ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМ И СРЕДСТВ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ СЕЛЬХОЗОБЪЕКТОВ

УДК 631.172

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМ И СРЕДСТВ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ СЕЛЬХОЗОБЬЕКТОВ

Тихомиров A.B., Маркелова Е.К., Тихомиров Д.А.

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр Всероссийский институт механизации

Аннотация. Проведена оценка энергетической эффективности селъхозпроизводства РФ. Представлены показатели энергозатрат в сельхозпроизводстве, бытовом секторе, личных подсобных и фермерских хозяйствах, а также их изменение, исходя из анализа энергообеспечения. Дана оценка динамики их изменения за последний период. Обоснованы и сформулированы основные направления и мероприятия по снижению энергозатрат и энергоемкости селъхозпроизводства.

Ключевые слова: энергообеспечение, энергоэффективность, энергосбережение, энергозатраты

Введение. Сельскохозяйственное производство является крупным потребителем топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в стационарных процессах в объеме около 10 млн. т у.т. Заметна прямая связь стоимости продукции с энергозатратами, доля которых в её себестоимости возросла с 5-8% до 15-30% и более, что вызвано в первую очередь опережающим ростом тарифов и цен на электроэнергию и топливо по сравнению с ценами на с.-х. продукцию, а также использованием морально и физически устаревших технических средств, и систем тепло и энергообеспечения. Разработка направлений развития энергетической базы села, повышение эффективности использования и экономии топливно-энергетических ресурсов, модернизации систем и технических тепло- и энергообеспечения производственных объектов животноводства является важной и актуальной задачей.

Основным показателем энергоэффективности производства сельхозпродукции является энергоемкость и доля энергозатрат в ее себестоимости. Исходя из анализа наше сельское хозяйство значительно отстает от передовых стран, а доля энергозатрат в себестоимости производства животноводческой продукции с учетом

кормопроизводства достигает 32% (табл.1), значительно превышает показатели 1990г., где она составляла 10-15% [1].

Показатели энергетической эффективности сельхозпроизводства

1. Энергоемкость производства сельхозпродукции в 2-2,5 раза выше, чем в передовых странах.

2. Коэффициент полезного использования топлива (КОИ) не превышает 40% (в передовых странах КПИ > 50%).

3. Надежность электрообеспечения на порядок ниже, чем в передовых странах - число и продолжительность отключений электроэнергии в среднем более 90 час. в год (за рубежом - 10 час/год).

4. Потери энергии в электрических сетях составляют 14,5% (в передовых странах 8,9%), а потери в тепловых сетях на селе - более 20%.

5. На селе газифицировано всего 68% хозяйств, предприятий и жилого сектора.

6. Нетрадиционные источники энергии в энергобалансе села -до 1,5%, что на порядок меньше, чем в передовых странах.

При сокращении в последние годы удельного энергопотребления и энергоемкости сельхозпродукции (табл.2 и 3), что является безусловно положительным процессом, тем не менее в структуре ее себестоимости наблюдается значительное повышение энергетической составляющей - с 7-15% в 1990г. до 25-32% в 2015г., что говорит о резком диспаритете цен на энергоресурсы и сельхозпродукцию [1,2].

Таблица 1 - Показатели энергозатрат при производстве продукции

Вид продукции Показатели энергозатрат Доля энергозатрат в себестоимости продукции, %

Электроэ нергия, кВтч/ц Топливо (теплота), кгу.т./ц Суммарные энергозатраты-энергоемкость, кг у.т/ц; кг у.т/1000руб

Молоко 32 18,0 21,7/14,4 30,0

Свинина 240 180,0 208,0/13,8 32,0

Говядина 161 75,0 104,0/5,2 13,0

Яйцо (1000шт.) 90 26,0 36,0/12,0 30,0

Зерновые 12,5 11,5 13,0/13,5 32,5

Таблица 2. Энергопотребление села в производстве, бытовом секторе, ЛПХ, фермерских (крестьянских) хозяйствах_

Период, годы 1990 2000 2005 2010 2015

Всего, млн. т у.т. 121,3 75,0 66,5 68,0 69,0

в т.ч. электропотребление,

млрд. кВт-ч 96,4 63,0 56,4 62,0 65,0

В с.х. производстве: млн.т у.т. 70,5 31,0 22,5 22,0 22,5

в т.ч. электроэнергии, млрд.

