CC BY
66
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства_
РАЗДЕЛI ЭНЕРГЕТИКА, ЭЛЕКТРО И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УДК 631.152
МЕТОДЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ H ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЙ ЖИВОТНОВОДЧЕСКОГО НАПРАВЛЕНИЯ В УСЛОВИЯХСЕВЕРО-ЗАПАДА РФ
В Н. СУДАЧЕНКО, канд. техн. наук; А.Ф. ЭРК, канд. техн. наук; Е В. ТИМОФЕЕВ, канд. техн. наук
Федеральное Государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Санкт-Петербург, Россия
В статье изложены: результаты анализа существующих в сельхозпроизводстве и быте населения сельских территорий, методов энергосбережения и повышения энергоэффективности; принципы создания и разработки классификации методов по критерию финансовых, материальных и трудовых затрат на их реализацию; научное обоснование методов применительно к условиям функционирования отрасли животноводства в климатических условиях Северо-Запада РФ; выбор методик оценки экономической эффективности практической реализации методов и их влияния на снижение энергоемкости производства продукции животноводства.
В основу обоснования методов положены материалы многолетних экспресс- и полных энергетических обследований и обучения персонала сельхозпредприятий Ленинградской области. Это позволило учесть специфику сельскохозяйственного производства вклиматических условиях Северо - Запада РФ: сезонность проведения работ, территориальную рассредоточенности тепловых и электрических нагрузок, наличия биологических объектов, дефицит квалифицированных кадров в области энергетики.
В результате выполненных исследований разработана классификация методов по критерию величины затрат финансовых, материальных и трудовых на их реализацию для получения максимального экономического эффекта. По каждому методу энергосбережения и повышения энергоэффективности проведено обоснование эффективности его применения в сельхозпредприятиях животноводческого направления и приведены примеры его вклада в повышение энергоэффективности производства.
Ключевые слова: энергоэффективность; энергосбережение; энергоемкость; энергоресурс; электроэнергия; тепловая энергия; возобновляемый источник энергии; инвестиция.
METHODS OF ENERGY SAVING AND ENERGY EFFICIENCY IMPROVEMENT FOR LIVESTOCK FARMS IN THE NORTH-WEST OF RUSSIA
V.N. SUDACHENKO, Cand. Sc. (Engineering); A.F. ERK, Cand. Sc. (Engineering); E.V. TIMOFEEV, Cand. Sc. (Engineering)
The article describes the results from the analysis of existing methods of energy saving and energy efficiency improvement in agricultural production and everyday life of rural population; classification principles of the methods by the criterion of financial, material and labor inputs for their implementation; scientific substantiation of methods with regard to operation conditions of the livestock industry in the NorthWest of the Russian Federation; evaluation techniques for economic effectiveness of the practical
5
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал. _ИАЭП. 2017. Вып. 91._
implementation of the methods and their effect on reducing the energy intensity of livestock production. Substantiation of methods is based on the materials of multi-year express and fully integrated energy surveys and training of personnel of agricultural enterprises in Leningrad Region. This allowed taking into account the specific features of agricultural production in the climatic conditions of North-West Russia: seasonal character of work, territorial dispersion of thermal and electrical loads, the presence of biological objects, and the shortage of qualified personnel in the field of power engineering. The research undertaken produced a classification of methods by the criterion of financial, material and labour inputs for their implementation with the aim to obtain the maximum economic effect. Feasibility of each method for livestock farms was substantiated and examples of its contribution to improvement of energy efficiency of production were given.
Keywords: energy efficiency; energy saving; energy intensity; energy resources; electricity; thermal energy; renewable energy; investments.
ВВЕДЕНИЕ
Специфика сельскохозяйственного производства в целом, в том числе животноводческого направления в климатических условиях Северо - Запада РФ заключается в сезонности проведения работ, территориальной рассредоточенности тепловых и электрических нагрузок, наличии биологических объектов, дефиците квалифицированных кадров в области энергетики.
Цель исследования - обоснование путей снижения энергоемкости производства продукции животноводства в природно-климатических условиях Северо - Запада РФ.
