Описание объектов АПК, как потребителя энергоресурсов

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ДЕПАРТАМЕНТ НАУЧНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ И ОБРАЗОВАНИЯ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСЩЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УДК 536
№ госрегистрации
Инв №
Утверждаю
Ректор ФГБОУ ВПО ВолГАУ
член-корр. РАСХН, профессор
____________А.С.Овчинников
«__»____________2013г.
ОТЧЕТ
О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
по теме:
«РАЗРАБОТАТЬ ИНФОРМАЦИОННО - ТЕХНИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ
ПО АНАЛИЗУ СОСТОЯНИЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ
ОБЪЕКТОВ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ»
Проректор по научной работе ____________________ А.Н. Цепляев
подпись, дата
Руководитель темы _________________________ И.В. Юдаев
подпись, дата
ВОЛГОГРАД 2013
СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
Ответственный исполнитель:
А.Н. Васильев, д.т.н., профессор, зам. директора по научной работе ГНУ
«Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» Россельхозакадемии
Исполнители темы:
А.Н. Тихомиров, к.т.н., с.н.с., зав. отделом прогнозирования электрификации,
структуры энергетического баланса и энергосбережения в АПК ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского
хозяйства» Россельхозакадемии
Д.А. Будников, к.т.н., с.н.с. лаборатории АСУ ТП с.х. производства ГНУ
«Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства» Россельхозакадемии
Д.А. Тихомиров к.т.н., с.н.с., зав. лабораторией автоматизированных систем
отопления и вентиляции производственных объектов ГНУ «Всероссийский
научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства»
Россельхозакадемии
__________________________________________________________________
УДК 536
Ключевые слова: отчет, научно-исследовательская работа, топливноэнергетическая база, экономия энергоресурсов, снижение энергетических затрат
__________________________________________________________________
В авторской редакции
Компьютерная верстка И.В. Юдаев
Изд. Лиц. № от 2013. Сдано в набор
2013. Подписано в печать 2013
усл. печ.л. Тираж
экз. Зак.
__________________________________________________________________
ИПК ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ «Нива»
400002, Волгоград, пр. Университетский, 26
2
Реферат
Отчёт представлен на 269 стр. содержит 8 глав, список литературных
источников, приложения.
РАЗРАБОТАТЬ ИНФОРМАЦИОННО - ТЕХНИЧЕСКУЮ СИСТЕМУ
ПО АНАЛИЗУ СОСТОЯНИЯ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ
ОБЪЕКТОВ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА ВОЛГОГРАДСКОЙ
ОБЛАСТИ
Научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа по теме:
«Разработать информационно - техническую систему по анализу состояния
топливно-энергетической базы объектов агропромышленного комплекса
Волгоградской области», выполнена в рамках государственного контракта №
11 от 22.04.2013г. на выполнение научно-исследовательской и опытно- конструкторской работы по теме: «Проведение научных исследований и разработка стратегии и проектов программ по комплексному развитию сельских
территорий Волгоградской области и эффективному функционированию агропромышленного комплекса в условиях ВТО».
В отчёте по выполненной работе представлен перечень нормативных
документов принятых в РФ по энергосбережению. Объекты АПК рассмотрены как потребитель энергоресурсов, с кратким анализом данных по Волгоградской области. Рассмотрены составляющие топливно-энергетической базы промышленных предприятий – электрическая энергия, газ, ГСМ, возобновляемые источники энергии. Представлены рекомендуемые функциональные схемы информационно-технических систем по анализу энергоресурсов
Волгоградской области.
Представленные методики позволяют оценить экономическую целесообразность применения отдельных составляющих топливно-энергетической
базы информационно – технической системы. Предложена структура информационной базы, на основе которой должна разрабатываться ИТС топливноэнергетической базы Волгоградской области.
Представлен комплекс мероприятий по снижению энергетических затрат на производство, переработку и хранение с.х. продукции.
3
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ..................................................................................................... 7
2. ПРАВОВЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ .................................................................................. 8
3. ОБЪЕКТЫ АПК, КАК ПОТРЕБИТЕЛЬ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ ................... 11
3.1. ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ............................ 11
3.2. НОРМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В С/Х ПРОИЗВОДСТВЕ. ......................... 12
3.3. АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ВОЛГОГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ........................ 13
4. СОСТАВЛЯЮЩИЕ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ
АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ ...................................................... 20
4.1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ .................................................................................... 20
4.2. ГАЗОПРОВОД ......................................................................................................... 20
4.3. БЕНЗИН, ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО, ПРОЧИЕ ГСМ ...................................................... 23
4.4.
ВОЗМОЖНЫЕ
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ
СОСТАВЛЯЮЩИЕ
ТОПЛИВНОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ................................................................................................ 23
4.4.1. Энергия ветра ............................................................................................... 30
4.4.2. Гидроэнергия ................................................................................................. 35
4.4.3. Солнечная энергия ........................................................................................ 38
4.4.4. Геотермальная энергия ............................................................................... 43
4.4.5. Энергия биомассы ........................................................................................ 44
4.5. ПРИНЦИПЫ КОМБИНИРОВАННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ................................................................................................. 45
4.6. СТРУКТУРНАЯ БЛОК-СХЕМА КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ АВТОНОМНОГО
ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ........... 48
4.7. АНАЛИЗ СТАТИСТИЧЕСКИХ ДАННЫХ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
ПО ОСНОВНЫМ ВИДАМ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ.......................................... 53
5.
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ
СХЕМА
ИНФОРМАЦИОННОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ПЕРЕЧЕНЬ НЕОБХОДИМЫХ
ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ............................................................................................ 62
5.1. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СХЕМЫ .................................................................................. 61
5.1.1. Функциональная схема информационно-технической системы на
уровне предприятия ............................................................................................... 61
5.1.2. Функциональная схема информационно-технической системы на
уровне муниципального образования .................................................................... 62
5.1.3. Функциональная схема информационно-технической системы на
уровне области ....................................................................................................... 64
5.2. ПЕРЕЧЕНЬ НЕОБХОДИМЫХ ИСХОДНЫХ ДАННЫХ .................................................. 65
5.2.1. Уровень хозяйства ....................................................................................... 65
5.2.2. Уровень муниципального образования ....................................................... 68
5.2.3. Уровень области........................................................................................... 70
5.3. СПРАВОЧНЫЕ, НОРМАТИВНЫЕ ДАННЫЕ ............................................................... 71
6. МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
ОТДЕЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
БАЗЫ ИТС .................................................................................................................... 73
6.1. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ
ИСТОЧНИКОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ .................................................. 73
4
6.2. ВЫБОР ЭКОНОМИЧЕСКОГО ВАРИАНТА ПО МИНИМУМУ ПРИВЕДЕННЫХ ЗАТРАТ ... 77
6.3. ОСНОВЫ МЕТОДА РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНИКИ ПО
КРИТЕРИЮ "УДЕЛЬНОЙ ПРИБЫЛИ" ............................................................................... 78
6.4. МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
ПРИМЕНЕНИЯ КОНКРЕТНОГО ВИДА ЭНЕРГИИ ............................................................... 80
6.4.1. Методика определения технико-экономических характеристик
автономных ветроэлектростанций .................................................................... 80
6.4.2
Технико-экономические
характеристики
автономных
микрогидроэлектростанций ................................................................................. 84
6.4.3
Технико-экономические
характеристики
автономных
электростанций, использующих биотопливо ..................................................... 88
6.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОГО СОЧЕТАНИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И
ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ
ИСТОЧНИКОВ
В
СИСТЕМЕ
ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.................................................................. 91
6.5.1 Принципы исследования рационального сочетания потребляемых
энергоресурсов в системе энергоснабжения ...................................................... 92
6.5.2. Разработка системы комплексного энергоснабжения с
использованием возобновляемых источников ..................................................... 94
6.5.3. Условия определения рационального сочетания потребляемых
энергоресурсов в системе комплексного энергоснабжения ............................ 100
6.6. ПОКАЗАТЕЛИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ В СИСТЕМЕ
КОМПЛЕКСНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ........................................................................ 102
6.6.1.
Показатели
использования
ВИЭ
в
энергообеспечении
потребителей ....................................................................................................... 102
6.6.2. Показатель доли замещаемой энергии от ВИЭ ..................................... 103
6.6.3. Методы оценки условий энергообеспечения и замещения потребной
энергии от ВИЭ .................................................................................................... 106
6.6.4. Методика определения оптимального состава и параметров
комбинированной системы автономного электроснабжения на основе
возобновляемых источников энергии ................................................................. 112
7. ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА ............................................................................ 120
8. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ЗАТРАТ
НА
ПРОИЗВОДСТВО,
ПЕРЕРАБОТКУ
И
ХРАНЕНИЕ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ ................................................. 124
8.1. НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ .................................................................. 124
8.1.1. Экономия электрической энергии: ........................................................... 125
8.1.2. Экономия тепла .......................................................................................... 127
8.1.3. Экономия газа ............................................................................................. 128
8.1.4. Экономия моторного топлива .................................................................. 128
8.2. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В РАСТЕНИЕВОДСТВЕ ........................................................ 129
8.2.1. Основные принципы энергосберегающего растениеводства ............... 129
8.2.2. Малоэнергоемкие приемы обработки почвы .......................................... 130
8.2.3. Малоэнергоемкие технологии при возделывании и уборке
сельскохозяйственных культур .......................................................................... 134
5
8.2.4. Малоэнергоемкие технологии процессов посева, внесения удобрений
и применения ядохимикатов ............................................................................... 136
8.2.5. Малоэнергоемкие технологии при уборке, доработке и хранении
урожая ................................................................................................................... 138
8.3. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЖИВОТНОВОДСТВЕ ............................... 141
8.3.1. Энергообеспеченность животноводческой отрасли ............................ 141
8.3.2. Энергосбережение в кормопроизводстве ............................................. 1424
8.3.3. Энергоресурсосберегающие технологии заготовки кормов. ................ 144
8.3.4. Энергосберегающие приемы содержания КРС ...................................... 145
8.3.5. Снижение энергоемкости процесса доения коров и первичной
обработки молока ................................................................................................ 146
8.4. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ МАШИНО-ТРАКТОРНОГО ПАРКА .... 147
8.4.1. Транспортировка, хранение топлива и заправка машин ....................... 147
8.4.2. Энергосбережение путем совершенствования технической
эксплуатации машино-тракторного парка ...................................................... 151
8.4.3. Использование транспорта в сельскохозяйственном производстве ... 154
8.5. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ЭЛЕКТРОСБЕРЕЖЕНИЯ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ ........... 155
8.5.1.
Пути
экономии
электроэнергии
при
эксплуатации
электрооборудования в растениеводстве ......................................................... 155
8.5.2.
Пути
экономии
электроэнергии
при
эксплуатации
электрооборудования в животноводстве ......................................................... 157
8.5.3. Пути экономии электроэнергии при эксплуатации оборудования
подсобных предприятий....................................................................................... 159
8.6. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЗДАНИЯХ И СООРУЖЕНИЯХ ............................................ 163
8.6.1. Бытовое энергосбережение...................................................................... 163
8.6.2. Структура расхода тепловой и электрической энергии зданиями ..... 164
8.6.3. Тепловая изоляция зданий и сооружений ................................................. 165
8.6.4. Совершенствование теплоснабжения. Тепловая изоляция
трубопроводов. ..................................................................................................... 166
8.6.5. Изоляционные характеристики остекления и стеклопакеты ............. 167
ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................... 168
ПРИЛОЖЕНИЯ ........................................................................................................ 176
6
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ
Целью создания Системы являются обеспечение эффективного анализа существующей топливно-энергетической базы, учет возможности включения в
существующую базу альтернативных источников энергии с учетом особенностей объекта агропромышленного комплекса.
Задачи:
 создание структуры базы данных, необходимых для анализа объекта
АПК;
 создание общей структуры топливно-энергетической базы объекта
АПК, с учетом альтернативных составляющих;
 интеграция существующих методик в базу для оценки целесообразности применения отдельных составляющих топливно-энергетической
базы;
 развитие энергосбережению и повышение энергоэффективности;
 развитие использования возобновляемых источников энергии и повышение экологической эффективности энергетики.
Целевые индикаторы:
1. Снижение энергоемкости продукции АПК.
2. Снижение вредных выбросов в окружающую среду.
3. Увеличение доли инноваций в агропроизводстве.
7
2. ПРАВОВЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Задачи энергосбережения, определенные в Законе РФ «Об энергосбережении», предполагают реализацию правовых, организационных, научных,
производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.
В поддержку мероприятий по обеспечению энергосбережения на федеральном и региональном уровнях уже принято несколько десятков нормативных актов, нормативных и методических документов. Начало процессу формирования принципов и механизмов государственной политики в области
энергосбережения РФ было положено выходом в свет постановления Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по энергосбережению
в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти,
газа и нефтепродуктов» (№ 371 от 01.06.92 г.) и одобрением в этом же году
Правительством РФ Концепции энергетической политики России.
В апреле 1996 года был принят Федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении». Новый Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении
и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23 ноября 2009
определяет основные требования к энергетической эффективности предприятий, организаций, в т.ч. бюджетных и осуществляющих регулируемые виды
деятельности, требования в отношении отдельных видов товаров и оборудования, зданий, в т.ч. многоквартирных домов, определяет условия энергосервисных контрактов, правила создания и функционирования саморегулируемых организаций энергоаудиторов, вводит штрафы за невыполнение отдельных требований и нормативов энергоэффективности.
Распоряжение Правительства РФ от 01.12.2009 N 1830-р "Об утверждении плана мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в Российской Федерации" определяет перечень мероприятий, нормативных актов, принимаемых министерствами и ведомствами,
а также сроки принятия данных актов во исполнение ФЗ-261 "Об энергосбережении..."
Сегодня энергоэффективность и энергосбережение входят в 5 стратегических направлений приоритетного технологического развития, названных
на заседании Комиссии по модернизации и технологическому развитию экономики России, которая состоялась 18 июня 2009 года.
Эта тема была продолжена президентом на расширенном заседании
президиума Госсовета 2 июля 2009 года в Архангельске. Среди основных
проблем, обозначенных Медведевым, – низкая энергоэффективность во всех
сферах, особенно в бюджетном секторе, ЖКХ, влияние цен энергоносителей
на себестоимость продукции и ее конкурентоспособность.
Одна из важнейших стратегических задач страны, поставленной президентом (Указ № 889 от 4 июня 2008 года «О некоторых мерах по повышению
8
энергетической и экологической эффективности российской экономики») –
снижение энергоемкости отечественной экономики (ВВП) на 40% к 2020 году. Для ее реализации необходимо создание совершенной системы управления энергоэффективностью и энергосбережением. В связи с этим Министерством энергетики РФ было принято решение о преобразовании подведомственного ФГУ «Объединение» Росинформресурс» в Российское энергетическое агентство, с возложением на него соответствующих функций.
Приказ Министерства энергетики РФ от 19 апреля 2010 г. N 182 "Об
утверждении требований к энергетическому паспорту, составленном по результатам обязательного энергетического обследования, и энергетическому
паспорту, составленному на основании проектной документации, и правил
направления копии энергетического паспорта, составленного по результатам
обязательного энергетического обследования".
Нормативные правовые акты:
o
Федеральный закон об энергосбережении №28-Ф3 от 03.04.96 г.
o
Постановления Правительства РФ от 12.08.98 № 938 «О государственном энергетическом надзоре в Российской Федерации».
o
Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" (с изменениями и дополнениями).
o
Указ Президента Российской Федерации «О некоторых мерах по
повышению энергетической и экологической эффективности российской
экономики» № 889 от 04.06.2008 г.
o
Постановление от 31 мая 2012 г. n 120-п об утверждении долгосрочной областной целевой программы "Энергосбережение и повышение
энергетической эффективности Волгоградской области на период до 2020 года".
o
Постановление Правительства РФ от 01.06.2010 N 391 "О порядке создания государственной информационной системы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности и условий для ее
функционирования" (вместе с "Правилами создания государственной информационной системы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности и условий для ее функционирования").
o
