимах (нижня критична межа).

9. В результаті теоретичних і експериментальних досліджень запропонована єдина система інтегральних показників енерго- і ресурсозбереження (ІЕ, ІЕР, ІЕРС-показників), які визначаються на основі параметричних, режимних і циклічних характеристик “система-об'єкт”, кривих росту, відповідних моделей (Н-моделей підвищення світлової віддачі джерел; ДС - моделей зменшення втрат потужності; індуктивно-ємнісних LC-моделей заощадження електричної енергії; F-моделей підвищення строку служби опромінювачів; моделей енергозбереження “зірка-трикутник” тощо).

Застосування названих показників і коефіцієнтів енергозбереження дозволяє оцінити і прогнозувати ефективність рослинних електротехнологій, вибирати найбільш раціональні режими і параметри опромінювання, при яких забезпечується енергозбереження 33…40% порівняно з існуючими електротехнологіями і системами електрообладнання.

10. Для аналізу енергозбереження в рослинних електротехнологіях необхідне застосування системи інтегральних показників, яка дозволяє визначить не тільки ефективність електротехнологій в цілому, але й вплив окремих параметрів і режимів опромінювання на рівні енергозбереження, а також розрахувати продуктивність донорів та регенерантів рослин. Встановлені залежності інтегральних показників від рівнів енерго- і ресурсозбереження, поточних і одноразових витрат (при цьому верхня межа інтегрального показника ефективності опромінювання не перевищує значення 0,923).

11. Застосування розроблених засобів експрес-діагностики джерел опромінювання донорів та регенерантів рослин забезпечує скорочення строків випробовувань джерел майже в 7 разів, а заощадження електричної енергії для тисячі джерел на 1000 годин роботи складає 3,5%.

12. На основі теоретичних і експериментальних досліджень встановлено, що застосування розроблених електротехнологій і технічних засобів опромінювання донорів та регенерантів рослин дозволяє підвищити урожайність зернових та овочевих культур на 12…15% з заощадженням електричної енергії 33…40% порівняно з існуючими системами.

Список основних праць по темі дисертації

1. Кистень Г.Е., Скрыпник Н.Н., Герасимчук Ю.В., Садовой А.Ф., Ковалышин Б.М. Установка для импульсного облучения растений // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1985. -№5. -С.51-54 (обґрунтування характеристик “система-об'єкт”, участь в експериментальних дослідженнях та узагальнення їх результатів).

2. Скрыпник Н.Н., Герасимчук Ю.В. Облучательные установки с групповым зажиганием ламп // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1983.-№6.-С.55-56 (постановка задачі, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

3. Скрипник Н.Н., Коваль В.А. Новое оборудование для выращивания растений в фитотронах // Механизация и электрификация сельского хозяйства. -1985. -№11.-С.27, 43 (постановка задачі, аналіз характеристик обладнання, узагальнення результатів).

4. Скрипник М.М. Енерго- i ресурсозберігаючі режими опромінювання рослин //Техніка АПК. -1997. -№1. -С.29.

5. Скрипник М.М. Ефективність опромінюючих систем // Техніка АПК. -1997.-№1.-С.3О-31.

6. Скрипник М.М. Опромінюючі системи з різнотиповими ПРА // Техніка АПК. -1997. -№4. -С.16.

7. Скрипник М.М. Моделювання та обґрунтування режимів i систем опромінювання // Техніка АПК. -1998. -№2. -С.29.

8. Скрипник М.М. Ефективність клітинних електротехнологій // Техніка АПК.-1998.-№2.-С.3О-31.

9. Скрипник М. М. Методика контролю і вимірювань електричних і світлових величин// Харчова і переробна промисловість. -2002.-№ 9.-С.12-13.

10. Скрипник М. М. Електротехнології опромінювання // Харчова і переробна промисловість. -2002. -№10.-С. 18-20.

11. Микитенко В.В., Скрипник М. М. Енергозбереження : реальність і прогноз // Харчова і переробна промисловість. -2002. -№ 12. -С. 10-12.( розробка методики досліджень, обґрунтування показників ефективності енергозбереження).

