CC BY
73
http://static.government.ru/media/files/bGATK2 MsZrYf4mCUlNQcUa9g95zVjSlu.pdf [accessed 15.03.2018]
5. Erk A.F., Sudachenko V.N., Razmuk V.A., Timofeev E.V. Obosnovanie parametrov svetodiodnyh svetil'nikov dlya zhivotnovodcheskih pomeshchenij [Justification of LED lamps parameters for livestock houses]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017; 93: 12-19
6. Gordeev V.V., Khazanov V.E., Erk A.F., Razmuk V.A. Ocenka osveshchennosti v korovnikah dlya fermy na 1200 dojnyh korov.[ Lighting in the barns of the farm for 1200 milking cows]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017; 92:152-157.
7. Erk A.F., Razmuk V.A., Efimova A.N. Vybor tipa ehnergosberegayushchih lamp dlya pomeshchenij sel'skohozyajstvennogo proizvodstva. [Choice of energy-saving lamp type for agricultural facilities]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014; 85: 93-100
8. Erk A.F., Razmuk V.A., Efimova A.N. Ispol'zvanie ehnergosberegayushchih lamp v sistemah osveshcheniya pomeshchenij zhivotnovodcheskogo kompleksa [Application of energy-saving lamps in the lighting systems of livestock houses]. Materialy Mezhdunarodnogo agropromyshlennogo kongressa "Perspektivy innovacionnogo razvitiya agropromyshlennogo kompleksa i sel'skih territory" [Proc. Int. Agro-Ind. Cong. "Perspectives for innovative development of agro-industrial complex and rural territories]. Saint Petersburg: 2014: 182-184
9. Prikaz Ministerstva ehnergetiki Rossijskoj Federacii ot 30 iyunya 2014 g. N 400 "Ob utverzhdenii trebovanij k provedeniyu ehnergeticheskogo obsledovaniya i ego rezul'tatam i pravil napravleniya kopij ehnergeticheskogo pasporta, sostavlennogo po rezul'tatam obyazatel'nogo ehnergeticheskogo obsledovaniya" [Order of the Ministry of Energy of the Russian Federation of June 30, 2014, N 400 "On approval of requirements for the conduct of the energy audit and its results and the rules for sending copies of the energy passport, compiled on the basis of the results of the mandatory energy audit"]. Available at: https://minenergo.gov.ru/node/1507 [accessed 22.03.2018]
УДК 631.152 Б01 10.24411/0131-5226-2018-10005
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ И ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Е.В. Тимофеев, канд. техн. наук; А.Ф. Эрк, канд. техн. наук;
В.Н. Судаченко, канд. техн. наук; В.А. Размук
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства» (ИАЭП), Санкт-Петербург, Россия
В статье рассмотрены особенности и закономерности потребления и сбережения энергии сельскохозяйственными предприятиями в природно-климатических условиях Северо-Западного региона РФ: территориальная рассредоточенность тепловых и электрических нагрузок; наличие
40
большого количества мелких производственных объектов (до 50 единиц зданий и сооружений); использование нескольких видов энергоносителей (электроэнергия, природный газ, уголь, древесные отходы, моторное топливо); наличие большого количества и разнообразия техники (от 16 до 41 автомобиля, от 17 до 47 тракторов, до 6 комбайнов); сезонность проведения работ; большая протяженность линий электропередач (в основном это распределительные сети с классом напряжения 10 кВ); большое количество трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ (в обследованных хозяйствах от 8 до 39 шт.); использование большого количества асинхронных двигателей с низкой (до 20%) степенью загрузки (в обследованных хозяйствах более 200 шт.); фактическое потребление электрической энергии составляет 20-30% от заявленных объемов; электрические нагрузки производственных объектов сельхозпредприятий имеют эпизодический характер.
Работа выполнена по результатам энергетических обследований сельхозпредприятий животноводческого направления Ленинградской области. Выявлено, что во всех обследованных хозяйствах общее потребление энергоресурсов растет с увеличением объема производства. Это закономерно, однако, чем крупнее хозяйство, тем энергоемкость производства ниже. Доля платы за энергоресурсы в объеме произведенной продукции также снижается при увеличении объемов производства и, соответственно, объемов потребления топливно-энергетических ресурсов (снижение составляет почти на 9 % для крупных предприятий). Это объясняется тем, что в крупных хозяйствах при модернизации или строительстве животноводческих комплексов используется электрооборудование с более высоким классом энергоэффективности (А,А+); потребители, как правило, сосредоточены в одном месте, что дает возможность уменьшить требуемую мощность в течении суток путем выравнивания графика нагрузок.