«Энергетическая стратегия России на период до 2030 г.» (Распоряжение Правительства России №1715-р от 13.11.2009 г.).
o
Государственная программа Российской Федерации "Энергоэффективность и развитие энергетики".
o
Правила пользования электрической энергией.
o
Типовая инструкция по учету электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении РД 34.09.101-97.
o
Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения ГОСТ 131.09-97.
o
Порядок установления показателей энергопотребления и энергосбережения в документации на продукцию и процессы ГОСТ Р50-605-89-94.
9
o
Закон Российской Федерации «О государственном регулировании тарифов на электрическую и тепловую энергию в Российской Федерации» № 41-ФЗ от 14 апреля 1995 г.
o
Указ Президента Российской Федерации от 7 мая 1995 г. № 472
«Об основных направлениях энергетической политики и структурной перестройки топливно-энергетического комплекса в Российской Федерации на
период до 2010 г.».
o
Указ Президента Российской Федерации от 11 сентября 1997 г. №
1010 «О государственном надзоре за эффективным использованием энергетических ресурсов в Российской Федерации».
o
Постановление Правительства Российской Федерации от 26 сентября 1995 г. № 965 «Положение о лицензировании в энергетике» РД
4.38.128-95.
o
Постановление Правительства Российской Федерации от 15 июня
1998 г. № 588 «О дополнительных мерах по стимулированию энергосбережения в России».
o
Приказ Госстандарта России от 19 июня 1998 г. № 340 «О работах в области энергосбережения».
o
Приказ Минтопэнерго России от 22 января 1998 г. № 17 «О проведении энергоаудита и выполнении первоочередных энергосберегающих
мероприятий в организациях, финансируемых за счет средств федерального
бюджета».
o
Приказ Минтопэнерго России от 20 июля 1998 г. № 246 «О порядке организации работ по реализации федеральной целевой программы
«Энергосбережение России».
10
3. ОБЪЕКТЫ АПК, КАК ПОТРЕБИТЕЛЬ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
3.1. Особенности энергопотребления сельского хозяйства
Сети электроснабжения сельскохозяйственных потребителей отличаются своей протяженностью, что существенно снижает их надежность. Развитие существующей структуры энергоснабжения и применение альтернативных источников энергии во многом способствует как повышению надежности работы агропромышленных объектов, так и снижению себестоимости
производства.
Количество потребной энергии в сельском хозяйстве зависит от многих
факторов. Уровень энергопотребления определяется по существующей норме
расхода энергии. Норма расхода топлива, электрической и тепловой энергии
должна быть прогрессивной и обеспечивать рациональное и эффективное
использование энергоресурсов на основе учета и обобщения передовых опытов, и методов работы [1].
Особенности структуры потребляемой энергии в сельском хозяйстве
выражаются в ее высоком уровне в низкотемпературных и мобильных силовых процессах. На их долю приходится более 80% первичной энергии, в том
числе на низкотемпературные процессы – более 50%.
Данная особенность энергопотребления показывает возможность использования различных взаимозаменяемых видов топлива для низкотемпературных процессов. Возникает необходимость выбора рациональной структуры потребляемых энергетических ресурсов и наиболее эффективных источников энергии.
Для определения потребной энергии расчет может производиться:
- по полезной (конечной) энергии, необходимой для осуществления технологических процессов;
- по энергии, подведенной к аппарату и оборудованию конечного использования, равной сумме полезной и теряемой энергии в энергоустановках;
- по первичной энергии, с учетом потерь на добычу, преобразование, транспортировку и хранение энергетических ресурсов.
Эффективность использования первичных энергетических ресурсов
характеризуется коэффициентом полезного использования (КПИ) н, который отражает возможные потери на всех стадиях производства: при добыче
(д), транспортировке (тр), хранении (х) и преобразовании в другой вид
энергии (пр):
(3.1)
 И  д тр  х пр
В сельском хозяйстве КПИ энергетических ресурсов по всем процессам
существенно ниже, чем в среднем по народному хозяйству: 30% против 4042% [1, 29, 36, 72].
Потребляемая энергия в сельскохозяйственном производстве и коммунально-бытовом секторе почти соизмерима и соответственно составляет 47 и
53%. При этом структуры потребления энергии в сельскохозяйственном про-
11
изводстве и в коммунально-бытовом секторе отличаются [72]. Низкий КПИ
энергетических ресурсов наблюдается в секторе производства сельскохозяйственной продукции и составляет 25,7%, тогда как в сельском хозяйстве
средняя величина находится в пределах 32,5%. Это объясняется особенностью энергопотребления сельскохозяйственными потребителями. По оценкам специалистов, в перспективе потребление энергетических ресурсов будет
расти. Рост энергопотребления, с одной стороны, может привести к обострению проблемы энергоснабжения сельского хозяйства, особенно в регионах,
где отсутствуют собственные энергоресурсы. С другой стороны, существенный износ электро- и теплоэнергетического оборудования снижает надежность энергоснабжения и повышает расход энергоносителей.
Таким образом, развитие сельского хозяйства связано с ростом потребления энергетических ресурсов. Для эффективного энергоснабжения необходимо снизить потребление традиционно используемых энергоресурсов с низким коэффициентом использования и находить пути рационального использования потребляемых энергетических ресурсов.
Для эффективного энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей необходимо совершенствовать существующие схемы энергоснабжения
для рационального сочетания потребляемых энергоресурсов. Разработка и
обоснование структуры новой системы энергообеспечения возможны на базе
сложившейся традиционной схемы электро- и теплоснабжения.
3.2. Нормы потребления электроэнергии в с/х производстве
Производство с/х продукции требует огромных расходов энергетических ресурсов и особенно увеличения потребления электроэнергии. Совершенствование планирования и контроль за расходом электроэнергии является важнейшей задачей снижения непроизводительного расхода и должно базироваться на научно обоснованных нормах.
Нормирование расхода электроэнергии – это установление плановой
меры ее потребления. Основная задача нормирования заключается в установлении экономически обоснованных, прогрессивных норм расхода электроэнергии с целью соблюдения режима экономии, рационального распределения и наиболее эффективного ее использования. Методика определения норм
расхода электроэнергии базируется на наиболее совершенных технологиях и
организациях сельских производств с учетом передового опыта отечественных и зарубежных с/х предприятий. Нормы расхода электроэнергии являются плановым показателем потребления электрической энергии за год на единицу продукции, на голову скота, на одного сельского жителя.
Нормы расхода электроэнергии дифференцированы по отраслям и отдельным процессам производства с учетом влияния различных экономикогеографических и климатических факторов.
Основными признаками, по которым дифференцированы нормы, приняты: вид, размер и технология производства, уровень электрификации и
климатические условия. В удельную норму включается потребление электроэнергии вспомогательными службами (складское хозяйство, родильное отде-
12
ление, телятники и т. д.). В нормы не входят расходы на строительство и капитальный ремонт зданий и сооружений, монтаж нового оборудования. Размерность норм расхода электроэнергии принята в киловатт – часах.
Нормы расхода электроэнергии делятся на индивидуальные и групповые.
Индивидуальные нормы электроэнергии разрабатывают для контроля
за ее расходом при эксплуатации объектов в конкретном хозяйстве с учетом
уровня электрификации, а также при технико-экономических обоснованиях
конкурирующих вариантов.
Индивидуальная норма - это удельный расход электроэнергии, установленный для отдельных процессов и объектов при данном уровне электрификации.
Под уровнем электрификации понимается число процессов, в которых
применяется электроэнергия, и размеры потребления электроэнергии по каждому процессу. Например, для свинооткормочной фермы можно выделить 8
групп процессов: 1-я группа – кормоприготовление и кормораздача, 2-я
группа – новозоудаление, 3 –я – вентиляция в помещениях 4-я группа – поение животных, 5-я группа-освещение, 6-я группа - прочие затраты электроэнергии, 7-я группа - вентиляция в помещениях без животных, 8-я группа –
потери электроэнергии в сетях.
Групповые нормы являются средневзвешенными величинами, вычисляются для некоторых определенных условий по рассматриваемому региону
и предназначены для планирования расхода электроэнергии в данном производстве. Нормы охватывают условия производства при различных технологических процессах и уровнях электрификации – от ручного до автоматизированного. Групповую норму для конкретного района определяют с учетом
климатической зоны и планируемого процента охвата ферм электрифицируемыми процессами.
Нормирование расхода электроэнергии в жилом секторе. Потребление
электроэнергии в жилом секторе постоянно растет и составляет более 15%
потребляемой электроэнергии на селе. Электрическая энергия используется
для приготовления пищи, горячего водоснабжения, питания радиоприемников, телевизоров, холодильников, компьютеров. Однако потребление электроэнергии в быту сельского населения меньше, чем в городе. При нормировании расхода электроэнергии учитывается развитие личного подсобного хозяйства сельских жителей по уровню электрификации процессов сельского
быта. Расчеты ведут по индивидуальным нормам на одного жителя или семью, а также по групповым нормам.
3.3. Анализ статистических данных Волгоградской области
Перед анализом энергетических ресурсов Волгоградской области целесообразно рассмотреть основные экономические показатели области.
Таблица 3.1. - Производство валового регионального продукта на
душу населения по Российской Федерации и регионам Южного Федерального округа (в основных ценах, тыс. рублей)
13
Российская Федерация
Южный федеральный округ
в том числе:
Республика Адыгея
Республика Калмыкия
Краснодарский край
Астраханская область
Волгоградская область
Ростовская область
2006
157,2
86,4
2007
195,8
114,1
2008
237,5
144,6
2009
224,2
144,0
2010
261,8
165,6
48,1
43,8
94,2
85,0
95,7
78,6
66,4
58,9
125,7
100,0
126,3
104,6
82,4
71,5
155,1
146,4
159,0
134,1
94,4
82,6
165,6
133,0
144,3
129,6
104,9
84,2
193,1
143,9
166,0
147,7
На основании данных таблицы 3.1. обоснованно сделать вывод, что
Волгоградская область относится к динамично развивающимся регионам, который по производству валового продукта занимает второе место среди регионов Южного Федерального округа. Поэтому все субъекты хозяйствования
должны быть заинтересованы в снижении энергоёмкости производства продукции.
Таблица 3.2. - Индексы цен производителей сельскохозяйственной
продукции (в процентах к предыдущему году)
2007 2008 2009 2010 2011
Продукция сельского хозяй133,8 140,3 86,6 112,7 121,0
ства
Продукция растениеводства
141,0 147,2 75,9 116,0 128,6
Зерновые и зернобобовые
147,4 125,8 69,0 100,2 125,5
культуры
из них:
пшеница
152,3 125,2 70,2
99,5 128,6
рожь
136,7 121,4 60,5
82,3 115,4
гречиха
134,6 117,2 105,3 100,3
…
кукуруза
128,7 134,0 50,9 121,0 115,2
ячмень
140,7 128,1 74,1
94,0 105,0
овес
109,6 131,6 82,5
97,8
…
Семена подсолнечника
135,9 202,1 71,3 146,4 133,3
Картофель
84,1 111,1 101,4 144,4 170,5
Овощи свежие
122,4 130,0 97,2 143,9 126,8
из них:
томаты (помидоры)1)
111,8 163,5 110,4 109,7 115,2
1)
огурцы
123,2 130,4 100,0 128,8 95,8
лук репчатый
135,7 94,8
82,3 158,1 159,8
капуста
126,4 118,2 88,3 172,8
…
морковь столовая
107,1 105,5 87,8 187,3 118,1
свекла столовая
100,4 125,9 73,0 118,0 208,7
Продукция животноводства
107,2 116,5 109,2 105,0 104,7
14
Скот крупный рогатый, овцы и
козы, свиньи и птица сельскохозяйственная (в живом весе)
из них:
крупный рогатый скот
овцы и козы
свиньи
птица сельскохозяйственная
Молоко сырое крупного рогатого скота
Яйца куриные
Шерсть стриженая немытая,
включая стриженую шерсть,
промытую руном (в физическом весе)
100,6
112,6
115,4
101,9
105,6
105,6
107,0
83,7
109,6
108,8
108,6
118,5
110,5
116,3
114,1
116,7
112,2
102,7
117,3
93,3
103,2
110,2
112,3
109,1
103,6
113,1
126,1
95,3
128,0
112,1
128,1
125,1
87,3
100,9
95,2
98,4
92,0
123,2
98,6
145,4
Данные таблицы индекса цен производителей с.х. продукции (табл.
3.2.) позволяют сделать вывод о значительном колебании конъюнктуры на
продукцию растениеводства, что существенным образом сказывается на ценообразовании. Так максимальное колебание индекса цен на растениеводческую продукцию составило 1,86 раза. Причём, по зерновым эта цифра составила 2,13. Поскольку цены на зерновые в большей степени зависят от их
урожайности (чем ниже урожай - тем выше цены), то в наиболее выгодных
условиях будет тот производитель, у которого ниже себестоимость продукции. Поскольку в структуре себестоимости растениеводческой продукции от
20 до 50% могут занимать энергозатраты, то снижение энергоёмкости процессов растениеводческой продукции является одной из основных целей.
В тоже время колебания индекса цен на продукцию животноводства
значительно меньше, чем для растениеводства (1,11 к 2,13). Это говорит о
том, что, несмотря на значительное колебание цен на корма закупочные цены
на мясо остаются низкими. Причём, даже в низкоурожайные годы на зерновые культуры закупочные цены на продукцию животноводства были ниже,
чем в урожайные.
Поскольку технологические процессы в животноводстве также энергоёмки, то определение мер по энергосбережению является важным элементом
в повышении прибыльности предприятий.
Таблица 3.3. – Структура производства основных видов сельскохозяйственной продукции по категориям хозяйств (в процентах от хозяйств всех категорий)
2007 2008 2009
Сельскохозяйственные организации
Зерно (в весе после доработки)
78,3 73,0 73,5
Семена подсолнечника
73,6 73,2 73,4
2010 2011
71,7 72,6
76,9 70,1
15
Картофель
3,1 3,0
3,2
3,4 3,9
Овощи, всего
29,1 31,1 29,7 26,7 28,4
Скот и птица на убой (в убойном весе)
28,6 30,4 33,6 35,8 36,3
Молоко
14,2 11,7 10,7
8,9 7,9
Яйца
52,6 53,6 49,3 50,3 48,1
Шерсть (в физическом весе)
39,1 33,2 28,4 22,4 16,6
Хозяйства населения
Зерно (в весе после доработки)
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0
Семена подсолнечника
0,0
0,0
0,0
0,0 0,0
Картофель
95,6 96,1 95,7 96,0 95,2
Овощи, всего
46,7 43,3 43,1 46,1 42,2
Скот и птица на убой (в убойном весе)
68,2 66,6 63,7 61,2 61,2
Молоко
82,8 85,5 86,0 87,5 87,5
Яйца
46,9 45,9 50,3 49,3 51,5
Шерсть (в физическом весе)
54,3 55,0 54,9 58,4 64,3
Крестьянские (фермерские) хозяйства и индивидуальные предприниматели
Зерно (в весе после доработки)
21,7 27,0 26,4 28,3 27,4
Семена подсолнечника
26,4 26,8 26,6 23,1 29,9
Картофель
1,3 0,9
1,1
0,6 0,9
Овощи, всего
24,3 25,6 27,2 27,2 29,4
Скот и птица на убой (в убойном весе)
3,2 3,1
2,8
2,9 2,5
Молоко
3,0 2,7
3,2
3,6 4,6
Яйца
0,6 0,5
0,4
0,4 0,4
Шерсть (в физическом весе)
6,6 11,8 16,8 19,2 19,1
Таблица 3.4. – Производство основных продуктов животноводства
2007 2008 2009
Хозяйства всех категорий
Скот и птица на убой (в убойном весе), тыс. т
138,5 127,8 136,1
в том числе:
крупный рогатый скот
36,4
37,4
36,5
свиньи
65,0
48,2
47,8
овцы и козы
5,2
6,4
6,7
птица
31,2
34,9
44,5
Молоко, тыс. тонн
453,6 479,0 482,1
Яйца, млн. штук
744,6 770,4 759,1
Шерсть (в физическом весе), т 1393 1507 1626
2010
2011
146,2
147,3
37,7
58,3
6,5
43,1
498,3
777,6
1899
37,2
59,5
6,5
43,5
509,3
757,4
2031
16
Сельскохозяйственные организации
Скот и птица на убой (в убойном весе), тыс. т
39,7
38,8
45,7
52,4
Молоко, тыс. т
64,6
56,1
51,6
44,4
Яйца, млн. штук
391,3 412,6 374,0 391,0
Шерсть (в физическом весе), т
544
500
461
426
53,5
40,3
364,5
338
Анализ структуры производства основных видов сельскохозяйственной
продукции по категориям хозяйств показывает, что основными производителями с.х. продукции являются крупные хозяйства. Однако значительную
роль в производстве овощной и животноводческой продукции занимают
фермерские хозяйства и подсобные хозяйства населения. Это позволяет говорить, что при разработке энергосберегающих мероприятий и технологий
необходимо учитывать данную структуру и предусматривать широкий перечень предложений, которые были бы востребованы у всех категорий производителей с.х. продукции.
Таблица 3.5. – Основные фонды АО видам экономической деятельности (мил. руб)
2007 2008 2009 2010
2011
Производство, и распределение электроэнергии, газа, пара и воды
Наличие основных фондов (по
полной учетной стоимости; на
конец года), млн. рублей
60861,5 65033,7 73565,8 82317,6 101225,6
Структура основных фондов по
видам, в процентах от наличия
основных фондов на конец года:
здания
20,3
30,3
28,5
25,3
21,4
сооружения
47,9
48,6
50,8
53,1
55,9
машины и оборудование
30,6
20,3
19,5
20,0
21,2
транспортные средства
0,9
0,7
0,9
1,1
1,0
прочие
0,3
0,2
0,3
0,4
0,5
Степень износа основных фондов на конец года, процентов
52,8
13,8
21,0
27,2
31,8
Удельный вес полностью изношенных основных фондов, в
процентах от общего объема основных фондов
17,0
2,4
5,8
7,7
9,0
Коэффициент обновления основных фондов, в процентах от
полной учетной стоимости фондов на конец года
4,6
3,6
2,8
2,9
8,9
Коэффициент выбытия основ0,7
0,1
0,1
0,2
0,2
17
ных фондов, в процентах от полной учетной стоимости фондов
на начало года
Таблица 3.6. – Степень износа отдельных видов основных фондов
по видам экономической деятельности коммерческих организаций (без
субъектов малого предпринимательства) (в процентах)
Все основные фонды
из них:
здания
сооружения
машины и оборудование
транспортные средства
в том числе:
сельское хозяйство, охота и
лесное хозяйство
из них:
здания
сооружения
машины и оборудование
транспортные средства
рыбоводство, рыболовство
из них:
здания
сооружения
машины и оборудование
транспортные средства
обрабатывающие производства
из них:
здания
сооружения
машины и оборудование
транспортные средства
производство и распределение
электроэнергии, газа и воды
из них:
здания
сооружения
машины и оборудование
2007
49,6
2008
44,8
2009
46,4
2010
49,6
2011
51,1
29,4
54,3
52,1
48,0
18,7
50,9
48,3
42,9
19,8
52,6
50,1
45,7
21,5
55,4
53,6
45,7
21,1
56,3
56,2
48,2
37,7
37,5
40,7
41,5
44,1
45,0
54,4
34,6
43,1
45,5
39,2
49,4
36,6
44,5
37,2
35,4
42,6
44,1
48,0
39,7
35,9
43,2
44,3
48,3
41,8
36,0
42,8
48,2
51,3
42,6
47,8
37,9
63,5
57,7
43,8
40,5
32,5
48,5
33,7
43,7
40,5
34,0
57,2
41,6
43,4
23,9
34,3
67,0
51,3
46,5
25,8
37,8
46,1
62,4
44,2
31,4
43,7
47,6
46,2
30,0
43,8
47,1
47,0
28,9
44,4
46,2
51,2
29,4
48,2
49,4
53,6
26,6
41,0
48,9
50,7
52,8
13,8
21,0
27,2
31,8
40,1
50,4
64,7
5,6
15,8
19,9
8,6
25,0
26,4
11,3
30,7
35,4
13,2
34,2
42,5
18
транспортные средства
предоставление прочих коммунальных, социальных и персональных услуг
из них:
здания
сооружения
машины и оборудование
транспортные средства
61,4
46,0
60,0
61,8
61,5
38,7
39,2
35,7
43,5
44,1
32,4
28,2
49,2
59,0
32,5
29,0
43,2
54,8
50,6
20,7
38,4
58,8
47,8
44,7
40,4
41,6
53,0
36,5
46,9
42,8
Данные по основным фондам для предприятий по видам экономической деятельности, по степень износа отдельных видов основных фондов
(табл. 3.5, 3.6) показывают, что значительная часть технологического оборудования выработала свой ресурс и находится за пределами сроков эксплуатации. В такой ситуации закономерными являются повышенные энергозатраты
на производство продукции, как за счёт низкой производительности устаревшего оборудования, так и за счёт повышенного расхода топлива и электроэнергии на единицу продукции по сравнению с новым оборудованием.
В связи со сложившимся положением целесообразно разработать программу снижения энергоёмкости процессов, как за счёт приобретения новой
техники, так и избирательной реконструкции оборудования, и процессов с
использованием наукоёмких разработок.
4. СОСТАВЛЯЮЩИЕ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ
АГРОПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
4.1. Электрическая энергия
Основным источником электрической энергии агропромышленных
предприятий являются сельские распределительные сети. Кроме того, в
предприятиях зачастую применяются генераторы энергии, основанные на
19
различном виде топлива. Электрическая энергия применяется в различных
технологических процессах. К ним, кроме прочих, могут относиться:
 Водоснабжение;
 Приготовление и раздача кормов;
 Доение коров;
 Первичная обработка молока;
 Транспортировка в пределах ферм;
 Стрижка овец;
 Птицеводство;
 Зерноперерабатывающие процессы;
 Электропривод мобильных машин и агрегатов;
 Выращивание овощей на искусственных средах;
 Водоподготовка;
 Электрообогрев;
 Инкубация;
 Электросварка;
 Индукционный и диэлектрический нагрев;
 Освещение.
При этом, чем более высоко развит уровень автоматизации на производстве, тем более чувствительно отражаются на нем перебои в электроснабжении.
4.2. Газопровод
Газораспределительная сеть — система наружных газопроводов от источника до ввода газа потребителям, а также сооружения и технические
устройства на них. Наружным газопроводом называют подземный, наземный
и (или) надземный газопровод, проложенный вне зданий до наружной конструкции здания. Природный газ в газораспределительной сети высокого
давления поступает из магистрального газопровода через газораспределительную станцию. В газораспределительной сети среднего и низкого давления — через газораспределительные пункты. По назначению различают газопроводы газораспределительных сетей:

магистральные (городские и межпоселковые) – проходят до головных газораспределительных пунктов;

распределительные (уличные, внутриквартальные, межцеховые и
др.) – от газораспределительных пунктов до вводов;

вводы – от места присоединения к распределительному газопроводу до отключающего устройства на вводе в здание;

вводные газопроводы – от включающего устройства;

внутренние газопроводы – от вводного газопровода до места
подключения газового прибора.
Газопроводы газораспределительных сетей бывают низкого (до 0,05
МПа), среднего (от 0,05 до 0,3 МПа), высокого (от 0,3 до 0,6 и от 0,6 до 1,2
МПа) давлений. Характер источников питания и конфигурация газораспре-
20
делительных сетей определяются объемами газопотребления, структурой,
плотностью застройки и др.
ГРС и ГРП не только снижают, но и поддерживают требуемый уровень
давления газа на выходе. Кроме того, на ГРС происходит очистка и осушка
газа, проводится его одоризация (придание газу характерного запаха) [83].
В зависимости от категории потребителя различают распределительные газопроводы низкого давления — для газоснабжения жилых домов;
среднего и высокого (I и II категории) давления — для подачи газа на промышленные предприятия.
Таблица – Классификация распределительных газопроводов
Предприятия
Жилые дома
Класс давления в газопро- Высокое I ка- II категоСреднее
воде
тегории
рии
Рабочее давление
Вид транспортируемого
газа
1,6
СУГ
1,2
0,6
0,3
Низкое
0,005 МПа
Природный газ и сжиженный углеводородный газ (СУГ)
Все требования, предъявляемые к системе газоснабжения, строго регламентированы. Они прописаны в Строительных нормах и правилах.
В частности, в СНиПе 42-01-2002 «Газораспределительные системы»
прописано, что для подземных газопроводов следует применять полиэтиленовые и стальные трубы. Для наземных и надземных газопроводов — стальные трубы, а для внутренних газопроводов низкого давления разрешается
применять стальные и медные трубы.
Автономная газификация.
Не всегда населенный пункт экономически эффективно газифицировать за счет трубопроводного газа. В отдаленных, малонаселенных районах
иногда целесообразней проводить автономную газификацию. Для автономной газификации можно использовать сжиженный природный газ (СПГ) или
сжиженный углеводородный газ (СУГ).
Сжиженный газ незаменим во многих областях фермерской деятельности и используется не только для отопления производственных и жилых помещений. Благодаря высокой теплотворной способности пропана можно выращивать, обрабатывать и сохранять урожай с максимальной эффективностью, соблюдая необходимый уровень экологической безопасности [83].
Применение сжиженного газа для отопления теплиц в холодное время
года позволяет автоматизировать процесс обогрева, а также повысить уровень производства углекислого газа для успешного фотосинтеза тепличных
растений. Дополнительное тепло требуется даже для небольших коровников
или конюшен, также сжиженный газ эффективно используется для осуществления сушки перьев или их утилизации.
Можно существенно сократить расходы и время на заготовку топлива,
установив стационарные емкости для хранения сжиженного. Также это поз-
21
волит решить вопрос содержания большой котельной и обширного склада
для запаса топлива. Автоматический режим работы системы автономного газоснабжения освобождает потребителя от лишних хлопот и необходимости
выполнять функции кочегара, а также позволит модернизировать и существенно увеличить производительность фермерского хозяйства.
В качестве топлива для оборудования зерносушилок используют дизельное топливо или сжиженный газ. Существует несколько причин, по которым целесообразно применять энергию пропана для производственных
нужд:
– Более высокая эффективность использования (энергетическая ценность пропана - 46,36 кДж/кг, а дизельного топлива 43,70 кДж/кг).
– Экономическая выгода – сжиженный газ стоит дешевле дизельного
топлива.
– Экологическая безопасность – не загрязняет грунтовые воды и почву,
отсутствуют вредные выбросы.
Дополнительные преимущества при использовании сжиженного газа:
возможность полного контроля над подачей топлива, высокий уровень автоматизации, отсутствуют случаи воровства.
Применяя сжиженный газ в качестве энергии для зерносушилки, требуется установить систему автономного газоснабжения. В зависимости от
мощности производства устанавливаются емкости различного объема. От газового хранилища проводится подземный газопровод к оборудованию, использующему газ. Количество газа в емкости можно контролировать с помощью аппаратов телеметрии, это позволит своевременно осуществлять поставки топлива. В холодное время года для производства тепла в парниках и
теплицах используют разнообразные системы обогрева, при этом основополагающим фактором экономической выгоды является источник энергии.
Использование энергосберегающего оборудования, такого как инфракрасные обогреватели позволит снизить затраты на сжиженный газ. Лучистое
отопление характеризуется ограниченными теплопотерями, эффективным
использованием ресурсов и минимальными выбросами в атмосферу. Для
удаленных от магистралей объектов использование сжиженного газа – оптимальное решение[83].
Фермерские хозяйства обычно расположены на значительном удалении
от основных энергетических магистралей. В то же время энергия является
одним из важнейших факторов в деятельности фермы: энергоснабжение требуется для отопления помещений и подогрева воды, сжигания органических
отходов, производства пара и других технологических процессов. Указанные
задачи эффективно решаются установкой системы автономного газоснабжения.
При условии отсутствия газификации на объекте, его стоимость учитывается по проектным документам, разрабатываемым организацией газоснабжения.
22
4.3. Бензин, дизельное топливо, прочие ГСМ
Необходимость применения в современном сельском хозяйстве техники не вызывает сомнений ни у кого. Только специализированная техника
позволяет компаниям-производителям рассчитывать на достойные объемы
урожая.
Использование техники охватывает широкий спектр процессов сельскохозяйственного производства:
 обработки почв (предпосевные агрегаты, рыхлители, рыхлители для
глубокой обработки, дисковые бороны и плуги, культиваторы и комбинированные дисколаповые орудия);
 посев;
 возделывание;
 удобрение;
 полив;
 защита растений;
 уборка;
 транспортировка;
 и д.р.
Кроме сельскохозяйственной техники, потребителями ГСМ выступает
котельное оборудование, генераторы и т.д.
4.4. Возможные альтернативные составляющие топливноэнергетической базы
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – это энергоресурсы постоянно существующих природных процессов на планете, а также энергоресурсы продуктов жизнедеятельности биоцентров растительного и животного
происхождения. Характерной особенностью ВИЭ является их не истощаемость, либо способность восстанавливать свой потенциал за короткое время
– в пределах срока жизни одного поколения людей.
Более 30 лет назад Генеральной Ассамблеей ООН в соответствии с резолюцией 33/148 (1978г.) введено понятие «новые и возобновляемые источники энергии», в которое включаются следующие формы энергии: солнечная, геотермальная, ветровая, энергия морских волн, приливов океана, энергия биомассы древесины, древесного угля, торфа, тяглового скота, сланцев,
битуминозных песчаников, гидроэнергия.
Чаще всего к возобновляемым источникам энергии относят энергию
солнечного излучения, ветра, потоков воды, биомассы, тепловую энергию
верхних слоев земной коры и океана.
ВИЭ можно классифицировать по видам энергии:
– механическая энергия (энергия ветра и потоков воды);
– тепловая и лучистая энергия (энергия солнечного излучения и тепла
Земли);
– химическая энергия (энергия, заключенная в биомассе).
23
Если использовать понятие качества энергии – коэффициент полезного
действия, определяющий долю энергии источника, которая может быть превращена в механическую работу, то ВИЭ можно классифицировать следующим образом: возобновляемые источники механической энергии характеризуются высоким качеством и используются в основном для производства
электроэнергии. Так, качество гидроэнергии характеризуется значением 0,60,7; ветровой – 0,3-0,4. Качество тепловых и лучистых ВИЭ не превышает
0,3-0,35. Еще ниже показатель качества солнечного излучения, используемого для фотоэлектрического преобразования, – 0,15-0,3. Качество энергии
биотоплива также относительно низкое и, как правило, не превышает 0,3.
Энергетический потенциал ВИЭ может оцениваться различными значениями в зависимости от степени учета технико-экономических аспектов
применения возобновляемой энергетики. С этих позиций принято выделять
валовый потенциал ВИЭ, технический потенциал ВИЭ и экономический[84].
Валовый потенциал – это количество энергии, заключенное в данном
виде энергоресурса, при условии ее полного полезного использования. Технический потенциал – это часть валового потенциала, преобразование которого в полезную энергию целесообразно при соответствующем уровне развития технических средств. Экономический потенциал ВИЭ – часть технического потенциала, который экономически целесообразно преобразовывать в
полезную энергию при конкретных экономических условиях.
Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников энергии определяются в первую очередь их экономической эффективностью и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. Основными преимуществами ВИЭ по сравнению с энергоисточниками на органическом топливе являются практическая неисчерпаемость
ресурсов, повсеместное распространение многих из них, отсутствие топливных затрат и выбросов вредных веществ в окружающую среду. Однако они,
как правило, более капиталоемки, и их доля в общем энергопроизводстве пока невелика (за исключением гидроэлектростанций). Согласно большинству
прогнозов, эта доля останется умеренной и в ближайшие годы. Вместе с тем
во многих странах мира возрастает интерес к разработке и внедрению нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Это объясняется несколькими причинами[84]
Во-первых, ВИЭ, уступая традиционным энергоисточникам при крупномасштабном производстве энергии, уже в настоящее время при определенных условиях эффективны в малых автономных энергосистемах, являясь более экономичными (по сравнению с энергоисточниками, использующими дорогое привозное органическое топливо) и экологически чистыми.
Во-вторых, применение даже более дорогих, по сравнению с традиционными энергоисточниками, ВИЭ может оказаться целесообразным по другим, неэкономическим (экологическим или социальным) критериям. В частности, применение ВИЭ в малых автономных энергосистемах или у отдельных потребителей может существенно повысить качество жизни населения.
24
В-третьих, в более отдаленной перспективе роль ВИЭ может существенно возрасти и в глобальном масштабе. В ряде стран и международных
организаций проводятся исследования долгосрочных перспектив развития
энергетики мира и его регионов. Интерес к этой проблеме обусловлен определяющей ролью энергетики в обеспечении экономического роста, ее существенным и все возрастающим негативным воздействием на окружающую
среду, а также ограниченностью запасов топливно-энергетических ресурсов.
В связи с этим, в будущем неизбежна кардинальная перестройка структуры
энергетики с переходом к использованию экологически чистых и возобновляемых источников энергии. Мировым сообществом признана необходимость перехода к устойчивому развитию, предполагающему поиск стратегии,
обеспечивающей, с одной стороны – экономический рост и повышение уровня жизни людей, особенно в развивающихся странах, с другой – снижение
негативного влияния деятельности человека на окружающую среду до безопасного предела, позволяющего избежать в долгосрочной перспективе катастрофических последствий. В переходе к устойчивому развитию важная роль
будет принадлежать новым энергетическим технологиям и источникам энергии, в том числе ВИЭ.
Таблица 4.1 - Ресурсы ВИЭ в мире и России [84, 86, 89]
Теоретические ресурсы, Технические ресурсы,
млн., т.у.т.
млн., т.у.т.
Вид энергии
мир
Россия
мир
Россия
8
6
4
Энергия солнца
1,3∙10
2,3∙10
5,3∙10
2,3∙103
Энергия ветра
2,0∙105
2,6∙104
2,2∙104
2,0∙103
Геотермальная энер4,8∙109
1,7∙105
1,0∙102
гия (до глубины 10 км)
Энергия мирового
2,5∙105
океана
Энергия биомассы
9,9∙104
104
9,5∙103
53
3
2
3
Гидроэнергия
5,0∙10
3,6∙10
1,7∙10
1,2∙102
К основным недостаткам, ограничивающим применение ВИЭ, следует
отнести относительно низкую энергетическую плотность и крайнюю изменчивость. Низкая удельная мощность потока энергоносителя приводит к увеличению массогабаритных показателей энергоустановок, а изменчивость
первичного энергоресурса, вплоть до периодов его полного отсутствия, вызывает необходимость в устройствах аккумулирования энергии или резервных энергоисточников. В результате, стоимость производимой энергии оказывается высока даже при отсутствии топливной составляющей в совокупной
цене энергии.
Повышение энергетической эффективности установок, использующих
ВИЭ, является весьма актуальной проблемой, которая решается различными
путями, предусматривающими как улучшение технико-экономических характеристик собственно энергетического оборудования, так и оптимизацию
25
его энергетических балансов и режимов с учетом изменяющейся нагрузки и
энергии возобновляемого источника. С точки зрения процесса энергопреобразования первичного энергоносителя в электроэнергию и ее потребления,
возобновляемую энергетику следует разделять на автономную и связанную с
электроэнергетической системой относительно большой мощности. В первом
случае энергобаланс децентрализованной системы электроснабжения определяется соотношением графика электрических нагрузок системы и изменением энергетического потенциала возобновляемого энергоресурса.
Указанные обстоятельства вызывают необходимость согласования
энергоустановок возобновляемой энергетики с потребителем. В процессе согласования должны решаться следующие задачи:
1. Обеспечение максимально эффективного использования возобновляемого энергоресурса.
2. Согласование вырабатываемой и потребляемой электроэнергии, что, в
большинстве случаев, требует включения в энергосистему накопителей энергии.
3. Управление режимами работы преобразователей энергии, регулирование параметров генерируемой электроэнергии.
Для решения указанных задач используются различные схемные решения энергоустановок.
1. Система со сбросом излишков энергии (рис. 4.1). Данный способ согласования мощностей возобновляемых энергоисточников и потребителей
отличается максимальной простотой и заключается в использовании части
потенциала первичного энергоносителя, необходимой для энергообеспечения
текущего значения нагрузки потребителя. Оставшаяся энергия возобновляемого источника не используется. Системы энергообеспечения такого типа
широко применяются в конструкциях гидроэлектростанций, ветроэлектростанций с изменяемым шагом ветротурбин, в системах солнечного обогрева с
управляемыми заслонками и др.
