CC BY
43
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводстваи животноводства_
ЛИТЕРАТУРА
1. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф, Ковалева О.В. Анализ энергоэффективности предприятий молочного направления.//Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2014. - №85. -С.84-89
2. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Бутримова Е.И. Эффективность использования энергоресурсов в сельхозпредприятиях молочного направления//Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2016. - № 89. - С.12-19.
3. 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.
4. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Методы энергосбережения и повышения энергоэффективности сельскохозяйственного производства / А.Ф. Эрк, В.Н.Судаченко // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2015. - № 87. - С.233-239.
5. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н, Тимофеев Е.В., Размук В.А. Выбор типа электроснабжения сельскохозяйственных предприятий с использованием солнечных электростанций // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2016. - № 89. - С.19- 23.
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.23-32.
7. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / Коллектив авторов. — СПб.: Наука, 2002. 314 с.
УДК 631.152
ВЫБОР ВАРИАНТА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ СЕЛЬХОЗПРОИЗВОДСТВА ПО ЭКОНОМИЧЕСКИМ КРИТЕРИЯМ
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», Санкт-Петербург, Россия
Система энергоснабжения объектов сельхозпроизводства может состоять из нескольких основных подсистем получения энергии: централизованная энергосистема, местная электростанция, тепловая энергия от местных котельных или от теплоэлектростанции, энергетических установок с использованием энергии солнца и ветра и др. Для сельскохозяйственных потребителей с точки зрения получения конечного продукта безразлично, какая подсистема энергоснабжения при этом
41
используется. Но разная по себестоимости энергия приводит к разной стоимости произведенной сельхозпродукции. Поэтому для отдельного сельхозпредприятия должен существовать наиболее оптимальный источник энергии, обеспечивающий минимальные энергозатраты на производство продукции определенного количества и качества. Большое количество сочетаний различных подсистем энергоснабжения от того или иного источника затрудняют поиск решения эмпирическим или экспертным путем. В работе предложен аналитический способ решения проблемы. Задача выбора оптимального источника энергии сведена к распределенной задаче линейного программирования. В качестве целевой функции в этом случае выступает сумма затрат на передачу всех видов энергии всем потребителям и суммарный технологический ущерб, обусловленный уровнем надежности источников. Учтен весь спектр ограничений, обусловленный режимами подачи энергии, наличием энергоносителей на складе (уголь, нефтепродукты и др.), особенностями энергоснабжения с использованием возобновляемых источников. В результате находится рациональный баланс энергоресурсов сельскохозяйственного потребителя. При такой постановке задачи определяются затраты на производство и распределение энергии от различных источников, то есть суммарная себестоимость энергоснабжения различных потребителей от различных источников. Для нахождения себестоимости устанавливают возможные объемы выработки на тех или иных энергоресурсах, в том числе возобновляемых источниках энергии.
Ключевые слова, экономический критерий; себестоимость; технологический ущерб; традиционный энергоисточник, энергоснабжение; возобновляемые источники энергии.
SELECTION OF POWER SUPPLY OPTIONS FOR AGRICULTURAL PRODUCTION FACILITIES BY ECONOMIC CRITERIA
V.N. SUDACHENKO, Cand. Sc. (Engineering), A.F. ERK, Cand. Sc. (Engineering), E.V. TIMOFEEV, Cand. Sc. (Engineering)
Federal State Budget Scientific Institution "Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production" (IEEP), Saint Petersburg
The power supply system of agricultural production facilities may include several main subsystems of energy generation. centralized power system, local electricity'generating plant, thermal energy from a local boiler or from a fossil fuel burning power station, sun and wind energy systems, etc. For agricultural consumers, the energy supply subsystem in place makes no difference from the point of view of final product purchasing. But variation in self-cost of energy results in the range of costs of final agricultural products. Therefore, each individual agricultural enterprise needs to have the most optimal energy source, which ensures minimum energy inputs for production of certain quantity and quality. A large number of combinations of different power supply subsystems from one or another source make it difficult to find a solution in an empirical way or by expertise. An analytical method for solving the problem is proposed. The task to choose the optimal energy source reduces to a grid-computed problem of linear programming. The objective function in this case is the total costs for the transfer of all types of energy to all consumers and the total technological loss caused by the level of reliability of power supply sources. The range of restrictions associated with the energy supply modes, availability of energy carriers in stock (coal, oil products, etc.), specific features of renewable energy supply is taken into account. As a result, a reasonable balance of energy resources of the agricultural consumer is found. Under such problem statement, the energy generation and distribution costs from various sources are determined, that is, the total self-cost of energy supply to various consumers from various sources. The self-cost is determined by the potential total energy generated from certain energy resources, including renewable energy sources.
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводстваи животноводства_
Key words, economic criteria; cost; technological damage; traditional energy sources; energy supply; renewable energy.
