CC BY
5ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ, СИСТЕМЫ, МАТЕРИАЛЫ И ПРИБОРЫ
ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES, SYSTEMS, MATERIALS, AND INSTRUMENTS
Статья поступила в редакцию 18.01.13. Ред. рег. № 1518 The article has entered in publishing office 18.01.13. Ed. reg. No. 1518
УДК 63.621.311.1
СОСТОЯНИЕ, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ И МОДЕРНИЗАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ, ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ
ХОЗЯЙСТВЕ
А. В. Тихомиров
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) 109456, Москва, 1-й Вешняковский проезд, 2, ВИЭСХ Тел. 8 (499)1710494, viesh@dol.ru
Заключение совета рецензентов 23.01.13 Заключение совета экспертов 30.01.13 Принято к публикации 06.02.13
В статье приведены показатели энергообеспечения сельского хозяйства их изменение и причины снижения к уровню 90-ых годов прошлого столетия, обозначены цель, задачи и перспективные направления развития энергетической базы села, модернизации систем энергообеспечения, повышения энергоэффективности и снижения энергоемкости сельхозпроизводства.
Приведены прогнозные показатели энергообеспечения села при реализации стратегии и основных мероприятий модернизации энергетической базы сельского хозяйства на период до 2020 и 2030 гг.
Ключевые слова: энергообеспечение, эффективность, энергоемкость, стратегия, энергоресурсы, отходы сельхозпроизводства
STATE, PURPOSE, OBJECTIVES, AND PERSPECTIVE DIRECTIONS OF DEVELOPMENT AND MODERNIZATION OF ENERGY BASE, ENERGY SUPPLY AND ENERGY SAVING IN AGRICULTURE
A.V. Tikhomirov
All-Russian Scientific Research Institute for Electrification of Agriculture (VIESH) VIESH, 1st Veshnyakovsky pr., 2, Moscow, 109456, Russia Tel: (499)1710494, viesh@dol.ru
Referred 23.01.13 Expertise 30.01.13 Accepted 06.02.13
The article presents the indicators of energy supply of agricultural change and the reasons for the decline to the level of 90-s of the last century, and indicates the purpose, objectives and perspective directions of the development of the energy base in the country, modernization of energy supply systems, improvement of energy efficiency and reduction of energy intensity of agricultural production.
Expected indicators of energy supply of the village during implementation of the strategy and main activities of modernization of the energy resources of agriculture for the period up to 2020 and 2030 are presented.
Keywords: energy supply, efficiency, energy intensity, strategy, energy resources, wastes of agricultural production
Сведения об авторе: ГНУ ВИЭСХ, заместитель директора по научной работе, кандидат технических наук
Область научных интересов: прогноз энергопотребления, энергоэффективность сельхозпроизводства, энергоемкость сельхозпродукции, нормативы энергозатра
Публикации: 173
Анатолий Васильевич Тихомиров
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 02 (119) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Значимость энергетической базы и энергетического обеспечения в агропромышленном комплексе страны, в производстве сельхозпродукции в последнее время существенно возросла.
Надежность, устойчивость и эффективность систем энергообеспечения во многом определяют количественные, качественные и экономические показатели производства продукции сельского хозяйства, а также комфортность проживания сельских жителей.
В 90-ые годы и начале 2000-ных снижение производства сельскохозяйственной продукции сопровождалось значительным снижением энергопотребления. В сельхозпроизводстве потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) к 2005 г. по сравнению с 1990 г. сократилось почти в 2 раза, а всего общее потребление ТЭР на селе снизилось более чем на 40%, составляя 1,7 т у.т./чел. Общее потребление электрической энергии за этот период упало с 96,4 до 55 млрд. кВтч и составило 1400 кВт ч/чел., в том числе в производстве оно снизилось с 67 до 16 млрд. кВтч, и электровооруженность труда сократилась с 8000 кВтч/раб, до 5400 кВтч/раб, т.е. на 30% [1].
