А. М. Газалиев ректор, академик нан рк, д

 
экологические  проблемы  наиболее  перспективно  и 
экономически  выгодно  можно  решить  использовани-
ем возобновляемых источников энергии. 
Примерно  треть  источников  энергии  (уголь, 
нефть,  газ)  мы  превращаем  в тепло:  большая  часть 
этой энергии используется для отопления помещений 
и подогрева  воды.  Изменения  климата  и зависимость 
от  ископаемых  источников  энергии,  запасы  которых 
заметно сократятся в ближайшие десятилетия, застав-
ляют  нас  действовать  быстро.  Широкое  применение 
солнечной  энергии  для  отопления  жилых  домов  уже 
сегодня показывает, как мы можем справиться с этой 
проблемой.  Это  означает  не  только  использование 
новых стандартов при строительстве, но и то, что надо 
резко сократить потребление энергии в доме. Проведя 
продуманную перестройку дома и используя большую 
термическую  гелиосистему,  можно  сократить  расход 
тепла на четверть или даже на треть.  
II 
Постановка задачи  
Количество  солнечной  энергии,  падающей  на 
Землю за месяц, больше, чем могут дать планетарные 
запасы  нефти,  газа  и  угля.  При  этом  почему-то  рас-
пространено  мнение,  что  ее  широкое  применение  – 
дело отдаленного будущего, тогда как во многих гос-
ударствах  приняты  программы,  предполагающие  ис-
пользование энергии солнечного излучения в больших 
масштабах в  энергетике  уже  в  настоящее  время.  По-
чти во всех странах Евросоюза, Юго-Восточной Азии, 
Латинской Америки, а также в США, Японии, Китае, 
Австралии  проводятся  мероприятия  по  внедрению 
систем  солнечного  теплоснабжения  и  энергообеспе-
чения. 
Мировой  опыт  показывает,  что  солнечные  систе-
мы  теплоснабжения  могут  быть  эффективными  и 
надежными для обеспечения горячего водоснабжения 
и отопления жилых и общественных зданий, подогре-
ва воды в бассейнах и даже солнечного кондициони-
рования и опреснения воды. 
Как  же  обстоят  дела  с  созданием  систем  солнеч-
ного  теплоснабжения  в  Казахстане  в  настоящее  вре-
мя? В значительной мере успехи этой отрасли в Евро-
пе объясняются мощной законодательной и финансо-
вой  поддержкой  во  всех  странах  европейского  сооб-
щества. В нашей стране как та, так и другая поддерж-
ка  полностью  отсутствует,  и  поэтому  достижения  в 
этой области минимальны. 
В  настоящей  статье  мы  выделим  только  некото-
рые из барьеров и препятствий на пути использования 
возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в Респуб-
лике Казахстан [4]. 
Одним из препятствий является психологический 
барьер, который заключается в следующем: 
- 
Казахстан богат ископаемыми запасами природ-
ных энергоресурсов (уголь, нефть, газ, уран и пр.); 
- 
в  стране  происходило  развитие  централизован-
ных поставок энергии и энергоресурсов; 
- 
сложившаяся  привычка  энергетиков  к  большим 
единичным мощностям как при выработке, так и при 
передаче энергии. 
Подобный  взгляд  на  энергетику  привел  к  неудо-
влетворительному  состоянию  в  Казахстане  как  с  вы-
рабатывающими энергетическими мощностями, так и 
с распределительными сетями.  
Централизация  поставок  способствует  возникно-
вению дефицита топлива и энергии, систематическим 
отключениям электричества в энергосистемах.  
Немаловажную  роль  занимает  информационный 
барьер. Отсутствие широко поставленной пропаганды 
по  радио,  телевидению  и  в  печати  возможностей  и 
достоинств  ВИЭ,  сведений  о  положительных  приме-
рах  их  использования  привело  к  слабой  осведомлен-
ности  населения,  руководителей  и  общественности  о 
возможностях  возобновляемых  источников  энергии, 
и, в частности, энергии солнечного излучения.  
Более подробно успехи зарубежных стран в осво-
ении и использовании солнечной энергии описывают-
ся в специализированных изданиях, которые, к сожа-
лению,  практически  недоступны  широким  кругам 
инженерной общественности Казахстана. 
Этот барьер преодолим при выделении необходи-
мых средств на издание популярных брошюр, специ-
альных  выпусков  научно-технических  журналов  и 
газет,  организацию  выступлений  по  радио,  телевиде-
нию и т.д. 
Опыт  использования  ВИЭ  за  рубежом  помогает 
преодолеть  заблуждение,  что  стране  не  нужно  зани-
маться использованием ВИЭ. 
Определенные  опасения  и  риски  представляет 
мнение о том, что использование солнечных техноло-
гий характеризуется чрезвычайно длительным сроком 
окупаемости.  
Для  потенциально  заинтересованных  отечествен-
ных потребителей можно привести опыт Швейцарии, 
где  на  базе  многолетнего  опыта  вполне  официально 
зафиксировано и стало достоянием гласности, что для 
организации  гелиосистем  требуются  такие  же  сред-
ства,  как  и  для  дополнительного  утепления,  способ-
ствующего получению такого же вклада в энергосбе-
режение на объекте, как и использование гелиосисте-
мы, а ведь с точки зрения принятого у нас подхода это 
означает  и  одинаковый  срок  окупаемости  для  обоих 
этих мероприятий. 
Между  тем  оба  решения  равноценны  только  на 
первый взгляд, поскольку при сравнении оценивались 
лишь  первоначальные  затраты  и  экономия  энергоно-
сителя.  При  анализе  не  учитывалось,  что  никакое 
утепление ни при каких обстоятельствах не позволит 
нам  на  летний  период  отключить  котёл,  а  соответ-
ственно и отказаться от его эксплуатации. А ведь бе-
режное  отношение  к  средствам  производства  не  мо-
жет  быть  менее  актуальным  такого  же  отношения  к 
производимому  продукту.  Республике  Казахстан  с 
годовым приходом солнечной радиации, характерным 
для  Швейцарии,  присущ  континентальный  климат  с 
более суровыми зимами, а это требует и более основа-
тельного утепления. В этом случае вклад гелиосисте-
мы  в  теплоснабжение  эффективно  теплоизолирован-
ного объекта, безусловно, окажется более весомым. 
С учетом всего выше сказанного, целью предпола-
гаемых  исследований  является  обоснование  возмож-
ности применения систем солнечного теплоснабжения 
в Республике Казахстан с учетом опыта стран Европы. 
Методы  исследования  применялись  следующие: 
анализ  первичной  информации;  экспертные  опросы; 
106 
Труды университета 
 

