Расход энергоресурсов в современном сельскохозяйственном производстве

Расход энергоресурсов в современном сельскохозяйственном производстве

ВВЕДЕНИЕ

Основная цель сельскохозяйственного производства заключается в обеспечении страны необходимым количеством продукции высокого качества при минимальных энергозатратах средств и труда.

Промышленное производство сельскохозяйственных продуктов, интенсификация механизированного труда требуют больших затрат энергетических ресурсов, в то время как удовлетворение потребности в них при хозяйственной самостоятельности объектов существенно усложняется. Рыночная экономика еще более обостряет топливно-энергетическую проблему, особенно там, где отсутствует собственная сырьевая база для производства энергоносителей.

Большая доля в себестоимости производства продукции приходится на энергозатраты - электрическую, тепловую и энергию для привода мобильного транспорта. Расход энергоресурсов в современном сельскохозяйственном производстве зависит от множества изменяющихся факторов и их разнообразного сочетания (способов содержания скота, используемых средств механизации, продуктивности животных, климатических условий, уровней механизации и электрификации животноводческих процессов). В связи с этим важное значение имеют подходы, методы, способы, позволяющие точно и объективно оценивать объемы потребляемой энергии для сельскохозяйственного производства в зависимости от конкретных сочетаний факторов.

Применяемые в настоящее время методы оценки производства сельскохозяйственных культур и продуктов животноводства по экономическим показателям (приведенные затраты, рентабельность и др.) имеют существенные колебания, определяемые политикой ценообразования, и не всегда объективно оценивают затраты. Одним из показателей, позволяющих более достоверно определить затраты на производство сельхозпродукции, является энергоемкость - затраты материально-энергетических ресурсов на единицу производимой продукции растениеводства и животноводства. Этот показатель более объективен и не зависит от конъюнктуры рынка.

Энергоемкость, включенная в общую систему показателей производства сельскохозяйственной продукции, позволяет:

обосновать потребности сельского хозяйства в энергоресурсах;

применять энергосберегающие технологии и уточнить требования к энергетическому оборудованию;

выявить резервы экономии топлива и энергии и разработать предложения по их экономии в сельскохозяйственном производстве.

Дадим определение энергозатратам в целом:

Энергозатраты это - удельный показатель предельного значения расходования энергии (электрической, тепловой, мобильного топлива), отнесенного к производственному показателю, характеризующему технологический процесс производства (кВт·ч/гол.; кВт·ч/1000 шт. яиц; кал/гол; кал/т прод; л/т·км). Энергозатраты - прямая составляющая полной энергоемкости производства продукции. Существуют различия в указании поголовья на предприятиях и в статистической отчетности.

Диаграмма 1: Динамика энергозатрат в кВтч на м3.

Энергоемкость - общая величина расхода всех видов энергии и топлива (прямые, косвенные, овеществленные) на производство единицы продукции в соответствии с действующими технологиями в сельском хозяйстве, рассчитанная в условных энергетических единицах.

Потребность - общие объемы предельных энергозатрат на уровне хозяйства, региона и страны для производства требуемого объема продукции.

Определение энергоемкости. Энергоемкость производства сельскохозяйственной продукции состоит из двух частей: эксплуатационные затраты (прямые и косвенные) и инвестиционные. Эксплуатационные затраты энергии полностью расходуются в процессе одного производственного цикла и включают в себя расход топлива, тепловой, электрической и других видов энергии (в пределах рассматриваемой инфраструктуры анализируемой системы) технологическим оборудованием и машинами по следующим процессам:

а) прямые:

производство, переработка и хранение сельскохозяйственной продукции (или продуктов питания);

производство и преобразование носителей энергии, использованных в технологических процессах;

транспортирование энергоносителей, сырья, материалов, машин от центров снабжения и внутрихозяйственные перевозки.

б) косвенные: - затраты энергии вне рассматриваемой инфраструктуры производства на изготовление материалов, семян, удобрений, запчастей, производство кормов и т.д.

Инвестиционные затраты энергии состоят из расходов топлива и энергии на:

строительство производственных и вспомогательных объектов;

производство машин и оборудования для сельского хозяйства.

Таким образом, удельный показатель суммарной энергоемкости равен:

                                                                        (1)

где e1, e2 - показатели энергоемкости - соответственно эксплуатационный и инвестиционный;

Величину  следует определять по следующей формуле:

                                                                         (2)

где, - расход топлива, электроэнергии и других видов энергии оборудованием и машинами на анализируемом объекте (прямые);

расход энергоресурсов на производство материалов, кормов, сырья, семян и т.д., необходимых для нормального функционирования одного технологического цикла (косвенные);

количество последовательных процессов или операций.

Эксплуатационные затраты энергии для двух вариантов:

полезный расход энергии, необходимый для функционирования системы (отрасли) производства сельскохозяйственной продукции (без учета режимов работы, КПД машин и оборудования, потерь ТЭР при хранении и транспортировании и т.д.);

полный расход энергии (энергоресурсов), при котором учитываются КПД машин и оборудования, потери топлива и энергии при хранении, перевозке и транспортировании, использовании сельскохозяйственных машин и оборудования в пределах рассматриваемой инфраструктуры.

Расход энергоносителей измеряется в физических единицах международной системы СИ Дж, калориях с применением энергетических эквивалентов.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОЗАТРАТ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ (ПРЯМЫЕ ЭНЕРГОЗАТРАТЫ).

Прямые затраты энергии включают в себя расход топлива, тепловой, электрической энергии технологическим оборудованием и машинами на:

производство, переработку и хранение сельскохозяйственной продукции;

производство и преобразование носителей энергии, использованных в технологических процессах;

транспортирование энергоносителей в пределах анализируемой системы производства сельскохозяйственной продукции;

транспортирование сырья, материалов, машин от центров снабжения и внутрихозяйственные перевозки.

Показатели энергозатрат должны учитывать особенности сельскохозяйственного производства, направленные на обеспечение биологических потребностей животных:

изменение параметров производства в зависимости от биологического времени (возраста) живого объекта;

изменение параметров производства в зависимости от совмещения (скольжения) биологического времени и календарного (времени года);

непостоянство объемов производства.

Показатели энергозатрат должны учитывать разнообразие технологий выращивания и содержания животных и птиц, степень переработки продукции; обеспечивать необходимые параметры микроклимата.

.1 Классификация показателей энергозатрат

Энергозатраты сельхозтоваропроизводителей классифицируются по следующим признакам: организационной структуре; структуре календарного времени; структуре производства.

Организационная структура представляется в форме следующих уровней определения:

уровень - технологический процесс или операция:

освещение - технологическое, рабочее основных и вспомогательных помещений; дежурное и аварийное; уличное территории объекта;

водоснабжение - привод насосных установок для обеспечения непрерывного технологического процесса;

технологические процессы - привод установок, обеспечивающих основные технологические процессы согласно профилю предприятия (доение, переработка молока, розлив, упаковка молока, сбор, сортировка, упаковка яиц, забой, обработка птицы и т.д.);

кормление - транспортирование, приготовление, раздача;
уборка помещений - привод навозоуборочных установок, отгрузка и вывоз навоза;

микроклимат помещений - привод вентиляционных установок, обогрев, облучение, местный обогрев животных (птиц);
реализация продукции - погрузка, транспортировка до склада (или до места реализации);уровень - предприятие (сумма имеющихся процессов), ферма-цех (группа однотипных помещений);уровень - предприятие (хозяйство по производству одного или нескольких видов продукции - молоко, яйца, мясо);уровень - региональное управление сельхозтоваропроизводителей;уровень - отрасль (птицеводство, животноводство, сельскохозяйственное производство, сельское хозяйство России).

Структура календарного времени представляется уровнями: сутки, месяц, квартал, год. При расчете энергозатрат для I-III уровней целесообразно использовать часовое распределение температур наиболее значимого фактора.

Формирование энергозатрат любого уровня должно происходить "снизу вверх": от помещения к отрасли, от суток к году, от технологических операций к производственным процессам.

Энергозатраты, определенные в соответствии с предложенной классификацией, каждого нижестоящего уровня служат основой для определения энергозатрат для последующего вышестоящего.