В то же время в быту, личном подсобном хозяйстве (ЛПХ) и социальной сфере электропотребление к 2005 г. увеличилось с 29 до 40 млрд. кВтч, что объясняется смещением реальных объемов производства сельхозпродукции с общественного в частный сектор (крестьянские и личные подсобные хозяйства), а также более широким использованием электрифицированной техники и бытовых приборов. Тем не менее, в быту и ЛПХ на 1 человека потреблялось менее 800 кВт ч электроэнергии в год - это меньше, чем в городе, а должно быть наоборот.
Одними из основных видов энергоресурсов, потребляемых в сельскохозяйственном
производстве, являются дизельное топливо и бензин. Их потребление к 2005 г. снизилось почти в 3 раза.
Главной причиной уменьшения расхода энергоресурсов явилось снижение объемов производимой продукции, размеров пашни и посевных площадей: площадь пашни уменьшилась с 129 млн. га в 1990 г. до 86 млн. га в 2006 г. или в 1,5 раза; посевных площадей - с 115 до 58,9 млн. га или в 2 раза.
Начиная с 2005 г., при некотором оживлении экономики сельского хозяйства и увеличении производства сельхозпродукции, стали возрастать и показатели энерго- и электропотребления. Так к 2010 г. электропотребление на селе увеличилось на 5,5 млрд. кВтч, т.е. на 10%, однако это в основном за счет быта, ЛПХ и крестьянских хозяйств. В сельскохозяйственных предприятиях этот рост пока незначителен с колебаниями по годам.
Одним из основных показателей энергоэффективности производства
сельхозпродукции является энергоемкость и доля
энергозатрат в ее себестоимости. По этим показателям наше сельское хозяйство значительно отстает от передовых стран. Доля энергозатрат в себестоимости производства молока, свинины, яиц, даже без учета затрат на производство кормов, составляет в среднем 15-25%, а с учетом кормопроизводства достигает 30^35%.
Низкая энергоэффективность производства сельскохозяйственной продукции обусловлена рядом причин, к которым относятся:
- низкая, по сравнению с передовыми странами, продуктивность сельского хозяйства, и только в отрасли птицеводства мы приблизились к зарубежному уровню;
- незавершенность комплексной электромеханизации и автоматизации производственных процессов (в животноводстве ее уровень около 60%);
- низкий технический уровень, КПД и надежность систем энергообеспечения, так коэффициент полезного использования топлива не превышает 35%;
- слабо внедряются новые электротехнологии, системы утилизации и аккумуляции тепла и электроэнергии, а также связанная с этим система дифференцированных тарифов из-за отсутствия современного энергоэффективного оборудования и инерционности необходимой перестройки технологического процесса;
- явно отстает от потребностей использование в сельском хозяйстве децентрализованных систем энергообеспечения на базе местных возобновляемых энергоресурсов, отходов сельхозпроизводства, из-за отсутствия энергоэффективных недорогих промышленных образцов оборудования.
В последние годы в структуре себестоимости производства сельскохозяйственной продукции наблюдается значительное повышение
энергетической составляющей - с 7-15% до 20-30%, а по некоторым видам продукции и до 30-40% (птицефабрики, теплицы).
Энергоемкость произведенной продукции во всех категориях хозяйств к 2009 г. снизилась на 25-35%, по сравнению с 1990 г., в то время как доля энергозатрат в себестоимости этой же продукции возросла до 30% . Такое несоответствие вызвано резким диспаритетом цен на энергоресурсы и сельскохозяйственную продукцию - стоимость покупаемых энергоресурсов (электроэнергии, ГСМ) возрастала за этот период опережающими темпами (в 2 раза) по сравнению с ценами на сельхозпродукцию.