Раздел «Автоматика. Энергетика. Управление» 
мониторинг СМИ; специализированные базы данных; 
мониторинг  официальной  статистики;  специальные  и 
отраслевые издания; материалы конференций. 
III Результаты  
Перед  тем  как  рассматривать  конкретные  схемы 
солнечных  систем,  необходимо  уточнить,  пригодны 
ли вообще климатические условия Республики Казах-
стан  для  их  создания  и  развития  и  какие  комплексы 
наиболее перспективны в наших условиях. 
Мощность  солнечного  излучения,  попадающего 
на  земную  поверхность,  называют  суммарным  излу-
чением, и она зависит от географического расположе-
ния. Величина и доля прямого и диффузного излуче-
ния в значительной степени зависят от времени года и 
местных  погодных  условий.  Диффузное  излучение 
возникает  в  результате  рассеяния,  отражения  и  пре-
ломления в облаках и частицах в воздухе. Гелиоуста-
новки могут использовать и его. В пасмурный день с 
долей  диффузного  излучения  более  80%  солнечное 
излучение все еще составляет 300 Вт/м
2
.  
Сравним  географическое  расположение  Респуб-
лики  Казахстан  и  Германии  как  одной  из  ведущих 
мировых  стран  по  применению  энергии  солнечного 
излучения. 
Основная  территория  Германии  располагается 
между  6°-15°
 
восточной  долготы  и  48°-55°  северной 
широты, а Казахстан занимает территорию между 45°-
85° 
восточной долготы и 41°-55° северной широты. 
Сравнение  географических  координат  Казахстана 
и Германии показывает, что по широтным координа-
там условия этих двух государств схожие. 
По  численным  значениям  среднегодовых  излуче-
ний солнца обычно принято судить  о возможном ко-
личестве  энергии  солнца,  поступающем  в  том  или 
ином районе в течение года и, соответственно, о воз-
можности  эффективного  использования  гелиоустано-
вок. 
На практике для простоты расчетов солнечных си-
стем и эффективности их использования применяется 
параметр – среднее годовое значение солнечной ради-
ации на 1м
2
 
(в кВт*ч/м
2
) горизонтальной поверхности. 
Распределение  глобального  потока  солнечного 
тепла  на  поверхности  земного  шара  неравномерно. 
Количество  солнечной  энергии,  поступающей  за  год 
на 1 м
2
 