.2 Методы разработки удельных энергозатрат

Сельскохозяйственное производство характеризуется большим разнообразием производств и типов предприятий, различных по организационным принципам, назначению, технологиям содержания животных и птицы. Удельный расход энергии на одну голову даже для однородной продукции зависит от множества факторов и изменяющихся характеристик производства. Объективная оценка удельных показателей расхода энергии и топлива при многообразии факторов, влияющих на них, и сложных взаимосвязях возможна только при комплексном исследовании всего производства. При этом необходимо учитывать как основные, так и вспомогательные процессы, влияющие на величину удельных энергозатрат конечного продукта. В основу разработки удельных энергозатрат должны быть положены модели, которые отражают все особенности производства, на моделях выявляются закономерности формирования, определяются влияющие факторы.

С целью определения удельных энергозатрат на уровне технологического процесса используется расчетно-аналитический метод. Для наиболее энергоемких процессов следует получить (разработать) нормативные зависимости от базовых показателей, которые будут служить основой для формирования удельных энергозатрат  уровня.

Базовые показатели технологии производства для нормативных характеристик выбирают по результатам анализа и расчетным зависимостям энергозатрат  уровня от технологических факторов.

Энергозатраты для других уровней должны быть получены путем интегрирования по структуре классификации 1.1-1.4.

Удельные энергозатраты для объектов (цехов) сельхозпредприятий, составляющие менее 5% от общего потребления энергии или мало изменяющиеся в течение производственного цикла, можно определить непосредственно цифровым значением.

1.3 Состав базовых показателей и нормативных характеристик

Анализ энергопотребления сельхозпредприятий показывает, что основную долю в энергопотреблении составляют объекты, в которых размещено биофункциональное производство, содержащее живые объекты животных или птицу:

цех (ферма) взрослого поголовья (коров, свиней, птицы) (блок I);

цех (ферма) молодняка (блок II);

другие объекты, например инкубатории.

Базовые показатели для разработки нормативных характеристик выбираются из анализа технологий содержания биологических объектов. Наиболее значимыми могут быть:

плотность размещения животных и птицы (гол./м);

удельный объемный коэффициент (объем здания, приходящийся на одну единицу содержания биообъекта (, м/гол.);

возрастная группа животных или птицы, т.е. масса биообъекта (кг) или порода (мясная, молочная, яичная и т.д.) (сут);

климатическая зона;

распределение температур наружного воздуха (°С);

нормируемая освещенность.

Состав и значение базовых показателей.

Состав и значение базовых показателей определяются конкретно в каждом случае, исходя из условий производства рассматриваемого объекта по влиянию на процесс энергопотребления:

границы изменения показателей плотности размещения животных и птицы и объемной плотности помещений;

виды и возраст размещенных животных.

Для выполнения требований норм технологического проектирования РНТП (параметров воздушной среды) главными базовыми показателями режима (изменения во времени) теплопотребления являются:

возраст (, сут) и масса (, кг) биообъекта;

распределение температур наружного воздуха (, °С);

климатическая зона.

Для электропотребления - технология, тип оборудования и режимы работы: вентиляции; освещения; приготовления и раздачи корма; утилизации навоза и т.д.

Состав и значения нормативных характеристик.

Все вышеуказанные базовые показатели следует использовать для расчета нормативных характеристик энергопотребления, которые должны быть получены расчетным путем из условий обеспечения параметров воздухообмена, температурного режима, норм кормления и других характеристик (базовых показателей).

В общем случае удельный показатель энергозатрат определяется

                                  (3)

где - потребляемая мощность агрегата;

    - коэффициент несоответствия установленной мощности при номинальной ее производительности;

     - объем производства (поголовье, валовая продукция и др.).

Используя вышеприведенные зависимости, получают последовательность расчета энергозатрат (электрической и тепловой энергии) для процессов отопления, вентиляции, освещения, раздачи кормов, уборки навоза и помета, доения и переработки молока и пр.

Использование приведенных зависимостей позволяет разработать удельные энергозатраты для  уровня (процесса) и II уровня определения (сумма процессов по помещению).

