АСПЕКТЫ  РАЗВИТИЯ  ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ  СИСТЕМ  В  СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ  ПРОИЗВОДСТВЕ

Толстякова  Мария  Александровна

студент  1  курса  магистратуры  Российский  государственный  аграрный  университет  —  МСХА  имени  К.А.  Тимирязева,  энергетический  факультет,  РФ,  г.  Москва

E-mail: 

Воробьёв  Виктор  Андреевич

научный  руководитель,  профессор,  д-р  техн.  наук,  энергетический  факультет,  МСХА  имени  К.А.  Тимирязева,  РФ,  г.  Москва

О  необxодимости  снижения  энергозатрат

Затраты  на  энергетические  ресурсы  составляют  значительную  часть  стоимости  продукции  сельского  хозяйства.  В  указанные  затраты  входят:  расход  электроэнергии  на  освещение,  питание  электроприводов  рабочих  механизмов  производства,  на  отопление  (на  некоторых  производствах  устанавливают  свои  автономные  котельные),  на  транспортировку  ресурсов  и  продукции  и  др.  Основными  видами  энергоресурсов,  которые  потребляет  сельское  хозяйство,  являются  тепловая  энергия,  электроэнергия,  газ,  ГСМ  (горюче-смазочные  материалы).

Одним  из  ключевых  факторов  формирования  стоимости  получаемого  сельскохозяйственного  продукта,  является  его  энергоёмкость,  то  есть,  количество  энергии,  которое  затрачивается  на  производство  единицы  продукции.  По  уровню  энергоёмкости  отечественные  производители  имеют  существенное  отставание  от  своих  западных  конкурентов.  Бесспорно,  существенное  влияние  оказывает  географическое  положение  и  климатические  условия,  но  стоит  уделять  внимание  также  недостаткам  в  используемых  технологиях,  технических  устройствах  и  системах  управления.  Поэтому  для  формирования  позитивного  спроса  на  рынке  производителям  необходимо  не  только  принимать  во  внимание  требования  потребителя  к  качеству,  но  и  стараться  снижать  стоимость  своей  продукции.

Глобальный  аспект  проблемы

Проблемы  энергопотребления  не  настолько  локальны,  чтобы  сказываться  лишь  на  стоимости  продукции  сельского  хозяйства.  В  современном  мире  энергетика  является  основой  развития  базовых  отраслей  промышленности,  определяющих  прогресс  общественного  производства.

Несмотря  на  всю  пользу  и  незаменимость  в  производстве  энергетическая  отрасль  —  один  из  источников  неблагоприятного  воздействия  на  окружающую  среду  и  человека.  Она  влияет  на  атмосферу  (потребление  кислорода,  выбросы  газов,  влаги  и  твердых  частиц),  гидросферу  (потребление  воды,  создание  искусственных  водохранилищ,  сбросы  загрязненных  и  нагретых  вод,  жидких  отходов)  и  на  литосферу  (выбросы  токсичных  веществ,  потребление  ископаемых  топлив,  изменение  естественного  ландшафта).  Технологии,  применяемые  в  современной  энергетике,  являются  одной  из  основных  причин  появления  парникового  эффекта.

Другая  глобальная  проблема  энергопотребления  —  получение  энергии  из  невозобновляемых  ресурсов.  Большую  часть  энергии  получают  за  счет  ресурсов  такого  вида  (нефть,  природный  газ,  уголь,  сланцы),  запасы  которых  на  планете  существенно  ограничены.  По  современным  представлениям,  например,  запасы  нефти  будут  практически  исчерпаны  через  50—100  лет,  а  каменного  угля  —  через  300—400  лет.  В  качестве  рекомендаций  по  решению  этой  проблемы  предлагается:  1)  свести  к  минимуму  использование  невозобновляемых  ресурсов,  таких,  как  твердое  топливо  и  минералы;  2)  привести  темпы  использования  возобновляемых  ресурсов,  например,  леса,  в  соответствие  с  темпами  их  регенерации;  3)  ограничить  вредные  выбросы  размерами,  которые  могут  быть  компенсированы  окружающей  средой  естественным  образом  [2,  с.  3].

Исходя  из  этого,  сокращение  затрат  на  энергетические  ресурсы  крайне  важно,  ограничиваться  лишь  поисками  альтернативных  источников  энергии  не  всегда  рационально  —  для  нашего  климата  постройка  небольших  ветровых  или  солнечных  электростанций  не  решит  проблемы  в  целом.  Необходимо  сокращать  расход  энергии  путём  введения  инновационных  решений  в  производство.  Такие  решения  обычно  дорогостоящи,  но  вложения  в  них  окупаются  за  достаточно  короткий  период  времени.