кВт-ч 67,3 22,7 16,9 16,0 15,3

Быт и сфера услуг, млн. т у.т 50,8 44,0 44,0 46,0 46,5

в т.ч. электроэнергия, млрд,

кВт-ч 29,1 37,4 38,5 45,0 49,7

в т.ч. быт, млрд. кВт-ч 18,9 53,4 52,3 48,0 40,0

Доля ЛПХ в производства с.х.

продукции,% 26,6

Доля продукции фермер.

хозяйств, % - 3,7 5,0 7,2 9,2

Таблица 3. Показатели энерго- и электропотребления по объектам села в жилищно-бытовом секторе, ЛПХ и фермерских хозяйствах

Жилищно-бытовой сектор ЛПХ Фермерские хозяйства

Объект МВт.ч Объект кВт.ч Объект МВт.ч

Жилой дом (одна семья) 1,0 -16,0 На содержание Ферма КРС: Молочное Мясное 5,0 - 9,0 3,0 - 5,0

Коттедж (одна семья) 2,8 -72,0 одного животного: 44,0

Свиньи КРС 55,0 9,0 Свиновод- 11,0 -20,0

Социально-бытовой Овцы Птица На 1 м2 теплицы 16,0 30,0 ство

сектор: Школы (на 1 учащегося) Ясли-сад (на 1 ребенка) Предприятия питания (1 посадочное место) КБО 1,6 - 2,5 0,3 - 2,5 0,2 - 1,8 0,3 - 2,9

Рост продуктивности сельхозпроизводства и снижение себестоимости производимой продукции, где доля энергозатрат достигает 30% во многом связаны с технологической модернизацией, внедрением прогрессивных технологий и техники, эффективным и

надежным энергообеспечением, поэтому особое значение приобретает выбор направлений реализации путей экономии ТЭР и повышения эффективности их использования, к которым следует отнести:

• в сфере энергообеспечения потребителей энергоресурсов -обоснование и выбор эффективных систем и средств для конкретных условий;

• в сфере электроснабжения - повышение надежности и снижение потерь;

• в сфере децентрализации энергоснабжения - создание и реализация автономных систем энергообеспечения, средств «малой энергетики»;

• в сфере газификации - обоснование объектов и территорий, а также технологий и процессов, где эффективна газификация;

• развитие биоэнергетики - новые технологии переработки биомассы отходов сельхозпроизводства в технологичное жидкое и газообразное топливо;

• развитие возобновляемой энергетики - создание новых технологий и оборудования для преобразования ВИЭ в тепловую и электрическую с высоким КПД и сроком службы при снижении их стоимости;

• в сфере создания электро, -тепло и нанотехнологий на базе электрофизических методов воздействия на биообъекты (растения, животных, среду обитания, корма, воду, продукцию), значительно снижающих энергозатраты и повышающих эффективность процессов;

• в области автоматизации и роботизации производства -автоматизированные системы по управлению технологическими процессами (с элементами роботизации);

• в сфере развития мобильной энергетики - создание электрифицированных и роботизированных средств, комбинированных двигателей (ДВС + электропривод), широкое использование газа.

Так как в издержках производства значительное место занимают затраты на топливно-энергетические ресурсы (до 32%) - реализация путей их эффективного использования и повышения КПД энергетических систем приобретает особое значение. Внедрение новых инновационных технологий в растениеводстве, животноводстве и других сельскохозяйственных технологиях требует и новых, более совершенных систем и средств энергообеспечения.

Поэтому важной задачей является разработка методологии и рекомендаций по выбору и обоснованию эффективных систем и технических средств энергообеспечения удаленных сельских объектов с учетом места их расположения, величины электрической и тепловой

нагрузки, расстояния от централизованных сетей энергообеспечения и наличия местных энергоресурсов.

Это позволит проводить обоснование наиболее эффективных вариантов энергообеспечения и энергетического оборудования вновь строящихся новых объектов, а также модернизации используемых систем и оборудования на действующих объектах.

Реконструкции должна осуществляться на основе приоритетов технического развития, принципов построения и уровня технического оснащения распределительных сетей нового поколения с учетом мирового и отечественного опыта.

При модернизации систем электроснабжения проектируемые новые и реконструируемые сети должны удовлетворять следующим требованиям:

- надежность электроснабжения и качество электрической энергии в соответствии с нормативами;

- обеспечение нормативного срока службы ЛЭП (не менее 40

лет);

- адаптация к перспективным электрическим нагрузкам;

- электрическая и экологическая безопасность;

- восприимчивость к автоматизации и телемеханизации;

- экономическая эффективность и не превышению установленной величины потерь.