Для птицеводческой отрасли, которая отличается большим разнообразием технологий содержания, типов оборудования, энергонасыщенностью, был применен методический подход разработки и использования нормативных характеристик мощности энергопотребителей от базовых показателей. Подробное изложение указанного метода приведено в прил.1.1. (а - для электропотребления, б - теплопотребления).

Нормативы расхода энергии по другим уровням организационной структуры.

Для III-V уровней определения удельных энергозатрат следует использовать средневзвешенные показатели.

Для III уровня (цех, ферма) норматив расхода энергии определяют по формуле:

                                                                              (4)

где - норматив расхода энергии по помещению, содержащему живые объекты, кВт·ч/гол.; ккал/гол.;

поголовье животных (птицы) в помещении с соответствующими энергозатратами, гол.;

общее поголовье по цеху, ферме, гол.;

общее количество помещений в цехе (ферме).

Кроме помещений с животными, на предприятиях имеются различные вспомогательные цехи и службы, обеспечивающие технологический процесс производства (котельная, кормоцех, склады, ветеринарно-санитарные службы и т.д.). С учетом энергозатрат на эти службы средневзвешенный показатель можно получить по формуле:

                                                          (5)

где - удельные энергозатраты по цехам и помещениям, содержащим животных, кВт·ч/гол.; ккал/гол.;

Показатели в формуле (5) - удельные энергозатраты по цехам и помещениям, содержащим животных () и не содержащим животных, приведены только для птицеводческих предприятий. Для остальных животноводческих подотраслей удельные показатели по отдельным помещениям не выделялись, а были включены в общий норматив III уровня.

Разработка средневзвешенных энергозатрат для IV-V уровней осуществляется на основании анализа данных о поголовье скота и птицы по регионам и стране и его распределении по типам производств и технологиям содержания и определяется по формуле:

                                                                               (6)

где - средневзвешенные энергозатраты для IV-V уровней, кВт·ч/показатель, ккал/показатель;

1.4 Особенности определения энергозатрат для мобильных процессов

Для мобильных процессов в качестве моторного топлива могут применяться бензин, дизельное топливо или сжиженный газ.

Расход моторного топлива на транспортные операции зависит от массы перевозимого груза в течение технологического цикла, дальности перевозок, применяемых транспортных средств, дорожных условий. При определении энергозатрат для транспортных средств на 100 км пробега можно использовать следующую формулу:

                                                                               (7)

2. КОСВЕННЫЕ ЭНЕРГОЗАТРАТЫ

Косвенные затраты энергии включают:

производство исходного сырья и материалов, используемых в данном производстве (семена, корма, племенные животные и т.д.);

производство, транспортирование и внесение химических удобрений, средств защиты растений, лекарственных препаратов, вакцины и т.д.

В зависимости от границ рассматриваемой системы косвенные затраты могут переходить в разряд прямых (собственное производство кормов, выращивание племенных животных). Они учитываются суммированием соответствующих энергетических эквивалентов на производство сырья и материалов.

инвестиционный затраты энергия сельхозпредприятие

3. ИНВЕСТИЦИОННЫЕ ЭНЕРГОЗАТРАТЫ

Инвестиционные затраты энергии состоят из расходов топлива на строительство зданий и сооружений, производство машин и оборудования для сельского хозяйства.

Особенностью этой составляющей является то, что в процессе одного цикла сельскохозяйственного производства энергия, затраченная на эти средства, используется лишь частично. Для количественной оценки инвестиционной составляющей следует разделить величину энергозатрат для изготовления средств производства на срок их службы и умножить на время использования в течение одного технологического цикла.
 Инвестиционный показатель энергоемкости можно определить по формуле:

                                                                             (8)

где, е2 - расход первичных энергоресурсов на строительство зданий и сооружений и создание машин и оборудования для соответствующей сельскохозяйственной технологии;

/В нормативный срок службы зданий, сооружений, машин и оборудования;

К2i коэффициент участия в технологическом процессе.

Энергозатраты в растениеводстве.