Сельскохозяйственное  производство  для  повышения  конкурентоспособности  выпускаемой  продукции,  неизбежно  сталкивается  с  необходимостью  модернизации,  ключевой  целью  которой  является  повышение  производительности  и  снижение  энергоёмкости.

Составляющие  потенциала  энергосбережения  для  сельскохозяйственного  производства  следующие  [6,  с.  5]:

1.  Применение  малоэнергозатратных  технологий  обработки  почвы.

2.  Использование  более  энергоэффективного  машинотракторного  парка,  проведение  своевременного  технического  обслуживания,  выполнение  периодических  регулировок  с  целью  повышения  производительности.

3.  Снижение  энергозатрат  на  освещение  путем  перехода  на  энергосберегающие  источники  света,  более  современные  пускорегулирующих  аппаратов,  датчиков  движения  и  исключение  нерациональных  трат.

4.  Использование  органических  отходов  для  производства  газа,  посредством  биогазовых  установок.

5.  Снижение  потерь  теплоты  через  ограждающие  конструкции,  исключение  инфильтрации.

6.  Использование  альтернативных  источников  энергии,

7.  Использование  в  системах  обеспечения  нормативного  микроклимата  животноводческих  помещений  тепловых  насосов  (абсорбционных  и  термоэлектрических),  тепловых  аккумуляторов  и  т.  п.

Это  основные  направления  экономии  энергии  в  сельском  хозяйстве.  Со  временем  появляются  новые  разработки  и  направления,  формирующие  пути  повышения  энергоэффективности.

Для  определения  возможных  мер  по  сокращению  расхода  энергоресурсов  проводится  энергоаудит  на  предприятиях,  по  итогам  которого  квалифицированный  специалист  предлагает  различные  варианты,  как  то:  использование  систем  освещения  с  более  эффективными  источниками  света,  использование  электроприводов  с  и  прогрессивными  системами  автоматического  управления,  совершенствование  систем  вентиляции  и  кондиционирования  воздуха  и  др.  [4,  с.  38]  Эти  меры  сокращают  не  только  расход  энергии,  но  и  требуемое  количество  работников,  стимулируют  рациональные  изменения  в  конструкции  здания,  что  позволяют  предотвратить  утечки  теплоты  и  сократить  расходы  на  отопление.

Способы  снижения  энергозатрат.

Экономия  энергии  при  искусственном  освещении

Одним  из  вариантов  оптимизации  энергозатрат  на  освещение  является  замена  одного  источника  света  другим,  более  эффективным.  Для  этого  имеется  целый  арсенал  источников  света.

В  основе  экономии  электроэнергии  —  разница  в  световой  отдаче  источников  света,  т.  е.  в  количестве  света,  в  которое  превращается  1  Вт  энергии.  Так,  замена  ламп  накаливания  (ЛН)  на  компактные  люминесцентные  лампы  (ЛЛ)  может  обеспечить  до  80  %  снижения  расхода  электроэнергии,  при  замене  дуговых  ртутных  люминофорных  ламп  (ДРЛ)  на  металлогалогенные  лампы  (МГЛ)  данное  значение  может  достигать  50  %.

Оценивая  затраты  на  осветительные  установки  (ОУ),  чаще  всего  принимают  во  внимание  цену  светильника  и  лампы.  Поначалу  светильник  с  ДРЛ  выглядит  предпочтительнее:  его  средняя  стоимость  ниже.  Однако  при  проектировании  ОУ  в  помещении  площадью  600  кв.  м  становится  очевидно,  что  светильников  с  МГЛ  потребуется  на  треть  меньше  и  уже  первоначальные  затраты  на  них  окажутся  на  10  %  меньше.  После  начала  эксплуатации  экономия  электроэнергии  будет  очевидна  [1,  с.  1].

По  сравнению  с  использованием  люминесцентныx  ламп,  очень  выгодным  представляется  оборудование  помещений  светодиодными  лампами.  При  той  же  степени  требуемой  освещённости  последние  потребляют  намного  меньше  энергии,  а  также  не  содержат  ртути  и  более  просты  в  утилизации  [3,  с.  1].

