CC BY
2029. Энерготехнологическое оборудование тепличных хозяйств. Цугленок Н.В., Долгих П.П., Кунгс Ян.А. Учебное пособие для вузов / КрасГАУ. Красноярск, 2001.
30. Эколого-энергетические и медико-биологические свойства топинамбура. Аникиенко Т.И., Цугленок Н.В. М-во сельского хоз-ва РФ. КрасГАУ. Красноярск, 2008.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ЭНЕРГОПРОДУКТИВНОСТИ РАСТЕНИЕВОДСТВА
Цугленок Н.В.
Цугленок Николай Васильевич - член-корреспондент РАН, доктор технических наук, профессор, вице-президент,
научный руководитель, Восточно-Сибирская ассоциация биотехнологических кластеров, г. Красноярск
Аннотация: в статье рассматривается энергетическая система формирования энергопродуктивности
растениеводства. Функционально процесс управления энергопродуктивностью растениеводства путем рационального формирования энергоэкономичного технологического комплекса может быть представлен системой энергетических взаимосвязей с отражением в явном виде целей каждой подсистемы, выраженных в одних и тех же единицах и подчиняющихся системной иерархии, для возможности рассмотрения компромиссных решений и сравнения различных вариантов применения отдельных агроприемов или технологических комплексов в целом при производстве продукции растениеводства. Используя единую энергетическую систему единиц в конкретных агроэкологических зонах, проводится анализ энергопродуктивности различных с-х культур, задействованных в производстве продукции растениеводства, и формируется предполагаемая структура посевных площадей с включением в нее культур с максимальным энергосодержанием для конкретного
сельскохозяйственного предприятия. Для определения уровня энергетического совершенства, т.е. функционирования и перспектив развития технологических комплексов растениеводства, разработаны целевые функции условного биоэнергетического и стоимостного дохода, позволяющие провести детальное исследование структуры существующих и предлагаемых машинно-технологических комплексов и сформировать энергетически совершенный комплекс производства конкретных культур в конкретных эколого-географических зонах.
Ключевые слова: формирования энергопродуктивности, управление энергопродуктивностью, растениеводство, рациональное формирование, энергоэкономичный комплекс, технологический комплекс, энергетические взаимосвязи, подсистемы.
Комплексный подход по созданию экономичных технологических процессов воздействия на растения, уборку и послеуборочную подготовку семян к посеву позволит снизить энергоматериальные затраты и ускорит переход с.-х. производства на более высокий интенсивный уровень и будет способствовать разработке и освоению энергетически совершенных структурно-организованных технологических комплексов, увязанных по основным технико-экономическим и временным показателям, обеспечивающих заданную технологическую эффективность, допустимую для конкретных природно-климатических условий.
Руководствуясь системным подходом, процесс управления производством продукции растениеводства можно представить в виде энергетической системы, состоящей из отдельных подсистем.
Первая подсистема анализа эколого-биоэнергетической структуры растениеводства включает в себя иерархию с. -х. культур по энергосодержанию для планирования рациональной структуры и объема производства продукции растениеводства. объединяет основные эколого-энергетические факторы почвы и их зональное воздействие
на энергопродуктивность различных сельскохозяйственных культур. Третья подсистема связана с первой включает все антропогенные технологические приемы при их энергетическом воздействии на семена. Растения и полученный урожай имеют прямую функциональную связь с приращением продуктивности различных с.-х. культур.
Четвертая подсистема объединяет основные энергетические параметры машинных комплексов и связана посредством временных и других функциональных связей с первой, второй и третьей подсистемой.
Система управления энергопродуктивностью объединяет основные приемы оптимального управления продуктивностью различных с.-х. культур и обеспечивает оптимальное сопряжение энергетических, антропогенных, экологических и продуктивных потоков в технологических процессах растениеводства.
Энергетическую систему формирования
энергопродуктивности растениеводства мы рассматривали на примере Красноярского края, поскольку край с Севера на Юг является земледельческим зеркалом Российской Федерации, охватывающий различные зоны возделывания с/х культур. .Роль Красноярского края в экономической системе России с его огромным промышленным потенциалом велика. В то же время было бы неправильно не уделять должного внимания аграрному сектору, поскольку Красноярский край в последнее время является одним из лидеров по уровню развития отрасли в общероссийской оценке.
Согласно последним исследованиям, проведенным Всероссийским научно-исследовательским институтом экономики сельского хозяйства, в рейтинге субъектов Российской Федерации по показателям эффективности сельскохозяйственного производства Красноярский край занимал седьмое место (из 74 регионов). Вместе с тем следует отметить, что в аграрном секторе края существует немало проблем, изучение которых позволит выявить сильные и слабые звенья в формировании эффективного сельскохозяйственного производства, выработать меры по
совершенствованию организационно-экономического
обеспечения ускоренного развития отрасли, повышению ее конкурентоспособности.