Снижение же энергоемкости сельхозпродукции к 2009 г. по сравнению с 1990 г. обусловлено рядом обстоятельств организационного плана, а также влиянием технологического и технического прогресса в отрасли. К ним следует отнести:
- перемещение значительной доли производимой продукции животноводства из общественного сектора в частный, т. е. в крестьянские хозяйства, в
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 02 (119) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
которых велика доля ручного труда, не включенного в энергозатраты (табл.);
Таблица. Производство продукции по категориям хозяйств, % [3] Table. Manufacture of products by types of farms, % [3]
- опережающий рост тарифов на энергоресурсы по сравнению с продукцией заставил хозяйствующих субъектов экономить энергоресурсы, устранять бесхозяйственность в энергообеспечении и использовании технических средств (в ряде случаев закрывать слишком энергоемкие производства, например приготовление травяной муки);
- имеющий место в последнее время некоторый рост продуктивности сельхозпроизводства положительно влияет на снижение энергоемкости;
- влияние научно-технического прогресса на снижение энергозатрат связано с определенным ростом использования энергоэкономных технологий, оборудования и технических средств в сельском хозяйстве.
Электрификация и энергетика сельского хозяйства имеют ряд специфических особенностей: рассредоточенность сельских потребителей, малая единичная мощность, большая протяженность электрических, тепловых, газовых сетей, наличие больших (малонаселенных) территорий, где ведется сельскохозяйственное производство, но не имеющих централизованного электро- и энергообеспечения, что накладывает дополнительные требования к системам энергоснабжения.
Современное состояние сетей в сельской местности характеризуется их старением и значительным снижением технико-экономических показателей, так как за последние 10-15 лет сети практически не обновлялись; и сейчас более 30% воздушных линий и трансформаторных подстанций отработали свой срок, и их дальнейшая эксплуатация связана с большими потерями энергии и не всегда безопасна. Число и продолжительность перерывов в электроснабжении на порядок больше, чем за рубежом.
Значительно снизились надежность и качество энергоснабжения, резко возросло число и продолжительность отключений электроэнергии и тепла по различным причинам: из-за старения и аварийного состояния значительной части сельских электрических и тепловых сетей, несвоевременной оплаты за потребляемую энергию, отсутствия или разрушения систем и установок резервного
энергоснабжения, снижения уровня эксплуатации энергоустановок.
Анализ и расчеты показали: производство практически всех видов сельхозпродукции в России носит энергозатратный характер и по сравнению с показателями передовых стран энергоемкость и электроемкость выше в 2-4 раза.
Обеспечение снижения энергоемкости сельхозпродукции определяется повышением эффективности и продуктивности
сельскохозяйственного производства,
совершенствованием его энергетической базы, рациональным и эффективным использованием всех видов энергоресурсов, что включает:
- переход на новые энерго- и ресурсосберегающие технологии;
- повышение урожайности культур и продуктивности животноводства;
- внедрение новых организационных форм использования техники энергетических объектов;
- переход на новую энергосберегающую технику и оборудование;
- улучшение технической эксплуатации, сокращение потерь ГСМ и энергии;
- широкое использование альтернативных видов топлива, нетрадиционных и местных энергоресурсов;
- введение экономически обоснованных цен на дизельное топливо, бензин, электроэнергию, природный газ;
- предоставление субсидий на разработку и освоение новых видов топлива, вовлечения в энергобаланс местных и возобновляемых энергоресурсов.
Стратегической целью развития энергетической базы и систем энергообеспечения сельского хозяйства является повышение эффективности сельскохозяйственного производства на базе электромеханизации технологических процессов, обеспечения надежного и устойчивого энергоснабжения сельских потребителей при снижении энергоемкости производства продукции, а, следовательно, и ее себестоимости, создание комфортных социально-бытовых условий жизни на селе.
Для достижения этой цели необходимо решить ряд организационно-правовых, научно-технических и производственных задач по модернизации и переоснащению систем энергоснабжения, эффективному и безопасному использованию электрической энергии и топлива в технологиях сельскохозяйственного производства, в личных подсобных хозяйствах и в быту.
В основу стратегии развития энергетики и модернизации систем энергообеспечения сельского хозяйства должен быть положен основной принцип:
- обеспечить эффективное, надежное и качественное энергоснабжение сельхозпотребителей во всех регионах при рациональном сочетании
Форма \ хоз. Годь|\ С/х организации Хозяйства населения Фермерские хозяйства
1990 73,7 26,3 -
2009 49,2 42,4 8,4
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 02 (119) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
используемых энергоресурсов (традиционных, нетрадиционных, местных видов) в соответствии с ресурсами каждого региона.