12. Кистень Г.Е., Скрыпник Н.Н. Исследование процесса влаго- и теплообмена в шелководне на электрической модели // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 1974. -№12.-С.49-50 (постановка задачі, розробка методики досліджень, проведення експериментальних досліджень).

13. Чудновский Б.Д., Наконечная О.А., Антонов В.И., Скрыпник Н.Н., Герасимчук Ю.В. Импульсное облучение растений // Сахарная свекла. -1985. -№12.-С.32-33 (участь в розробці методики досліджень та проведенні експериментальних досліджень, узагальнення отриманих результатів).

14. Скрыпник Н.Н. В сети - люминесцентная лампа // Сельский механизатор. -1977.-№6.-С.3О.

15. Скрыпник Н.Н., Герасимчук Ю.В. Исследование характеристик тепличных облучателей // Механизация и электрификация сельского хоз-ва: Сб. научн. тр.-К.: Урожай, 1980. -№48 (постановка задачі, розробка методики досліджень, проведення експериментальних досліджень).

16. Герасимчук Ю.В., Скрипник М.М. Оцінка ефективності режимів опромінювання при вирощувані рослин в захищеному ґрунті // Механізація та електрифікація сільського господарства. -К.: Урожай, 1992. -Вип.76. -С.77-84 (постановка задачі, участь в експериментальних дослідженнях, розробка математичних моделей, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

17. Скрипник М.М., Герасимчук Ю.В., Горго О.Д. Застосування баластних дроселів опромінювачів ОТ-400 з газорозрядними лампами ДРИ-400 в захищеному ґрунті // Механізація та електрифікація сільського господарства. -К.: Урожай, 1992. -Вип.76. -С.85-89 (постановка задачі, участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів та підготовка матеріалів до публікації).

18. Скрипник М.М. Низько- та високочастотні режими опромінювання рослин у біотехнології // Науковий вісник Національного аграрного університету. -1997.-№1.-С.58-64.

19. Скрипник М.М. Електротехнологічні режими опромінювання рослин у біотехнології // Науковий вісник Національного аграрного університету. -1997.-№2.-С.61-66.

20. Скрипник М.М. Моделі опромінювання в рослинних електротехнологіях // Збірник наукових праць Національного аграрного університету ”Механізація сільськогосподарського виробництва”. - К.: НАУ. -2002. -Т.ХІІ. -С.188-192.

21. Скрипник М.М. Електротехнології опромінювання донорів та регенерантів рослин // Збірник наукових праць Національного аграрного університету. ”Механізація сільськогосподарського виробництва”. - К.: НАУ. -2002. -Т.ХІІ. -С.230-234.

22. Скрипник М. М. Аналіз опромінюючих систем.// Сборник научных трудов Керченского морского технологического института “Механизация производственных процессов рыбного хозяйства, промышленных и аграрных предприятий”. - Керчь: КМТИ.- 2002.-Вып. 4. -С. 116-120.

23. Скрипник М. М. Напрямки енергозбереження в електротехнологіях опромінювання донорів та регенерантів рослин // Збірник наукових праць Національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. - К.: Наукметодцентр агр. освіти, 2002. - Т. ХІІІ. - С. 234- 238.

24. Микитенко В.В., Скрипник М. М. Світові технології та їх технічне забезпечення // Збірник наукових праць Української академії зовнішньої торгівлі.. - Київ: УАЗТ. - 2001.- Вип. 1(5). - С. 113-118(постановка задачі, обґрунтування єдиних критеріїв оцінки технології).

25. Скрыпник Н.Н., Коваль В.А. Справочник по приборам и средствам автоматизации для контроля качества сельскохозяйственной продукции. -К.:Урожай, 1988. - С. 1-128 (постановка задачі, обґрунтування методики аналізу, підготовка матеріалів до друку).

26. Скрипник Н.Н., Коваль В.О. Довідник по контрольно-вимірювальних приладах у сільському господарстві. -К.: Урожай, 1989. - С. 1-112 (постановка задачі, обґрунтування методики аналізу, підготовка матеріалів до друку).

