Конденсаторы и конденсаторные установки в теплицах

Растениеводство, овощеводство, грибоводство, цветоводство защищенного грунта, а также птицеводство, скотоводство и связанные с ними перерабатывающие предприятия – сегменты сельского хозяйства, где тесно переплетены и зависимы интересы государства и частного бизнеса, причем если в направлении энергосбережения/энергоэффективности эти интересы условно совпадают, то пока мало понимания отечественного бизнеса в критической актуальности вопроса замещения импортного оборудования, комплектующих, устройств на предприятиях.

Кроме того, следует отметить, что государственное регулирование тепличных хозяйств, птицеводческих, скотоводческих ферм и пр. по факту нормирования и контроля за исполнением ключевых федеральных Законов и российских трендов «запаздывает» по отношению к интенсивной реализации в теплицах и фермах новых технологий, методик, систем и оборудования. Так:

• в Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 – 2020 годы (постановление Правительства Российской Федерации от 14 июля 2012 г. № 717):
  - базирующейся на положениях ФЗ от 29 декабря 2006 г. № 264 "О развитии сельского хозяйства", Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации, утвержденной Указом Президента Российской Федерации от 30 января 2010 г. № 120 и т.д.,
  - имеющей одной из целей «ускоренное импортозамещение в отношении мяса (свинины, птицы, крупного рогатого скота), молока, овощей открытого и закрытого грунта, семенного картофеля и плодово-ягодной продукции»,
  нет четкой корреляции с Указом Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 г. N 889 "О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики", № 261-ФЗ от 23 ноября 2009, государственной программой «Энергоэффективность и развитие энергетики», федеральной программой импортозамещения, «Планом мероприятий по импортозамещению в отраслях сельскохозяйственного и лесного машиностроения Российской Федерации» (Приказ Минпромторга России № 659 от 31 марта 2015 года) и т.д.;
• НТП 10-95 «Нормы технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады» 1996 года, Пособие по проектированию парников и теплиц (к СНиП 2.10.04-85) 1988 года, ОСН-АПК 2.10.24.001-04 «Нормы освещенности сельскохозяйственных предприятий, зданий и сооружений» 2004 года и даже СП 107.13330.2012 «Теплицы и парники. Актуализированная редакция СНиП 2.10.04-85», по сути, остаются морально устаревшими нормативно-правовыми актами, противоречащими, как тренду энергосбережения/энергоэффективности, так и последним документам регулирования в этой области (Постановление Правительства Российской Федерации от 20 июля 2011 г. N 602 "Об утверждении требований к осветительным устройствам и электрическим лампам, используемым в цепях переменного тока в целях освещения" и т.д.);
• Постановление Правительства РФ от 28 декабря 2012 г. N 1460, определяющее ряд преференций государства в части возмещения доли затрат на строительство/модернизацию тепличных комплексов, было отменено Постановлением Правительства РФ от 31.03.2017 N 396 "О внесении изменений в Государственную программу развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 годы", что осложняет реализацию тепличным бизнесом прогрессивных проектов по энергосбережению и повышению энергетической эффективности на базе отечественных изделий.

Наряду с этим:

• согласно результатам аналитического мониторинга электропотребления в России, проводимым Институтом энергетической стратегии, только на освещение в растениеводстве защищенного грунта потребляется 1 млрд. кВт. Ч электроэнергии, в птицеводстве, скотоводстве, свиноводстве и т.д. – более 3 млрд. кВт. Ч, а средний и крупный тепличный комплекс или ферма по выращиванию птицы, скота, свиней сегодня по факту – это энергоемкое предприятие, продуктивность, а часто и само существование которого обеспечивается целым пакетом энергозависимых систем – вентиляции, орошения и фертигации, отопления и охлаждения, освещения, обеззараживания, водоподготовки и т.д. и т.п.;
• большая доля нагрузки тепличных комплексов нелинейная и имеет индуктивный характер, что предопределяет нестабильность, в том числе несинусоидальность сетевого напряжения и, как следствие:
  - повышение энергопотребления двигателями насосных агрегатов, приводных механизмов, вентиляторов, конвейеров и пр.;
  - снижение светоотдачи, а часто и изменение интенсивности фотосинтетически активной (ФАР) части спектра светильников систем освещения, что напрямую сказывается на продуктивности теплиц;
  - снижение точности и надежности систем контроля микроклимата, состояния сред, в том числе гидропоники, спектральной освещенности и пр., негативно сказывающееся на управлении жизнедеятельностью и продуктивностью растений;
  - снижение долговечности и/или сроков ремонтопригодности электродвигателей, приборов освещения, пускорегулирующей арматуры, силовых линий и т.д. и т.п.;
  - рост себестоимости, снижение конкурентоспособности продукции и повышение рисков технического дефолта всего тепличного комплекса.

Т.е. в аспекте потребления энергии тепличным хозяйством, птицефабрикой, скотоводческим, свиноводческим комплексом и т.д. в идеале для удовлетворения интересов:

• частного бизнеса необходимо обеспечить работу электрооборудования, устройств, систем в номинальном режиме с минимальным потреблением электроэнергии и минимальными искажениями параметров силовой сети;
• государства нужно вывести предприятие на минимальный уровень энергопотребления, соответствующий текущим требованиям энергетической эффективности, с минимально возможным негативным влиянием на распределительную сеть в целом и качество электроэнергии, но при использовании элементов, узлов, комплектующих, оборудования со статусом «отечественное изделие», что соответствует актуальным для страны трендам энергосбережения/повышения энергетической эффективности и импортозамещения.

Силовые конденсаторы и конденсаторные установки в теплицах.

Современные тепличные комплексы или тепличные хозяйства уже давно перешагнули технический и технологический уровень теплиц советского времени и сегодня их деятельность базируется на наиболее прогрессивных технологиях растениеводства защищенного грунта, в том числен гидропоники, и поддерживается целым пакетом инженерно-технических систем, ключевыми из которых являются:

• система орошения, часто совмещаемая с фертигацией (внесением удобрений, пестицидов в жидком состоянии одновременно с поливом).
  
  
  
  
  Ключевое электрооборудование систем орошения – насосные агрегаты (повышения давления, иногда водозабора, дозирующие), электродвигатели которых формально должны быть класса эффективности IE3, или класса IE2 с регулируемой частотой вращения. Все электродвигатели современных насосных агрегатов – асинхронные, вводимые в номинальный режим работы с помощью пусковых и рабочих моторных конденсаторов, выпускаемых в соответствии с требованиями ГОСТ IEC 60252-1-2011 «Конденсаторы для двигателей переменного тока. Часть 1. Общие положения. Рабочие характеристики, испытания и номинальные параметры. Требования безопасности. Руководство по установке и эксплуатации» и ГОСТ IEC 60252-2-2011 «Конденсаторы для двигателей переменного тока. Часть 2. Пусковые конденсаторы». В зависимости от объемов потребляемой реактивной мощности и выбранной схемы компенсации в силовую сеть системы орошения и фертигации интегрируются компенсирующие конденсаторы или регулируемые/нерегулируемые конденсаторные установки переменного тока для повышения коэффициента мощности КРМ, УКРМ, УКМ, что дает возможность снизить перетоки реактивной мощности и, соответственно, энергопотребление, а также стабилизировать сетевое напряжение;
• система нагнетательно-вытяжной вентиляции, используемая для:
  
  
  
  
  - удаления из теплицы горячего (избыточно влажного, загрязненного) воздуха и подсоса воздуха с улицы;
  - смешения слоев воздуха в теплице с разными показателями температуры и влажности, и нивелирования рисков возникновения зон застойного воздуха.
  В системе используются вентиляторы с асинхронными двигателями разной мощности, для выхода в номинальный режим работы которых применяются моторные конденсаторы, а для снижения энергопотребления (за счет уменьшения объемов потребляемой реактивной мощности) – силовые компенсационные конденсаторы;
• система обогрева – водяная, воздушная, гибридная, как правило, адаптируемая к наиболее доступным и экономичным источникам энергии в районе тепличного комплекса, но в любом конструктивно-технологичном решении включающая приводные электродвигатели: насосов котлов, вентиляторов воздушных обогревателей, циркуляционных насосов подачи теплоносителя, компрессоров и насосных агрегатов тепловых насосов и пр.
  