Край является важной составляющей национального аграрного сектора в России). Несмотря на трудные для интенсивной сельскохозяйственной деятельности природно -климатические условия, огромные расстояния и масштабность территорий, географическую удаленность от центра, регион является крупным производителем продовольствия и сельскохозяйственного сырья. В общероссийском производстве сельскохозяйственной продукции удельный вес Красноярского края составляет 2,0%, в Сибирском федеральном округе на долю региона приходится почти 14,0% произведенной агропродукции [17].
Функционально процесс управления
энергопродуктивностью растениеводства путем
рационального формирования энергоэкономичного технологического комплекса может быть представлен (рис. 1.) системой энергетических взаимосвязей с отражением в явном виде целей каждой подсистемы, выраженных в одних и тех же единицах и подчиняющихся системной иерархии, для возможности рассмотрения компромиссных решений и сравнения различных вариантов применения отдельных агроприемов или технологических комплексов в целом при производстве продукции растениеводства.
Используя единую энергетическую систему единиц в конкретных агроэкологических зонах, проводится анализ энергопродуктивности различных с-х культур, задействованных в производстве продукции растениеводства, и формируется предполагаемая структура посевных площадей с включением в нее культур с максимальным энергосодержанием для конкретного сельскохозяйственного предприятия [2; 4; 11; 20; 27; 28; 30].
Далее по предлагаемым критериям оценивается прибавка энергопродуктивности постадийных энергомашинных воздействий на семена, почву, растения и т.д., учитываются совокупные, энергоматериальные затраты и прибавки
энергопродуктивности по предполагаемым культурам, включаемым в структуру посевных площадей, и формируются пооперационная структура и система машин энергоэкономичного технологического комплекса для продукции растениеводства [7; 12; 22; 25; 26].
Эколого-энергетический подход позволил разработать модель управления формированием энергопродуктивности растениеводства (рис. 2) в эколого-биологическом цикле, представляющую из себя сложную систему, состоящую в определенной иерархии по вертикали из параллельно расположенных подсистем, каждая из которых по горизонтали состоит из ряда блоков, формирующих тот или иной вид энергетического воздействия в подсистеме. Решение данной модели при системном подходе формируется с учетом иерархии подсистем от высшего уровня к низшему - по вертикали и горизонтали. путей, приводящих к глобальному оптимуму.
ЧО
К
О
о 3 1
^ I
сЗ
о а
1-1
5 л
3 то
§ £
§
а
0
1 а £ I
I
§
ТО
а §
Постановка задач
Энсргопродуктнвиость Е„| культур или с/х смесей
Энсргопред\ктивтг0С1ъ БЛц культур или с а смсссй
ПриЯявка эпергопродуктивиости А1
Прибавка энергопродуктивности йЕпп
САОИ оценка результатов
Прогнстгрованнс
структуры протводства
Для рассматриваемого случая (рис.1) подсистема эколого-энергетических воздействий является внешней подсистемой высшего уровня, определяющей в совокупности с подсистемой энергопочвенных воздействий общую стратегию формирования структуры посевных площадей с выбором культур по максимальной энергопродуктивности для конкретной экологической зоны, с моделью технолого-энергетических воздействий, объединяющих основные блочные энергетические принципы оптимального постадийного управления энергопродуктивностью с. -х. культур.
Определяя общую стратегию формирования максимальной энергопродуктивности, общим решением модели является выбор энерго-экономичного технологического комплекса, обеспечивающего максимальное постадийное приращение энергосодержания получаемой продукции от блочных энергетических воздействий технолого-энергетической подсистемы, позволяющих в единой системе единиц и с единых методологических позиций оценить взаимодействие энергетических и продуктивных потоков в годовом эколого-биологическом цикле. Нами разрабатывались и исследовались наиболее эффективные технологии подготовки семян к посеву наиболее преемлемые, более энергетически совершенные технологии ВЧ и СВЧ обработки и обеззараживания семян от вирусных, грибных и бактериальных инфекций, исключающие применение ядохимикатов [1; 6; 8; 10; 13; 14; 18; 19; 21; 23; 24], эффективные технологии сушки и обеззараживания при производства продуктов питания ИК-лучами и ВЧ и СВЧ знергией позволяют получать экологически чистое продовольствие для человека [3;5;8;10] и автоматизированные системы позволяющими получить раннюю экологически чистую продукцию в Сибирских условиях [9-15, 16; 29].