2. Системы с накопителями энергии. Излишки энергии первичного
энергоносителя, по отношению к текущему значению полезной нагрузки, могут аккумулироваться и, в свою очередь, питать нагрузку в периоды недостатка потенциала возобновляемого энергоресурса. В качестве накопителей
энергии могут использоваться различные устройства: гидроаккумулирующие
системы, маховики, аккумуляторные батареи и др. Данные системы более
эффективно используют первичный энергоресурс и широко применяются
практически во всех типах энергоустановок возобновляемой энергетики.
26
Рисунок 4.1 – Схемы согласования возобновляемых источников энергии с потребителями: а) система со сбросом энергии; б) система с накопителем энергии; в) система
с регулируемой нагрузкой. 1 – ВИЭ; 2 – преобразователь энергии; 3 - потребитель; 4
– сброс в окружающую среду; 5 – накопитель; 6 – регулятор
3. Системы с регулированием нагрузки. Такие системы обеспечивают
полное использование первичного энергоресурса за счет управления текущей
мощностью нагрузки. Регулирование нагрузок обычно осуществляется автоматически с помощью полупроводниковых автобалластных систем. В качестве балластных нагрузок низкого приоритета применяются нагревательные
устройства.
Следует отметить, что кроме максимального использования первичного энергоресурса подобные системы позволяют эффективно управлять режимом первичного преобразователя энергии и, в ряде случаев, параметрами выходного напряжения.
Сетевые электростанции, использующие возобновленные энергоресурсы, не требуют устройств аккумулирования и резервирования электроэнергии. Мощная электрическая система способна полностью принять всю энергию, вырабатываемую электростанцией. Кроме того, энергосистема способна
эффективно влиять на режим станции, работающей синхронно с сетью. Отмеченные особенности несколько упрощают и удешевляют конструкцию сетевых установок возобновляемой энергетики по сравнению с автономными
электростанциями. Увеличение суммарной мощности установок возобновляемой энергетики по отношению к мощности энергосистемы приводит к
необходимости решения некоторых проблем, характерных для энергобалансов автономных систем. В частности, приходится решать проблему перераспределения мощностей между топливными электростанциями и электростанциями на ВИЭ с целью энергообеспечения потребителей при минимальном
расходе топлива[84].
Интенсивные работы по совершенствованию технико-экономических
характеристик энергоустановок и комплексов на основе возобновляемых ис-
27
точников энергии, проводимые во многих странах, определили впечатляющую динамику снижения затрат на производство «зеленой» электроэнергии.
Удельные стоимости за 1 кВт установленной мощности и 1 кВт·ч вырабатываемой энергии на солнечных и ветровых электростанциях неуклонно
снижаются, что определило их конкурентоспособность с традиционной энергетикой. Основные причины выявленной тенденции многочисленны. Среди
них, в первую очередь, следует отметить: непрерывный рост стоимости ископаемого топлива, при реальных ощутимых объемах его исчерпания, и
стремительный рост значимости социально-экологических факторов на Земле. Другой весомой причиной является снижение стоимости оборудования
ВИЭ с развитием научно-технического прогресса.
Экологически чистые возобновляемые источники энергии и установки
на их основе могут сократить объемы вредных выбросов в атмосферу. В качестве примера в таблице 4.2 приведены статистические данные, показывающие, насколько могут уменьшаться вредные выбросы в атмосферу при
уменьшении выработки энергии на традиционных видах электростанций на 1
кВт·ч и на 106 кВт·ч[93].
Таким образом, ясна необходимость перехода от ископаемых, невозобновляемых источников энергии – нефти, газа, угля и в определенной степени
радиоактивного топлива, к источникам более высокого экологического качества. Такими являются возобновляемые источники энергии. Как отмечалось
ранее, их важнейшей особенностью является то, что они в своем естественном состоянии в полной мере принимают участие в энергетическом (тепловом) балансе планеты, и поэтому их использование человеком не приведет к
изменению этого баланса, что позволит поднять уровень потребления энергии до любого разумного, требуемого соответствующим этапом развития индустриального общества, значения.
Таблица 4.2 - Сокращение вредных выбросов в атмосферу при
уменьшении выработки энергии на традиционных видах электростанций[93]
Сокращение
CO2
SO2
NOx
Зола
Пыль
выработки
(750 ч
(5 ч 8)
(3 ч 6)
(40 ч 70)
(0,25 ч
106 кВт·ч
1250) тонн
тонн
тонн
тонн
0,47) тонн
(750 ч 1
(5 ч 8)
(3 ч 6)
(40 ч 70)
(0,25 ч
1 кВт·ч
250) грамм
грамм
грамм
грамм
0,47) грамм
Действующая энергетическая политика представляет собой безжалостную, недальновидную эксплуатацию природы и ископаемых ресурсов, что
может привести к глобальным изменениям на нашей планете с последствиями, которые даже трудно представить.
Выработка электроэнергии за счет возобновляемых источников, конечно, не представляет собой абсолютно экологически «чистый» вариант. Эти
источники энергии обладают принципиально иным спектром воздействия на
окружающую среду [92, 96], но не имеющим глобального характера по срав28
нению с традиционными энергоустановками на органическом и минеральном
топливе.
Расчеты экологического ущерба от электростанций, использующих
возобновляемые источники энергии [85], показывают, что заметное воздействие на окружающую среду могут оказывать объекты большой мощности.
Однако, установки средней и малой мощности можно считать практически
безвредными в отношении окружающей среды, экологический эффект от их
эксплуатации будет неизмеримо выше их возможного экологического ущерба [97-103].
Вклад нетрадиционных возобновляемых источников энергии в мировой энергетический баланс в перспективе оценивается от 1–2% до 10%, хотя
уже сегодня есть страны, где доля этих источников превышает половину
национального энергетического баланса. Доля возобновляемых источников
энергии в топливо-энергетическом комплексе разных стран мира постоянно
возрастает. Это касается как развитых стран (США, Германия, Япония,
Франция, Италия и др.), так и, особенно, развивающихся. Например, в 2000 г.
доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии
составила: Норвегия – 99,7%, Исландия – 99,9%, Новая Зеландия – 72%, Австрия – 72,3%, Канада – 60,5%, Швеция – 57,1%, Швейцария – 57,2%, Финляндия – 33,3%, Португалия – 30,3%. Последнее десятилетие прошлого века
для мира в целом характеризовалось неуклонным ростом доли возобновляемых источников энергии в общем энергобалансе большинства стран мира.
Например, Великобритания – с 2,1% до 2,7%; Германия – с 3,7% до 6,3%;
Франция – с 13,3% до 14,6%; Италия – с 16,4% до 18,9% и т.д [91, 107].
По данным IEA, использование мировых первичных возобновляемых
источников энергии эквивалентно сегодня 13,8% общей добычи всех первичных энергетических ресурсов, распределяющихся следующим образом: биомасса (11%), гидроэнергия (2,3%), солнечная энергия (0,039%), энергия ветра
(0,026%), геотермальная (0,442%), энергия морских приливов (0,004%) [106].
Использование этого потенциала зависит от государственной политики каждой страны, и в настоящее время достигает 17,5% от общего количества ресурсов. Из них 58% идет на жилой сектор, 18% на потребности промышленности, 21% преобразуется в электроэнергию и 3% идет на другие виды деятельности.
Из возобновляемых источников энергии, преобразуемых в электрическую энергию, наибольшее распространение имеет гидроэнергия, на которую
приходится 19%, на биомассу – 1,5%, а на остальные источники, такие как
ветровая, солнечная, геотермальная энергии – около 0,5% [106].
Суммарный экономический потенциал ВИЭ Южного Федерального и
Северо Кавказского округов России представлен в таблице 4.3.
По некоторым оценкам, экономический потенциал ВИЭ на территории
России составляет 270 млн. т.у.т., в том числе по видам энергоисточников:
солнечная энергия – 12,5, ветровая – 10, геотермальная – 115, энергия биомассы – 35, энергия малых рек – 65, энергия низкопотенциальных источников тепла – 31,5 млн. т.у.т.[100].
29
Таблица 4.3 - Экономический потенциал ВИЭ Южного Федерального и Северо Кавказского округов России, млн. т.у.т./год [87]
Геотермальная
Биомасса
Солнечная энергия Ветровая энергия
энергия
4,4
0,11
0,66
35,0
Однако, технический прогресс в создании энергоэффективных электростанций, использующих ВИЭ, не достаточен для их широкого использования. Другим важным условием является государственная поддержка возобновляемой энергетики. В предвидении серьезных экологических последствий во многих развитых странах разработана экономическая стратегия,
распространяющаяся не только на энергетику, но и на другие отрасли производства и потребления ресурсов, которые могут нанести ущерб окружающей
среде. Эта стратегия предусматривает ведущую роль государства в решении
экологических проблем. Примером стимулирования развития энергетики на
возобновляемых источниках является германский “Закон о приоритетности
использования возобновляемых источников энергии”.
4.4.1. Энергия ветра
Все виды возобновляемых энергоресурсов Земли взаимосвязаны и
имеют общее происхождение от солнечной энергии. Общей теории современных возобновляемых энергоресурсов планеты пока не создано. Подход к
независимой оценке потенциала конкретного энергоресурса имеет условный
детерминированный характер, позволяющий определить масштабы и условия
его практического использования.
Ветер характеризуется скоростью, являющейся случайной переменной
в пространстве и времени. Поэтому, на современном уровне исследований,
энергетические характеристики ветра представляются вероятностным описанием случайного процесса изменения ветроэнергетического потенциала. Основой вероятностного подхода является дискретизация временного процесса,
позволяющая считать независимыми и постоянными все определяемые параметры на интервале дискретизации. В качестве временных интервалов стационарности обычно используется час, сутки, сезон, год [84].
Совокупность аэрологических и энергетических характеристик ветра
объединяется в ветроэнергетический кадастр региона. Основными характеристиками ветроэнергетического кадастра являются:
 среднегодовая скорость ветра, годовой и суточный ход ветра;
 повторяемость скоростей, типы и параметры функций распределения скоростей ветра;
 вертикальный профиль средней скорости ветра;
 удельная мощность и удельная энергия ветра;
 ветроэнергетические ресурсы региона.
30
Для получения достоверных данных о средних скоростях ветра территории необходимо использовать значительные объемы измерений в течение
достаточно длительного времени. В литературе [108] приводятся рекомендации о целесообразности 10-летних объемов выборки наблюдений.
Среднегодовая скорость ветра определяется как среднеарифметическое
значение, полученное в результате измерений скорости через равные промежутки времени в течение заданного периода: сутки, месяц, год, несколько
лет:
1 n
Vср  Vi ,
(4.1)
n i 1
где Vi – скорость ветра в интервале измерения i; n – количество интервалов
измерений.
Для численной оценки разброса скоростей ветра от среднего значения
используется коэффициент вариации средних скоростей, который определяется выражением:
S
(4.2)
C   ,
Vср
где Sν – среднеквадратичное отклонение текущей скорости ветра от среднего значения; Vср – средняя скорость ветра за исследуемый период
времени.
Известно, что скорость ветра по мере удаления от подстилающей поверхности возрастает и воздушный поток становится более устойчивым.
Приближенно скорость ветра на высоте h может быть оценена по формуле:

(4.3)
Vh  Vф h / hф  ,
где Vh – скорость ветра на высоте h; Vф – скорость ветра на высоте флюгера; hф – высота флюгера; α – коэффициент, зависящий от средней скорости
ветра на высоте флюгера.
Для открытой местности и небольшой шероховатости подстилающей
поверхности принимается α = 1/7. Зависимость значений α от скорости ветра
иллюстрируется данными таблицы 4.4 [86].
Таблица 4.4 – Зависимость α от скорости ветра Vф [86]
Vф, м/с 0–3
3,5–4
4,5–5
5,5
6–11,5
12–12,5
α
0,20
0,18
0,16
0,15
0,14
0,35
13–14
0,13
Важный энергетический показатель «Повторяемость различных градаций скорости ветра» можно рассматривать как процент времени, в течение
которого наблюдалась та или иная градация скорости ветра. Эта характеристика важна для расчета энергетических и других параметров, необходимых
для ветроэнергетических расчетов, связанных с оценкой интервалов времени
работы ветроэлектростанции при различных скоростях ветра.
Повторяемость скорости ветра по градациям представляет собой временную характеристику скорости ветра. Кроме эмпирических зависимостей,
31
для описания характеристик скоростей ветра используются некоторые модельные функции, описывающие распределение случайных значений скоростей ветра V в соответствии с выражением F(V) – интегральная функция распределения, равная вероятности того, что скорость ветра больше значения V;
f V   dF V  / dV – дифференциальная функция распределения, равная
плотности вероятности.
Среднее значение или математическое ожидание скорости ветра М(V)
определяется по выражению:

M V    V  f V   dV ,
(4.4)
0
Известны различные типы функций распределения скоростей ветра –
Вейбулла, Рэлея, Грищевича и др. Одной из наиболее распространенных на
практике функций, дающей наиболее точные результаты в диапазоне скоростей ветра 4–20 м/с, является распределение Вейбулла, описываемое выражениями:
F V   e V / c  ,
k
(4.5)
k 1
k
k V 
f V       e V / c  ,
(4.6)
c c
где коэффициент с, имеющий размерность скорости, характеризует масштаб
изменения функции распределения по оси скоростей, а коэффициент k характеризует крутизну распределения. Графически функции распределения вероятностей имеют вид, показанный на рис. 4.2 [108].
Рисунок 4.2 – Функция распределения вероятностей Вейбулла при значении масштабного коэффициента с = 10 и параметров распределения k = 1, 2 и 3 (кривые 1–3
соответственно)
Функция распределения Вейбулла при k =1 соответствует экспоненциальному распределению и применяется в основном в теории надежности.
При k=3 распределение Вейбулла приближается к нормальному закону, который часто называется параболическим законом распределения Гаусса.
32
В качестве интегральной энергетической характеристики ветра широко
используется удельная мощность ветрового потока, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения потока. Теоретический ветроэнергетический потенциал оценивается с помощью формулы:
(4.7)
P  0,5  ср V 3 ср ,
где Р – удельная мощность, Вт/м2; ρср – средняя плотность воздуха, кг/м3;
(V3)ср – средний куб скорости.
Средний куб скорости ветра может быть выражен через среднюю скорость как:
3
(4.8)
V 3 ср  1,9  Vср  ,
а ветроэнергетический потенциал равен:
3
(4.9)
P  0,95  ср  Vср  .
В качестве примера энергетических характеристик ветра на территории
Волгоградской области по сезонам года можно привести данные метеостанций, представленные в таблице 4.5[84].
 
