Разработать инновационные электротехнологии, электрооборудование и системы энергообеспечения с возобновляемыми и альтернативными источниками энергии для сельскохозяйственного производства и сельской инфраструктуры.

Сельскохозяйственное производство является крупным потребителем топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в объеме 60 млн. т у.т. в год, в т.ч. электроэнергии около 65 млрд. кВтч. Анализируя состояние энергообеспечения АПК следует отметить, что по основным показателям мы уступаем передовым странам: энергоемкость сельхозпроизводства в 2...2,5 раза больше, надежность и качество энергоснабжения ниже (число и продолжительность отключений на порядок больше), потери энергии почти в 2 раза больше, коэффициент полезного использования топлива КПИ – в пределах 40%, а за рубежом 50% и выше. Доля энергозатрат в себестоимости основных видов продукции также достигает значительных величин порядка 25...28%. Разработка новых энергоэффективных электрических системообразующих децентрализованных технических средств теплообеспечения объектов АПК, в том числе с применением аккумуляции и утилизации теплоты, тепловых трубок, комбинированных и термоэлектрических установок, позволит снизить энергозатраты до 30 % по сравнению с традиционным тепловым оборудованием. Сельские электрические сети характеризуются большой протяженностью и разветвленностью, низкой надёжностью, недостаточной оснащённостью средствами мониторинга и управления конфигурацией. Общая протяженность линий 0,4 кВ – около 900 тыс. км, при этом потери электроэнергии в них часто превышают 15...20%. Концепция построения интеллектуальных сельских электрических сетей 0,4 кВ с применением средств секционирования и резервирования, в том числе мультиконтактных коммутационных систем, цифровых трансформаторных подстанций и возобновляемых источников энергии (ВИЭ), новых средств обеспечения наблюдаемости и управляемости сетей, повышения их защищённости и надежности позволяет сократить потери электроэнергии в сельских электрических сетях, повысить надёжность электроснабжения сельских потребителей. Основной тенденцией развития энергообеспечения в настоящее время является строительство объектов малой (распределённой) генерации на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Разработка и создание теплофотоэлектрических (ТФЭ) модулей является одним из важнейших направлений развития солнечной энергетики в мире. Это обусловлено повышением эффективности преобразования СЭ путем получения электрической и тепловой энергии в одном устройстве. Новым направлением является разработка и исследование мобильных транспортных средств с электроприводом в сочетании с газотурбинным электрогенератором. Инновационные кинематические схемы трансмиссий позволяют значительно улучшить условия труда, повысить безопасность, надёжность и экономическую эффективность. Важным является исследование режима параллельной работы разрабатываемых генерирующих (в т.ч. ВИЭ) и электронно-преобразующих силовых установок как с централизованной сетью, так и в составе микросети. Несмотря на многолетнее применение биогазовых установок зачастую они имеют низкую эффективность работы, что не позволяет в необходимой степени управлять их работой. Это приводит к неоправданному завышению строительных объемов, увеличению эксплуатационных затрат и соответственно стоимости 1 м3 получаемого биогаза. Это выдвигает задачи по разработке наиболее эффективных технологических схем биогазовых установок, состава их оборудования, созданию новых конструкций и расчета их параметров, повышения надежности их работы, снижения стоимости и сроков строительства. Одним из вариантов экологически безопасного решения возникающих проблем является разработка и внедрение в интенсивное производство сельскохозяйственной продукции электротехнологий с использованием цифровых систем управления. Для этого необходимо разрабатывать соответствующее оборудование, определять параметры и режимы его работы. Производительность СВЧ-конвективных установок, используемых для сушки, обеззараживания и предпосевновной обработки зерна, качество обработки зерна и семян зависят от равномерности воздействия на них микроволнового поля в установке. Эта равномерность может быть обеспечена конструкцией СВЧ-конвективной зоны, мощностью используемых магнетронов и схемой движения зерна в зоне его обработки. Электрогидравлический эффект применяется в различных областях промышленности и сельского хозяйства. Однако в использовании этой технологии для обеззараживания и приготовления питающих растворов для огородов и защищённого грунта имеется целый