Используя наши практические разработки окончательное решение данной системы сводится к оптимальному моделированию взаимодействия всех подсистем с учетом
50
энергетических и стоимостных показателей и оценки полученных результатов. На этой основе планируется структура производства и система машин технологических комплексов. При нахождении полученных вариантов планирования вместо оптимизации можно стремиться к субоптимизации, поскольку результат комбинации субоптимумов может быть лучше результатов комбинации оптимумов, не удовлетворяющих взаимосвязям, свойственным системной иерархии (Рис. 2).
Рис. 2. Модель энергетической системы управления энергопродуктивностью в растениеводстве
Эти предположения основаны на положениях теории субоптимизации, выражающихся соотношением: Fi...Fn<Fi...Fn и показывающим оптимум или субоптимум состояния системы.
В первом приближении, используя единую систему энергетических единиц, при определении
энергопродуктивности можно определить эффективность
51
экономии энергетических ресурсов и энергоматериальных затрат, выраженную через биоэнергетический и стоимостный доходы растениеводства:
В качестве обобщенного критерия субоптимизации используются целевые функции условного энергетического или стоимостного доходов, представляющие из себя зависимости вида
Fsi = X Егп.ydEj - X Ег ^ max и
^ (1) п _
Fa = X ciGi- X Lij ^ max.
г=1 i,j (2)
где F^ и Fci - соответственно целевая функция условного энергетического и стоимостного доходов;
En.yd.i - удельная энергопродуктивность i-й культуры;
Fj - площадь, занимаемая i-й культурой;
Ei - энергетические затраты на производство i-го вида работ;
С - цена единицы компонента урожая;
Lij - затраты на производство i-го вида работ j-м типом машин.
Целевая функция энергетического дохода (1) определяется как разность между суммарным энергосодержанием биомассы или сельскохозяйственной продукции, полученной
n
X Eп.yd.iFj
с определяемой площади i=1 , и совокупными
затратами экологической и антропогенной энергии , затраченной на получение этой продукции. По величине энергетического дохода можно с единых энергетических позиций в целом оценить эффективность использования применяемых культур и технологических комплексов в конкретных агроэкологических зонах или местностях.
Целевая функция стоимостного годового дохода (2) при производстве продукции растениеводства определяется как разность между стоимостью продукции, полученной с
52
n
^ Еп.уд.гFj С
определенной площади i=1 , и суммарных денежных
затрат на ее производство.
Для определения уровня энергетического совершенства, т.е. функционирования и перспектив развития технологических комплексов растениеводства, необходимо с использованием предложенных условных функций энергетического и стоимостного доходов провести детальное исследование структуры существующих и предлагаемых технологических комплексов.
Энергетический доход FэП03B0ляет с единых энергетических позиций по его уровню определить эффективность работы используемых технологических комплексов растениеводства и определить уровень энергетического совершенства используемого комплекса системы машин. Из выражения (1), кроме того, как уже отмечалось, в первом приближении просматриваются основные пути экономии
энергоматериальных ресурсов, направленные, при организационно - структурной интенсификации растениеводства, на формирование рациональной структуры посевных площадей с выбором культур по максимальному энергосодержанию, используемой системы машин, по иерархии энергетических затрат. Данное выражение (1) может использоваться как основной критерий формирования максимальной энергопродуктивности внутрихозяйственного использования для животноводства.
Список литературы
1. Влияние электромагнитного поля высокой частоты на энергию прорастания и всхожесть семян томата. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Бастрон А.В., Бастрон Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2002. С. 21.
2. Высокоэнергетическая кормовая культура топинамбур в кормопроизводстве Красноярского края. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Аникиенко Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2007. № 4. С. 127-130.
3. Влияние импульсной инфракрасной сушки на сохранность активно действующих веществ. Алтухов И.В., Цугленок Н.В., Очиров В.Д. Вестник Ставрополья, 2015. № 1 (17). С. 7-10.
4. Имитационные модели пространственно распределенных экологических систем. Лапко А.В., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И. Ответственный редактор: д.т.н., профессор А.В. Медведев. Новосибирск, 1999.
5. Использование СВЧ энергии при разработке технологии диетических сортов хлеба. Цугленок Н.В., Юсупова Г.Г., Цугленок Г.И., Коман О.А. Ж. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2004. № 2. С. 16-17.
6. Исследование температурных полей при предпосевнойогбработке семян масленичных культур ЗМПСВЧ. Бастрон А.В., Исаев А.В., Мещеряков А.В., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2011. № 2-1. С. 4-8.