 
Таблица 4.5 – Средняя скорость ветра (м/с)[84]
Среднегодо- Средняя скорость ветра
(м/с)
Расположение вая скорость
метеостанции ветра (на вы- Зи- Вес- Ле- Осен
соте 10м)
ма
на
то
ь
Волгоград
4,8
5,4
4,8
4,2
4,7
Даниловка
2,7
2,9
2,8
2,3
2,7
Елань
3,3
3,7
3,1
2,8
3,4
Камышин
4,6
4,9
4,7
4,3
4,6
Котельниково
2,6
3,1
2,7
2,2
2,5
Нижний Чир
(Суровикин4,0
4,7
3,9
3,3
4,0
ский район)
Новоаннинский
2,6
3,1
2,7
2,1
2,6
Палласовка
2,8
3,2
2,7
2,4
2,7
Серафимович
2,7
3,1
2,9
2,1
2,5
Урюпинск
3,5
3,8
3,6
3,0
3,4
Фролово
1,8
2,1
1,8
1,5
1,8
Эльтон (Палла4,2
4,5
4,4
3,9
4,1
совский район)
Максимальная скорость
ветра (м/с)
25
25
24
29
23
26
24
22
23
29
23
26
Для оценки ветрового потенциала территории, в частности валового,
может быть использована следующая методика[108]. Валовый потенциал
рассчитывается как суммарная энергия системы ветроустановок высотой h,
33
распределенных равномерно по территории на расстояниях, исключающих
взаимное влияние энергоустановок. Обычно считается, что возмущенный
ветровой поток полностью восстанавливается на расстоянии, равном 20h от
ветроэлектростанции. Это условие определяет порядок размещения ветроустановок по территории. Тогда, на территории площадью S (м2) в течение
времени Т (обычно год), полная ветровая энергия всех установок определится как:

S
1
(4.10)
Wв  P  T 

   T  S  Vi3  ti ,
20 40
i 1
или

1
Wв 
   T  S  V 3  f V   dV ,
(4.11)
40
i 1
где Vi, ti – градации скорости ветра и их относительная продолжительность.
Технический ветровой потенциал территории может быть определен с
учетом двух обстоятельств.
Первое – площадь территории, пригодной по хозяйственным и экологическим условиям для размещения ветроэлектростанций. Тогда площадь
территории SТ, пригодной для использования ветровой энергии, равна Sт =
q∙S, где q – коэффициент, зависящий от конкретного региона.
Фактически SТ – это часть территории S, остающаяся после вычитания
площадей сельхозугодий, промышленных и водохозяйственных территорий,
различных строений и пр.
При определении технического потенциала территории в настоящее
время рекомендуется придерживаться некоторых правил [109]:
1.
Для ветроэлектростанций большой мощности (более 100 кВт) коэффициент использования установленной мощности должен быть не ниже 20%.
2.
Эффективность использования ветровой энергии увеличивается с ростом мощности ветроэнергетических установок (в настоящее время их мощность доходит до 4–6 МВт).
3.
Обычно для размещения ветроэлектростанций может использоваться
не более 30% территории.
Второе – технический уровень современных ветроэнергетических
установок, характеризуемый генерируемой мощностью в зависимости от
скорости ветра. Для сетевых ветроэлектростанций обычно используются ветротурбины с горизонтальной осью вращения на высоте башни 50 м. Кроме
технических характеристик собственно ветроэлектростанций, необходимо
учитывать порядок их размещения по условию максимального использования энергии ветра.
Мощность ветроэлектростанции P(V) с диаметром ветротурбины D определяется выражением:
PV  

8
 D 2    V 3  V  ,
(4.12)
34
где
 V  – КПД установки для скорости ветра V.
Среднестатистическое значение мощности определяется как:
Pср 

8
n
 D 2    Vi3 i V   ti ,
(4.13)
i 1
или в интегральной форме:
Pср 


 D     V 3  V   dV .
2
(4.14)
8
0
Для максимального использования ветрового потока рекомендуется
размещать ветроэлектростанции рядами перпендикулярными преимущественному направлению ветра на расстоянии 20D друг от друга. Если
направление ветра может равновероятно меняться, то ВЭС целесообразно
размещать в шахматном порядке между соседними станциями с расстояниями 20D.
Тогда, в первом случае на площади SТ можно разместить Sт/(20D)2
установок, позволяющих получить за год (Т = 8760 ч/год) энергию, равную:
Pср
ST
WT 
Т 
,
(4.15)
1000
20 D 2
или
n
ST

2
.
(4.16)
WT 
 D   Vi3  Vi   ti Т 
8000
20 D 2
i 1
Во втором случае можно разместить SТ/(100D2) установок, обеспечивающих технический потенциал энергии ветра территории:
Pср
ST
,
WT 
T 
1000
100 D 2
или, с учетом градаций ветра Vi,
n

ST
2
WT 
 D   Vi3   Vi   ti Т 
.
(4.17)
8000
100 D 2
i 1
Как следует из приведенных выражений, технический потенциал ветровой энергии не зависит от диаметра и, следовательно, единичной мощности ветроустановок.
4.4.2. Гидроэнергия
Гидроэнергетические ресурсы – это часть водных ресурсов территории,
которая может быть использована для производства энергии. Гидравлическая
энергия рек обусловлена проекцией силы тяжести на направление движения
потока воды, которая определяется разностью уровней воды в начале и в
конце рассматриваемого участка реки. При разности уровней Н, м на длине
участка l, м и среднем расходе воды Q, м3/с, мощность водотока Р, Вт составит:
P    g  Q  H  9810Q  H ,
(4.18)
3
где ρ – плотность воды, кг/м ; g – ускорение свободного падения, м/с2.
35
Следовательно, гидроэнергетические установки осуществляют энергетическое преобразование либо напора воды, либо водности при некоторой
минимальной скорости течения.
Для определения полезной мощности, производимой гидростанцией,
учитывают результирующий коэффициент полезного действия установки,
состоящей из гидротурбины, генератора, системы стабилизации напряжения[84].
Как для ветроэнергетики, гидроэнергетический потенциал водотоков
региона подразделяется на теоретический или валовый, технический и экономический.
Величина валовой потенциальной энергии водотока на участке реки
длиной l, вырабатываемой за время Т, час, равна
Wl  9,81Q  H  T ,
(4.19)
Расход воды по длине участка непостоянен, поэтому обычно используется линейное приближение изменения расхода вдоль участка:
Q  Q2
,
(4.20)
Qср  1
2
где Q1, Q2 – расходы в начале и конце анализируемого участка водотока.
Таким образом, последовательно разбивая водоток на характерные
участки, производится определение теоретического потенциала соответствующих участков и суммарного энергетического потенциала водотока. Границы участков обычно соответствуют местам изломов продольного профиля
русла водотока.
Расчет продольного профиля водотока как правило производится с помощью топографических карт масштаба не менее 1:100 000[109]. Расчет расхода воды в каждом характерном створе может проводиться различными
способами. Очевидный вариант – обработка многолетних наблюдений. Если
таких данных нет, то следует использовать карты исследуемой территории
масштаба 1:100000 с изолиниями модулей среднегодового стока М, л/(с⋅км2).
Для определения среднемноголетней нормы годового стока реки следует
оконтурить территорию ее бассейна до рассматриваемого пункта и вычислить искомую величину как средневзвешенное по оконтуренной водосборной
площади значение модуля.
Кроме указанных, существуют и другие способы расчета кадастров водотоков [108].
Обычно водность рек, а с ней и гидроэнергетический потенциал сильно
меняется по сезонам и месяцам. Выделяются три гидрологических сезона:
весеннее половодье, летнее-осенний сезон и зимняя межень [109]. Минимальные расходы воды наблюдаются зимой, соответственно зимний сезон
считается для гидроэнергетики лимитирующим.
Наибольшая водность характерна для весеннего половодья. Во время
снеготаяния, интенсивность которого в лесной зоне сравнительно невелика,
огромное количество воды аккумулируется в поймах рек, озерах, болотах и
других естественных резервуарах на поверхности территории. Одновременно
36
происходит аккумуляция воды и в подземных водоносных горизонтах, сложенных рыхлыми породами. Эти запасы поддерживают высокую водность
рек в течение длительного времени, поэтому половодье получается большим
по объему и растянутым во времени. Увеличивают продолжительность половодья и подпорные явления на устьевых участках притоков со стороны рек –
водоприемников.
Некоторые малые реки со слабым подземным питанием, при отсутствии дождей, летом могут пересыхать.
Технический потенциал представляет собой часть валового потенциала
энергии водотока. В традиционной гидроэнергетике технический потенциал
определяется как валовый, уменьшенный на величину потерь гидроэнергии в
процессе ее преобразования в электроэнергию на ГЭС, а также потери от неиспользуемых участков водотока, различные потери в водохранилище и др.
Таким образом, в гидроэлектростанциях плотинного типа технический
потенциал гидроэнергии – это энергетический максимум генерируемой электроэнергии, который может быть получен на данном водотоке с использованием современных технических средств и технологий энергопреобразования.
Кроме плотинных ГЭС, в малой гидроэнергетике, особенно класса
микроГЭС, широко распространены деривационные и русловые гидроэнергоустановки. Такие ГЭС используют только часть руслового стока и, как
правило, осуществляют его регулирование. В этом случае понятие технический потенциал практически не имеет смысла и следует рассматривать энергетические характеристики собственно микрогидроэлектростанции [84].
Следует отметить перспективность бесплотинных гидроэнергоустановок в микрогидроэнергетике, определяемую их экологичностью, простотой
конструкции и малой стоимостью при достаточно высоком уровне надежности и качества электроснабжения потребителей.
Для практического применения бесплотинных ГЭС часто весьма эффективны малые реки. Кроме гидроэнергетического потенциала региона, для
таких микроГЭС весьма важно выявление участков рек и территорий, подходящих для локального использования гидроэнергии: большие перепады отметок местности, высокая водность и скорость течения. Локальная оценка
факторов, определяющих гидроэнергетический потенциал, позволяет обеспечить достаточно корректное согласование между его общими оценками и
возможностями энергетического использования водотока с максимальной
технико-экономической эффективностью. Возможности использования гидроэнергии в значительной степени определяются реализуемым напором воды, который, прежде всего, зависит от рельефа местности, определяющего
продольные уклоны рек на разных участках.
Увеличения уклонов рек обычно характерны для участков пересечения
поднимающихся тектонических структур. Там, где скорость поднятия превышает интенсивность врезания реки, уклоны русла увеличиваются, а долина
становится более узкой. Уклоны малых рек часто могут быть более высокими.
37
4.4.3. Солнечная энергия
Солнечная энергия, как и ветровая, присутствует в любой точке поверхности Земли. Количество энергии, посылаемое Солнцем на Землю,
огромно. Так, мощность потока солнечной радиации, поступающей на площадь в 10 км2, составляет в летний безоблачный день 7–9 млн. кВт[110]. Лучистая энергия, проходя через атмосферу, рассеивается и поглощается. Достигая земной поверхности, солнечная радиация частично отражается. Неотраженная часть радиации поглощается, превращаясь в тепло. Нагретая поверхность, в свою очередь, становится источником собственного излучения,
направленного к атмосфере. Атмосфера, нагревающаяся за счет теплообмена
с земной поверхностью, также является источником излучения, направленного к земной поверхности и в мировое пространство.
Алгебраическая сумма приходных и расходных составляющих радиации представляет собой радиационный баланс, уравнение которого имеет
вид:
B  S ' Dс  EO  Rк  Е з ,
(4.21)
или
(4.22)
B  Q  Rк  Еэф ,
где S' – прямая солнечная радиация на горизонтальную поверхность; Dс –
рассеянная солнечная радиация; Rк – отраженная коротковолновая радиация;
ЕО – противоизлучение атмосферы; Ез – излучение земной поверхности; Q –
суммарная солнечная радиация; Еэф  Е з  ЕО – эффективное излучение.
Под прямой солнечной радиацией S' понимают пучок параллельных
лучей, исходящих непосредственно от солнца и околосолнечной зоны радиусом 5°. Доля этой радиации, приходящаяся на горизонтальную поверхность,
вычисляется по формуле:
S '  S  sin h ,
(4.23)
где h – высота солнца над горизонтом.
Рассеянная солнечная радиация поступает на поверхность земли от
всех точек небесного свода за исключением диска солнца и около солнечной
зоны радиусом 5°. Рассеянное излучение обусловлено молекулами атмосферных газов, водяными каплями или ледяными кристаллами облаков,
твердыми частицами, взвешенными в воздухе [84].
Интенсивность радиации удобно измерять в Ваттах на 1 м 2, а ее энергию за определенное время в киловатт-часах на 1 м2 – кВт⋅ч/м2.
Наиболее полной энергетической характеристикой солнечного излучения является суммарная солнечная радиация:
Q  S ' Dс .
(4.24)
На гелиоэнергетические ресурсы территории оказывают непосредственное влияние географические и климатические характеристики: продолжительность светового дня; средняя месячная и годовая продолжительность
солнечного сияния; средние месячные и годовые характеристики прозрачности атмосферы и ряд других.
38
Оценка потенциала солнечной энергетики основывается на многолетних данных актинометрических наблюдений на возможно большем количестве станций, распределенных достаточно равномерно по территории.
Потенциальные возможности прихода солнечной радиации определяются географической широтой места. Климатические характеристики района,
косвенно характеризуемые продолжительностью солнечного сияния, вносят
существенные коррективы в возможность эффективного использования энергии солнца.
В случаях недостаточного количества актинометрических станций в
регионе, для расчетного определения прихода солнечного излучения разработаны соответствующие методики[108] и расчетные формулы:

t 
Q  Qo  a  в  c  ,
(4.25)
t
o 

где Q – суммарная интенсивность солнечного излучения на горизонтальную поверхность за определенный период времени, кВт·ч/м2; Qо – суммарное
солнечное излучение при безоблачном небе за рассматриваемый временной
интервал, кВт·ч/м2; а, в – эмпирические коэффициенты; tс– эмпирическая
продолжительность солнечного сияния за выбранный период времени, ч; tо –
астрономическая возможность времени солнечного сияния на данной широте, ч.
Распространенным методом описания поля суммарной радиации является полиномиальная аппроксимация. Метод основан на описании участка
поля метеорологической величины (Т) в окрестностях точки полиномом первого порядка:
T  x, y   A0  A1  x  A2  y ,
(4.26)
где x и у – декартовы координаты локальной системы, причем ось x
направлена на восток, а ось y на север, координаты задаются в сотнях километров; А0, А1, А2 – весовые коэффициенты. Для их вычисления применяется
метод наименьших квадратов, подробно изложенный во многих работах[94,
107].
Суть метода наименьших квадратов состоит в следующем: наилучшими коэффициентами аппроксимации или выравнивания считаются те, для которых сумма квадратов невязок будет минимальной.
N
2
S ( A0 , A1 , A2 )    f xi , yi ; A0 , A1 , A2   Ti   min .
(4.27)
i 1
Необходимое условие минимума функции многих переменных заключается, как известно, в том, что все её частные производные должны равняться нулю. Отыскав частные производные по А0, А1, А2 и приравнивая их к нулю, получим систему уравнений с тремя неизвестными:
39
N
 f
 A  2    A0  A1  xi  A2  yi  Ti   0
i 1
 0
N
 f
 2    A0  A1  xi  A2  yi  Ti   0 .
(4.28)