Исходя из этого определились основные задачи развития энергетической базы, энергообеспечения и энергосбережения в сельском хозяйстве, к которым следует отнести:
- обеспечение рациональных потребностей сельского хозяйства в энергоресурсах;
- обеспечение экономичного, надежного и устойчивого энергоснабжения сельских объектов при снижении аварийных отключений и перерывов в энергоснабжении села в 2-3 раза, повышение уровня безопасной эксплуатации энергетического оборудования (до 50%), повышения качества электроэнергии;
- снижение энергоемкости производства сельскохозяйственной продукции (к 2020 г. - на 40%);
- рационализация структуры топливно-энергетического баланса с широким использованием местных и возобновляемых энергоресурсов, доля которых в энергетике села должна составить к 2020 г. 10-15%, а к 2030 г. 20-25%
- снижение зависимости от централизованного энергоснабжения ряда сельских потребителей посредством самообеспечения энергией на базе собственных и нетрадиционных энергоресурсов с выработкой энергии на местах в соответствии с ресурсами регионов;
- разработка и реализация децентрализованных систем энергообеспечения и средств малой энергетики с широким использованием газа, жидкого и твердого топлива, электроэнергии, местных и возобновляемых энергоресурсов, отходов сельхозпроизводства;
- повышение эффективности использования и совершенствование системы эксплуатации энергетического оборудования, укомплектование энергетических служб сельхозпредприятий;
- обеспечение развития сельской инфраструктуры на базе эффективного энергоснабжения инженерных систем быта и личного приусадебного хозяйства (ЛПХ) с целью сокращения ручного труда в 2 раза;
- разработка и освоение технологий получения биотоплива посредством переработки биомассы, растительных и древесных отходов, отходов животноводства, навоза, стоков в качественное жидкое и газообразное топливо, а также получение качественных органических удобрений.
- освоение технологий и средств повышения эффективности и широкого использования возобновляемых источников энергии в сельской энергетике.
Совершенствование и модернизация систем энергообеспечения является составной частью технологической модернизации сельскохо-
зяйственного производства и Программы развития сельского хозяйства на 2013-2020 г.
Подъем продуктивности сельского хозяйства, снижение издержек на производство сельскохозяйственной продукции, повышение конкурентоспособности с/х производства во многом определяются его технологической модернизацией, освоением новых интенсивных технологий, надежным и эффективным энергообеспечением, управлением продукционным процессом.
Учитывая то, что в издержках производства значительное место занимают затраты на топливно-энергетические ресурсы - реализация путей их эффективного использования с большим КПД приобретает особое значение. Внедрение новых инновационных технологий в растениеводстве, животноводстве и других сельскохозяйственных технологиях требует и новых, более совершенных систем и средств энергообеспечения, в ряде случаев новые технологии и процессы не могут быть осуществлены на старой энергетической базе.
Кроме того, получают развитие электротехнологии, т.е. непосредственное вовлечение электроэнергии в технологический процесс, а также нанотехнологии.
Поэтому важнейшей задачей машинно-технологической и энергетической модернизации сельскохозяйственного производства, наряду с ростом продуктивности и производительности труда, является повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов, их энергоотдачи, снижение энергоемкости производства, оптимизация энергопотребления, широкое использование местных энергоресурсов.