7. Концепция информатизации аграрной науки Сибири. Гончаров П.Л., Курцев И.В., Донченко А.С., Кашеваров Н.И., Чепурин Г.И. и др. СО РАСХН; отв. за выпуск А.Ф. Алейников, А.И. Оберемченко. Новосибирск, 2003.
8. Комплексная система обеззараживания зерна и продуктов его переработки. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2004.
9. Лабораторный практикум и курсовое проектирование по освещению и облучению. Долгих П.П., Кунгс Ян.А., Цугленок Н.В. Учебное пособие для студентов, М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. / Красноярск, 2002.
10. Методы и математические модели процесса обеззараживания продовольственного зерна. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Юсупова Г.Г. Учеб. пособие для студентов вузов. М-во сел. хоз-ва РФ. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2004.
11. Мелкоплодные яблоки Сибири в функциональном питании. Типсина Н.Н., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2009. № 1 (28). С. 152-155.
12. Оценка влияния оптимальных показателей работы машинно-тракторных агрегатов на энергозатраты технологического процесса. Цугленок Н.В., Журавлев С.Ю. Вестник КрасГАУ, 2010. № 10 (49). С. 146-152.
13. Обеззараживание и подготовка семян к посеву. Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 1984. № 4. С. 4.
14. Обеззараживающее действие электромагнитного поля высокой частоты на семена томата. Юсупова Г.Г., Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Бастрон А.В., Бастрон Т.Н. Вестник КрасГАУ, 2002. С. 33.
15. Резисторы из композитов в системах энергообеспечения агропромышленных комплексов. Горелов С.В., Кислицин Е.Ю., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2006. № 6. С. 314319.
16. Резисторы в схемах электротеплоснабжения. Горелов С.В., Кислицин Е.Ю., Цугленок Н.В. КрасГАУ. Красноярск, 2008 (2-е издание, переработанное и дополненное).
17. Состояние социально-трудовой сферы села и предложения по ее регулированию. Ежегодный Доклад по результатам мониторинга 2006 г. / Ответственные за подготовку Доклада: Д.И. Торопов, И.Г. Ушачев, Л.В. Богдаренко. Москва, 2007. Том Выпуск 8.
18. Способ обработки семян и устройство для его осуществления. Цугленок Н.В., Шахматов С.Н., Цугленок Г.И. Патент на изобретение RUS 2051552 22.04.1992.
19. Система защиты зерновых и зернобобовых культур от семенных инфекций. Цугленок Н.В., Цугленок Г.И., Халанская А.П. М-во сел. хоз-ва Рос. Федерации. Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2003.
20. Технология и технические средства производства экологически безопасных кормов. Цугленок Н.В., Матюшев В.В. М-во сел. хоз-ва РФ, Краснояр. гос. аграр. ун-т. Красноярск, 2005.
21. Технология и технические средства обеззараживания семян энергией СВЧ-поля. Бастрон А.В., Мещеряков А.В., Цугленок Н.В. Вестник КрасГАУ, 2007. № 1. С. 268-271.
22. Цугленок Н.В. Формирование и развитие технологических комплексов растениеводства. Вестник КрасГАУ, 1997. № 2. С. 1.
23. Цугленок Н.В. Формирование и развитие структуры электротермических комплексов подготовки семян к посеву. Авт-т дис..докт. техн. наук / КрасГАУ. Барнаул, 2000.
24. Цугленок Н.В. Формирование и развитие структуры электротермических комплексов подготовки семян к посеву. Диссерт. на соискание док-ра техн. наук / Красноярск, 2000.
25. Цугленок Н.В. Концепция устойчивого развития АПК Красноярского края. Вестник КрасГАУ, 1996. № 1. С. 1.
26. Цугленок Н.В. Биоэнергетическая концепции формирования технологических комплексов АПК. Вестник КрасГАУ, 1998. № 3. С. 9.
27. Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование структуры АПК. Вестник КрасГАУ, 2000. № 5. С. 1.
28. Цугленок Н.В. Энерготехнологическое прогнозирование. Учеб. пособие для студентов вузов по агроинженер. специальностям. М-во сел. хоз-ва РФ. КрасГАУ. Красноярск, 2004.
29. Энерготехнологическое оборудование тепличных хозяйств. Цугленок Н.В., Долгих П.П., Кунгс Ян.А. Учебное пособие для вузов / КрасГАУ. Красноярск, 2001.
30. Эколого-энергетические и медико-биологические свойства топинамбура. Аникиенко Т.И., Цугленок Н.В. М-во сельского хоз-ва РФ. КрасГАУ. Красноярск, 2008.
ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИИ ЗАГОТОВКИ
КОРМОВ Косенко Т.Г.
56