ВВЕДЕНИЕ
Система энергоснабжения сельского хозяйства может быть представлена в виде пяти основных подсистем получения энергии [ 1]:
- электрической энергии от энергосистемы;
- электрической энергии от местной электрической станции;
- тепловой энергии от тепловых станций;
- тепловой энергии от местной котельной или другой теплогенерирующей установки, использующей твердое или жидкое органическое топливо;
- тепловой энергии за счет сжигания газа на местных котельных.
Использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) должно рассматриваться как самостоятельные подсистемы [2,3], так как в этом случае из схемы исключаются элементы, связанные с добычей, транспортировкой и переработкой органического топлива. Кроме того, как правило, снижается радиус питающих сетей.
Для сельскохозяйственных потребителей, с точки зрения получения конечного продукта, безразлично, какая подсистема энергоснабжения при этом используется. Но разная по себестоимости энергия приводит к разной себестоимости производимой продукции. Поэтому для отдельного предприятия, хозяйства, района и т.п. должен существовать наиболее оптимальный источник или группа источников (рациональная структура энергопотребления), обеспечивающие минимальные затраты на производство продукции определенного количества и качества.
Большое число возможных сочетаний различных подсистем энергоснабжения от того или иного источника затрудняет поиск решения эмпирическим или экспертным путем. Целью данной работы - теоретическое обоснование экономически эффективного выбора варианта энергоснабжения сельхозпотребителей от нескольких источников энергии, в том числе с использованием НВИЭ.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ
Теоретически данную задачу можно представить в следующем виде. Имеется т источников энергии (А1—Ат) и п потребителей этой энергии (В1—Вп). Заданы объемы производства энергии каждым источником ai и величина спроса (потребления) каждым потребителем Ь (в общем случае под потребителем имеется в виду конкретный технологический процесс, предприятие или какой-либо район). Необходимо определить оптимальные потоки энергии (ху) от каждого источника к каждому потребителю. Если найти издержки на доставку того или иного вида энергии от Аi до Вj,то данную задачу можно свести к распределительной задаче линейного программирования. В качестве целевой функции будет выступать сумма затрат на передачу всех видов энергии всем потребителям и суммарный технологический ущерб, обусловленный уровнем надежности источников:
т п т п (1)
21 = Е Е с • хч+Е Е хч • у* ^ т1п
1=1 j=l 1=1 j=l ,
где уу- величина удельного ущерба при энергоснабжении ]-го потребителя от 1-го источника; Су- себестоимость энергоснабжения различных потребителей от различных источников.
В качестве второго слагаемого введем коэффициент Ц> 1,0, учитывающий технологический ущерб. Тогда (1) можно записать как
т п (2)
21 = ХХ х • С+ки ^ min
1=\ ]=1
При этом оптимизация данной задачи будет происходить при ограничениях: - условия полного удовлетворения каждого потребителя энергией от различных источников
V ь (3)
i=1 , ] = 1,2, ..., п
- энергия, произведенная каждым источником для данных потребителей, должна быть доставлена к этим потребителям
^ (4)
i=1 , 1 = 1,2, ..., т
- количество передаваемой энергии - неотрицательные числа. Передача энергии от одного потребителя к другому исключена:
х, > 0 (5)
4 1 = 1,2, ..., т, ] = 1,2, ..., п
- кц=1,0 при нормированной надежности.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Условия полного удовлетворения каждого потребителя энергией различных видов (3) не всегда, особенно в настоящее время, можно выполнить. Это связано в первую очередь с различными режимными ограничениями на поставку электрической, тепловой энергии и газа от централизованных источников, включая отсутствие энергоресурсов (главным образом угля, нефтепродуктов) на базах и складах топлива. Часть потребителей в принципе не может получать энергию от определенных источников, например, газ - при отсутствии в данной местности газовых сетей, тепловую энергию от электростанции при значительном удалении от нее потребителя. Кроме того, могут возникать ограничения, определяемые, с одной стороны, пропускными способностями схемы энергоснабжения для традиционных источников энергии, с другой стороны, - возможностью выработки энергии в требуемый промежуток времени нетрадиционными возобновляемыми источниками.
С учетом перечисленного ограничения, связанные с невозможностью
удовлетворения полного спроса, можно записать в виде
0 < х^< Ли 1 = 1,2, ..., т, ] = 1,2, ..., п (6)
где ёу - предельное количество энергии, которое может быть передано от А1 к Вj за рассматриваемый промежуток времени. В общем случае это может быть месяц, сезон, год.
Ограничения по использованию НВИЭ прежде всего будут зависеть от возможности замещения того или иного традиционного источника или его доли на нетрадиционный.
В результате поиска решения согласно условию (2) находим рациональный баланс энергоресурсов региона (производственного объекта). От него можно перейти к решению многих других задач. Например, определение рационального количества 1-х НВИЭ в ]-м регионе [1].