Анализ показал, что все хозяйства имеют разрешенную к потреблению в течение года мощность значительно выше, чем фактическое потребление электроэнергии. Разрешенная к потреблению электроэнергия за год в хозяйствах составляет от 7000 до 50000 тыс. кВт*час. При этом объемы потребления электроэнергии с коэффициентом спроса 0,5 могут быть от 3500 тыс. кВт*час до 26718 тыс. кВт*час. в год. Фактически потребляется в 5-6 раз меньше. Фактическое потребление электрической энергии составляет 20-30% от заявленной. Это свидетельствует о большом запасе недоиспользованных мощностей.
Ключевые слова: энергообеспечение, энергопотребление, электроснабжение, энергоемкость.
Для цитирования: Е.В. Тимофеев, В.Н. Судаченко, А.Ф. Эрк, В.А. Размук. Закономерности энергообеспечения и электроснабжения сельскохозяйственных предприятий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 1 (94). С 40-47.
PATTERNS OF ENERGY AND ELECTRICITY SUPPLY OF AGRICULTURAL
ENTERPRISES
E.V. Timofeev, Cand. Sc. (Engineering); A.F. Erk, Cand. Sc. (Engineering);
V.N. Sudachenko, Cand. Sc. (Engineering); V.A. Razmuk
Federal State Budget Scientific Institution "Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production" (IEEP), Saint Petersburg, Russia
The article considers the features and patterns of energy consumption and energy saving on agricultural enterprises in natural and climatic conditions of the Northwest region of the Russian Federation: territorially dispersed thermal and electrical consumers; a large number of small production facilities (up to 50 units of buildings and structures); application of several types of energy (electricity, natural gas, coal, wood waste,
motor fuel); availability of a large number and variety of machines (from 16 to 41 vehicles, from 17 to 47 tractors, up to 6 combine harvesters); seasonal nature of work; lengthy electric transmission lines - mainly these are distribution networks with a voltage class of 10 kV; a large number of transforming substations with the capacity of 10/0.4 kV (in surveyed farms - from 8 to 39 units); a large number of under-loaded (to 20%) asynchronous motors (above 200 units in the surveyed farms); the actual consumption of electric energy is 20-30% of the declared amount; electric energy demands of production facilities in agricultural enterprises are not regular (systematic).
Investigation was based on the results of energy surveys of livestock farms in Leningrad Region. It was revealed that in all surveyed farms the total consumption of energy resources increased with the increase in production. This is to be expected; however, the larger is the enterprise, the lower is the energy intensity of production. The share of energy payments in the gross output also decreases with the growth of output and, accordingly, consumption of fuel and energy resources: in large enterprises - by almost 9%. This is explained by the fact that the large farms install electrical equipment with a higher energy efficiency class (А,А+) when upgrading or building new livestock facilities; consumers are usually concentrated in one place, which makes it possible to reduce the power requirement during the day by the load leveling.
Analysis revealed that on all the farms the annual permitted power take-off significantly exceeds the actual electricity consumption. The annual permitted electric power consumption on the farms ranges from 7,000 to 50,000 thousand kWh. At the same time, the electricity consumption with a demand factor of 0.5 can be from 3,500 thousand kWh to 26,718 thousand kWh that is 5-6 times less. The actual consumption of electricity is 20-30% of the claimed volume. It means large reserves of underutilized capacity are available.
Keywords: energy supply, energy consumption, electric power supply, energy intensity.
Введение
Энергетическая политика Российской Федерации в сельском хозяйстве направлена на совершенствование структуры топливно-энергетического баланса, освоение новых видов топлива и энергии, разработку и внедрение энергосберегающих технических средств, рационализацию и модернизацию систем обеспечения топливом и электроэнергией, включая широкое использование децентрализованных систем энергообеспечения, местных и
возобновляемых энергоресурсов, вплоть до локального энергообеспечения ряда объектов и предприятий на основе альтернативных источников энергии[1]. Немаловажным, а может быть, и определяющим является переход на новые энерго- и ресурсосберегающие технологии, обеспечивающие рост эффективности отрасли в целом.