Исходя из природных, технологических, экономических и исторических факторов, как правило, все организации, поставляющие энергоресурсы в сельскохозяйственные организации, являются монополиями. В частности, к ним относятся энерго- и теплоснабжающие организации, предприятия электросетей и газоснабжающие организации, поставщики ГСМ. Поскольку другой организации, предоставляющей такой же продукт или услугу, нет, поэтому субъект естественной монополии - единственный доступный поставщик на товарном рынке. Получение услуг жизненно необходимо и потребители вынуждены подписывать договоры на явно обременительных для себя условиях. Очевидно, что при указанных условиях рост тарифов продолжится, поэтому методы энергосбережения и повышения энергоэффективности один из основных направлений практического осуществления снижения энергоемкости сельскохозяйственного производства.
Новизна исследований состоит в обосновании:
- методов энергосбережения и повышения энергоэффективности животноводства в климатических условиях Северо-Запада РФ;
- последовательности их реализации для получения максимального экономического эффекта.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Обоснование эффективных методов энергосбережения проводилось по материалам экспресс и полных энергетических обследований 240 сельхозпредприятий животноводства и опыта обучения специалистов сельского хозяйства Ленинградской области и других регионов России [1,2,3,4].
Анализ динамики и прогнозов расхода энергетических ресурсов и роста производства продукции животноводства выполнены с учетом:
- климатических условий Северо - Запада РФ;
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства_
- условий и эффективности использования организационных и технических мероприятий по энергосбережению в различных по специализации, наличию технологической и технической базы, состава и квалификации обслуживающего персонала сельхозпредприятий животноводческого направления.
В процессе работы использованы методы математической статистики, прогнозирования, математического моделирования и методы оценки эффективности мероприятий по энергосбережению, реализованных на конкретных объектах.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
В отечественной практике энергетической отрасли экономики все известные методы энергосбережения разделены на три группы по срокам окупаемости затрат на их реализацию[5,6]:
- организационные;
- технические и технологические;
- структурно - энергетические.
Организационные методы считаются высокоэффективными.
В каждой отрасли экономики имеется свой перечень организационных методов, учитывающий специфику условий производства. Анализируя отечественный и зарубежный опыта и ранее проведенные исследования по энергетическим обследованиям сельхозпредприятий животноводческого направления определены наиболее эффективные организационные методы для сельского хозяйства:
- методы обучение персонала энергосбережению;
- методы энергетического обследования;
- методы создания демонстрационных зон.
Методы обучения персонала ответственного за энергосбережение в сельском хозяйстве имеют свои особенности [7]:
- целевая аудитория включает руководителей и инженерно-технический персонал, имеющий разный уровень профессиональной подготовки, компетенции и ответственности в области энергетики, энергосбережения и повышения энергоэффективности;
- сезонность проведения сельхозработ не позволяет длительный отрыв персонала от производства.
В результате многолетнего опыта проведения семинаров и курсов повышения квалификации инженерно-технического персонала сельхозпредприятий, разработаны и апробированы методы и программы обучения энергосбережению применительно к работникам ответственным за энергосбережение сельхозпроизводства. В программах и курсах учтено кого, чему и как учить. На сегодняшний день всё большую популярность приобретает метод дистанционного обучения, ставший особенно актуальным при регулярном и обязательном повышении квалификации тех категорий персонала сельхозпредприятий, для которых невозможен длительный отрыв от производства. Обучение персонала является гарантией эффективной работы сельхозпредприятия по снижению энергоемкости производства.
Энергетические обследования являются эффективным методом энергосбережения, так как результаты этих работ оказывают сельхозпредприятиям реальную помощь в повышении энергоэффективности производства.
В качестве примера эффективности энергетических обследований, как метода энергосбережения, ниже приведены основные результаты экспресс-энергетических обследований сельхозпредприятий Ленинградской области, проведенные специалистами ИАЭП [1].
На основании анализа данных потребления электроэнергии сельхозпредприятием на производственные нужды и данных о реализации произведенной сельхозпродукции (рис.1) составлен реестр предприятий активно ведущих работу по энергосбережению и с целью стимулирования работ по энергосбережению для этих предприятий был установлен льготный тариф на оплату электроэнергии.
Рис. 1. Реализация продукции и потребление электроэнергии по предприятию в целом
В результате в период с 2004 по 2011 годы сельхозпредприятия Ленинградской области снизили затраты финансовых средств на оплату электроэнергии на 1 млрд. руб., используя эти средства на модернизацию производства. Реализованная методика прогнозирования потребления электроэнергии на производственные нужды [1,8,9,10,11,12,] (рис.2) позволила устанавливать лимиты потребления электроэнергии не по величине фактических объемов потребления электроэнергии на конец прошлого года, а по результатам прогнозирования, что позволило сельхозпредприятиям избежать штрафов за перерасход установленных лимитов потребления.