Эти требования должны быть заложены при проектировании, строительстве и реконструкции систем электроснабжения.

Перспективным направлением развития электроснабжения является реализация новых способов передачи электроэнергии, включая резонансную однопроводниковую систему, а также аккумуляцию энергии, снижение потерь, создание и использование систем автономного энергообеспечения.

Важным направлением развития сельской энергетики является широкое использование местных энергоресурсов - биомассы, древесных и растительных отходов, торфа, растительных масел, навоза, стоков и др., что ряде регионов может покрыть значительную часть (до 30% и более) энергобаланса ряда хозяйств и предприятий, сократить наполовину число отключений электропитания, снизить зависимость от централизованного энергоснабжения, создавать автономные системы, вплоть до самоэнергообеспечения.

В настоящее время идет новый этап развития и совершенствования биогазовых технологий. Разрабатывается блочно-модульный принцип построения комплектов биогазового оборудования, включая использование аэробного и анаэробного процессов, а также утилизацию тепла сброженной массы с использованием тепловых насосов.

Важным направлением в энергообеспечении и энергосбережении на селе является использование возобновляемых источников энергии, их объемы пока малы (до 1%), но они занимают ведущее место по темпам их роста в энергопроизводстве.

По оборудованию для использования ВИЭ в энергетике сельского хозяйства имеются научные, проектные, конструкторские и производственные разработки, назначенные на повышение их КПД и снижение стоимости. Ставится задача довести объем использования ВИЭ в энергобалансе села к 2020г. - до 4,5% и к 2030г - 8-10%.

Направление и создание электро- и теплотехнологий, электротехнологических процессов, нанотехнологии,

электрофизических методов воздействия на биообъекты: растения, семена, животных, птицу, производимую продукцию, воздушную среду, почву, корма, воду имеют большую перспективу как в плане получения новых свойств и качеств материалов и среды, так и в плане значительного снижения энергозатрат, экономии топливно-энергетических ресурсов и снижения энергоемкости сельскохозяйственной продукции, и в первую очередь животноводческой.

Реализация перспективных направлений развития энергетической базы, систем и средств энергообеспечения сельских предприятий и объектов позволит в значительной мере повысить энергоэффективность использования энергоресурсов, снизить энергозатраты и энергоемкость производства продукции, способствуя тем самым рациональному использованию и экономии ТЭР на селе и достижению следующих показателей [1]:

- снижение энергоемкости сельхозпроизводства к 2020г. - на 40%, и к 2030г. на 60%;

- обеспечение надежности энергоснабжения - сокращение перерывов в 2,5 раза, а потерь на 40%;

- замещение использования углеводородного топлива нетрадиционными и местными энергоресурсами к 2020г. с 1% до 10%;

- освоение новых электро- и теплотехнологий в процессах: содержания животных, микроклимата, приготовления кормов, освещения , облучения, обеззараживания, сушки и переработки и их хранения, снижающих энергозатраты на 25-35% [3].

Первоочередные задачи и энергосберегающие мероприятия

1. совершенствование и модернизация систем и средств электроснабжения (включая новый магистральный принцип построения и использование резонансной системы) для повышения надежности, снижения потерь на 35-40% и ее экономии до 10%;

2. повышение эффективности использования топлива (КПИ) и энергии в наиболее энергоемких тепловых процессах, создании

регулируемого микроклимата, освещении, облучении, обеззараживании и др. процессах;

3. разработка и освоение систем и средств «малой энергетики» на базе использования местных энергоресурсов, отходов сельхозпроизводства;

4. разработка и реализация технологий переработки биомассы и сельскохозяйственных отходов;

5. освоение новых электротехнологий в процессах микроклимата, приготовления кормов, облучения, обработки семян и хранения продукции, обеззараживания помещений, воды, кормов -снижение энергозатрат на 25-30%;

6. разработка и внедрение эффективных систем и средств освещения и облучения животных производственных помещений и растений на базе новых энергоэкономных светильников, с использованием резонансной системы передачи энергии - экономия электроэнергии - до 70%;

7. использование возобновляемых источников энергии в сельской энергетике - замещение традиционных энергоресурсов (до 10% к 2020г.);

8. переоборудование старых котельных и сооружение новых теплоэлектрических станций - Мини - ТЭЦ;

9. разработка информационных технологий управления сельскохозяйственным производством;

10. частичный перевод мобильных средств на электропривод, экономия топлива до 20%.

Показатели роста энергоэффективности при реализации направлений систем энергообеспечения на период до 2030г [1].

1. рост энергоэффективности сельхозпроизводства, снижение энергоемкости производства на 40% к 2020г. и на 60% к 2030г;

2. обеспечение надежности, безопасности, эффективности и качества электроэнергии (снижения перерывов в энергоснабжении - в 2-3 раза), травматизма - в 2 раза и потерь на 35-40%;

3. широкое использование местных энергоресурсов, отходов, возобновляемых источников, в объеме 5 млн. т у.т к 2020г. и 10 млн. т у.т к 2030г., это 12,5% от общего энергопотребления;

4. производство на местах и появления на рынке новых видов топлива (включая биотопливо) и комплектов оборудования, пользующихся спросом у потребителей;

5. освоение новых электро- и теплотехнологий в процессах: содержания животных, приготовления кормов, микроклимата, освещения , облучения, обеззараживания, сушки, переработки и хранения продукции, снижающих энергозатраты на 25-35% [4].

6. повышения электро- и энерговооруженности труда в сельском хозяйстве на 30%, снижение затрат труда в 2,5-3 раза; снижение доли ручного труда - в 2-3 раза.

Выводы. Выявлены показатели энергозатрат в сельхозпроизводстве и их изменение, исходя из анализа энергообеспечения. Дана оценка динамики их изменения за последний период. Обоснованы и сформулированы основные направления и мероприятия по снижению энергозатрат и энергоемкости сельхозпроизводства (продукции животноводства). Обоснованы и представлены прогнозируемые показатели роста энергоэффективности при реализации направлений систем энергообеспечения на период до 2030 г.

Список литературных источников

1. Энергетическая стратегия сельского хозяйства России на период до 2030 года / A.B. Тихомиров, И.И. Свентицкий, Е.К. Маркелова, В.Ю. Уханова.- М.: ФГБНУ ВИЭСХ, 2015.-76 с.

2. Тихомиров A.B., Маркелова Е.К., Уханова В.Ю. Топливно-энергетические ресурсы на базе энергоэкономных технологий и технических средств в сельском хозяйстве / Сельскохозяйственные машины и технологии. М.: ВИМ, 2015. №15. С. 43-48.

3. Тихомиров Д.А. Энергоэффективные электрические средства и системы теплообеспечения техно-логических процессов в животноводстве / Д.А. Тихомиров // Вестник ВНИИМЖ.- М.: ФГБНУ ВНИИМЖ, 2016. Вып.4(24).С.15-23

4. Тихомиров Д. А. Энергосберегающие электрические средства и системы теплообеспечения основных технологических процессов в животноводстве / Вестник НГИЭИ. № 8 (63), H.H. 2016.- С. 129-138.

Анатолий Васильевич Тихомиров, кандидат технических наук, Екатерина Константиновна Маркелова, кандидат технических наук, Дмитрий Анатольевич Тихомиров, доктор технических наук, профессор РАН, tihda@mail.ru, РФ, Москва Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр Всероссийский институт механизации

THE MAIN DIRECTIONS FOR IMPROVEMENT OF SYSTEMS AND MEANS OF ENERGY SUPPLY OF AGRICULTURAL OBJECTS

Tikhomirov A.V., Markelova E.K., Tikhomirov D.A.

Abstract. Assessment of energy efficiency of agricultural production of the Russian Federation. The indicators of energy consumption in agriculture, domestic sector, smallholdings and farms, as well as their change, based on the analysis of energy supply are presented. Estimation of dynamics of their changes during the last period has been given. The main directions and measures for reduction of energy consumption and energy intensity of agricultural production are substantiated and formulated.

Key words: energy supply, energy efficiency, energy conservation, energy consumption

Anatoly V. Tikhomirov, candidate of technical Sciences, Ekaterina K. Markelova, candidate of technical Sciences, Dmitry A. Tikhomirov, doctor of technical Sciences, Professor Russian Academy of Sciences, tihda@mail.ru, Russia, Moscow, Federal state budget scientific institution, Federal scientific agroengineering Centre all-Russian Institute of mechanization

ArpoTexHHKa h 3Heproo6ecneqeHHe. - 2017. - № 3