поверхности Земли (см. рисунок), изменяется 
приблизительно  от  800  кВт*ч/м
2
 
на  севере  до  2200 
кВт*ч/м
2
 
в  наиболее  жарких  пустынных  местах  (1 
кВт*ч=3600 кДж, а 1000 кДж=278 Вт*ч) 
Примеры для некоторых регионов: 
- 
от 800 на севере до 1000 на юге Швеции; 
- 
от 950 на севере до 1050 на юге Польши и Гер-
мании; 
- 
центральная часть России и юг Сибири 830-1100 
кВт*ч/м
2
; 
- 
южные  районы  Украины,  Молдавии,  Поволжья, 
1100-
1380 кВт*ч/м
2
; 
- 
Закавказье и Средняя Азия 1400-1600 кВт*ч/м
2
. 
Согласно  многолетним  опытным  данным  в  Гер-
мании  средняя  годовая  величина  солнечного  излуче-
ния на горизонтальную поверхность в зависимости от 
региона составляет от 950 кВт*ч/м
2
 
до 1200 кВт*ч/м
2
 
[5]. 
Климатические  условия  в  Казахстане  не  менее 
благоприятны  для  использования  солнечных  систем 
теплоснабжения, чем в Германии, что  иллюстрируют 
данные,  представленные  в  таблице.  Среднемесячная 
инсоляция на горизонтальной поверхности определена 
согласно базе метеоданных NASA [5]. Для сравнения 
были  выбраны  некоторые  города  Германии  и  Север-
ного региона Республики Казахстан с  учетом их вза-
имного широтного расположения и соответствия. Для 
центрального  и  южного  регионов  Республики  Казах-
стан  условия  применения  гелиосистем  лучше,  чем  в 
Германии. 
 
 
Рисунок 1 – Мировое распределение прихода солнечной радиации 
1  2016 
107 
 

 
Поступление суммарной солнечной радиации,
 
кВтч/м
2
/день  
Город 
Координаты, 
с.ш.; в.д. 
Характерный месяц года 
Среднегодовое 
Январь 
Апрель 
Июль 
Октябрь 
Мюнхен 
48°; 11° 
1.17 
4.12 
5.24 
1.97 
3.14 
Кассель 
52°; 10° 
0.76 
3.67 
4.58 
1.62 
2.67 
Берлин 
52°; 13° 
0.79 
3.75 
4.75 
1.62 
2.73 
Гамбург 
53°; 10° 
0.68 
3.62 
4.63 
1.57 
2.65 
Караганда 
49°; 73° 
1.18 
4.83 
6.04 
2.46 
3.70 
Астана 
51°; 71° 
0.98 
4.65 
6.03 
2.24 
3.54 
Павлодар 
52°; 76° 
0.94 
4.82 
5.94 
2.13 
3.50 
Костанай 
53°; 63° 
0.81 
4.61 
5.84 
2.02 
3.36 
Петропавловск 
54°; 69° 
0.79 
4.55 
5.78 
1.88 
3.28 
 
Анализ  прихода  суммарной  среднемесячной  сол-
нечной  радиации  на  горизонтальную  поверхность 
показывает, что дневная радиация на территории Ка-
захстана  по  величине  превышает  поступление  анало-
гичной радиации на территорию Германии на 20-30%. 
Из  этого  можно  заключить,  что  производительность 
солнечных коллекторов в Казахстане будет такой же, 
как в Германии и даже выше.  
Величина  солнечной  радиации,  поступающей  на 
поверхность Земли, зависит не только от географиче-
ской широты, но и от состояния атмосферы и продол-
жительности солнечного сияния.  
Среднегодовая  продолжительность  солнечного 
сияния  в  Казахстане  очень  большая  (2000-3000  ч). 
Например,  на  севере,  в  Костанае,  она  равна  2132  ч. 
Это  больше,  чем  в  Москве,  находящейся  на  той  же 
широте, на 400 ч. А на юге, в Кызылорде, этот показа-
тель  равен  3062  ч.  Такие  величины  объясняются  не 
только географической широтой Южного Казахстана, 
но и тем, что в теплое время года отсутствует облач-
ность [6,7,8]. 
Солнечная  радиация  связана  с  закономерностями 
распространения  ясных  и  пасмурных  дней  в  Казах-
стане. Установлено, что количество ясных дней в году 
на севере 120, на юге – 260. Число ясных дней в Ка-
захстане больше, чем на южном берегу Крыма и Чер-
номорском побережье Кавказа. А пасмурных дней на 
севере 60, на юге, в районе Прибалхашья, – около 10 
дней. 
IV 
Выводы 
1. В течение года общая сумма поступающей сол-
нечной энергии составляет с севера на юг Казахстана 
от  4408  МДж/м
2
 