Возрастающие затраты на оплату топливно-энергетических ресурсов
отрицательно сказываются на экономике
сельскохозяйственных предприятий.
Необходимость снижения затрат на энергоснабжение села предопределяет рациональное построение структуры топливно-энергетического баланса
предприятий и регионов, производство и освоение новых видов топлива, использование местных энергоресурсов, отходов сельскохозяйственного
производства.
Для широкого вовлечения в энергетический баланс села местных и возобновляемых энергоресурсов необходим более высокий технологический и технический уровень производства с использованием инновационных технологий и нового энергоэффективного
оборудования[2].
В результате энергетических
обследования нами выявлены особенности и закономерности энергопотребления и энергосбережения сельскохозяйственных предприятийв природно-климатических условиях Северо-Западного региона РФ:
- территориальная рассредоточенность тепловых и электрических нагрузок;
- наличие большого количества мелких производственных объектов (до 50 единиц зданий и сооружений);
- использование нескольких видов энергоносителей (электроэнергия, природный газ, уголь, древесные отходы, моторное топливо);
- наличие большого количества и разнообразия техники (автомобилей от 16 до 41 шт., тракторов от 17 до 47 шт., комбайнов до 6 шт.);
- сезонность проведения работ;
-большая протяженность линий
электропередач (в основном
распределительные сети с классом напряжения 10кВ);
-большое количество трансформаторных подстанций 10/0,4кВ (в обследованных хозяйствах от 8 до 39 шт.);
- использование большого количества асинхронных двигателей с низкой степенью загрузки до 20% (в обследованных хозяйствах более 200шт);
- фактическое потребление электрической энергии составляет 20-30% от заявленных объемов;
- электрические нагрузки производственных объектов сельхозпредприятий имеют эпизодический характер.
Материал и методы
Выявление закономерностей проводилось путем анализа материалов экспресс и полных энергетических обследований сельхозпредприятий животноводства
Ленинградской областис помощью однофакторного дисперсионного
анализа[3,4].
Выявлены основные особенности энергообеспечения и энергосбережения сельскохозяйственного предприятия. Эти особенности свойственны не одному, а многим сельхозпредприятиям. Анализ проведен с использованием статистических
пакетов MSExcel и StatgraphicsPlus. Эти особенности принимаем как закономерности энергообеспечения и энергосбережения сельскохозяйственного предприятия [5,6].Для анализа были выбраны результаты производственной деятельности 21 хозяйства области.
Результаты и обсуждение
В результате анализа выявлено, что во всех обследованных хозяйствах общее потребление энергоресурсов растет с увеличением объема производства(рис.1), это закономерно. Однако, чем крупнее хозяйство, тем энергоемкость производства ниже (рис. 2).
Рис.1. Зависимость энергопотребления от объема производства:
у = -0,0055х4 + 0,3441х3 - 6,476х2 + 52,394х --32,432 Я2 = 0,9851
< 1:
\
:
0 50 100 150 200 250 300 350 400 Объем производства млн. руб.(х))
Y ■ Предсказанное Y Полиномиальная (Y)
Рис.2. Зависимость энергоемкости от
объема производства: у = -3Е-12х6 + 4Е-09х5 - 2Е-06х4 + 0,0005х3 -- 0,0713х2 + 4,8499х - 112,35 Я2 = 0,657
Доля платы за энергоресурсы также снижается при увеличении объема производстваи соответственно объемам потребления ТЭР (снижение составляет почти на 9 % от малых до крупных предприятий рис.3). Это объясняется тем, что в крупных хозяйствах при модернизации или строительстве животноводческих комплексов используется
электрооборудование с более высоким классом энергоэффективности, потребители, как правило, сосредоточены в одном месте, что дает возможность уменьшить
требуемую мощность в течении суток путем выравнивания графика нагрузок.
,25
я 10
Ч 0
\
\
•ч \
0 50 100 150 200 250 300 350 400 Объем производства, млн. руб.