A
i

1
1

N
 f

2

  A0  A1  xi  A2  yi  Ti   0
 A
i 1
 2
Неизвестные коэффициенты А0, А1, А2 характеризующие поле величины Т, находятся решением системы линейных уравнений, в которых N – число влияющих станций, выбранных для расчета полей характеристик солнечной радиации. Суммирование прямоугольных координат локальной системы
x и y ведется по всем станциям.
Координаты x и y определяются по формулам:
x  a  cos     0  ; y  a     0  ,
(4.29)
где x и y – прямоугольные координаты в сотнях километров; φ и λ – широта
и долгота станции в градусах; φ0 и λ0 – координаты начала локальной прямоугольной системы координат в градусах; φ – средняя широта исследуемого
района в градусах; а – коэффициент, равный 111,2 км/градус, соответствующий средней длине одного градуса дуги меридиана.
Выше приведенные формулы, хотя и являются приближенными, но для
умеренных широт дают хорошие результаты для площадей, поперечник которых не превышает 2000–3000 км[95].
Аналитическое представление осредненных полей средних месячных
величин в виде полинома позволяет оценить их горизонтальное распределение. Физический смысл весовых коэффициентов предельно прост и заключается в следующем: А0 – характеризует месячные значения метеорологической
величины в начале координат (x = 0, y = 0); А1 – показывает изменение этой
величины в направлении с запада на восток на 100 км, знак минус означает
понижение её с запада на восток; А2 – показывает изменение величины с юга
на север на 100 км, знак минус соответствует понижению её с увеличением
широты местности.
При оценке потенциальных гелиоэнергоресурсов важно учитывать следующие климатические характеристики:
1) средние многолетние месячные и годовые суммы суммарной радиации Qс;
2) процентное соотношение прямой солнечной радиации в общей сумме Qс. Прямая радиация, поступающая на приёмную поверхность солнечной
установки, может преобразовываться в тепловую или электрическую энергию;
3) экстремальные месячные суммы Qс;
4) среднеквадратичное отклонение месячных и годовых сумм Qс;
5) средние многолетние суточные суммы Qс по месяцам;
6) экстремальные суточные суммы Qс по месяцам при реальных условиях облачности;
40
7) среднеквадратичное отклонение суточных сумм Qс;
8) средние многолетние суммы Qс за часовые интервалы;
9) средние многолетние значения интенсивности Qс по срокам;
10) коэффициент вариации (%) суточных и месячных сумм Qс;
11) продолжительность светового дня, когда могут работать гелиоустановки;
12) средняя месячная и годовая продолжительность солнечного сияния;
13) повторяемость непрерывной продолжительности солнечного сияния более 6 ч;
14) отношение фактической продолжительности солнечного сияния к
возможной;
15) средняя продолжительность солнечного сияния за день с солнцем;
16) число дней без солнца;
17) средние многолетние месячные и годовые значения коэффициента
прозрачности атмосферы;
18) среднее многолетнее месячное и годовое количество общей и нижней облачности;
19) средняя месячная многолетняя повторяемость ясного (0–2 балла),
полуясного (3–7 баллов), пасмурного (8–10 баллов) неба по общей и нижней
облачности.
Для измерения прямой солнечной радиации на актинометрических
станциях используются приборы-актинометры. Рассеянная и отраженная радиация измеряется универсальным пиранометром. Радиационный баланс –
балансометром.
Приход солнечной радиации к земной поверхности зависит от многих
факторов:
1) от широты места;
2) от времени года и суток;
3) от прозрачности атмосферы;
4) от облачности;
5) от характера подстилающей поверхности;
6) от высоты места над уровнем моря;
7) от закрытости горизонта.
Последние два фактора оказывают существенное влияние на поступающую солнечную радиацию в условиях изрезанного рельефа.
Количество радиации, получаемое земной поверхностью за сутки, зависит, прежде всего, от широты и времени года. На каждой широте время года определяет продолжительность дневной части суток (светового дня) и,
следовательно, продолжительность притока радиации. С увеличением широты продолжительность светового дня зимой уменьшается, а летом увеличивается.
Приток солнечной радиации на горизонтальную поверхность зависит
не только от продолжительности дня, но и от высоты солнца. Высота солнца
меняется в зависимости от широты места, времени года и суток.
41
Максимальная (в истинный полдень) высота Солнца в день летнего
солнцестояния равна:
hmax  90    23,5 ,
(4.30)
где φ – широта места.
Наименьшая высота Солнца – в день зимнего солнцестояния:
hmin  90    23,5 ,
(4.31)
Зависимость прихода солнечной радиации от широты более чётко прослеживается зимой: в направлении к более высоким широтам количество
солнечной радиации убывает. Летом с увеличением широты увеличивается
продолжительность дня и прозрачность атмосферы, что способствует увеличению прямой и суммарной радиации. Увеличение же облачности уменьшает
прямую и увеличивает рассеянную радиацию. Поток рассеянной радиации,
хотя частично и компенсирует ослабление потока прямой солнечной радиации в атмосфере, но эта компенсация не является полной. Поэтому поток
суммарной радиации при наличии облачности, если солнце не закрыто облаками, будет больше, чем при безоблачном небе [84].
Влияние роста прозрачности в реальных условиях может перекрываться влиянием облачности на приход радиации. Уменьшение прозрачности атмосферы приводит к увеличению рассеянной радиации.
Кроме прозрачности и облачности большое влияние на рассеянную радиацию оказывает характер подстилающей поверхности. По мере увеличения
отражательной способности подстилающей поверхности значительно возрастает поток рассеянной радиации. При наличии снежного покрова увеличивается отражение прямой солнечной радиации, вторичное рассеяние которой в
атмосфере приводит к увеличению рассеянной радиации.
С увеличением высоты над уровнем моря поток прямой солнечной радиации возрастает, что объясняется уменьшением оптической толщины атмосферы. Вследствие этого максимальные значения потока солнечной радиации в горных районах больше, чем на равнинной местности.
Величина потока рассеянной радиации с поднятием над уровнем моря
уменьшается при ясном небе, т.к. уменьшается толща рассеивающих слоёв
атмосферы. При наличии же облачности поток рассеянной радиации в слоях
ниже облаков с высотой увеличивается.
Приход прямой и суммарной радиации уменьшается в пунктах, расположенных на дне долин или котловин, за счёт закрытости горизонта.
Прямая, рассеянная и суммарная солнечная радиация имеют хорошо
выраженный годовой и суточный ход, которые определяются изменениями
высоты Солнца и облачности.
В целом, солнечная энергия характеризуется максимальной простотой
использования и повсеместным распространением. Эти обстоятельства определяют гелиоэнергетику как одно из наиболее перспективных направлений
развития возобновляемой энергетики.
42
4.4.4. Геотермальная энергия
В недрах Земли сосредоточено колоссальное количество тепловой
энергии. Однако технологические трудности и высокие затраты не позволяют
сегодня рассматривать эти энергоресурсы в качестве реального энергоисточника.
Более доступны для использования гидрогеотермальные ресурсы: термальные воды, пароводяные смеси и сухой пар. Освоение гидрогеотермальной энергии весьма актуально и интенсивно осуществляется в более чем 70
странах.
По основному энергетическому показателю – температуре термальные
воды подразделяются на высокопотенциальные (> 100°С), среднепотенциальные (70–100°С) и низкопотенциальные (<70°С).
Распределение доступной геотермальной энергии на континентах
весьма неравномерно и обусловлено в основном структурно-тектоническими
условиями конкретных районов.
Очевидно, большей энергетической ценностью обладают высокопотенциальные воды рифтовых и вулканических районов. К сожалению, доля
этих высокотермальных вод в общем гидрогеотермическом балансе для России не превышает 5–7%. Основные запасы гидротермальных ресурсов связаны с пластовыми артезианскими бассейнами [84, 108].
Развитие технологий геотермальной энергетики приводит к постепенному расширению электроэнергетических и теплотехнических возможностей
преобразования термальных вод в сторону понижения температуры: для производства электроэнергии до 60–70°С и тепла до 5–10°С.
Важными оценочными элементами гидрогеотермальных месторождений являются: ресурсный показатель; производительность скважин и водозаборов; напор на устье скважин; глубина залегания водоносных горизонтов;
степень минерализации; солевой и газовый состав термальных вод.
Следует отметить существенную зависимость эффективности использования гидрогеотермальных ресурсов от их геохимических свойств, определяющих срок службы трубопроводного, теплообменного и другого оборудования. По степени минерализации подземные виды разделяются на пресные,
содержащие менее 0,1 г/л примесей, мезопресные 0,1-0,5 г/л и апопресные –
0,5-1 г/л, соленые (солоноватые 1-3 г/л, соленые 3-10 г/л и крепкосоленые 1036 г/л) и рассолы (слабые 36-150 г/л, крепкие 150-320 г/л, весьма крепкие
320-500 г/л и предельно насыщенные – > 500 г/л).
Важной составляющей термальных вод являются водорастворенные газы, влияющие на механико-энергетические и другие свойства термальных
вод. По газовому фактору (л/л) выделяют воды с очень низким – менее 0,1,
низким (0,1-0,5), средним (0,5-1), высоким (1-5) и весьма высоким – более 5
газосодержанием.
Высокая газонасыщенность вод способствует снижению порога выделения парогазовой смеси, облегчению теплоносителя за счет образования
водногазовой смеси. Эти эффекты увеличивают геомеханическую энергию и
43
производительность скважин. При высокой газонасыщенности углеводородными газами и сам газ может иметь определенную энергетическую ценность.
Агрессивные свойства воде обычно придают СО2 и H2S, а также О2,
попадающий в воду чаще всего при выходе на земную поверхность, и кислотные газы вулканических терм.
4.4.5. Энергия биомассы
К понятию биомассы относят различные сырьевые энергоресурсы растительного происхождения: древесину лесов, торф, отходы сельскохозяйственного производства и т.д. В условиях России децентрализованные электроэнергетические зоны, как правило, обладают значительными ресурсами
леса и торфа, многократно превышающими другие виды биомассы. Поэтому,
в первую очередь, необходимо оценить энергетические возможности этих
видов природных энергоисточников [84].
При определении энергетического потенциала биомассы необходимо
рассматривать следующие факторы:
1. Объем биоресурса, его распределение по территории децентрализованной энергетической зоны.
2. Теплотворные способности различных видов, фракций и пород сухой
биомассы.
3. Абсолютную и относительную влажность исходного сырья.
Ресурс биомассы древесины определяется по данным системы учета
лесного фонда. Соответственно, запасы торфа – по разведанным и учтенным
месторождениям этого сырья в регионе.
Таблица 4.6 – Теплотворная способность древесного топлива [84]
Группа пород
Теплотворная способность, Дж/кг
Хвойные
13523∙103
Лиственные
13230∙103
Объем возможного количества ежегодно получаемых дров не ограничивается рубками главного пользования. В процессе ухода за лесом, санитарных и прочих рубок возможно получение 2 млн. м3 дровяной древесины с
теплотворной способностью 26⋅1015 Дж.
Таким образом, речь идет о значительном энергетическом источнике,
источнике неисчерпаемом, экологически чистом и в этом плане несравнимом
ни с нефтью, ни с газом.
Торф является одним из широко распространенных твердых горючих
ископаемых. Россия обладает наибольшими запасами торфа, прогнозная величина которых превышает 180109 тонн [109].
Торф в качестве топлива используется в следующих видах: фрезерный
торф (торфяная крошка), кусковой торф (мелкокусковой, гранулированный),
брикеты и полубрикеты.
Энергетические характеристики торфяного топлива в сравнении с другими распространенными видами топлива приведены в таблице 7.
44
Месторождения и проявления торфа расположены в северо-западной
части Волгоградской области, в пределах Урюпинского, Новоаннинского,
Алексеевского, Киквидзенского, Серафимовичского, Михайловского районов
(рядом с пойменными участками и террасами рек).
В целом учтены 16 месторождений с балансовыми запасами категории
С — 922 тыс. т и забалансовыми — 1033 тыс. т. Кроме этого, учтены 12 проявлений с прогнозными ресурсами (кат. Pi) 1877 тыс. т.
Перспективным для постановки разведочных работ является месторождение Трясиновские Ольхи — с запасами 341 тыс. т по категории С2.
Расположено оно в 23 км на северо-восток от г. Серафимович.
Торфяное сырьё может применяться для производства органических и
органоминеральных удобрений всех видов, торфяных грунтов всех видов,
прессованной продукции, препаратов на гуминовой основе, бытового и энергетического топлива, подстилок в животноводстве.
Таблица 4.7 – Теплота сгорания топлива [84]
Содержание Содержание в раводорода в
бочем топливе, %
Теплота сгорания,
Топливо
горючей
МДж/кг/ккал/кг
Влаги
золы
массе, %
Бензин
15,0
0
0
47,35/11300 44,00/10501
Антрацит
1,8
5
13
27,65/6599 27,24/6501
Каменный
5,5
13
20
21,45/5119 20,28/4840
уголь
Бурый уголь 5,2
17
25
16,88/4029 15,80/3771
Торф:
фрезерный 6,0
50
6
10,35/2470 8,51/2031
кусковой
6,0
40
7
12,44/2969 10,73/2561
брикет
6,0
20
6
20,53/4899 17,01/4060
Дрова
6,0
40
0,6
12,03/2871 10,22/2439
Таким образом, такие виды биотоплива как древесина и торф широко
распространены в России и рассматриваются во многих случаях как первоочередные энергоресурсы, занимающие традиционную энергетическую базу
децентрализованных зон. Главными достоинствами этих энергоресурсов являются независимость их потенциала от времени года, отработанные технологии энергопреобразования, низкая себестоимость производимой электроэнергии.
4.5. Принципы комбинированного использования возобновляемых
источников энергии
Основной задачей комбинированных автономных систем электроснабжения, использующих ВИЭ, как и любой другой системы электроснабжения,
является качественное и бесперебойное обеспечение потребителей электри-
45
ческой энергией. Однако системам на основе ВИЭ свойственен ряд отличительных особенностей, обусловленных, в первую очередь, их первичными
источниками энергии.
Проектирование системы электроснабжения начинается с определения
электрических нагрузок потребителя, в основе которых лежат графики потребления. Они дают наглядное представление о характере изменения электрических нагрузок во времени. Согласно графикам нагрузок определяется
требуемая выходная мощность и потребление электрической энергии за
определенный интервал времени [81].
Такая особенность ВИЭ, как постоянство их ресурсов за длительный
период времени, позволяет реализовать на их основе электроснабжение потребителя, т.е. энергоустановки, использующие ВИЭ, способны обеспечить
равенство энергетического баланса за весь срок эксплуатации Tэкспл систем
электроснабжения, использующих ВИЭ:
N
K
n2
k 1
Tэкспл
Tэкспл
Tэкспл
Tэкспл
 WСН
 Wпотери
WВИЭ
n  Wпот
k
где
Tэкспл
WВИЭ
n
(4.32)
– выработка электрической энергии n-ой энергоустановкой на
Tэкспл
основе ВИЭ за рассматриваемый период эксплуатации Tэкспл , кВт·ч; Wпот
–
объем электрической энергии, определяемый нуждами потребителя, за расTэкспл
сматриваемый период эксплуатации Tэкспл , кВт·ч; WСН
– объем электрической энергии, определяемый собственными нуждами комбинированной сиTэкспл
стемы, за рассматриваемый период эксплуатации Tэкспл , кВт·ч; Wпотери
k – объем электрической энергии, определяемый потерями в k-ом элементе системы
электроснабжения, за рассматриваемый период эксплуатации Tэкспл , кВт·ч.
Однако в отличие от традиционного электроснабжения в комбинированных системах электроснабжения, использующих ВИЭ, не все генераторы
способны выходить на номинальную мощность в любой момент времени.
Это происходит из-за непостоянства энергетического потока во времени некоторых ВИЭ, таким образом, подобные энергоустановки являются «неуправляемыми». Следовательно, за короткие интервалы времени равенство
(4.32) зачастую не выполняется. Необходимо же, чтобы равенство энергетического баланса выполнялось в любой момент времени t расчетного срока
Tэкспл , что влечет за собой использование дополнительного оборудования –