или  1224  кВтч  (Костанай)  до  5080 
МДж/м
2
 
или 1411 кВтч (Алматы). 
2. Поступление  суммарной дневной  среднемесяч-
ной  солнечной  радиации  на  горизонтальную  поверх-
ность на территорию Казахстана по величине превы-
шает поступление аналогичной радиации на террито-
рию Германии на 20-30%. 
3.  Следует  ожидать,  что  производительность  и 
эксплуатация  систем  солнечного  теплоснабжения 
даже в Северном регионе Республики Казахстан будет 
эффективней, чем в Германии. 
4. Как следует из полученных данных, в среднем 
по Республике Казахстан продолжительность солнеч-
ного  сияния  и  числа  солнечных  дней  очень  высока, 
что  говорит  о  перспективности  использования  ге-
лиосистем. 
5.  Успешное  развитие  и  достигнутые  результаты 
Германии  в  области  гелиоэнергетики  напрямую  свя-
зано с государственной  поддержкой  применения воз-
обновляемых источников энергии.  
В  Германии  государство  дотирует  затраты  на 
установку солнечных коллекторов, поэтому их приме-
нение устойчиво растет. В 2006 году было установле-
но 1.3 млн м
2
 
солнечных коллекторов. Из этого коли-
чества  примерно  10 %  более  дорогие  и эффективные 
вакуумные  коллекторы.  Общая  площадь  установлен-
ных  на  сегодняшний  день  солнечных  коллекторов 
составляет примерно 12 млн м
2
. 
6. Полученные результаты доказывают, что только 
при  соответствующей  государственной  поддержке 
следует ожидать развития солнечного теплоснабжения 
в  Казахстане  и  проведения  политики  на  устранение 
существующих  барьеров  на  пути  применения  возоб-
новляемых источников энергии. 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
 
1. 
Лукутин Б.В. Возобновляемые источники энергии. – Томск: ТПУ, 2008. – 187 с. 
2.  Thermotech 
солнечное теплоснабжение. Техническое пособие. http://pervoistochnik.com.ua/downloads/Solar_tech.pdf 
3. 
Безруких П.П., Стребков Д.С. Возобновляемая энергетика: Стратегия, ресурсы, технологии. – М.: ГНУ ВИЭСХ, 2005. – 
264 
с. 
4. 
Тлеуов А.Х., Безруких П.П., Стребков Д.С., Пястолова И.А. Проблемы использования возобновляемых источников энер-
гии // Научный журнал КазНАУ «Исследования, результаты». 2007. №2. – С. 105-108. 
5. 
База данных NASA https://eosweb.larc.nasa.gov/sse 
6. 
Тлеуова А.А., Тлеуов А.Х. Режимы работы систем солнечного теплоснабжения в условиях Северного Казахстана // Ма-
териалы  1  Международной  научно-практической  конференции  «Становление  современной  науки-2006».  –  Днепропет-
ровск, 2006. – Т.9. – С. 22-26. 
7. 
Пястолова И.А., Тлеуов А.Х., Тлеуова А.А. Прогнозирование поступления солнечной радиации // Там же. – С. 14-19. 
8. 
Тлеуова А.А., Тлеуов А.Х. Определение условий эффективного использования гелиоустановок в РК // Там же. – С. 11-14. 
 
108 
Труды университета 
 

Раздел «Автоматика. Энергетика. Управление» 
УДК 621.3.078.4 
 
Анализ систем управления нагрузкой 
электропривода резания проходческих 
комбайнов 
 
И.В. БРЕЙДО, д.т.н., профессор, зав. кафедрой АПП, 
Н.А. ДРИЖД, д.т.н., профессор, академик КНАЕН, академик МАН ЭБЧиП, 
Р.В. МАРКВАРДТ, ст. преподаватель кафедры АПП, докторант, 
Карагандинский государственный технический университет 
 
Ключевые слова: проходческий комбайн, электропривод, горное дело, автоматизация производственных 
процессов. 
 