На основании проведенного анализа состояния систем и средств энергообеспечения сельскохозяйственных объектов, составляющих энергоемкости сельскохозяйственной продукции, новых перспективных разработок, а также с учетом мирового опыта и последних решений по вопросам энергоэффективности и энергосбережения определены перспективные направления развития и модернизации энергетической базы АПК, повышения энергетической эффективности сельского хозяйства и использования топливно-энергетических ресурсов, к которым относятся:
- в области энергообеспечения - обоснование, оценка, методология и рекомендации по выбору рациональных систем энергообеспечения
применительно к конкретным сельскохозяйственным потребителям и объектам (в зависимости от месторасположения объектов, их энергетических потребностей, наличия местных и возобновляемых энергоресурсов); оптимизация структуры топливно-энергетического баланса с широким использованием всех видов энергоресурсов и отходов сельхозпроизводства, обоснование рациональных потребностей села в энергоресурсах;
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 02 (119) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
- в области электроснабжения села -
совершенствование систем электроснабжения, выбор рациональных принципов построения, приоритетов технического развития сетей, использование новых способов передачи электроэнергии, включая резонансный метод передачи для снижения себестоимости, повышения надежности и качества электроэнергии, снижения потерь;
- в области газификации села - расширение использования газа в технологических (в первую очередь тепловых) стационарных процессах и мобильной энергетике, включая расширение распределительной газовой сети, использование сжиженного и сжатого газа, перевод твердо- и жидкотопливных котельных на газ, сооружение мини-ТЭЦ, газозаправочных станций и газораспределительных пунктов;
- в области децентрализации энергообеспечения - разработка и реализация автономных систем энергообеспечения и средств «малой энергетики», включая мини-ТЭЦ, тепловые насосы и когенерационные установки с выработкой тепловой и электрической энергии, с широким использованием газа, местных и возобновляемых энергоресурсов, отходов сельхозпроизводства, снижающих зависимость от централизованного энергоснабжения посредством полного или частичного самообеспечения энергией;
- в области развития биоэнергетики -разработка и реализация эффективных технологий использования и переработки биомассы в качественные виды топлива - жидкое, газообразное и твердое с последующим производством электрической и тепловой энергии;
- в области использования возобновляемых источников энергии - солнечной, ветровой, геотермальной, гидроэнергии - разработка новых высокоэффективных технологий их преобразования с повышенным КПД в электрическую и тепловую энергию, создания на их базе автономных и комбинированных систем энергообеспечения, приближения стоимости получаемой энергии к традиционно поставляемой централизованно, замещая при этом потребление значимой доли традиционных энергоресурсов;
- в области эффективного использования местных энергоресурсов, отходов животноводства и растениеводства - разработка новых способов их переработки или сжигания с получением тепловой энергии, совершенствование биогазовой технологии переработки навоза, помета, стоков; получение композиционных смесевых топлив;
- в области энергосбережения - повышение эффективности использования топлива и энергии на базе новых тепло- и электротехнологий в наиболее энергоемких тепловых, световых и др. процессах сельхозпроизводства с широким использованием утилизации сбросного тепла, тепловых насосов, аккумуляции тепла и холода, комбинированных
установок, систем местного обогрева, экономичного освещения, обеззараживания;
- в области использования электро и нанотехнологий - разработка новых способов, электро- и нанотехнологий на базе электрофизических методов воздействия на растения, животных, среду обитания, продукты, снижающих до 3-х раз энергозатраты и улучшающих экологические показатели окружающей среды и получаемой продукции;
- в области автоматизации и роботизации сельхозпроизводства - разработка и реализация новых электромеханизированных и автоматизированных с элементами роботизации энергоэффективных процессов и технологий в животноводстве, растениеводстве и переработке сельхозпродукции, максимально реализующих потенциал животных, растений, энергию корма, обеспечивающих снижение энергозатрат и энергоемкости продукции до 40%;
- в области развития мобильной энергетики -совершенствование структуры машинно-тракторного парка, повышение эффективности использования топлива и снижение его потерь, производство жидкого топлива из биомассы, сельскохозяйственных и древесных отходов, отработанных масел, получение и использование смесевых топлив, создание комбинированных двигателей (ДВС + электропривод) и электрифицированных роботизированных мобильных средств, расширение использования газа в мобильной технике.
По всем этим направлениям ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, ряд из которых вышли на стадию реализации.
Рост производства сельскохозяйственной продукции и производительности труда во многом определяется научно-техническим прогрессом, совершенствованием технологий, техники, комплексной электромеханизацией, надежным, устойчивым и эффективным энергообеспечением.