Энергозатраты в растениеводстве прежде всего связаны с уровнем технологии производства основных видов сельхозпродукции и задействованной при этом техники.На техническое обеспечение идут основные материальные затраты в общем объеме расходов на производство продукции растениеводства. Составляющая энергоносителей в этом объеме является доминирующей.

Как видно из диаграммы, расходы на эксплуатацию техники составляют 31,7% от всех затрат. Причем 59,7% затрат на эксплуатацию составляют расходы на нефтепродукты.

Моторы ММЗ - путь к энергосбережению.

Исходя из того, что базой развития агропромышленного комплекса должно быть всестороннее использование передового отечественного опыта и опыта других стран, рассмотрим один из аспектов энергосбережения - применение современных двигателей (энергоустановок).

Наиболее эффективным методом уменьшения удельного расхода топлива (до 20%) является применение в дизельных моторах турбонаддува. Турбокомпрессорами оборудуются ныне все выпускаемые за рубежом дизели. Турбокомпрессор обеспечивает наддув-подачу под избыточным давлением (до 1,5 атм) воздуха в цилиндры двигателя. Увеличивая количество воздуха, а значит и кислорода, мы улучшаем эффективность сгорания топлива.

Эффективность сгорания топлива можно еще больше повысить, если воздух, выходящий из турбокомпрессора, перед цилиндрами охладить с помощью воздухо-воздушного радиатора. Плотность воздуха (содержание кислорода!) повышается за счет его охлаждения, что дает возможность более полно сжигать дозы топлива и, этим самым, получать те же мощностные характеристики двигателя, но при меньших дозах топлива.
При этом двигатель имеет меньший на 15-20%, по сравнению с безнаддувным, удельный расход топлива.

Указанные методы повышения экономичности и мощности успешно реализованы в двигателях серии Д-260.4, разработанных в 90-х годах Минским моторным заводом (ММЗ) для тракторов.

Для сравнения: мотор ЯМЗ-236М2 разрабатывался для автомобилей сорока годами ранее - в пятидесятых!

Минский 6-ти цилиндровый, рядный, а, значит, более уравновешенный тракторный двигатель, при большей мощности имеет меньший вес, более экономичен, чем двигатель ЯМЗ-236М2 (ЯМЗ-236Д).

На двигателе Д-260.4-432 применено современное однодисковое сцепление производства фирмы «LUK», Германия, как на двигателе Дойтц трактора ХТЗ-17021 и более современная двухступенчатая очистка воздуха с предочистителем.

Таблица

Опыт хозяйств уже эксплуатирующих трактора ХТЗ и ХТА-200 «Слобожанец» с минскими моторами Д-260.4 (а таких по полям Украины и России ходит более 700) показывает, что за день работы на пахоте экономится до 40-60 литров дизтоплива по сравнению с тракторами, оборудованными моторами ЯМЗ при выполнении одинаковых работ. Кроме того, трактор с минским, более мощным (210 л.с.) двигателем, вспахивает 10 га поля за то же время, за которое трактор с мотором ЯМЗ-236 вспахивает только 8 га такого же поля, т.е. с применением мотора ММЗ производительность трактора растет на 20%.

Сэкономленного одним трактором с мотором ММЗ Д-260.4 за день топлива хватает, по стоимости, на оплату труда двух трактористов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Очевидно, что стратегия развития страны должна опираться на реализацию человеческого потенциала, наиболее эффективное применение знаний и умений людей для постоянного улучшения технологий, экономических результатов, жизни общества в целом.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.   Е.К.Маркелова - Создание и внедрение систем энергоуправления. 2007-2009 гг.

2.      А.И. Завражнов - Современные проблемы науки и производства в агроинженерии. МОСКВА 2013

.        В.С.Горбачев (Минсельхоз России) «Методические указания и материалы» 2006.

4.   Управление энергоактивами - EPCM модель. А.В.Тихомиров, Р.В.Тузова.

5.      Ерохин М.Н., Пучин Е.А. Машинно-технологические станции- резерв технического и экономического развития АПК. Монография.-М: ФГБОУ ВПО МГАУ, 2008.

.        Справочник инженера по техническому сервису машин и оборудования В АПК.-М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003.-604с.