27. А.с. 944171 СССР, МКИ Н05В 41/18. Устройство для облучения растений в сооружениях защищенного грунта / Ю.В.Герасимчук, В.Т.Здор, Г.Е.Кистень, Н.Н.Скрыпник, А.П.Стрельцов (СССР). - № 3009656/24-07; Заявлено 01.12.80; Опубл. 15.07.82, Бюл. №26. -4с.

28. А.с. 1252977 СССР, МКИ Н05 В 41/18. Устройство для облучения растений в теплицах /Ю.В.Герасимчук, Н.Н.Скрипник, Г.Е.Кистень, И.Т.Гераймович, А.И.Ляшенко (СССР). -№ 3710583/24-07; Заявлено 16.03.84; Опубл. 23.08.86, Бюл, №31. -4 с.

29. А.с. 1051444 СССР, МКИ G01R 19/00. Способ измерения импульсного тока / Ю.В.Герасимчук, Н.Н.Скрипник, А.Ф.Садовой., (СССР). -№ 3416315/18-21; Заявлено 30.03.82; Опубл. 30.10.83, Бюл. №40. -3 с.

30. А.с. 1182419 СССР, МКИ G01R 19/00. Устройство для измерения импульсного тока и мощности импульсной нагрузки /Ю.В.Герасимчук, Н.Н.Скрипник (СССР). -№ 3734402/24-21; Заявлено 29.04.84; Опубл. 30.09.85, Бюл. № 36. -4с.

31. А.с. 1226313 СССР, МКИ G01R 21/00, 19/00. Способ измерения тока приемника электроэнергии в момент кратковременной перегрузки и устройство для его осуществления /Ю.В.Герасимчук, Н.Н.Скрипник, Г.Е.Кистень (СССР). -№ 3763968/24-21; Заявлено 04.07.84; Опубл. 23.04.86, Бюл. №15.-6 с.

32. А.с. 1718127 СССР, МКИ G01R 19/00, 19/04. Устройство для измерения импульсного тока / Ю.В.Герасимчук, Н.Н.Скрипник, А.И.Безлепкин, А.П.Попов (СССР). -№ 4771130/21; Заявлено 21.11.89; Опубл. 07.03.92, Бюл. №9. -5 с.

33. А.с. 678736 СССР, МКИ НО 5 В 41/18. Устройство для импульсного облучения растений в сооружениях защищенного грунта / М.Т.Гирченко, В.С.Пастушенко, Г.Е.Кистень, Н.А.Корчемный, Н.Н.Скрипник (СССР). -№ 2402296/24-07; Заявлено 01.09.76; Опубл. 05.08.79, Бюл. №29. -3 с.

34. А.с. 1011079 СССР, МКИ Н05B 37/00. Устройство для импульсного облучения растений в сооружениях защищенного грунта / Н.Н.Скрыпник, Г.Е.Кистень, Ю.В.Герасимчук, А.Ф.Садовой, В.Д.оржеховский (СССР). -№ 2905768/30-15; Заявлено 08.04.80; Опубл. 15.04.83, Бюл. № 14. -2с.

35. А.с. 1246070 СССР, МКИ G05F 1/44. Стабилизатор-ограничитель напряжения переменного тока / Г.Е.Кистень, Н.Н.Скрыпник, В.Г.Кистень, В.Е.Александров (СССР) - №3779602/24-07; Заявлено 09.08.84; Опубл. 23.07.86, Бюл. №27, с.3.

36. А.с. 1611298 СССР, МКИ А01К 31/00, G05F 1/44. Устройство для регулирования светового режима в птичниках / Г.Е.Кистень, С.С.Шевель, М.А.Асриян, Ю.В.Герасимчук, Н.Н.Скрыпник (СССР). - №4440882/30-15; Заявлено 11.04.88; Опубл. 07.12.90, Бюл. №45. -4 с.