Технологии и технические средства механизированного производства продукции
растениеводстваи животноводства_
При такой постановке задачи необходимо определить затраты на производство и распределение энергии от различных источников, включая НВИЭ. Иными словами, необходимо знать суммарную себестоимость энергоснабжения различных потребителей от различных источников.
В общем случае суммарная себестоимость энергоснабжения сельских потребителей от НВИЭ определяется затратами на приемное устройство и устройство, преобразующее энергию Солнца, ветра и малых рек в тепловую и электрическую энергию; затратами на передачу энергии потребителю и компенсацию возможных при этом потерь [4,5,6,7]. Для определения значения себестоимости необходимо знать возможные объемы выработки энергии тем или иным НВИЭ. При их расчете необходимо иметь в виду:
- энергия Солнца может быть использована только в дневное время. Максимальная ее интенсивность наблюдается в июне-июле, минимальная - в декабре-январе. Интенсивность солнечной энергии не остается постоянной в течение дня, и ее величина значительно снижается с появлением облачности;
- энергия ветра меняется в течение суток, месяца, сезона. Более того, могут быть дни с полным отсутствием ветра. Имеются районы на горных вершинах и побережьях водных источников (озера, моря), где отмечаются наибольшие для данного региона скорости ветра. В степных и лесостепных районах и, наконец, районах, закрытых горами, наблюдаются наименьшие для региона значения скоростей ветра;
- большинство рек, зимой перемерзает, значит, энергию малых рек можно использовать преимущественно в теплое время года. У малых рек степной зоны основная доля стока приходится на весенний паводок. Поэтому и в теплое время года использование энергии малых рек будет неравномерным.
НВИЭ, как правило, не претендуют на существенную роль ни в развитии экономики страны, ни в развитии энергетической системы. Однако даже относительно небольшой (по опыту ряда зарубежных стран - от 1 до 10%) вклад в топливно-энергетический баланс может оказаться достаточным для энергообеспечения отдельных потребителей и территорий.
Для оценки технико-экономической эффективности использования НВИЭ в различных по энергетической насыщенности (Солнца, ветра и малых рек) районах необходимо сопоставить данные источники с традиционными, например, по методу приведенных затрат.
ВЫВОДЫ
1. Изложенная в работе методика выбора варианта энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей позволяет выбрать оптимальный источник или группу источников, обеспечивающих минимальные энергозатраты на производство сельхозпродукции определенного количества и качества.
2. Методика может широко использоваться при проектировании нового строительства или реконструкции сельхозобъектов с учетом современных требований по энергосбережению и энергоэффективности производства сельхопродукции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Саплин Л.А., Шерьязов С.К., Пташкина-Гирина О.С., Ильин Ю.П. Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей с использованием возобновляемых источников:
Учебное пособие / Под общей ред. д-ра техн.наук, проф. Л.А.Саплина. Челябинск: ЧГАУ, 2000. -194 с.
2. 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.
3. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Методы энергосбережения и повышения энергоэффективности сельскохозяйственного производства / А.Ф. Эрк, В.Н.Судаченко // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2015. - № 87. - С.233-239.
4. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н, Тимофеев Е.В., Размук В.А. Выбор типа электроснабжения сельскохозяйственных предприятий с использованием солнечных электростанций // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2016. - № 89. - С.19- 23.
6. 5. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Бутримова Е.И. Эффективность использования энергоресурсов в сельхозпредприятиях молочного направления // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2016. - № 89. - С. 12-19.
5. 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.23-32.
6. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф, Ковалева О.В. Анализ энергоэффективности предприятий молочного направления.// Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2014. - №85. -С.84-89.
УДК 628.979:581.035
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ КОМБИНИРОВАННОГО ФИТООБЛУЧАТЕЛЯ
С.А. РАКУТЬКО, д-р техн. наук, А.П. МИШАНОВ, Е.Н. РАКУТЬКО, А.Е. МАРКОВА, канд.с.-х.наук
Целью разработки является создание высокоэффективного фитооблучателя, позволяющего выращивать экологически чистые зеленые культуры, а так же рассаду овощных культур. В настоящее время широкое применение в светокультуре в качестве источников излучения находят светодиоды (СД) с произвольным спектром. Стоимость фитооблучателей только на светодиодах достаточно высока. Более экономичным источником являются люминесцентные лампы (ЛЛ), однако в их спектре отсутствует излучение на необходимых для растений длинах волн. Для решения этой проблемы применяют комбинированные облучатели с различными типами источников. Созданный фитооблучатель содержит две люминесцентные лампы Philips TL-D 18W/54-765 и девять светодиодов ARPL-Star-3W, излучающих в красном и дальнекрасном диапазонах. Возможны
46