Также  взвешенный  выбор  пускорегулирующих  аппаратов  не  только  повышает  энергоэффективность  освещения,  но  и  дает  весьма  существенную  экономическую  выгоду.  Так,  для  освещения  помещения  площадью  около  2000  кв.  м  требуется  140  светильников  типа  LNK.  Они  могут  быть  укомплектованы  электронными  пускорегулирующими  аппаратами  (ЭПРА)  или  энергоемкими  электромагнитными  пускорегулирующими  аппаратами  (ЭмПРА).  Второй  вариант  дешевле,  но  необходимость  оплаты  дополнительных  электрических  мощностей  существенно  корректирует  и  почти  выравнивает  затраты  уже  на  этом  этапе.

Оценка  затрат  на  электроэнергию  в  течение  первого  года  эксплуатации  ОУ  с  электронными  пускорегулирующими  аппаратами  меняет  ситуацию  принципиально:  экономия  в  первый  год  составляет  порядка  сотен  тысяч  руб.,  а  каждый  последующий  год  экономия  становится  в  разы  больше.

Ещё  один  способ  сэкономить  на  освещении  —  установка  в  помещении  датчиков  присутствия,  обеспечивающих  автоматическое  отключение  света  при  отсутствии  в  помещении  персонала  или  животныx.  Таким  образом,  ОУ  генерирует  свет  только  тогда,  когда  он  нужен,  и  в  том  количестве,  в  каком  это  требуется  для  создания  комфортной  световой  среды.  Эта  ступень  может  добавить  в  энергетическую  копилку  еще  до  25  %  электроэнергии.

Применение  тепловых  насосов.

До  сих  пор  в  России  недостаточно  широко  используется  современная  альтернативная  технология  тепло-  и  водоснабжения.  Например,  так  называемые  «тепловые  насосы»,  т.  е.  тепловое  оборудование,  предназначенное  для  использования  энергии  водных  источников,  почвы,  подземных  недр.

Тепловые  насосы  (термотрансформаторы)  —  это  фреоновые  или  соле-водяные  энергетические  установки,  позволяющие  получать  теплоту  для  отопления  и  горячего  водоснабжения  за  счет  использования  переноса  энергии  теплоты  низкопотенциального  источника  к  теплоносителю  с  более  высокой  температурой.  Тепловые  насосы  —  компактные  и  экологически  чистые  установки,  так  как  в  качестве  низкопотенциального  источника  теплоты  могут  быть  использованы  очищенные  бытовые  или  промышленные  стоки,  вода  технологических  циклов,  теплота,  получаемая  при  очистке  дымовых  газов  и  любых  других  сбросных  тепловых  потоков,  теплота  грунтовых,  артезианских,  термальных  вод,  воды  рек,  озер,  морей,  систем  водо-  и  теплоснабжения.

Принцип  действия  теплотрансформатора  основан  на  циклическом  процессе.  По  наружному  трубопроводу  циркуляционным  насосом  прокачивается  рабочая  жидкость,  например  вода  или  нетоксичный  антифриз.  После  того,  как  рабочая  жидкость  проxодит  по  трубопроводу,  она  принимает  температуру  грунта  (+7  °С)  и  далее  попадает  в  теплообменник.  В  нём,  также  называемом  испарителем,  рабочая  жидкость  передает  теплоту,  которую  получила  от  грунта,  хладагенту.  Хладагент  начинает  кипеть,  постепенно  превращаясь  в  пар,  затем  попадает  в  компрессор.  Рабочая  жидкость  после  прохождения  теплообменника  и  отдачи  теплоты  хладагенту  понижает  свою  температуру  до  +2°  С  и  вновь  поступает  в  трубопровод,  проxодящий  в  грунте.  Пар  хладагента  при  поступлении  в  компрессор  сжимается  до  давления  20…25  атмосфер.  От  сжатия  его  температура  возрастает  и  достигает  55  °С.  Основная  доля  электроэнергии,  потребляемая  тепловым  насосом,  расходуется  на  работу  компрессора  по  сжатию  парообразного  xладагента.  Впоследствии  полученная  в  этом  процессе  энергия  может  быть  направлена  через  теплообменник  на  обогрев  воздуха  внутри  помещений  или  на  подогрев  воды  в  системе  горячего  водоснабжения.  Сжатый  и  разогретый  хладагент  попадает  в  конденсатор,  нагревая  циркулирующую  воду.  На  следующем  этапе  хладагент  конденсируется  и  попадает  в  переохладитель,  в  котором  понижает  свою  температуру.  Затем  он  подается  в  терморегулирующий  вентиль,  в  котором  охлаждается  до  температуры  кипения.  В  составе  влажного  пара  хладагент  вновь  поступает  в  испаритель,  после  чего  цикл  работы  теплового  насоса  повторяется.  Выпускаются  насосы  различной  мощности,  позволяющие  отапливать  и  снабжать  горячей  водой  как  сооружения  площадью  100…300  м²,  так  более  крупные  здания  [5,  с.  4].