 
связи  с  постоянным  ростом  потребности  в  энер-
гоносителях,  все  актуальнее  становится  вопрос 
интенсификации  добычи  полезных  ископаемых,  в 
частности  угля.  Однако  повышение  эффективности 
добычи невозможно без технического переоснащения 
как  добывающих  комплексов,  так  и  подготовитель-
ных. На сегодняшний день более 80% подготовитель-
ных  работ  в  угольных  шахтах  осуществляется  ком-
байновым способом. 
Анализ систем управления проходческих комбай-
нов,  представленных  на  рынке,  показал,  что  совре-
менные проходческие комплексы производства ближ-
него и дальнего зарубежья обладают низким уровнем 
автоматизации технологических  операций, связанных 
с разрушением горного массива. Это в итоге приводит 
к  частым  перегрузкам  электропривода  резания,  что 
способствует  появлению  аварийных  ситуаций.  Внед-
рение  систем  управления  нагрузкой  электропривода 
резания может в значительной степени снизить пере-
грузки, а следовательно, непроизводительные простои 
оборудования. 
Рабочим  органом  проходческого  комбайна  явля-
ется резцовая коронка, приводимая во вращение асин-
хронным  электродвигателем  с  короткозамкнутым 
ротором,  которая  в  совокупности  с  трансмиссией  и 
электродвигателем  образуют  электропривод  резания 
проходческого  комбайна.  Электропривод  резания 
осуществляет  разрушение  горного  массива,  а  привод 
подачи  осуществляет  внедрение  рабочего  органа  в 
горный массив. Взаимодействие электропривода реза-
ния и привода подачи происходит посредством забоя, 
а управление нагрузками двух приводов осуществляет 
оператор в ручном режиме [1]. При этом из двух при-
водов  наиболее  нагруженным  оказывается  именно 
электропривод резания. 
Исследования, проведенные В.А. Бреннером, А.В. 
Докукиным,  А.Б.  Лотовым,  А.Н.  Коршуновым,  Ю.Д. 
Красниковым,  В.И.  Нестеровым,  П.Н.  Палевым,  В.И. 
Солодом  и  др.,  показывают,  что  процесс  формирова-
ния  нагрузок  электропривода  резания  в значительной 
степени определяется горногеологическими условиями 
эксплуатации проходческих машин. При этом величи-
на нагрузки определяется различными факторами:  
- 
случайным изменением крепости породы на раз-
личных участках горного массива; 
- 
случайным  появлением  твердых  включений  и 
трещин;  
- 
неравномерностью  скорости  подачи  исполни-
тельного органа на забой;  
- 
технологическими  особенностями  процесса  раз-
рушения массива, зависящими от конструкции горной 
машины  и  режима  разрушения  горного  массива  [2]. 
Наиболее  опасным  является  режим  стопорения  при 
встрече режущего инструмента с твердым включени-
ем,  которое  электропривод  резания  не  в  состоянии 
преодолеть [3]. 
Таким  образом,  статические  и  динамические 
нагрузки электропривода резания представляют собой 
переменные  величины,  изменяющиеся  во  времени 
случайным образом и значительно влияющие на износ 
электропривода резания. При этом пиковые нагрузки 
в  несколько  раз  превышают  среднее  значение  нагру-
зок.  Например,  твердые  включения  и  прослойки  вы-
зывают  перегрузки,  в  1,7-2,5  превышающие  средние 
значения [4]. 
Технологические  операции  при  ведении  проход-
ческих  работ  выполняет  оператор  (комбайнер),  кото-
рый,  руководствуясь  личным  опытом,  визуальными 
наблюдениями  или  зачастую  интуитивно,  делает  вы-
воды о величине нагрузки на электропривод резания, 
формируя  тем  самым  до  70-95%  динамических  пере-
грузок горной машины. Однако, как показывает прак-
тика,  «опрокидывание»  электродвигателя  привода 
резания происходит за время, равное 0,3-0,4 секунды, 
которое оператор не в состоянии предотвратить [4]. 
При технологических перегрузках совершенно не-
допустимо  отключение  электродвигателя,  так  как 
последующий  пуск  происходит  под  нагрузкой,  что 
приводит  к  повторным  перегрузкам  и  выходу  элек-
тродвигателя  из  строя.  Частые  отключения  главного 
двигателя  проходческих  комбайнов  приводят  к 
уменьшению срока службы электродвигателя и вызы-
вают непроизводительные затраты времени. 
Для  совершенствования  конструкции  горных  ма-
шин  и  повышения  их  эксплуатационных  характери-
стик  используется  либо  метод  улучшения  узлов  кон-
струкции,  либо  применение  регулируемого  привода 
подачи  и  частотно-регулируемого  привода  резания  с 
целью  снижения  динамических  и  статических  нагру-
зок  электропривода  резания,  защиты  от  экстремаль-
В
 

жүктеу/скачать 9,16 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: