Методы повышения эффективности использования электрической энергии в животноводстве

Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2015. - № 87. - С.233-239.

4. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Сравнительный анализ энергоэффективности сельскохозяйственных предприятий молочного направления / В.Н. Бровцин, А.Ф. Эрк, О.В. Бычкова // Теоретический и научно-практический журнал «Механизации и электрификации сельского хозяйства» - 2014.- №5.- С. 22-24

5. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Прогноз энергопотребления сельскохозяйственными предприятиями молочного направления. / В.Н. Бровцин, А.Ф. Эрк, О.В. Бычкова // Теоретический и научно-практический журнал «Механизации и электрификации сельского хозяйства» - 2014.- №4.- С. 24-26

6. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Методы повышения надежности энергообеспечения крестьянских (фермерских) хозяйств. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2016. - № 88. - С.53-59.

7. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Максимов С.В. Математическая модель энергетического модуля с использованием энергии солнца и ветра.// В сборнике:

Международный_агроэкологический_форум Материалы Международного

агроэкологического форума: в 3-х томах. Международный Научный комитет. 2013.- С. 210218.

8. Бровцин В.Н., А.Ф. Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Анализ энергоэффективности предприятий молочного направления // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2014. - № 85. - С.95-100.

9. Электронный ресурс Альтернативная энергетика экотехнологии - Режим доступа http:/alteco.in.ua>images/products/Solar/station/Alteco.pdf

УДК 631.152

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ

А.Ф. ЭРК, канд. техн. наук; В.Н. СУДАЧЕНКО, канд. техн. наук; ЕВ. ТИМОФЕЕВ, канд. техн. наук; В.А. РАЗМУК

В статье рассмотрены результаты энергетического обследования сельскохозяйственных предприятий, проанализирована структура энергопотребления, определены основные потребители топливно-энергетических ресурсов. Анализ результатов энергетических обследований показал, что энергоносителями в сельскохозяйственном производстве являются: электрическая энергия, тепловая энергия, твердое и жидкое топливо, моторное топливо и природный газ. Определено, что наиболее затратным энергоносителем является электрическая энергия (до 60%). Для сельскохозяйственных предприятий молочного направления характерно преимущественное потребление электроэнергии животноводческими комплексами и фермами (до 80%). Использование электроэнергии в сельскохозяйственном производстве происходит в следующих направлениях: освещение,

23

электронагрев, электропривод машин и механизмов, электротехнологии и системы управления. Определена структура потребления электроэнергии по технологическим процессам. Наибольшее потребление электроэнергии приходится на нужды освещения (30-40%). Совершенствование системы освещения может быть достигнуто следующими способами: заменой ламп на энергосберегающие, внедрение автоматизированной системы управления. Одним из наиболее перспективных способов экономии электроэнергии является замена существующих светильников на энергосберегающие. Расчеты показали, что целесообразнее всего использовать светильники с натриевыми лампами ДНаТ. Снижая потребление электроэнергии на нужды освещения, оптимизируя выбор мощности электроприводов и систем использования электроэнергии для получения тепла на технологические нужды можно снизить энергоемкость производства основной продукции на 15% и уменьшить долю платы за энергоресурсы в стоимости произведенной продукции.

Ключевые слова: повышение энергоэффективности; энергосбережение; структура энергопотребления; электроэнергия; освещение.

METHODS TO INCREASE THE EFFICIENCY OF ELECTRIC POWER USE IN LIVESTOCK FARMING

A.F. ERK, Cand. Sc. (Eng); V.N. SUDACHENKO, Cand. Sc. (Eng); E.V. TIMOFEEV, Cand. Sc. (Eng); V.A. RAZMUK

The article describes the results of the energy audit of agricultural enterprises, analyses the structure of energy consumption, and identifies the main consumers of fuel and energy resources. Analysis of the energy audit results showed that the energy resources in agricultural production are electric energy, thermal energy, solid and liquid fuels, motor fuels and natural gas. It was determined that the most expensive energy source is electric energy (up to 60%). Agricultural enterprises specializing in dairy production feature the preferential consumption of electricity (80%) on livestock complexes and farms. The electricity in agricultural production is used in the following areas: lighting, electric heating, electric machines and tools, electrical technologies and control systems. The structure of energy consumption in technological processes is specified. The highest consumption of electricity is for lighting (30-40%). Improvement of the lighting system may be achieved through replacing the ordinary lamps by energy-saving ones, and implementation of an automated control system. The former is one of the most promising ways to save energy. Calculations have shown that it is more expedient to use sodium lamps HPS. Lower power consumption for lighting and optimal choice of power capacity of electric drives and the power systems for the heat production for technological needs may reduce the energy intensity of production of main products by 15% as well as the share of energy costs in the self-cost of products.

Key words: improvement of energy efficiency; energy saving; energy consumption structure; electricity; lighting.

ВВЕДЕНИЕ

На основании энергетического обследования (энергоаудита), проведенного ИАЭП [1], проанализирована структура энергопотребления сельскохозяйственных предприятий для 34 хозяйств молочного животноводства Ленинградской области [2,3].

При проведении обследований определяли основных потребителей топливно-энергетических ресурсов [4,5]: здания и сооружения, машины, технологическое оборудование [6].

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ

Практически во всех обследованных хозяйствах состав зданий и сооружений одинаков. Везде имеется административное здание (контора) и в ряде случаев столовая с торговым центром. Эта категория зданий отапливается от системы отопления ЖКХ (20%), от собственных электрических или газовых котельных (10%), локальные электрообогревателями (70%).

Основное производство - ферма крупного рогатого скота, состоящая из скотных дворов, телятников, родильных отделений, бойни, доильных залов. Отопление производится только доильных залов и родильных отделений локальными местными электрокотельными, в редких случаях используется теплообменники (7%) в основном собственного производства для утилизации тепла животных.

Дополнительное производство - сооружения для сушки и очистки зерна, заготовки кормов и сена, зернохранилища, овощехранилища, корнеплодохранилища, склады и т.п. Эта категория зданий и сооружений не отапливается. Вспомогательные цеха - мастерские, гаражи, система водоснабжения и т.п. Здесь отопление с помощью электронагревателей, в основном локальное, только тех мест, где работают люди,

Анализ результатов энергетических обследований показал, что энергоносителями в сельскохозяйственном производстве являются [1]: электрическая энергия, тепловая энергия, твердое и жидкое топливо, моторное топливо и природный газ. Твердое топливо - уголь и дрова использовались в котельной для получения тепла только в одном хозяйстве. Жидкое топливо использовалось сезонно для работы теплогенераторов зерносушилок. Однако потребление дизельного топлива для сушки составляло менее 5% от потребления моторного топлива. Газ использовался в котельных небольшой мощности только в двух хозяйствах для отопления контор. Возобновляемые источники энергии не использовались.

В результате анализа произведена математическая обработка экспериментальных данных и получены усредненные значения потребления энергоресурсов за 2007-2013 гг. в т.у.т. и фактическое потребления в 2013 г. в тыс. руб. Составлены диаграммы потребления для каждого хозяйства в тоннах условного топлива и в денежном выражении - тыс. рублей.

На рис. 1. представлена структура потребления энергоресурсов в 2013 году в процентном выражении (средние значения по обследованным хозяйствам).

Тепловая энергия 3 %

Рис. 1. Структура потребления энергоресурсов в 2013 году

Из рис. 1 , можно сделать выводы, что наиболее затратным энергоносителем является электрическая энергия (до 55 %). Затраты на моторное топливо, в основном дизельное, сопоставимы с затратами на потребленную электроэнергию [7]. Доля тепловой энергии, газа и др. источников значительно меньше - до 6 %.

Для сельскохозяйственных предприятий молочного направления характерно преимущественное потребление электроэнергии животноводческими комплексами и фермами (рис. 2).

Административные

здания; 6% Прочее; 2%

Рис. 2. Структура потребления электроэнергии сельхозпредприятиями

Использование электроэнергии в сельскохозяйственном производстве происходит в следующих направлениях: освещение, электронагрев, электропривод машин и механизмов, электротехнология и системы управления. Затраты на последнее - минимальные. Электротехнологии применяется незначительно. Затраты на электропривод тесно связаны с технологией производства (доение, уборка навоза и т.д.) и трудно регулируются. Снижение затрат на электропривод повлечет изменение технологии производства, однако большое число двигателей в настоящее время эксплуатируются с минимальной загрузкой и резервы для энергосбережения большие. Наибольший расход электроэнергии в хозяйствах приходится на электроосвещение (30-45 %) и обогрев, в т.ч. нагрев воды на технологические нужды. При этом в большинстве случаев используются неэкономичные системы освещения и водонагрева.

На рис. 3. представлен расход электроэнергии по основным технологическим процессам.

Как видно из рис. 3. наибольшее потребление электроэнергии происходит на нужды освещения (41%).

При проведении энергоаудита определяли долю платы за энергетические ресурсы в себестоимости сельскохозяйственной продукции, она составила от 12,0 до 18,0% (рис. 4).

Затраты на холодильное За на отопление

оборудование д0/ ^Прочие затраты

Рис. 3. Структура потребления электроэнергии на технологические нужды

сельхозпредприятия

Доля платы за энергетические ресурсы в стоимости произведенной продукции в %

20 15 10 5 0

2007 2008 2009 2010 2011

Среднее значение по хозяйствам

Рис. 4. Доля платы за энергетические ресурсы (средние значения для обследованных хозяйств) в стоимости произведенной продукции в %

Снижая потребление электроэнергии на нужды освещения, возможно, снизить энергоемкость производства основной продукции и уменьшить доли платы за энергоресурсы в стоимости произведенной продукции.

Таким образом, одним из основных методов энергосбережения является совершенствование системы освещения.

Совершенствование системы освещения может быть достигнуто следующими способами:

- заменой ламп (светильников) на энергосберегающие,

- внедрение автоматизированной системы управления.

Совершенствование системы освещения включает внедрение автоматизируемых систем управления внутри зданий КРС, уличного освещения и т. д. Срок окупаемости от внедрения АСУ освещением - 1,1- 2 года [8,9].

Одним из наиболее перспективных способов экономии электроэнергии является замена существующих светильников с лампами накаливания на энергосберегающие [8,9]. Недостатками ламп накаливания (ламп общего назначения - ЛОН), часто применяемых в настоящее время, являются: низкий коэффициент полезного действия (КПД) - 4-5%; соответственно большие затраты электроэнергии; низкая световая отдача; малый срок службы. Лампы накаливания предлагают заменять на энергосберегающие компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). Лампы КЛЛ имеют КПД - 75 - 90% и световую отдачу примерно в 5 раз больше, чем у лампы ЛОН. Лампы КЛЛ имеют срок службы в 5-15 раз больше, чем лампы накаливания. На светодиодные лампы, обладающие длительным сроком службы — до 100000 часов; широким спектром — от тёплого белого 2700К до холодного белого 6500К; экологичностью — отсутствием ртути, фосфора и ультрафиолетового излучения; высокой световой отдачей. Энергосберегающими лампам считаются и газоразрядные лампы низкого давления (люминесцентные лампы ЛЛ) и газоразрядные лампы высокого давления (ртутные лампы ДРЛ) и натриевые лампы ДНаТ.

Для примера, рассмотрим варианты замены светильников на ферме КРС [10,11]:

- в помещении для содержания коров размером 60м х 18м, высота подвеса светильников - 4м, освещенность 200 люкс.

Результаты расчета количества светильников по специальной программе DIALuх [12] приведены в таблице. По результатам расчетов определили годовую экономию электрической энергии на освещение коровника и срок окупаемости по внедрению энергосберегающих ламп.

Таблица 1

Результаты расчета количества светильников для освещения коровника

Тип Коли- Потреб- Стоимость Стоимость Годовой Срок

светильника чество ляемая электричес- светильни- экономи- окупае-

светиль- энергия кой энергии ков с ческий мости,

ников, за год, за год, тыс. монтажом, эффект, год

шт. кВтч руб. тыс. руб. тыс. руб.

Spectr 85FB 105 31273,2 134,47 192,68 407,94 0,47

ЛСП44-2х58 99 40239,94 173,03 226,61 369,39 0,61

ДСП12-100 54 18921,6 81,36 543,02 461,06 1,18

РСП05-250 42 36792,0 158,21 139,48 384,21 0,6

ЖСП01-250 21 18396,0 79,1 82,59 463,32 0,18

НСП17-200 180 126144,0 542,42 290,88 - -

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Анализируя результаты расчетов, представленные в таблице для конкретного примера освещения помещения коровника, можно сделать вывод, что целесообразнее всего заменять светильники с лампами накаливания на светильники ЖСП01-250 с лампами ДНаТ.

Реализация мероприятия по замене светильников даст возможность снизить энергоемкость производства продукции [13,14,15]. Результаты расчета по снижению энергоемкости представлены на рис. 5.

Энергоемкость в тыс.кВт*ч/т.

0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0

Энергоемкость в тыс.кВт*ч/т.

с^ сФ с^ ^ ^ ^ Ф «3> ^

г^ ^ ^ # ^ ^ #

Рис. 5. Расчет прогноза снижения энергоемкости

ВЫВОДЫ

1.Рассмотренный в статье анализ показывает, что наиболее энергоемкой отраслью сельскохозяйственного производства является животноводство. На животноводство может приходиться до 80 % затрат сельхозпредприятия на энергоресурсы в тоннах условного топлива.

2.Анализ структуры потребления энергоресурсов сельхозпредприятием показал, что наиболее затратной частью является потребление электроэнергии. Оно составляет до 60 % от всего объема энергоресурсов.

3.Сравнением потребления энергии по технологическим процессам установлено, что наиболее затратным является освещение. На освещение используется до 45 % энергии, на втором месте затраты на электропривод с показателем до 35 %. .

4.Основные методы повышения эффективности использования электроэнергии в животноводстве: а) снижение потребления электроэнергии на нужды освещения путем использования современных энергосберегающих светильников с лампами типа ДНаТ или светодиодных ламп и систем управления режимами работы осветительных установок, отвечающих технологическим требованиям животноводства;

б) оптимизация выбора мощности и режимов работы электроприводов технологического оборудования;

в) автоматизация электроустановок получения тепла для технологический нужд животноводческой фермы.

5.Снижая потребление электроэнергии на нужды освещения, оптимизируя выбор мощности электроприводов и систем использования электроэнергии для получения тепла на технологические нужды можно снизить энергоемкость производства основной продукции на 15% и уменьшить долю платы за энергоресурсы в стоимости произведенной продукции.

ЛИТЕРАТУРА

1. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., РазмукВ.А.,Бычкова О.В. Результаты энергетического обследования сельхозпредприятий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2014. - № 85. - С.100-105.

2. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Сравнительный анализ энергоэффективностисельскохозяйственных предприятий молочного направления / В.Н.Бровцин, А.Ф.Эрк, О.В.Бычкова // Теоретический и научно-практический журнал «Механизации и электрификации сельского хозяйства» - 2014.- №5.- С. 22-24.

3. Бровцин В.Н., А.Ф. Эрк А.Ф.,Бычкова О.В. Анализ энергоэффективности предприятий молочного направления // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2014. - № 85. - С.95-100.

4. Валге А.М., Тимофеев Е.В., 2009 г. Опыт применения глобальной системы позиционирования GPS для хронометража работы технических средств при заготовке кормов из трав, Сб. науч. тр. -СПб.: ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии, 2009. -Вып. 81. С. 6166.

5. Тимофеев Е.В. Повышение эффективности производства кормов из трав в условиях Северо-Запада Российской Федерации путем моделирования процессов

кормопроизводства и формировании оптимальных технологий, диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Северо-Западный научно-исследовательский институт механизации и электрификации сельского хозяйства. Санкт-Петербург, 2010

6. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н., Бычкова О.В. Структура энергопотребления сельскохозяйственных предприятий/А.Ф. Эрк, В.Н.Судаченко, О.В.Бычкова// Межд. агропромышленная выставка-ярмарка «Агрорусь» - СПб, 2014. - С. 220-221.

7. Яников А.В., Тимофеев Е.В. Оценка эффективности работы транспортного средства с использованием спутниковой навигационной системы // Известия Международной академии аграрного образования. / 2015. Т. 1. № 25. С. 155-157.

8. Эрк А.Ф., Размук В.А., Ефимова А.Н. Выбор типа энергосберегающих ламп для помещений сельскохозяйственного производства. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. -С-Пб, 2014. - №85. - С.93-100.

9. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Методы энергосбережения и повышенияэнергоэффективности сельскохозяйственного производства / А.Ф. Эрк,

B.Н.Судаченко // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 2015. - № 87. - С.233-239.

10. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н. Концепция создания демонстрационной зоны высокой энергоэффективности в Ленинградской области /А.Ф. Эрк, В.Н.Судаченко// Межд. агропромышленная выставка-ярмарка «Агрорусь» - СПб, 2015. - С. 6-7.

11. Эрк А.Ф., Судаченко В.Н.Концепция энергосбережения и повышения энергоэффективности сельскохозяйственного производства животноводческого направления Северо-Западного региона России./ А.Ф. Эрк, В.Н.Судаченко // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства/ ИАЭП. - С-Пб, 2015. - №87. - С.225-233.

12. Программное обеспечение DIALux International http://www.dial.de/DIAL/en/dialux-_internati onal -download/russkii.html

13. Бровцин В.Н., Эрк А.Ф., Бычкова О.В. Прогноз энергопотребления сельскохозяйственными предприятиями молочного направления. / В.Н.Бровцин, А.Ф.Эрк, О.В.Бычкова // Теоретический и научно-практический журнал «Механизации и электрификации сельского хозяйства» - 2014.- №4.- С. 24-26.

14. Эрк А.Ф. Определение угла ориентации гелиоприемников в системах солнечного водонагрева. // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства / ИАЭП. - С-Пб, 1987. - № 51. -

C.127-133.

15. Эрк А.Ф., Размук В.А., Ефимова А.Н. Использование энергосберегающих ламп в системах освещения помещений животноводческого комплекса. //Межд. агропромышленная выставка-ярмарка «Агрорусь» - СПб, 2014. - С.182-184.