Результатом полных энергетических обследований сельхозпредприятий Ленинградской области явилась разработка энергопаспортов и мероприятий по энергосбережению с указанием эффективности каждого мероприятия и сроком окупаемости затрат на его реализацию[13,14].
Создание демонстрационных зон высокой энергоэффективности производства сельхозпродукции является испытательным полигоном для новых технологий и
энергоэффективного оборудования, учебной базой для повышения квалификации персонала сельхозпредприятий [15].
ш
*
о л
5 |_
О.
0) I
О
о о.
Ё 0) с
0
0)
1
0) с ю 0) о. н о П.
180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
янв.01 июл.01 янв.02 и юл. 02 янв.ОЗ июл.ОЗ янв.04 и юл .04 янв.05 и юл. 05
Месяц, год
¡Потребление электроэнергии за исходный период ¡Потребление электроэнергии в прогнозируемом периоде ■Потребление электроэнергии среднегодовое
Рис. 2. Прогнозируемое потребление электроэнергии по сельскохозяйственному тарифу,
кВт.ч.
Таким образом, создание демонстрационной зоны высокой энергоэффективности является новым методом энергосбережения в сельхозпроизводстве для сельхозпредприятий, района, области, региона в целом.
По результатам энергетических обследований в сельском хозяйстве наиболее затратным энергоносителем является электрическая энергия (55 %) и моторное топливо (40%), в основном дизельное. Доля тепловой энергии, газа и др. источников значительно меньше - до 6 %. Наибольшее потребление электроэнергии происходит на нужды освещения (41%), на электропривод используется 37%, на нагрев воды 11% [16].
В связи с этим методы энергосбережения связанные с экономией электроэнергии имеют наиболее экономически важное значение для сельхозпредприятия животноводческого направления.
Одним из наиболее перспективных методов экономии электроэнергии является замена существующих светильников с лампами накаливания на энергосберегающие лампы.
В результате использования предлагаемого метода энергосбережения достигается снижение расхода электроэнергии в 5 раз [17].
Другим эффективным методом энергосбережения в сельхозпроизводстве является применение частотных регуляторов в системах управления электроприводами насосов и вентиляторов.
В качестве примера приведены результаты расчетов повнедренном в производство оборудовании частотного регулирования асинхронного двигателя насоса на гидросооружении (рис.3).
Графики потребления электроэнергии
од
& tj
о Q.
(Li 1
400.0 300.0 200,0 100.0 0.0
,-г-
• ■ — - -- --
-
• -г-
Рдрос Рчрп
4P
4 7 10 13 16 19 22
Суточный график потребления, ч
Рис. 3. Суточный график потребления электроэнергии
Применение регулируемого электропривода позволило оптимизировать работу электродвигателя, исключить непроизводительное потребление электроэнергии, а в системе водоснабжения, помимо этого, обеспечило снижение водопотребления (до 20%). Окупаемость капвложений 3-4 года.
Другим примером может быть автоматизированная система управления (АСУ) частотными регуляторами электроприводов системы приточно-вытяжной вентиляции и работой теплогенераторов в телятнике.
Микропроцессорное управление с частотным регулированием позволяет экономить до 30% энергоресурсов, а главное исключить влияние человеческого фактора на процесс поддержания температуры в помещении. Эксплуатация АСУ показала, что колебание температуры в помещении составила не более ±1,5 С° [18] (рис.4).
Температура воздуха в телятнике
Автоматическое регулирование
16,0
12:0020:00 4:00 12:0020:00 4:00 12:0020:00 4:00 12:0020:00 4:00 1 2:0020:00 4:00
Время,ч.м.
Рис. 4. Изменения средних значений температур воздуха в телятнике-откормочнике первого периода при ручном и автоматическом регулировании
10
Применение возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в сельском хозяйстве Северо-Западного региона РФ также является перспективным методом энергосбережения и повышения энергоэффективности производства.
Специфика сельского хозяйства региона: сезонности проведения работ, территориальной рассредоточенности тепловых и электрических нагрузок, наличия биологических объектов, наличие автономных энергопотребителей, которых невозможно присоединить к централизованным сетям, низкая надежность централизованного энергоснабжения.
Целесообразно использования ВИЭ в настоящее время в следующих случаях: -нагрев воды на фермах КРС (на технологические нужды и для поения животных) при помощи тепловых насосов и гелиоводонагревателей; -обогрев помещений при помощи тепловых насосов; -водоподъем с использованием ветроустановки;
-электроснабжение автономных потребителей от гибридных «солнечно - дизельных» электростанций; использование котельные на щепе и опилках.
Использование ВИЭ с целью энергосбережения относится к структурно-энергетическим методам энергосбережения, реализация которых позволяет снизить потребление традиционных источников энергии на 50% и более при сроке окупаемости затрат более 5 лет.
По результатам энергетических обследований сельхозпредприятий Ленинградской области и апробации ряда методов в реальных условиях сельхозпроизводства разработана классификация известных и новых методов энергосбережения и повышения энергоэффективности с учетом специфики сельского хозяйства (рис.5).
Рис. 5. Классификация методов энергосбережения и повышения энергоэффективности
сельхозпроизводства
Классификация включает три группы методов энергосбережения, последовательная реализация которых при первоначальных незначительных затратах на энергосбережение, способствует при поэтапном освоении методов получению возрастающего эффекта. Этот результат получается за счет того, что экономический эффект полученный от реализации первых в классификации методов может быть использован в качестве инвестиции для реализации последующего более энергоэффективного метода.
ВЫВОДЫ
1. В результате проведенных исследований разработана классификация методов энергосбережения для сельхозпредприятий животноводческого направления в условиях дефицита квалифицированных кадров по вопросам энергосбережения и ограниченных финансовых ресурсах.
2. Все методы энергосбережения для сельхозпредприятий животноводческого направления функционирующих в природно-климатических условиях Северо-Запада РФ научно обоснованы:
- путем анализа данных энергоиспользования более 200 сельхозпредприятий Ленинградской области, полученных при проведении экспресс и полных энергетических обследований, разработки энергопаспортов и индивидуальных планов и программ по энергосбережению;
- опыта обучения персонала сельхозпредприятий на специализированных курсах и семинарах по энергосбережению.
3. Поэтапная реализация методов, предложенных для сельхозпредприятий животноводства молочного направления в условиях Северо- Западного региона России, обеспечат снижение затрат энергоносителей не менее, чем на 6-10% в год. Эффективность научно-обоснованных методов приведена на основе расчетов и апробации ряда методов на объектах в конкретных сельхозпредприятиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попов В.Д., Судаченко В.Н., Шимченко Н.И. Опыт Ленинградской области по энергосбережению в сельскохозяйственном производстве // ФГНУ «Росинформагротех». Москва. 2007,- 52с.
2. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Размук В. А., Ковалева О.В. Результаты энергетического обследования сельхозпредприятий // Сборник науч. трудов. ГНУ СЗ НИИМЭСХ, 2014. -№85. - С. 100-104.
3. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Бычкова О.В. Проведение энергетического обследования сельскохозяйственных предприятий/ А.Ф. Эрк, В.Н. Судаченко, О.В. Бычкова // Материалы международного конгресса. Перспективы развития агропромышленного комплекса России в условиях членства в ВТО/ СПб.: ЗАО «ЭкспоФорум», 2013. С.56-57.
4 . Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Размук В.А., Бычкова О.В. Результаты энергетического обследования сельхозпредприятий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2014. - № 85. -С.100-105.
5. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н, Тимофеев Е.В., Размук В.А. Методы повышения эффективности использования электрической энергии в животноводстве// Технологии и
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводства и животноводства_
технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2016. - № 89. - С.23-31.
6. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н, Тимофеев Е.В., Размук В.А. Методы повышения эффективности использования электрической энергии в животноводстве// Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2016. - № 89. - С.23-31.
7. Эрк А.Ф, Дуленкова Е.А, Судаченко В.Н. Методика обучения энергосбережению в АПК//Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2016. - № 89. - С.5-12.
8. Судаченко В.Н. Льготный тариф на электроэнергию - важный стимул эффективного использования энергоресурсов// Международный журнал «Сельскохозяйственные вести»,3(70)/2007,С 10
9. Судаченко В.Н. Проблемы энергообеспечения производства сельхоз-продукции на территории Северо-Запада РФ// Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета.
Ежегодный научный журнал №5.СПб.2007.С 176-182.
10. Бровцин В.Н., Судаченко В.Н Прогнозирование электропотребления на производство статистических показателей молока// Экология и сельскохозяйственная техника. Т.3.//Экологические аспекты технологий производства продукции животноводства и электротехнологий: Материалы
5-й международной научно-практической конференции. - СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2007. -С. 180-185
11. В.Н. Судаченко, В.Н. Бровцин, Н.И. Шимченко. Система анализа и прогнозирования потребления электроэнергии сельхозпредприятиями/ Журнал: Достижения науки и техники АПК, 6, июнь, 2007, С 8-10
12. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Прогноз энергопотребления сельскохозяйственными предприятиями молочного направления.// Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2014. №4. С.24-26.
13. ЭРК А.Ф., Судаченко В.Н., Бутримова Е.И Эффективность использования энергоресурсов в сельхозпредприятии молочного направления. Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2016. -№ 89. - С. 12-18.
14. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Бычкова О.В. Структура энергопотребления сельскохозяйственных предприятий/А.Ф. Эрк, В.Н. Судаченко, О.В.Бычкова// Межд. агропромышленная выставка-ярмарка «Агрорусь» - СПб, 2014. - С. 220-221
15. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Концепция энергосбережения и повышения энергоэффективности сельскохозяйственного производства животноводческого направления Северо-Западного региона России./ А.Ф. Эрк, В.Н. Судаченко // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства/ ИАЭП. - С-Пб, 2015. - №87. - С.225-233.
16. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Бычкова О.В. Структура энергопотребления сельскохозяйственных предприятий/А.Ф. Эрк, В.Н. Судаченко, О.В. Бычкова// Межд. агропромышленная выставка-ярмарка «Агрорусь» - СПб, 2014. - С. 220-221
17. Эрк А.Ф., Размук В.А., Ефимова А.Н. Выбор типа энергосберегающих ламп для помещений сельскохозяйственного производства. // Технологии и технические средства
механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2014. - №85. - С.93-100.
18. Эрк А.Ф., Размук В.А. Автоматизированная система стабилизации температуры воздуха в помещении для откорма телят с применением частотных регуляторов. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства/ИАЭП. - С-Пб, 2015. -№86. - С. 163-169
19. Эрк А.Ф.,Судаченко В.Н Методы повышения надежности энергообеспечения крестьянских (фермерских) хозяйств// Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. Теоретический и научно-практический журнал. 2016. №88-С. 53-59.
20. Попов В.Д., Судаченко В.Н, Папушин Э.А. Возобновляемые источники энергии Северо-Запада России и перспективы их использования в сельскохозяйственном производстве// Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве. Труды 6-й Международной научно- практической конференции (13-14 мая 2008 года, Москва, ГНУ ВИЭСХ) Часть 4 Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология. Москва, 2008, С 32-37
21.Судаченко В.Н Состояние энергообеспечения и перспективы использования ВИЭ на сельских территориях Северо-Запада России// Третий Инновационный форум «ЭЭТТ».ВИЭ-2010»-Возобновляемые источники энергии в России: проблемы, решения, перспективы. Сборник докладов научно - практической конференции 1: «ВИЭ в России: проблемы, пути решения, перспективы» «ЭЭТТ» ВИЭ-2010.
УДК 621.436.44
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС С ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКОЙ ДЛЯ МАЛЫХ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОИЗВОДСТВ
ИИ. ГАБИТОВ, д-р техн. наук; Д.Ф. БАЛТИКОВ
ФГБОУ ВО «Башкирский государственный аграрный университет», Уфа, Россия
В статье рассматриваются вопросы рационального применения энергетического комплекса с газогенераторной установкой для энергообеспечения малых сельскохозяйственных производств. Энергетический комплекс обеспечивает утилизацию отходов лесозаготовок и использует их в качестве топлива для газогенераторной установки, а также для выработки тепловой энергии. Использование генераторного газа в двигателе внутреннего сгорания может обеспечить также потребности производства в механической и электрической энергии. Разработаны различные варианты применения энергетического комплекса в энергообеспечении различных технологических процессов в малых сельскохозяйственных производствах.
Ключевые слова: энергетический комплекс; газогенераторная установка; генераторный газ; утилизация отходов; молочно-товарная ферма; тепловая энергия; механическая энергия; электрическая энергия.