  
  
  
  Индуктивная нагрузка электродвигателей системы обогрева поддерживается пусковыми/рабочими моторными конденсаторами, а значительное снижение энергопотребления системы возможно за счет компенсации реактивной мощности компенсационными конденсаторами или конденсаторными установками;
• система охлаждения воздуха в теплице, которая может быть построена на:
  
  
  
  - подсистеме туманообразования с распылителями, блоком управления, который обеспечивает цикличность и дозированность образования тумана, а также нагнетательной насосной установкой повышения давления, комплектуемой рабочими и резервными электродвигателями;
  - воздушном/геотермальном тепловом насосе с компрессором и циркуляционным насосным агрегатом, приводимым в действие асинхронными двигателями;
  - испарительной подсистеме «увлажняющей подушки», через которую проходит воздух с улицы, подсасываемый вытяжными вентиляторами;
  - подсистеме затеняющего экрана, разворачиваемого по светопрозрачным проемам теплицы с помощью приводного конвейерного механизма с мощным асинхронным двигателем.
  В системе охлаждения тепличных комплексов для работы двигателей используются моторные конденсаторы, а для снижения энергопотребления за счет уменьшения (или нивелирования) перетоков реактивной мощности – компенсирующие конденсаторы или конденсаторные установки переменного тока для компенсации реактивной мощности;
• система водоподготовки, которая может включать водозабор, водоочистку, оптимизацию химического и биологического состава воды, но бескомпромиссно построенная на насосных агрегатах и/или насосных установках с электродвигателями разной мощности, комплектуемых моторными конденсаторами наряду с компенсирующими конденсаторами в силовой сети системы;
  
  
  
  
• система освещения – внутреннего в теплице, в помещениях инженерно-технического обеспечения и управления, наружного, причем сегмент внутреннего освещения в теплице играет определяющую роль в продуктивности выращиваемых растений и построен на источниках света, излучающих свет необходимых для роста/урожайности длин волн (380…700 нм) фотосинтетически активной (ФАР) части спектра оптимальной интенсивности.
  
  
  
  

Сочетание спектральных и энергетических характеристик светового режима для разных выращиваемых культур различное (для томатов содержание синего, зеленого и красного света соответственно 15, 17 и 68%, для огурцов – 17, 40 и 43%, для салата – 45, 20 и 35%, для редиса – 34, 33 и 33% и т.д.) и поэтому источники света подбираются «индивидуально» под каждый конкретный вид выращиваемой в теплице культуры.

На текущий момент наиболее распространенные в российских тепличных хозяйствах источники света для систем внутреннего освещения теплиц – люминесцентные лампы, ртутные высокого давления, натриевые высокого давления, металлогалогенные, ксеоновые, а также светодиодные модуля, но все без исключения газоразрядные лампы:

• требуют для выхода в номинальный рабочий режим подключения через специальный конденсатор;
• являются индуктивной нагрузкой и, соответственно активными потребителями реактивной энергии;
• ответственны за существенное засорение силовой сети токами высших гармоник, электромагнитными помехами.

В целом это определяет использование в системах внутреннего освещения тепличных комплексов конденсаторов для газоразрядных ламп (фильтрующих конденсаторов для светодиодного освещения), помехоподавляющих конденсаторов, а также компенсирующих конденсаторов и/или конденсаторных установок переменного тока для повышения коэффициента мощности.