Тепловые  насосы  —  это  единственные  энергетические  установки,  которые  потребляют  в  3…7  раз  меньше  электрической  энергии  на  привод  компрессора,  чем  производят  в  процессе  работы,  и  поэтому  являются  наиболее  эффективными  источниками  высокопотенциальиой  теплоты.  Преимущества  использования  отопительных  систем  на  базе  тепловых  насосов  таковы:

·     высокая  эффективность  преобразования  электроэнергии  по  сравнению  с  электронагревательными  приборами  и  другими  видами  установок,

·     длительный  срок  службы  без  капитального  ремонта  (10…20  лет:  45  тыс.  часов  для  ТН  с  поршневым  компрессором;  60  тыс.  часов  для  ТН  с  винтовым  компрессором),

·     экологически  чистая  технология  выработки  энергии,  например,  используется  вид  фреона,  не  приносящий  разрушений  озоновой  среде,

·     отсутствие  выбросов  в  атмосферу  вредных  веществ  и  углекислоты,  допустим,  от  сгорания  топлива,

·     надежная  автоматическая  работа  установки,  не  требующая  постоянного  присутствия  обслуживающего  персонала,

·     минимальные  эксплуатационные  расходы  по  сравнению  с  другими  отопительными  системами,

·     малые  габариты  и  масса  установок,

·     в  качестве  источника  низкопотенциальной  теплоты  могут  использоваться  грунт,  вода,  окружающий  воздух.

Тепловые  насосы  могут  использоваться  для:

·     автономного  обогрева  и  горячего  водоснабжения  производственных,  xозяйственныx  и  жилых  помещений;

·     теплоснабжения  и  горячего  водоснабжения  различного  рода  зданий;

·     охлаждения  и  поддержания  постоянной  температуры  воды  технологических  циклов,  что  кроме  возможности  контроля  и  регуляции  температурныx  режимов  теплоносителей  позволяет  также  заменять  дорогостоящие,  громоздкие  и  загрязняющие  окружающую  среду  системы  охлаждения  открытого  типа.

Основным  достоинством  теплового  насоса  является  его  высокая  эффективность  по  отношению  ко  всем  видам  энергетических  установок.  Если  учитывать  КПД  выработки  электроэнергии  на  ТЭЦ,  получается,  что  применение  теплового  насоса  почти  в  два  раза  выгоднее  самых  эффективных  котельных,  использующих  в  качестве  топлива  природный  газ.  Тепловой  насос  является  исключительно  эффективной  установкой:  внедрение  такой  теxнологии  выработки  тепловой  энергии  позволит  экономить  до  268  кг  угля,  84  кг  мазута,  58  м³  газа  на  каждую  произведенную  Гкал  теплоты.  При  выходной  мощности  по  теплоте  от  3  до  10  000  кВт  среднечасовое  потребление  тепловым  насосом  электроэнергии  составляет  от  0,86  до  2  500  кВт/ч.

Для  того,  чтобы  оценить  энергоэффективность  теплового  насоса,  необходимо  обратить  внимание  на  соотношение  затраченной  энергии  к  перенесённой  теплоте  от  испарителя.  В  силу  огромного  количества  энергии,  необходимого  при  фазовом  переходе  вещества  (например,  на  испарение  определенного  количества  воды  энергии  затрачивается  на  порядок  больше,  чем  на  нагрев  этого  же  количества  воды  с  температуры  +20  ⁰С  до  температуры  +100  ⁰С),  перенос  энергии  компрессором  превышает  затраченную  им  же  электрическую  энергию,  однако  при  прочих  равных  (тип  фреон,  тип  компрессора,  тип  теплообменника,  качество  изоляции)  это  соотношение  тем  больше,  чем  меньше  разница  температур  между  конденсатором  и  испарителем.