У ■ Предсказанное У Полиномиальная (У)
Рис.3. Зависимость доли платы за электроэнергию от объема производства:
0,0011х2 - 0,1147х + +32,275 Я* = 0,6944
y = -1E-08x4 + 8E-06x3 ■
Однако взаимосвязь количества потребленной электроэнергии от количества точек подключения не выявлена (рис.4).
y
Рис.4. Зависимость потребления электроэнергии от распределенности
электрических сетей в хозяйствах: -- -0,0095х4 - 0,0602х3 + 9,2994х2 - 105,53х + +2176,9 Я* = 0,0708
Анализ вышеприведенных
закономерностей необходимо учитывать при разработке «Программ энергосбережения и повышения энергоэффективности
сельскохозяйственного предприятия» и разработке научно-обоснованных
рекомендацийпо рациональному
использованию энергоресурсов для хозяйств.
Для хозяйств характерна большая протяженность линий электропередач, в основном распределительные сети с классом напряжения 10кВ. Большое количество трансформаторных подстанций 10/0,4кВ (в обследованных хозяйствах от 8 до 39 шт.).
Следует предположить, что количество точек подключения (трансформаторных подстанций) зависит в основном от схемы распределительных сетей, их
разветвленности и географического размещения потребителей электроэнергии.
Анализ количества фактически потреблённой электроэнергии иразрешенных объемов потребления в течении года (разрешенная мощность) показал, что все хозяйства имеют разрешенную мощность значительно выше, чем фактическое потребление электроэнергии (рис. 5)[7,8].
Рис.5. Взаимосвязь количества потребляемой электроэнергии и разрешенной к потреблению
Например, разрешенный объем
потребления электроэнергия за год в хозяйствах области составляет от 7000 до 50000 тыс. кВт*час. При этом объемы потребления электроэнергии с
коэффициентом спроса 0,5 могут быть от 3500тыс.кВт/час до 26718 тыс.кВт/час.в год. Фактически потребляется в 5-6 раз меньше. Фактическое потребление электрической энергии составляет 20-30% от заявленной. Это свидетельствует о большом запасе недоиспользованных мощностей.
Выводы
1. Особенности электроснабжения сельскохозяйственных предприятий: большая протяженность линий электропередач (до 40км);в основном распределительные сети с классом напряжения 10кВ; большое количество трансформаторных подстанций 10/0,4кВ (в обследованных хозяйствах от 8 до 39 шт., взаимосвязи их количества с объемом производства не выявлено); электрическая нагрузка сельхозпредприятий имеет эпизодический характер.
2. Анализ количества фактически потреблённой электроэнергии и
разрешенных объемов потребления в течении года (разрешенная мощность) показал, что все хозяйства имеют разрешенную мощность значительно выше, чем фактическое потребление
электроэнергии Фактическое потребление электрической энергии составляет 20-30% от заявленной.
3 Выявленная тенденция снижения энергоемкости на 10-12% при росте производства основного вида продукции на 15-20% свидетельствует об активной работе предприятия по реализации методов энергосбережения. В более крупных хозяйствах удельный показатель затрат энергоресурсов на единицу продукции ниже.Доля платы в себестоимости продукции за энергоресурсы так же снижается при увеличении объема производства и соответственно объема потребления ТЭР пропорционально снижению энергоемкости.. Это объясняется тем, что в крупных хозяйствах при модернизации или строительстве
животноводческих комплексов используется электрооборудование с более высоким классом энергоэффективности (А,А+).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
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. 2014. № 85. С. 84-89.
2. Судаченко В.Н., Эрк А.Ф., Тимофеев Е.В. Методы энергосбережения и повышения энергоэффективности предприятий животноводческого направления в условиях Северо-Запада РФ. /Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 91. С.5-14.
3. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., РазмукВ.А.,Ковалева О.В. Результаты
энергетического обследования
сельхозпредприятий /Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2014. № 85. С.100-105.
4. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Сравнительный анализ энергоэффективности сельскохозяйственных предприятий молочного направления / Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2014. №5.С. 22-24.
5.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.
6.Судаченко В.Н., Эрк А.Ф., Тимофеев Е.В., Выбор варианта энергоснабжения объектов сельхозпроизводства по экономическим критериям /Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 92. С. 43-48.
7. 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. 2016. № 89. С.23-31.
8. 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. 2016. № 89. С.12-18.
9. Валге А.М., Тимофеев Е.В., Структура алгоритма управления ресурсным обеспечением сельскохозяйственного производства // Технологии и технические
средства механизированного производства продукции растениеводства и
животноводства. 2008. № 80. С. 169-177.