накопителя, как элемента, компенсирующего неравномерности между генерацией и потреблением электроэнергии путем ее накопления в периоды избытка и ее выработки в моменты дефицита. Таким образом, при выборе оборудования для комбинированной системы автономного электроснабжения на
основе ВИЭ равенство энергетического баланса с учетом накопителя энергии
должно быть обеспечено как за длительные, так и короткие периоды времени
[81].
При формировании комбинированных систем автономного электроснабжения на основе ВИЭ в связи с территориальной неравномерностью рас-
46
пределения ВИЭ необходимо также учитывать расположение потребителя. Целесообразность и масштабы использования возобновляемых источников на
данной местности определяются, в первую очередь, их экономической эффективностью, а зачастую и конкурентоспособностью с традиционными энергетическими технологиями. При этом наличие на рассматриваемой территории
ВИЭ, характеризуемых постоянством потока энергии достаточной мощности
для компенсации возможных неравномерностей, позволяет избежать использования накопителей большой емкости.
Универсальной комбинированной системой является энергоустановка,
использующая как минимум два повсеместно доступных возобновляемых источника энергии: солнце и ветер. Это позволяет создавать общедоступные
системы автономного электроснабжения. Ограничений по мощности для
установок на основе энергии солнца и ветра при электроснабжении автономных потребителей практически нет. Увеличивая рабочие площади таких
установок, можно получить любые необходимые для электроснабжения
мощности. Все определяется экономической эффективностью и конкретными
условиями объекта.
В подобных системах, как правило, электрическая энергия в связи с
использованием в качестве накопителей АБ или водородного накопителя запасается в виде постоянного тока, что оказывает свое влияние на схемные
варианты построения систем и приводит к использованию выпрямителей и
инверторов. Выпрямитель преобразует переменный ток в постоянный, инвертор – постоянный в переменный. Подобная ситуация возникает и при эксплуатации полупроводниковых фотоэлектрических установок, поскольку они
генерируют электрическую энергию постоянного тока. Применение схожего
технического решения обоснованно и для установок, использующих энергию
ветра, потому что ветроагрегаты, вырабатывающие переменный ток, из-за
непостоянства потока энергии ветра генерируют энергию ненадлежащего качества.
В последнее время с целью повышения эффективности установок на
основе ВИЭ активно используются специализированные элементы силовой
электроники. Среди них так называемые устройства отбора мощности и
устройства коррекции коэффициента мощности. Устройства отбора мощности изменяют свое внутреннее сопротивление так, чтобы согласовать его с
внутренним сопротивлением генератора и отобрать от него максимум мощности. Устройства коррекции коэффициента мощности осуществляют активную коррекцию коэффициента мощности, приближая формы переменного
тока на входе конвертора к форме напряжения на нем и достигая, тем самым,
коэффициента мощности, близкого к 1. Коррекция предотвращает искажение
тока (паразитные токи) во входной цепи и уменьшает потери, вызванные
сдвигом фаз тока и напряжения. Эти элементы силовой электроники представляют собой сложные программно-аппаратные комплексы – преобразователи, работающие по специальному алгоритму.
Самым распространенным способом бесперебойного электроснабжения потребителей при использовании энергоустановок на основе ВИЭ явля-
47
ется применение в качестве резервного источника дизельных или бензиновых
генераторов. Эта мера, безусловно, является самой надежной для гарантированного обеспечения электрической энергией автономного потребителя. Однако эксплуатация гибридных систем, наиболее распространенными из которых являются дизель-ветровые и дизель-фотоэлектрические автономные
энергоустановки, сопряжена с затратами на периодический завоз топлива и
обслуживание. Негативными факторами использования таких установок являются выбросы продуктов сгорания в окружающую среду и шум.
Комбинированная система автономного электроснабжения на основе
ВИЭ представляет собой сложную систему, образованную совокупностью
различных технических устройств, для корректной и эффективной работы
которых необходимо постоянное управление и контроль. Поэтому основой
всех современных комбинированных систем является система автоматического управления и контроля.
Таким образом, помимо ранее рассмотренного оборудования для преобразования ВИЭ комбинированные системы включают следующие устройства:
- накопитель электрической энергии;
- устройства силовой электроники;
- система автоматического управления и контроля.
4.6. Структурная блок-схема комбинированной системы автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников
энергии
Для разработки силовой схемы КСАЭ-ВИЭ, а также качественного
представления системы была создана ее структурная блок-схема [81]. Основополагающими факторами выбора вида ВИЭ и типа энергоустановок являются разработанность технологий их использования для автономного электроснабжения, а также их экологичность. КСАЭ-ВИЭ создается исключительно как экологически чистый источник энергии, не использующий взрывных технологий. Установленная мощность КСАЭ-ВИЭ принята равной 5
кВт: ФЭУ – 1 кВт, ВЭУ – 2 кВт, микроГЭС – 2 кВт.
Краткое описание используемых установок. Фотоэлектрическая
установка
состоит
из
фотоэлектрических
модулей
на
основе
монокристаллического кремния, позволяющих реализовать широкий
диапазон выходных мощностей и напряжений. Приемная площадка
установки представляет оптимально ориентированную, неподвижную,
наклоненную поверхность.
Ветроэлектрическая
установка
вертикально-осевого
типа
с
синхронным генератором на постоянных магнитах была выбрана исходя из
большей экологической безопасности. В устраивающем нас диапазоне
мощностей на рынке имеется уже достаточное количество установок
подобного типа.
МикроГЭС рукавного типа с активной турбиной Банки с асинхронным
генератором и конденсаторной системой возбуждения. Для данной мощности
48
такая установка является наиболее экономичной, она проста в конструкции,
маневренна и имеет относительно высокий КПД, поскольку обратное
движение лопастей осуществляется в воздушной среде, а не в воде.
Еще один перспективный вид ВИЭ, который был предварительно
выбран для рассмотрения – биомасса. На сегодняшний день установки на ее
основе разработаны только для систем, характеризующихся большими
мощностями. На рынке нет компактных установок подобного рода для
электроснабжения потребителей небольшой мощности. Важным качеством
этого вида установок является управляемость, позволяющая обеспечить
гарантированность электроснабжения потребителя. В перспективе, используя
этот вид источника энергии в составе комбинированных систем
электроснабжения,
возможно
без
особых
усилий
обеспечить
гарантированность электроснабжения потребителя. Причем само сырье
(биотопливо), обеспечивающее функционирование таких установок, будет
использоваться лишь при необходимости – при недостаточном поступлении
энергии от других (неуправляемых) генераторов на основе ВИЭ.
Для аккумулирования энергии в периоды избыточного ее поступления
от первичных источников (установок ВИЭ) и выработки в периоды дефицита
выбраны следующие накопители энергии: АБ и суперконденсаторы
(высоковольтная
батарея
суперконденсаторов).
Суперконденсаторы
выступают в качестве буфера, предназначенного для кратковременного
демпфирования электрической энергии, и элемента, характеризующего
энергетический баланс в системе, а АБ используются при длительном
дефиците электрической энергии. Учитывая относительно высокую стоимость на сегодняшний день, суперконденсаторы были заменены на обычные
электролитические конденсаторы, обеспечивающие в основном функцию
элемента, характеризующего энергетический баланс в системе.
В качестве АБ используются герметичные свинцо-кислотные
необслуживаемые аккумуляторные батареи, т.к. они надежны, удобны и
безопасны, а также характеризуются малой величиной саморазряда. Не
уступают им, а по некоторым параметрам превосходят, литий-железофосфатные АБ. Однако в связи с необходимостью их заказа и длительностью
поставки, на данной стадии выбор был сделан в пользу свинцово-кислотных
АБ.
В качестве элементов силовой электроники, осуществляющих
объединение
электрического
оборудования
в
единую
систему
электроснабжения, используются AC-DC преобразователи, построенные по
мостовой схеме, повышающие и понижающие импульсные преобразователи
и инвертор, построенный на мостовом ШИП. AC-DC преобразователи,
построенные по мостовой схеме, обладают высоким КПД, а также
наименьшими пульсациями напряжения на выходе. Повышающие
импульсные преобразователи подключаются к каждому из генерирующих
модулей (ФЭУ, ВЭУ, микроГЭС). В случае с ВЭУ и микроГЭС они
подсоединяются через выпрямитель, к ФЭУ – напрямую. Эти конверторы
49
работают совместно на одну общую нагрузку, представляя многотакный
преобразователь, и выполняют две функции:
суммирование генерируемой мощности;
отбор мощности от ФЭУ, ВЭУ и микроГЭС.
Повышающий и понижающий преобразователи выбраны в качестве зарядно-разрядного устройства (ЗРУ) аккумуляторных батарей. Они обеспечивают постоянный контроль режимов функционирования ЗРУ, необходимый
для долговечной работы АБ.
Для качественного и надежного функционирования КСАЭ разработка
АСУК осуществляется с централизованным принципом управления на
цифровой программируемой технике.
На основе принятых решений по составу используемого оборудования
КСАЭ-ВИЭ и его типу разработана ее структурная блок-схема (рисунок 2.1),
наглядно представляющая общую структуру и состав системы, определяющая
ее функциональные части, их назначения, взаимосвязи. Предусмотрены две
конфигурации КСАЭ-ВИЭ определяемые характером использования системы.
Первый вариант конфигурации КСАЭ-ВИЭ, предусматривающий
питание нагрузки потребителя непосредственно от инвертора, используется в
случае если нагрузка системы может иметь параллельное подключение к
автономной электрической сети, образованной другими источниками.
Второй вариант конфигурации, предусматривающий питание нагрузки
потребителя параллельно от микроГЭС и инвертора, используется в случае
если система электроснабжения работает исключительно на нагрузку
потребителя (рабочий тракт от микроГЭС на блок-схеме показан пунктиром).
В таком случае, разумеется, возможно применение и первого варианта. При
выборе необходимо учитывать, что второй вариант характеризует отсутствие
потерь на преобразование той части энергии микроГЭС, которая потребляется
нагрузкой напрямую, однако усложняет систему управления и снижает
надежность.
Структурная блок-схема состоит из следующих блоков: ФЭУ; ВЭУ;
микроГЭС; АБ; силовой коммутатор (СК); согласующие устройства; ЗРУ;
балластное устройство (БУ); буфер; инвертор; нагрузка переменного тока
(потребитель); АСУК [81].
Исходя из функциональных особенностей элементов, они условно
объединены в четыре группы: блоки генерации энергии, преобразовательнораспределительные блоки, потребитель и автоматическая система управления
и контроля.
К блокам генерации относятся: ФЭУ, ВЭУ, микроГЭС и АБ. Таким
образом, имеется два неуправляемых первичных преобразователя (ФЭУ и
ВЭУ); один «квази-управляемый» (микроГЭС) и один управляемый источник
(АБ), обеспечивающий бесперебойное электропитание потребителя.
Преобразовательно-распределительные блоки – это элементы силовой
электроники,
взаимосвязанные
«микросетью»
постоянного
тока,
выполняющие функции преобразования, распределения и регулирования
электрической энергии.
50
Принцип функционирования системы.
Первичные
потоки
энергии
возобновляемых
источников
преобразуются в электрическую энергию.
Затем электрическая энергия поступает на соответствующие для
каждой энергоустановки согласующие устройства:
согласующее устройство ФЭУ осуществляет отбор максимальной
мощности от него при постоянно изменяющихся внешних условиях
(солнечное излучение, температура преобразователя) путем согласования
своего внутреннего сопротивления с сопротивлением источника. При работе
устройство запасает энергию в собственном конденсаторе, а при превышении
напряжения передает ее буферу системы;
согласующее устройство ВЭУ осуществляет функцию аналогичную
согласующему устройству ФЭУ. Разница состоит лишь в наличии
выпрямителя;
согласующее устройство микроГЭС осуществляет активную коррекцию
коэффициента мощности. Отличие от предыдущих двух устройств состоит в
алгоритме управления. Как и в случае с ВЭУ используется выпрямитель.
Возможно также схемотехническое решение без использования выпрямителя
благодаря использованию повышающего импульсного преобразователя
работающего и с отрицательной, и положительной полуволной переменного
тока.
В совокупности согласующие устройства образуют многотактный
импульсный
преобразователь
(МИП),
осуществляющий
функцию
суммирования энергии от энергоустановок на основе ВИЭ.
Выводы согласующих устройств, ЗРУ, БУ и инвертора подключены к
буферу (батареи суперконденсаторов или электрических конденсаторов), в
котором происходит накопление энергии. Затем она передается инвертору,
зарядно-разрядному устройству для накопления энергии и балластному
устройству в случае избытка электрической энергии. Буфер – это звено,
которое осуществляет баланс между потреблением и выработкой электрической энергии. Основным параметром, характеризующим баланс, является
напряжение буфера. Если оно выше установленного значения, то подается
команда на отвод лишней энергии, которая, в первую очередь, начинает
накапливаться в АБ, а при полной зарядке АБ - потребляться балластной
нагрузкой. Если напряжение на буфере ниже установленного значения, что
означает превышение величины потребления энергии над выработкой,
подается команда на закачку дополнительной энергии в буфер от АБ.
Количество подводимой или отбираемой от буфера электроэнергии,
позволяет сохранять напряжение буфера в рамках нормированного.
51
Потребитель
Преобразовательно-распределительные блоки
Блоки генерации энергии
–
Фотоэлектрическая
установка
Согласующее
устройство
Балластное
устройство
Согласующее
устройство
Буфер
~
Ветроэлектрическая
установка
Инвертор
~
Нагрузка
переменного тока
~
СК
Микро-ГЭС
–
Аккумуляторные
батареи
Согласующее
устройство
Зарядноразрядное
устройство
Автоматическая
система управления
и контроля
АСУК
Рисунок 4.6 – Структурная блок-схема комбинированной системы автономного электроснабжения с использованием
ВИЭ [81]
52
Инвертор обеспечивает потребителя электрической энергией в
требуемом количестве и надлежащего качества. При работе системы
параллельно с другой сетью, он функционирует синхронно с ней.
Работоспособность и контроль всех элементов КСАЭ-ВИЭ как в
отдельности, так и в целом осуществляет автоматическая система управления
и контроля.
Силовой коммутатор осуществляет электрическое переключение
микроГЭС от согласующего устройства на нагрузку и наоборот по
необходимости, определяемой алгоритмами АСУК системы.
В случае построения системы электроснабжения согласно второму
варианту конфигурации соединенное с микроГЭС согласующее устройство и
инвертор работают взаимосвязано (пунктирная линия). Если мощности,
генерируемой микроГЭС, достаточно для осуществления электроснабжения
потребителя, согласующее устройство осуществляет функцию балласта. Оно
отбирает от генератора возникающий избыток и стабилизирует тем самым
выходные параметры на нагрузке без искажения синусоиды, поскольку отбор
избытка мощности осуществляется по алгоритму коррекции коэффициента
мощности. В противном случае инвертор, подключенный параллельно,
восполняет недостаток энергии, стабилизируя параметры на нагрузке.
Рассмотренная блок-схема позволила не только предметно представить
КСАЭ-ВИЭ, но и перейти к непосредственной реализации системы.
Отличительной особенностью такого построения КСАЭ-ВИЭ является
повышение напряжения до входного уровня ШИП (инвертора)
непосредственно от первичных преобразователей энергии. Работа на
повышенном напряжении позволяет повысить общий КПД системы, снизив
токовые потери. Кроме того, отдельное зарядно-разрядное устройство с
многостадийной (многоступенчатой) зарядкой обеспечивает правильную