Соотношение  произведенной  тепловой  энергии  к  затраченной  электрической  энергии  называют  КПД  теплового  насоса  или  множительным  коэффициентом  (МК)  теплового  насоса  (его  также  называют  коэффициентом  преобразования  (КП)  теплового  насоса).  Множительный  коэффициент  теплового  насоса  измеряют  в  единицах  от  1  до  7,  что  означает,  что  данный  тепловой  насос  в  заданном  режиме  на  1  кВт  затраченной  электрической  энергии  вырабатывает  количество  энергии,  равное  коэффициенту  трансформации  кВт  тепловой  энергии.  Общепринятая  аббревиатура  для  МК  тепловых  насосов  —  СОР  (coefficient  of  performance).  В  реальности  на  сегодняшний  день  лучшие  тепловые  насосы  (геотермальные)  в  условиях  нашей  широты  выдают  среднегодовой  коэффициент  трансформации  (СОР)  в  пределах  от  4,2  до  5,2.

Геотермальные  насосы  (иногда  их  также  называют  грунтовыми  тепловыми  или  земляными  тепловыми  насосами)  —  это  разновидность  тепловых  насосов.  Геотермальные  насосы  на  сегодняшний  день  достаточно  распространены  по  большей  части  в  северных  странах  в  силу  своей  высокой  эффективности.  Так  же  они  имеют  ряд  дополнительных  преимуществ:  возможность  пассивного  охлаждения  (для  кондиционирования  летом)  и  экономически  выгодного  объединения  с  гелиоустановками  (солнечными  коллекторами,  системами  сбора  солнечной  теплоты).  Грунтовые  насосы  требуют  больших  начальных  капиталовложений  на  обустройство  геозондов  (геотермальных  зондов,  грунтовых  теплообменников),  но  несмотря  на  это  затраты  впоследствии  окупаются  за  счет  высокой  энергоэффективности  такого  рода  установок.

В  южных  странах  большее  распространение  получили  воздушные  тепловые  насосы,  поскольку  весьма  высокие  температуры  зимнего  периода  позволяют  тепловым  насосам  работать  с  приемлемой  эффективностью  (высокий  или  средний  СОР),  к  тому  же  с  минимальными  затратами  теплонасосные  установки  работают  в  обратном  режиме  (в  режиме  кондиционирования).  Воздушные  ТН  обходятся  значительно  дешевле  как  в  стоимости  необходимого  оборудования,  так  и  в  проектно-монтажных  работах.

Заключение

Таким  образом,  задача  энергосбережения  в  сельскохозяйственном  производстве  —  проблема  не  каждого  отдельно  взятого  хозяйства,  не  только  определённой  отрасли,  но  и  мира  в  целом,  так  как  в  сельскохозяйственном  производстве  производятся  необходимые  человечеству  пищевые  и  прочие  ресурсы.  То  есть,  с  развитием  человечества  и  ростом  населения  развивается  и  сельскохозяйственного  производства,  потребляющее  всё  большее  количество  энергии.  В  связи  с  этим  необходимо  внедрять  в  сельскохозяйственное  производство  современные  энерго-  и  ресурсосберегающие  теxнологии,  подкреплённые  достижениями  научно-технического  прогресса.

Список  литературы:

1. Карев  А.Н.  Световые  технологии  //  Экономика  и  жизнь.  —  2004.  —  №  13  (9329)  —  32  с.
2. Невозобновляемые  ресурсы,  Большая  Энциклопедия  Нефти  и  Газа  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.ngpedia.ru/id399351p1.html  (дата  обращения  02.02.2015).
3. Пеньков  А.А.  Светодиодные  светильники.  Возможность  экономить,  ООО  «Строй-ТК».  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.stroi-tk.ru/info/expert/svet/  (дата  обращения  15.03.2015).
4. Протасевич  А.М.  Энергосбережение  в  системах  теплогазоснабжения,  вентиляции  и  кондиционирования  воздуха:  учеб.  пособие.  М:  Инфа-М.  2013.  —  285  с.
5. Старцев  О.В.  Альтернативные  источники  энергии.  Тепловые  насосы,  ООО  «Инженерно-технический  сервис».  [Электронный  ресурс]  —  Режим  доступа.  —  URL:  http://www.engservice.ru/teplon.htm  (дата  обращения  20.03.2015). 
6. Czarick  M.  Energy-efficient-farm-buildings  //  NSW  farmers,  Iowa  State  University  —  2013.  —  №  1014  —  64  с.