Намечаемое в «Программе развития сельского хозяйства на период 2013-2020 г.» увеличение производства сельхозпродукции во всех отраслях потребует интенсификации всех производственных процессов, повышения уровня комплексной электромеханизации производства, а следовательно его энерго- и электровооруженности. Для этого потребуются дополнительные энергоресурсы, а учитывая то, что необходимо обеспечить снижение удельных энергозатрат и энергоемкости производства продукции, уровень и эффективность систем энергоснабжения и использования ТЭР должен быть в значительной степени повышен.
Для снижения удельных энергозатрат в технологических процессах и издержек на энергообеспечение необходимо наряду с совершенствованием технологий выбирать для
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 02 (119) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
конкретных условий наиболее экономичные системы энергообеспечения с учетом внедрения энергосберегающих мероприятий, возможностей использования местных энергоресурсов,
нетрадиционных источников, проведения
эффективной энергосберегающей политики.
В плане развития централизованного электроснабжения важнейшей задачей является совершенствование и реконструкция систем и сетей электроснабжения села на базе новой концепции их проектирования, строительства новых ЛЭП и реконструкции действующих в расчете на перспективные нагрузки, увеличение в 2-3 раза их надежности и снижение потерь в 1,5-2 раза.
Для энергообеспечения тепловых процессов в производстве и быту получат развитие децентрализованные системы энерготеплоснабжения, т.к. эти системы на газе и электроэнергии, био- и смесевом топливе эффективнее централизованного теплоснабжения от низкотемпературных котельных, сопровождаемого большими потерями энергии в сетях.
Получит развитие направление комбинированного производства электрической и тепловой энергии, что может осуществляться посредством мини-ТЭЦ, переоборудования вырабатывающих только тепло старых котельных на когенерацию с выработкой электрической и тепловой энергии, использование тепловых насосов.
К 2020 г. и далее значительно возрастет производство электрической, тепловой энергии и биотоплива (до 25%), вырабатываемых на местах независимыми производителями с использованием средств и оборудования "малой энергетики", на базе местных и возобновляемых энергоресурсов, отходов сельхозпроизводства.
Важнейшей составляющей снижения
энергоемкости производства станет реализация и освоение разрабатываемых и уже разработанных новых энерго-, тепло-, электротехнологий и энергоэффективного энергетического оборудования. Многие разработки этого направления уже выходят на стадию внедрения.
Заключение
Реализация перспективных направлений и энергетической стратегии сельского хозяйства, энергообеспечения и энергосбережения села на период до 2030 г. позволит достичь:
- сбалансированности регионов по закупке, производству и использованию энергоресурсов в соответствии с местными условиями;
- стабилизации и устойчивости энергообеспечения села на базе совершенствования энергосистем, повышения их надежности, эффективности и качества электроэнергии (снижения перерывов в энергоснабжении в 2-3 раза), рационализации структуры энергобаланса;
- роста энергоэффективности сельхозпроизводства;
- широкого использования местных энергоресурсов, отходов, возобновляемых источников в объеме 7-8 млн. т у.т к 2020 г. или 10% от общего энергопотребления;
- появления на рынке новых видов топлива (включая биотопливо), энергоэффективных технологий и комплектов оборудования, пользующихся спросом у потребителей;
- повышения электро- и энерговооруженности труда в сельском хозяйстве на 30%, снижения энергоемкости производства сельхозпродукции на 40% к 2020 г. и до 60% - к 2030 г.;
- повышения комфортности жизни и труда в сельской местности (снижение доли ручного труда - в 2-3 раза);
- снижение потерь всех видов энергии на 30-40%.
Список литературы
1. Лачуга Ю.Ф. и др. Энергетическая стратегия сельского хозяйства России на период до 2020 г. М.: ГНУ ВИЭСХ, 2009.
2. Стратегия машинно-технологической модернизации сельского хозяйства России на период до 2020 г. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2009.
3. Российский статистический ежегодник М. 2011
г?<г>
-TATA —
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 02 (119) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