комплекс неисследованных моментов: параметры и режимы работы установок для обеззараживания растворов; параметры и режимы работы для приготовления растворов с использованием почв, торфа, растительных смесей. Поэтому изготовление и испытание электрогидравлической установки, реализующей данные задачи, является актуальным и представляет практический интерес. Одним из перспективных веществ в качестве аккумулятора теплоты является вода. Она обладает весьма высоким значением удельной теплоты фазовых переходов вода-лед. Удельная теплота плавления льда составляет 335 кДж/кг. Это свойство воды обуславливает перспективу широкого ее применения в качестве аккумулятора «холода» и теплоты для последующего практического использования. Таким образом, задачами исследований являются: - обоснование режимов работы, параметров, разработка и проведение исследований экспериментальных образцов децентрализованного энергосберегающего электротеплового оборудования, цифровых способов и средств обеспечения наблюдаемости и управляемости, гибкости конфигурации сельских электрических сетей, методы повышения эксплуатационной надежности электрооборудования; - проведение компьютерного моделирования и разработка технологических процессов, оборудования с использованием электрофизических воздействий на сельскохозяйственные объекты и теплоносителя системы энергообеспечения, определение их параметров и режимов работы, проведение исследований лабораторных образцов технических средств; - изготовление и проведение исследований экспериментального мобильного транспортного средства с электроприводом и резервным газотурбинным генератором; - проведение испытаний и исследований микрогазотурбинных электрогенераторов с электронно-преобразующими устройствами и генераторами на возобновляемых источников энергии, работающими с моделью микросети, а также параллельно с централизованной сетью; - определение параметров, режимов работы, изготовление экспериментальных образцов, обработка результатов испытаний систем для биоконверсии органического вещества отходов АПК, водообеспечения, энергообеспечения сельских потребителей с использованием возобновляемых и альтернативных источников энергии, с разработкой цифровых систем управления, в том числе с модульным комплексом энерго– и водообеспечения на основе ВИЭ; - разработка общих подходов оценки совместимости требований к фотоэлектрическому оборудованию и конструкциям зданий сельской инфраструктуры, в которые оно может быть интегрировано. Предполагаемые результаты: параметры, режимы работы, функционально-технологические схемы и результаты исследования экспериментальных образцов энергосберегающего электротеплового оборудования, цифровых способов и средств обеспечения наблюдаемости и управляемости, гибкости конфигурации сельских электрических сетей, в т.ч. содержащие ВИЭ и средства распределенной генерации, методы повышения эксплуатационной надежности электрооборудования. Результаты компьютерного моделирования технологических процессов и оборудования, экспериментальные лабораторные установки и оборудование с использованием электрофизических воздействий на сельскохозяйственные объекты и теплоноситель систем энергообеспечения. Результаты определения их параметров и режимов работы. Параметры, режимы работы экспериментальных образцов. Результаты научных исследований и технические характеристики экспериментальных топливных и на базе ВИЭ электрогенераторов с преобразующими устройствами в микросети. Результаты испытаний экспериментального образца мобильного транспортного средства с электроприводом. Результаты испытаний систем для биоконверсии органического вещества отходов АПК, систем водообеспечения и энергообеспечения сельских потребителей с использованием возобновляемых и альтернативных источников энергии с цифровыми системами управления, в том числе с модульным комплексом энерго – и водообеспечения на основе ВИЭ. Общие подходы оценки совместимости требований к фотоэлектрическому оборудованию и конструкциям зданий сельской инфраструктуры, в которые оно может быть интегрировано. Возможная практическая значимость: разработка и внедрение инновационных методов, электротехнологий, электрооборудования и децентрализованных систем энергообеспечения, в том числе с возобновляемыми и альтернативными источниками энергии для сельскохозяйственного производства и сельской инфраструктуры обеспечит снижение энергоемкости производства сельхозпродукции до 30%, а следовательно, и ее себестоимости, позволит биологическим объектам реализовать свой генетический потенциал, что приведет к росту продуктивности сельхозпроизводства.