Разработать методы, технические средства для реализации инновационных электротехнологий, систем энергообеспечения объектов агропромышленного комплекса и сельской инфраструктуры

Подъем продуктивности, снижение издержек на производство сельскохозяйственной продукции, повышение конкурентоспособности сельхозпроизводства во многом определяются его технологической модернизацией, освоением новых интенсивных технологий, надежным и эффективным энергообеспечением, управлением продукционным процессом. Сельскохозяйственное производство и социальная сфера села являются крупным потребителем топливно-энергетических ресурсов. При производстве основных видов сельхозпродукции в среднем затраты энергии в себестоимости составляют 20-25%, что в 1,5-2 раза выше, чем в передовых странах. Поэтому разработка инновационных электротехнологий, энергоэффективного электрооборудования и систем электроснабжения и теплообеспечения, в т.ч. с возобновляемыми и альтернативными источниками энергии для сельскохозяйственного производства и сельской инфраструктуры является актуальной задачей. Как отмечается в выступлениях представителей ПАО «Россети», посвящённых цифровой трансформации электросетевого комплекса, «распределительные сети напряжением 6-10/0,4 кВ становятся центральным звеном в структуре распределения электроэнергии». Это связано как с изменением структуры сельских потребителей, так и с большим проявлением сезонности в графиках их нагрузки в связи с развитием дачного строительства, изменением центров нагрузки, внедрением объектов распределённой генерации. В то же время, завышенная протяжённость, совместно с износом сетей приводит к тому, что поток отказов в них доходит до 37 в год на 100 км, а время восстановления – до 8 ч. Качество электрической энергии также ухудшается из-за завышенной длины ЛЭП 0,4 кВ. Потери электроэнергии в сетях 0,4…10 кВ превышают 15%. Растёт число объектов распределённой генерации, разрешено подключение в уведомительном порядке частных генерирующих установок мощностью до 15 кВт. Это может привести к непредсказуемости графиков нагрузки энергосистемы, сложности управления сетями разного класса напряжения, в том числе и 0,4 кВ без решения вопросов управления конфигурацией сети, её секционирования и резервирования. К тому же сети 0,4 кВ практически не оснащены средствами наблюдаемости, что усугубляет проблему. Удорожание с 2022 года стоимости технологических присоединений приводит к тому, что возникают вопросы управления нагрузками потребителей в условиях дефицита мощности. С учётом указанных выше и других проблем в электроснабжении сельских потребителей актуальными являются вопросы исследования факторов сезонности в системах электроснабжения сельских потребителей, совершенствования подходов к построению сельских электрических сетей, разработки способов и средств управления конфигурацией, обеспечения наблюдаемости, сокращения потерь электроэнергии и управления нагрузкой в сельских электрических сетях. Электроснабжение удалённых потребителей также требует новых решений. Актуальным является как рассмотрение применения новых технологий передачи электроэнергии, в том числе с применением резонансных систем, так и разработка средств энергообеспечения на базе возобновляемых источников энергии, особенно работающих в условиях ограниченного потенциала ВИЭ. Более 50 % топливноэнергетических ресурсов используется в системах теплообеспечения технологических процессах сельхозпроизводства и сельской инфраструктуре. При ежегодном росте тарифов и стоимости энергоносителей процессы теплообеспечения объектов АПК и социальной сферы приводят к значительным текущим издержкам. Разработка и реализация новых инновационных технических решений, энергосберегающих установок в системах теплообеспечения объектов АПК, в том числе с применением цифрового управления, позволит снизить энергозатраты до 25 % по сравнению с действующим оборудованием. Эффективность установок, используемых для реализации технологических процессов сельскохозяйственного производства, в том числе сушки, обеззараживания и предпосевной обработки зерна и семян зависят от видов применяемых электротехнологий, режимов работы оборудования, равномерности воздействия. Таким образом необходимо совершенствование конструкции оборудования и разработка режимов работы. Исследование влияния параметров обрабатываемого материала и конструкции установок позволит избежать аварийных режимов его работы и контролировать