37. А.с. 702238 СССР, МКИ GO ID 7/32. Способ измерения площади деталей произвольной формы / В.С.Пастушенко, Н.Г.Кононенко, В.А.Кондратюк, Н.Н.Скрыпник (СССР). -№2518477/18-28; Заявлено 16.08.77; Опубл. 05.12.79, Бюл. №45. -2 с.

38. А.с. 1049942 СССР, МКИ G08B 21/00. Устройство для контроля технологического оборудования / Ю.В.Герасимчук, Г.Е.Кистень, Н.Н.Скрипник (СССР). -№ 3449577/18-24; Заявлено 07.06.82; Опубл. 23.10.83, Бюл. № 39. -Зс.

39. Скрипник М.М. Використання інтегральних показників енерго- i ресурсозбереження для оцінки ефективності зовнішньо-економічної діяльності України // 3б. матер. IV м1жнародної наук.-практ. конф. "Проблеми регулювання зовнішньо-економічної д1яльності України в сучасних умовах". -Київ: УАЗТ.-2001.-С.110-111.

40. Фіщук Н. У., Скрипник М. М. Анализ методов энергосбережения // Материалы VІІ международной конференции “Энергосбережение, эффективность, экология”. - Киев: АТЕКУ. - 2002.- С.117-118 (обґрунтування використання інтегральних показників енергозбереження, моделей технології, енергетичних характеристик обладнання, розробка методики досліджень).

Анотація

Скрипник М.М. Енерго- і ресурсозберігаючі електротехнології опромінювання донорів та регенерантів рослин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.09.16 - Електротехнології та електрообладнання в агропромисловому комплексі. - Національний аграрний університет, Київ, 2002 рік.

Дисертація присвячена проблемі енергозбереження в електротехнологічних процесах опромінювання донорів та регенерантів рослин. На основі розроблених науково-технічних передумов запропоновано новий напрямок ефективного використання електричної енергії в галузі елітного насінництва АПК.

Розроблено методи та моделі : оцінки ефективності і прогнозування електротехнологій опромінювання донорів та регенерантів рослин на основі єдиних критеріїв - інтегральних показників енергозбереження, енерго- і ресурсозбереження, енерго- і ресурсозбереження та собівартості продукції (відповідно ІЕ, ІЕР, ІЕРС-показників).

Розроблено і впроваджено: агротехнічні і електротехнологічні вимоги до новітніх електротехнологій, енерго- і ресурсозберігаючі системи і режими опромінювання (безперервні, регульовані безперервні, “зірка-трикутник”, квазістаціонарні, високочастотні, спектральні, комбіновані з використанням мережі живлення опромінювачів “лінійна-фазна-половина лінійної напруги”), а також методи і моделі енерго- і ресурсозбереження, що забезпечує раціональні витрати електричної енергії в галузі елітного насінництва АПК. Основні результати праці знайшли впровадження в технологічних процесах АПК, науково-дослідних інститутах і учбових закладах, а також в промисловості.

Ключові слова: електротехнології, енергозберігаюче опромінювання, донори та регенеранти, енергозатрати, математичне моделювання, інтегральні показники енергозбереження.

Аннотация

Скрыпник Н.Н. Энерго- и ресурсосберегающие электротехнологии облучения доноров и регенерантов растений. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.09.16 - Электротехнологии и электрооборудование в агропромышленном комплексе. - Национальный аграрный университет, Киев, 2002 год.

Диссертация посвящена проблеме энергосбережения в электротехнологических процессах облучения растений - доноров и регенерантов.

На основе разработанных научно-технических предпосылок предложено новое направление эффективного использования электрической энергии, которое базируется на использовании таких параметров и режимов облучения (квазистационарных, регулируемых непрерывных, комбинированных, высокочастотных, спектральных и др.), которые, с одной стороны, обеспечивают энергосбережение за счет регулирования амплитуды, длительности и коэффициента заполнения импульсов, длительности квазистационарных и непрерывных режимов, спектрального состава излучения, а с другой - усиление жизнедеятельности растений, так как в квазистационарных режимах скорость газообмена увеличивается в 1,3 …1,8 раза, что существенно улучшает количественные и качественные показатели растительной продукции.

