Предпосылки и направление модернизации электропривода оборудования зерноскладов

Одним из важнейших источников питательных веществ в рационе современного человека являются зерновые культуры. В последнее время часто появляются тревожные новости о том, что в ближайшее время может возникнуть дефицит зерновых, способный привести к голоду не только в развивающихся странах, но и в так называемых развитых. Причины для этого называют различные, в основном это обострившаяся ситуация в сфере мировой политики, но не следует исключать и климатические изменения, способные привести к неурожаю и другим негативным последствиям. Учитывая, что человечество питается зерновыми и занимается их возделыванием уже более 12 тысяч лет, даже небольшой дефицит потребления окажет существенное влияние с негативными последствиями на уровень жизни населения планеты.

Так в России, занимающей лишь четвертое место среди крупнейших мировых поставщиков зерна, по данным Министерства сельского хозяйства [1], в 2022 году посевная площадь составила 81,2 миллионов гектаров, а в 2021 составляла внушительные 79,9 миллионов гектаров. В 2023 планируется увеличение посевных площадей свыше 82 миллионов гектаров.

По данным Росстата, в 2021 году в России было собрано 121,4 млн тонн зерна, в предыдущем 2020 – 133,5 млн тонн [3]. Несмотря на то, что это составляет всего около 5% от мирового производства, Россия является четвертым крупнейшим экспортером зерна в мире.

Известно, что население нашей планеты неуклонно растет и по оценкам экспертов уже преодолело рубеж в 8 млрд человек [2]. Поэтому увеличение объёмов производства зерновых не только будет востребовано в ближайшие годы, но и необходимо. Развитие отрасли возможно за счет внедрения новых инновационных путей повышения не только урожайности при производстве зерновых, но и повышения эффективности методов их хранения.

По данным информационного агентства Интерфакс [3], со ссылкой на сведения Российского зернового союза, нехватка у зернохранилищ России мощностей для доработки и хранения урожая зерна приводит к ежегодным его потерям порядка 5…7%. И это по самым скромным оценкам. Кроме того, к потерям приводит также моральный и физический износ таких мощностей.

По сведениям того же Российского зернового союза, суммарная мощность предприятий хранения зерновых культур в России в настоящее время составляет около 146,9 млн тонн [3]. И них высококачественное хранение способны обеспечить лишь мощности элеваторов и комбинатов хлебопродуктов (порядка 47,5 млн тонн) и перерабатывающие предприятия – мельницы, крупозаводы, комбикормовые заводы, пивзаводы и спиртовые предприятия (еще около 17,3 млн тонн). Оставшиеся 82,1 млн тонн приходятся на сельхозпроизводителей – это в первую очередь зерносклады, способные обеспечить лишь краткосрочное хранение.

Таким образом, повышение эффективности применяемого оборудования, направленное на увеличение сохранности зерна, повышению энергоэффективности производства [4] или другим положительным эффектам, следует считать одним из важнейших направлений развития отрасли.

Технологии и технологическое оборудование для обработки и хранения зерна отработаны опытом многолетнего применения, поэтому могут считаться экономически сбалансированными, а значит, революционных инноваций в этом направлении ждать не стоит.

С другой стороны, развитие полупроводниковой техники в последние годы сделало доступными многие технологии, применение которых еще несколько лет назад имело подтвержденную эффективность, но не было экономически целесообразно. В первую очередь обратим внимание на применение частотно-регулируемого электропривода.

Большая часть технологического оборудования зерноскладов, обеспечивающего механизацию основных технологических операций, электрифицирована и приводится в действие при помощи асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. Этот тип электродвигателей в силу простоты своей конструкции, а значит, надежности, получил широчайшее распространение во всех сферах народного хозяйства. Однако, наряду с неоспоримыми достоинствами, он имеет ряд известных недостатков, таких как значительные пусковые токи, потребление реактивной мощности, сложность регулирования частоты вращения и значительное снижения коэффициента полезного действия и коэффициента нагрузки (cosφ) при загрузке менее чем на половину номинальной мощности. С большей частью этих недостатков эффективно справляются применением частотных регуляторов.

Применение частотного регулирования позволяет повысить безотказность работы технической системы и увеличить её срок технической эксплуатации за счет снижения пусковых токов, исключения перегрузок как электродвигателя, так и прочих элементов системы, плавной выработки ресурса оборудования. А для асинхронного двигателя частотный регулятор может выполнять целый ряд функций, задающих основные режимы работы и определяющих производительность механизированного устройства в целом: регулирование, контроль и корректирование частоты вращения ротора электродвигателя; контроль температурного режима; плавный пуск; динамическое торможение (реализуемое подачей постоянного тока в обмотки двигателя); защита от перегрузок, вызванных скачками напряжения или тока; реверсирование; защита от аварийных неполнофазных режимов.

Таким образом, применение частотного регулирования для электропривода оборудования зерносклада, вероятно, не даст существенной экономической выгоды, однако позволит вывести удобство эксплуатации на качественно новый уровень.