работоспособность оборудования. Новым направлением является разработка и исследование мобильных транспортных средств с электроприводом, позволяющим повысить карбонизацию сельскохозяйственного производства и создать платформу для разработки оптимальных систем управления в этом направлении. Видеомониторинг сельскохозяйственных культур способствует быстрому выявлению проблем, таких как недостаток питательных веществ, наличие заболеваний, вредителей. Это позволяет применять точные методы земледелия, включать пораженные участки в карантин и экономить ресурсы агронома. Разработка схемных решений энергоснабжения, автоматизированного контроля и управления беспилотным аппаратом является важной задачей. Актуальность разработки симметрирующего устройства инверторного типа с распределенной генерацией обусловлена необходимостью обеспечения автономного, стабильного, экологического и надежного энергоснабжения, а также поддержкой новых технологий и развитием распределенной энергетики. Биогаз, образующийся в результате анаэробной переработки органических отходов АПК, содержит компоненты, отрицательно влияющие на энергетическое оборудование для его утилизации (котлы, ГПУ, ГТУ). Существующие способы кондиционирования биогаза являются энерго- и ресурсозатратными. Поэтому разработка энергоэффективных способов и технических решений для кондиционирования биогаза, образующегося в результате анаэробной переработки органических отходов АПК, является актуальной задачей. Цель научного исследования: разработать математические и компьютерные модели, алгоритмы функционирования, экспериментальные образцы электрооборудования и систем управления для электротехнологий, систем энергоcнабжения объектов АПК, обеспечивающие повышение производительности и экологичности получения продукции, повышение надёжности электроснабжения, снижение энергоёмкости технологических процессов за счёт обоснования рациональных параметров и режимов работы оборудования и технологических процессов, использования инновационных технологий, эффективного внедрения возобновляемых и альтернативных источников энергии. Описание задач, предлагаемых к решению: Исследовать факторы сезонности в работе систем электроснабжения сельских потребителей. Разработать способы и технические средства для надёжного и качественного электроснабжения, методы мониторинга и диагностики систем энергообеспечения и электрооборудования сельских потребителей и объектов сельской инфраструктуры, в том числе учитывающие факторы сезонности. Исследовать сравнительную эффективность, определить перспективные области применения, разработать экспериментальные образцы оборудования для резонансных систем электроснабжения сельских потребителей и объектов сельской инфраструктуры. Обосновать параметры и разработать симметрирующие устройства инверторного типа для сельских потребителей электроэнергии. Разработать новые технические средства электроснабжения рассредоточенных объектов, удаленных от линий электропередачи, мощностью до 10 кВт, в том числе для беспилотных аппаратов. Разработать новые энергетические установки, оборудование электропривода для мобильных транспортных средств и сельскохозяйственных потребителей и блоки автоматики для них. Разработать элементы системы автоматизированного контроля и управления беспилотным аппаратом для видеомониторинга сельскохозяйственных культур. Разработать и исследовать экспериментальные образцы новых средств энергообеспечения на базе возобновляемых источников энергии для сельских потребителей и объектов сельской инфраструктуры. Разработать общие научные подходы к созданию комплексов агрофотоэнергетики. Разработать элементы технологических решений с применением электротехнологий для обработки сельскохозяйственных материалов и продукции АПК. Разработать математические и компьютерные модели процессов электрофизической обработки сельскохозяйственных материалов, обосновать виды, режимы работы, конструкционные параметры технических средств для их осуществления. Разработать функциональные схемы, методики расчета, схемы управления, обосновать параметры и режимы работы, разработать экспериментальные образцы энергоэффективного электротеплового оборудования для систем теплообеспечения объектов АПК и тепловых технологических процессов. Разработать комплекс способов и технических решений энергоэффективного кондиционирования биогаза для его последующей утилизации на энергетическом оборудовании (котлы, ГПУ, ГТУ).