10. Тимофеев Е.В. Повышение эффективности производства кормов из трав в условиях Северо-Запада Российской Федерации путем моделирования процессов кормопроизводства и формирования оптимальных технологий. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. // Санкт-Петербург. 2010. 182 с.
11. Валге А.М., Тимофеев Е.В. Проектирование технологий сельскохозяйственного производства на основе использования СУБД. / Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2009. № 14. С. 210.
12. Тимофеев Е.В. Анализ эффективности ресурсного обеспечения производства сельскохозяйственной продукции математическими методами / Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2007. № 79. С. 74-78.
REFERENCES
1. Brovtsin V.N., Erk A.F., Kovaleva O.V. Analiz ehnergoehffektivnosti predpriyatij molochnogo napravleniya [Analysis of energy efficiency of dairy enterprises]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014; 85: 84-89.
2. Sudachenko V.N. Erk A.F. Timofeev E.V. Metody energosberezheniya i povysheniya energoehffektivnosti predpriyatij zhivotnovodcheskogo napravleniya v usloviyah Severo-Zapada RF [Methods of energy saving and energy efficiency improvement for livestock farms in the North-West of Russia]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva
mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017; 91: 514.
3. Erk A.F., Sudachenko V.N., Razmuk V.A., Kovaleva O.V. Rezul'taty ehnergeticheskogo obsledovaniya sel'hozpredpriyatij [Results of energy survey of agricultural enterprises]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2014; 85: 100-105.
4. Brovtsin V.N., Erk A.F., Bychkova O.V. Sravnitel'nyj analiz energoehffektivnosti sel'skohozyajstvennyh predpriyatij molochnogo napravleniya [Comparative analysis of energy
46
efficiency of dairy farms]. Mekhanizaciya i ehlektrifkaciya sel'skogo hozyajstva. 2014; 5: 22-24.
5. Brovtsin V.N., Erk A.F., Bychkova O.V. Prognoz energopotrebleniya sel'skohozyajstvennymi predpriyatiyami molochnogo napravleniya [Forecast of energy consumption by dairy farming enterprises]. Mekhanizaciya i ehlektrifkaciya sel'skogo hozyajstva. 2014; 4: 24-26.
6. Sudachenko V.N., Erk A.F., Timofeev E.V., Vybor varianta ehnergosnabzheniya ob"ektov sel'hozproizvodstva po ehkonomicheskim kriteriyam [Selection of power supply options for agricultural production facilities by economic criteria]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 201; 92: 43-48.
7. Erk A.F., Sudachenko V.N, Timofeev E.V., Razmuk V.A. Metody povysheniya ehffektivnosti ispol'zovaniya ehlektricheskoj ehnergii v zhivotnovodstve [Methods to increase the efficiency of electric power use in livestock farming]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016; 89: 23-32.
8. Erk A.F., Sudachenko V.N., Butrimova E.I. Effektivnost' ispol'zovaniya ehnergoresursov v sel'hozpredpriyatii molochnogo napravleniya [Efficiency of energy use in dairy cattle husbandry]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2016; 89: 12-18.
9. Valge A.M., Timofeev E.V., Struktura algoritma upravleniya resursnym obespecheniem sel'skohozyajstvennogo proizvodstva [Structure of control algorithm for resource support of agricultural production]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2008; 80: 169-177.
10. Timofeev E.V. Povyshenie ehffektivnosti proizvodstva kormov iz trav v usloviyah Severo-Zapada Rossijskoj Federacii putem modelirovaniya processov kormoproizvodstva i formirovaniya optimal'nyh tekhnologij. Diss. kand. tekhn. nauk [Improving the efficiency of grass forage making in the North-West of the Russian Federation by modeling the feed production processes and formation of optimal technologies. Cand. techn. sc. diss.]. Saint Petersburg: SZNIIMESH, 2010: 182 p.
11. Valge A.M., Timofeev E.V. Proektirovanie tekhnologij sel ' skohozyajstvennogo proizvodstva na osnove ispol'zovaniya SUBD [Creation of agricultural production technologies with the use of DBMS]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2009; 14: 210.
12. Timofeev E.V. Analiz ehffektivnosti resursnogo obespecheniya proizvodstva sel'skohozyajstvennoj produkcii matematicheskimi metodami [Effectiveness analysis of resource support of agricultural production by mathematical methods]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2007; 79: 74-78.