Предложено оценку энергоэффективности в электротехнологиях облучения доноров и регенерантов растений выполнять на основе единых критериев - интегральных показателей энергосбережения, энерго- и ресурсосбережения, энерго-, ресурсосбережения и себестоимости продукции, которые определяются на основе соответствующих моделей и коэффициентов (режимных, частотных, спектральных), с учетом требований к непрерывным, регулируемым непрерывным, высокочастотным, спектральным, дежурным режимам облучения, режимам экспресс диагностики источников и систем облучения; параметрическим, режимным циклическим, спектральным характеристикам “система-объект” облучения.

Установлены зависимости интегральных показателей от уровня экономии электроэнергии, текущих и единовременных затрат. Например, при уровне экономии электроэнергии 33% значение интегрального показателя эффективности облучения составляет 0,923.

Разработаны энергосберегающие модели: повышения световой отдачи (Н-модели), уменьшения потерь мощности (-модели), индуктивно-ёмкостные модели экономии электроэнергии за счет взаимосвязанного регулирования параметров ПРА (LC-модели), повышения срока службы облучателя растений (F-модели), модели регулирования параметров облучения (“звезда-треугольник”), которые позволили обосновать режимы эксплуатации облучателей растений.

Разработаны и обоснованы энерго- и ресурсосберегающие режимы и параметры систем облучения с индивидуальными и групповыми ПРА, низко- и высокочастотные режимы, режимы на промышленной частоте (с соединением источников в “звезду” с изолированной нейтралью, в “звезду” с зазёмленной нейтралью, “треугольник”).

Предложен способ и ряд устройств для измерения электрических и световых величин, которые существенно повышают точность и упрощают процесс измерений (величин тока, мощности, коэффициента мощности, облученности растений и др.).

Разработаны и внедрены агротехнические и электротехнологические требования к режимам и системам облучения растений, которые обеспечивают эффективное стимулирование развития растений, получение дополнительной продукции, сокращение энерго- и трудозатрат, массы и размеров ПРА при минимальном количестве источников и коммутирующих элементов. На их основе разработаны и внедрены в сельскохозяйственном производстве и промышленности комплекты электротехнологического оборудования для энерго- и ресурсосберегающего облучения доноров и регенерантов растений, использование которых способствует повышению производительности труда, качества элитного семенного материала, сокращению сроков получения продукции.

Ключевые слова: электротехнологии, энергосберегающее облучение, доноры и регенеранты, энергозатраты, математическое моделирование, интегральные показатели энергосбережения.

Abstract

Scrypnik N.N. Energetic- and resource reserve ray electrotechnologies of donors and plant regenerates. - Manuscript.

The dissertation is for a scientific degree of Doctor of technical sciences, specialty 05.09.16 - Electrotechnologies and electric equipment in agriculture.- National Agrarian University, Kyiv, 2002

The dissertation is devoted to problem of energetic reserve in electrotechnologies raying processes of donors and plant regenerates. On a base worked up scientific and technical presuppositions new way effective using electric energy in the field of elite agriculture is proposed.

Such new methods and models are worked out: mark of effecting and prognosis raying electrotechnologies of donors and plant regenerates based on uniform criterions such as integral indexes of energetic conservation, energetic- and resource conservation, energetic- and resource conservation and self-costing of produce (meets the requirements of IE, IER, IERS-indexes).

Are worked out and introduced: agrothechnical and electrotechnical claims to modern technologies, energetic- and resource reserve systems and ray regimes (uninterrupted, regulate-uninterrupted, “star and triangle”, quasistationary, highfrequency, spectral, combine with using power web rayers “line-phased half of line voltage”), energetic- and resource reserve methods and models which provide rational using electric energy in the field of elite agriculture. The base results of the work are introduced in the technical processes of agriculture, scientific-research institutes, and educational centers, in industry.

Key words: electrotechnologies, energetic reserve raying, donors and regenerates, mathematic modeling, integral index of energetic conservation.

Размещено на Allbest.ru