зарядку АБ и постоянный контроль ее состояния, что повышает срок ее
эксплуатации. Стоит также отметить, что принятая система построения
КСАЭ-ВИЭ позволяет применить в будущем при экономической
доступности суперконденсаторов идею разделения системы накопления, так
как она позволяет оптимально использовать качества накопителей:
способность суперконденсатора выдерживать большое количество циклов
заряда-разряда и АБ длительно хранить электрическую энергию. Наличие
такого силового буфера позволит увеличить срок службы АБ за счет
сокращения количества зарядно-разрядных циклов.
4.7. Анализ статистических данных по использованию энергоресурсов по основным видам экономической деятельности
Анализ данных расхода электроэнергии предприятиями Волгоградской
области показывает (табл. 4.8, 4.9), что после кризиса 2008 г. идёт медленное,
но стабильное увеличение потребление энергии. В этой ситуации необходимо обратить внимание на структуру вводимых в эксплуатацию источников
энергии.
Таблица 4.8 - Расход энергии предприятиями Волгоградской
области по годам
Вид энергии
2006 г.
2008 г.
2009 г.
2010 г.
Электроэнергия,
13,4
8,2
7,1
7,9
млрд. кВт·ч
Тепловая энер11,9
2,7
3,4
3,5
гия, млн. Гкал.
Т. условного
8,8
8,0
7,0
7,2
топлива, млн. т.
Судя по приведённым ранее данным об износе энергетического оборудования может оказаться, что энергоснабжающие организации будут использовать устаревшее оборудование, с повышенными потерями, перенося все затраты на компенсацию потерь на потребителя.
Таблица 4.9. – Потребление топлива, теплоэнергии, электроэнергии
предприятиями Волгоградской области по основным видам экономической деятельности АПК
Топливо Теплоэнер- Электроэнертыс. тонн
гия
гия
усл. топли- тыс. Гкал. млн. кВт.ч.
ва
2006 г.
8836,7
11858,1
13371,9
Всего по области
2008 г.
8028,4
2655,4
8164,9
2009 г.
6954,4
3403,9
7065,8
2010 г.
7186,7
в том числе:
Сельское хозяйство,
2006 г.
охота и лесное хозяйство
81,0
525,8
208,1
2008 г.
151,3
3,0
25,7
2009 г.
128,3
272,1
31,6
2010 г.
121,0
Обрабатывающие произ2006 г.
водства
2008 г.
2009 г.
2803,5
2896,0
2775,3
8195,7
2347,3
2944,7
9781,6
5785,2
5073,1
Таблица 4.10. – Фактический расход электроэнергии на производство отдельных видов продукции (работ, услуг) (миллионов киловатт-часов)
2009
2010
2011
2012
Мясо (включая субпродукты 1 категории) 23,9
18,8
18,6
20,2
Хлеб и хлебобулочные изделия
14,0
16,2
18,1
19,1
Изделия колбасные
13,5
11,0
11,0
…
54
Цельномолочная продукция (в пересчете
на молоко)
Мука
6,8
7,9
8,1
9,2
12,7
13,6
14,0
14,7
Таблица 4.11. – Фактический расход теплоэнергии на производство отдельных видов продукции (работ, услуг) (тысяч гигакалорий)
2009
2010
2011
2012
Мясо (включая субпродукты 1 категории)
29,4
25,3
28,1
23,4
Хлеб и хлебобулочные изделия
…
16,3
16,9
20,8
Изделия колбасные
6,8
…
…
…
Цельномолочная продукция (в пересчете на молоко)
44,6
46,0
51,4
43,4
Таблица 4.12. – Фактический расход топлива на производство отдельных
видов продукции (работ, услуг) (тысяч тонн условного топлива)
2009
2010
2011
2012
Хлеб и хлебобулочные изделия
8,1
8,5
8,1
7,8
Колебание фактического расхода тепла, топлива и электроэнергии
(табл. 4.10 – 4.12) говорит о зависимости данных цифр от объёмов производимой продукции. Удельные показатели расхода по данным видам продукции также не отражают результатов работы по снижению энергоёмкости
продукции. Это позволяет ещё раз отметить, что требуется комплексная программа энергосбережения в АПК.
Прежде, чем проанализировать данные по вторичным энергоресурсам
приведем принятые определения для данных показателей.
Вторичные горючие ресурсы - это отходы технологических процессов,
содержащие химически связанную энергию, не используемые или не пригодные для дальнейшей технологической переработки, которые могут быть использованы в качестве котельно-печного топлива.
При этом продукты и отходы перерабатывающих установок (нефтеперерабатывающих, газогенераторных, углеобогатительных, по производству
кокса и др.), содержащие химически связанную энергию, являются одним из
видов перерабатываемого топлива (например, шлам и отсев углеобогатительных производств) и к вторичным горючим ресурсам не относятся..."
Тепловые ВЭР - это физическое тепло отходящих газов технологических агрегатов, физическое тепло основной, побочной, промежуточной продукции и отходов основного производства, тепло рабочих теплосистем принудительного охлаждения технологических агрегатов и установок. К тепловым ВЭР относится также теплоэнергия (пар и горячая вода), попутно полученная в технологических и энергетических установках..."
55
Таблица 4.13. – Использование вторичных энергоресурсов
2010 г.
2006г. 2007г. 2008 г. 2009г. 2010г. в % к
2009 г.
Фактическое использование вторичных горючих ресурсов, тыс. тонн
усл. топлива
в % к годовому выходу
Фактическое использование вторичных тепловых ресурсов, тыс.
Гкал
в % к годовому выходу
84,1
79,5
83,4
77,9
111,4
90,5
94,3
89,1
101,3
88,2
107,4
х
259,4
6,3
281,5
7,1
338,7
9,2
246,1
6,7
300,5
8,3
122,1
х
С точки зрения анализа развития энергосберегающих технологий при
производстве тепла наиболее интересны данные по фактическому использованию вторичных тепловых ресурсов. Из таблицы 4.10 следует, что более
90% вторичных тепловых ресурсов «выбрасывается на ветер». Объём их использования зависит только от общего потребления тепла и не имеется чётко
выраженных тенденций к развитию энергосберегающих технологий.
В этой связи целесообразно обратить внимание на опыт использования
тепловых насосов, применение которых для использования вторичных тепловых ресурсов может дать существенный эффект.
Анализ структуры расхода топлива, тепловой и электрической энергии
по районам Волгоградской области (табл.4.14 – 4.16.) позволяет сделать несколько заключений:
- потребление энергоносителей по районам Волгоградской области колеблется в значительном диапазоне, что определяется как исторически сложившейся структурой производственных мощностей, так и уровнем хозяйствования в муниципальных образованиях;
- динамика потребления энергоносителей позволяет выявить значительную неравномерность в развитии производственных мощностей и определить «центры» внедрения энергоэффективных инновационных технологий;
- при разработке предложений по внедрению энергосберегающих технологий необходимо учитывать как потребности энергоёмкого производства,
так и варианты развития фермерских хозяйств и частного подворья. В этом
случае может быть эффективно развитие децентрализованных систем энергообеспечения.
56
Таблица 4.11. - Фактический расход топлива по районам Волгоградской области за период, начиная с 1999 г.
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Районы области
г.Волгоград
г.Волжский
Алексеевский
Быковский
Городищенский
Даниловский
Дубовский
Еланский
Жирновский
Иловлинский
Калачевский
Камышинский
Кивидзенский
Клетский
Котельниковский
Котовский
Кумылженский
Ленинский
Михайловский
Нехаевский
Николаевский
Новоаннинский
Новониколаевский
Октябрьский
Ольховский
Палласовский
Руднянский
1999
7543.
307.7
0.6
3.2
22.7
2.9
6.0
6.5
12.8
17.9
11.8
79.6
1.2
10.3
1.3
5.5
2.0
2.0
361.5
1.9
4.2
2.3
3.6
1.2
0.8
1.1
3.9
2000
7274.
325.6
0.5
1.6
16.0
1.9
5.8
8.1
11.9
15.7
10.0
67.8
1.0
5.4
1.0
3.6
1.3
1.3
436.4
1.2
4.0
3.0
1.6
1.2
0.9
1.8
1.2
2001
7426.
384.6
0.7
1.0
14.9
1.2
4.8
6.9
8.5
14.4
3.6
70.0
0.7
2.7
1.4
1.9
1.1
1.1
543.0
0.9
3.5
3.1
1.6
1.5
0.5
1.0
0.4
2002
7272.8
383.2
1.5
17.5
0.4
5.8
5.6
7.7
8.4
18.4
4.3
70.2
0.9
2.5
1.1
0.7
2.7
0.8
552.4
0.6
4.8
4.1
1.0
1.3
0.2
0.9
0.2
2003
7289.
397.3
2.8
1.5
17.5
0.4
5.8
9.2
5.0
14.1
5.7
68.1
1.2
2.9
0.6
1.6
1.2
1.1
582.8
1.7
7.4
3.9
1.2
1.6
0.20
0.6
0.1
2004
7168.9
394.9
5.4
5.3
9.9
4.9
8.5
12.4
22.9
22.2
20.5
93.8
3.2
4.6
1.9
18.7
1.3
2.9
668.1
12.5
13.6
6.1
5.7
3.9
2.9
9.1
0.1
2005
7661.
417.0
4.0
5.1
35.6
5.1
7.2
6.5
20.5
49.4
21.7
97.5
3.1
4.0
4.1
28.0
2.9
7.5
691.8
1.6
12.5
7.4
6.3
3.2
2.3
6.4
0.7
2006
7266,6
459
4,2
3,1
32,2
4,3
6,9
7,8
20,3
34,3
14
85,3
2,7
2,9
4
17,5
4,9
4,3
702,9
1
12,1
7,6
6,3
3,8
2,1
4,6
5,7
2007
6523,6
324,7
7,2
2
30,6
9,6
9,6
16,7
31
20,3
25
44,5
5,9
9,2
3,5
21,2
4,9
6,5
8000,3
6
14,2
13,2
8,1
6
2,2
10,6
7,4
2008
6516,
304,6
6,1
0,2
26,9
9,3
9,3
17,6
25,4
18,4
24,3
50,3
5,1
8,4
3,7
26,4
3,2
3,5
797,6
3,1
11,6
11,1
7,5
5,3
0,9
8
5
2009
5466,1
253,9
4,2
0,1
16,3
5,1
8,2
15
25,6
21,3
21
42,1
4,4
6,5
4,6
69,8
4,8
1,2
814,3
3,5
7
9,3
7
5,2
3,7
5,2
4,8
2010
5743,
314,4
3,8
0,1
20
6
6,9
10
19
21,3
20,1
41,2
4,8
8
4,9
76,3
5,1
1,1
710,8
3,9
5,2
10,9
6,6
6,2
3,6
4,5
5,1
2011
5571
316,1
3,5
0
28,1
5,8
6,9
14,4
22,3
24
20,8
54,1
4,8
8
0
76,9
5,8
1,8
0
3,5
8,9
9,4
6,9
5,5
4
4,9
5,7
28
29
30
31
32
33
34
35
36
8.3
5.8
11.3
6.1
2.8
7.9
5.9
Светлоярский
3.8
3.0
2.5
1.5
1.4
5.8
4.0
Серафимовичский
12.0
5.9
4.1
3.2
2.5
17.7
15.2
Среднеахтубинский
2.2
1.8
1.5
0.6
0.3
0.3
1.6
Старополтавский
4.9
4.1
6.4
3.1
3.3
8.2
11.3
Суровикинский
16.7
12.5
5.3
13.0
12.0
33.5
14.8
Урюпинский
18.5
10.4
4.9
5.3
7.1
23.6
24.8
Фроловский
1.0
0.9
1.1
1.6
1.6
1.6
3.1
Чернышковский
8585.7 8249.4 8546.7 8400.2 8456.2 8612.2 9193.2
Всего по области
27,8
5
13,3
2,2
9,5
23,6
32
3,1
8836,7
13,7
10,4
7,7
7,8
14,6
11,7
8,5
7,1
11,5
9,4
37,3
38,7
30,3
30,6
5,9
3,8
8093,5 8028,4
7,8
7,5
10,3
4,9
9,8
54
25,9
4
6954,4
7,1
7,2
8,6
4,4
8,9
54,1
29,2
3,6
7186,7
7,3
5,5
9,8
4,6
4,5
55,2
20,4
3,2
72044,
Таблица 4.12. - Фактический расход тепловой энергии по районам Волгоградской области за период, начиная с 1999 г.
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Районы области
г.Волгоград
г.Волжский
Алексеевский
Быковский
Городищенский
Даниловский
Дубовский
Еланский
Жирновский
Иловлинский
Калачевский
Камышинский
Кивидзенский
Клетский
Котельниковский
Котовский
Кумылженский
Ленинский
1999
9222.2
2103.6
3.6
2.7
98.4
11.0
14.7
22.7
61.3
84.9
61.8
373.3
5.5
40.3
1.6
27.8
13.4
1.6
2000
8992.4
2150.9
3.7
2.0
93.2
9.7
17.0
29.4
60.1
73.7
55.1
287.2
4.8
23.6
0.8
18.8
10.3
1.3
2001
8914.3
2351.0
3.1
0.8
101.8
4.4
10.6
25.3
59.2
73.0
17.6
250.3
2.8
7.3
0.5
11.3
9.4
1.0
2002
8498.9
2335.2
3.2
1.7
104.9
4.0
18.9
43.6
61.2
73.0
25.0
243.3
1.2
7.9
0.7
4.3
14.7
0.9
2003
8523.7
2280.0
11.0
8.1
95.6
2.5
23.1
53.0
36.8
62.4
29.2
213.3
1.19
7.4
0.1
3.6
4.7
0.1
2004
8066.5
2247.5
34.6
18.6
60.3
13.5
28.7
69.8
39.9
80.9
22.1
312.6
9.3
12.5
2.3
23.5
7.3
9.2
2005
7661.1
417.0
4.0
5.1
35.6
5.1
7.2
6.5
20.5
49.4
21.7
97.5
3.1
4.0
4.1
28.0
2.9
7.5
2006
8173
2179,5
25
17,1
44,3
23,3
14,8
57,6
64,9
118,4
26,7
309,7
17,2
8,8
1,3
31,6
4,3
7,8
2007
2008
2009
2346,3 2228,7 2782,8
403,1 389,6 501,5
0
0
0
0,4
0
0
3,2
3
14,6
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
47,5
33,8
43,2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
32,7
0
0,3
15,5
0
0
0
2010
2870
497,1
0
0
12,6
0
0
0
0
0
0
43,9
0
0
0
36,9
16,1
0
2011
2783,05
0
0
0
14,8
0
0
0
0
0
0
38,6
0
0
0
0
0
0
58
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
Михайловский
272.2
232.4
233.3
237.7
234.4
239.8
691.8
240
0
0
3,8
8
Нехаевский
7.3
4.8
4.4
0.7
5.4
5.8
1.6
1,6
0
0
0
0
Николаевский
21.7
22.6
18.9
32.9
33.0
41.1
12.5
24,7
0
0
0
0
Новоаннинский
6.2
6.7
13.7
20.0
19.4
24.3
7.4
32
0
0
0
0
Новониколаевский
13.0
7.6
5.1
1.6
0.9
5.9
6.3
5
0
0
0
0
Октябрьский
1.1
0.8
1.0
1.3
2.7
7.9
3.2
2,2
0
0
0
0
Ольховский
19.4
18.1
14.2
9.4
8.8
13.2
2.3
2,6
0
0
0
0
Палласовский
4.9
2.5
1.0
0.6
0.5
19.7
6.4
20
0
0
0
0
Руднянский
24.9
6.5
2.1
0.4
0.1
8.4
0.7
1,6
0
0
0
0
Светлоярский
50.4
27.3
61.6
30.2
8.7
9.9
5.9
81,1
0
0
9,7
7,5
Серафимовичский
17.0
10.7
8.3
7.6
7.9
22.6
4.0
15
0
0
0
0
Среднеахтубинский
37.9
27.3
17.3
16.1
13.1
34.8
15.2
11,9
0
0
0
0
Старополтавский
3.3
2.5
3.1
2.8
0.1
0.1
1.6
9,7
0
0
0
0
Суровикинский
20.1
19.3
33.1
14.7
16.1
22.2
11.3
33,2
0
0
0
0
Урюпинский
79.4
62.9
63.8
68.2
70.4
81.8
14.8
88,3
0
0
0,1
0
Фроловский
74.6
37.9
15.7
13.8
21.1
40.4
24.8
152,1
0
0
0
0
Чернышковский
0.9
0.6
0.5
0.4
0.42
0.47
3.1
11,8
0
0
0
0
Всего по области
12738.8 12324.5 12340.8 11906.4 11798.8 11637.5 9193.2 11858,1 2800,5 2655,4 3403,9 3492,1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3438,6
Таблица 4.13. - Фактический расход электрической энергии по районам Волгоградской области за период, начиная с
1999 г.
№
1
2
3
4
5
6
7
8
Районы области
г.Волгоград
г.Волжский
Алексеевский
Быковский
Городищенский
Даниловский
Дубовский
Еланский
1999
7854.7
1545.7
13.8
20.2
58.8
44.3
28.8
56.3
2000
8313.6
1761.1
15.5
11.0
50.9
36.0
21.3
54.3
2001
8374.3
1923.8
11.4
7.0
47.3
11.9
11.6
22.4
2002
6532.8
1938.1
11.7
5.4
54.6
10.5
11.9
19.4
2003
9028.3
2059.1
10.0
4.9
57.9
7.4
11.0
15.8
2004
9172.3
2244.1
10.6
6.6
45.6
10.9
12.5
15.5
2005
8181.5
2111.1
20.8
28.6
88.5
1.6
12.6
37.3
2006
9502,7
2458,5
9,4
3,3
61,3
6,8
8,1
11,9
2007
6557,1
1169,5
0,6
0,1
12,5
1,9
1,2
0,3
2008
6420,2
1084,1
0,5
0
15
1,8
1,2
0,1
2009
5518,1
905,6
2,1
0
18,8
1,7
1,4
0
2010
5984
1168
2,2
0
10,9
1,7
1,3
0
2011
5839,9
1245,3
0
0
12,2
0
0
0
59
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
25.5
23.9
22.5
18.2
22.6
20.9
25.9
Жирновский
57.8
48.4
49.4
51.7
48.6
44.5
89.6
Иловлинский
25.0
21.5
17.3
18.5
17.6
17.5
35.6
Калачевский
195.5
211.4
206.1
247.0
252.3
288.8
316.2
Камышинский
39.9
32.0
14.2
17.3
6.6
6.3
14.2
Кивидзенский
20.1
22.0
12.7
13.0
11.2
10.3
9.7
Клетский
18.7
12.7
7.5
5.8
6.6
8.9
3.1
Котельниковский
23.0
20.6
12.0
7.8
7.7
28.2
25.7
Котовский
12.8
10.6
9.8
10.2
6.8
5.9
8.3
Кумылженский
15.3
8.9
8.1
7.0
8.4
8.8
11.2
Ленинский
284.7
302.0
334.0
346.8
354.5
377.8
265.3
Михайловский
19.9
14.8
10.4
6.7
5.5
6.1
2.6
Нехаевский
41.4
32.3
19.5
17.0
11.1
16.4
23.5
Николаевский
40.4
37.7
26.4
23.3
22.8
21.0
17.3
Новоаннинский
56.9
42.5
27.1
18.8
5.9
7.4
2.3
Новониколаевский
16.3
16.0
13.9
12.1
9.9
9.8
7.9
Октябрьский
12.8
12.2
8.5
6.8
5.1
4.2
9.1
Ольховский
24.7
18.3
12.3
10.4
9.1
10.9
22.5
Палласовский
17.7
13.5
7.5
5.3
2.8
4.6
11.6
Руднянский
36.7
31.5
24.9
19.8
16.6
19.0
15.3
Светлоярский
24.0
21.9
14.5
14.8
6.9
10.1
36.1
Серафимовичский
28.3
19.3
12.8
10.5
7.8
16.3
27.3
Среднеахтубинский
22.2
20.5
15.0
10.1
8.7
9.1
0.3
Старополтавский
23.7
16.5
18.1
17.3
14.5
16.2
32.6
Суровикинский
55.1
50.6
44.7
42.1
38.2
42.8
83.9
Урюпинский
63.3
49.8
32.7
26.2
40.4
112.4
71.2
Фроловский
14.0
12.4
10.5
9.8
8.4
6.7
1.9
Чернышковский
10838.3 11387.5 11402.1 11568.7 12151.0 12649.4 11652.2
Всего по области
28,0
44,4
19,9
299,7
3,9
7,8
3,5
37,1
7,0
10,4
426,1
5,6
18,9
23,6
7,4
10,8
4,4
13,0
4,8
51,6
10,4
24,4
7,4
21,4
53,1
159,1
6,2
13371,9
0,1
4,2
1,1
132,5
0,1
0,2
0,2
3,1
2,1
0,1
332,3
0,1
2,7
1,6
1
0,8
0,1
33,7
2,5
2,1
0,4
0,9
0,8
149,7
0,7
8443,3
0,2
4
1
113,5
0,2
0,1
0,2
3
0,4
0,1
332,7
0,1
2,3
1,6
1
0,4
0
0,2
0
17,9
2,7
1,8
0,2
1
0,6
156,3
0,5
8164,9
7
2,6
3,6
88,3
0,1
0,1
0,1
22,7
3,5
1
332,3
0,1
1,6
1,5
0,8
0,5
0,2
4,8
2,6
5,9
0,1
1,3
1,7
135,1
0,6
7065,8
4,6
3,4
3,3
126,8
0
0,2
0,2
24,7
3,1
0,4
341,8
0
1,2
1,2
1
0,7
0
0,3
0
5,3
3,2
6,1
0,1
1,2
2,3
160,7
0,9
7860,8
10
0
3,3
383,3
0
0,2
0
27
0
0
0
0
1,4
1
0,6
0,5
0
0
0
5,5
0
5,9
0
1,9
7,1
0
0,5
8025,9
60
5. ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ИНФОРМАЦИОННОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ПЕРЕЧЕНЬ НЕОБХОДИМЫХ
ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
5.1. Функциональные схемы
Для
проведения
обследования
существующей
топливноэнергетической базы и выработки рекомендаций по ее совершенствованию
предполагается создание программного комплекса. Данный комплекс должен
обеспечить возможность обследования аграрных хозяйств на разных уровнях:
Уровни анализа топливно-энергетической базы:
1. Уровень хозяйства.
2. Уровень муниципальных образований.
3. Областной уровень.
5.1.1. Функциональная схема информационно-технической системы на
уровне предприятия
При анализе процессов на предприятии в конкретном хозяйстве происходит заполнение опросных форм, позволяющее произвести обследование с
необходимой точностью. Результатом анализа указанных данных является
вычисление существующей энергоемкости процессов предприятия, рекомендации по ремонту либо замене оборудования (техники) на более экономичное, а так же указание отклонения потребления энергоносителей от номинальных (паспортных) значений.
При проведении анализа деятельности предприятия производится указание всех процессов на агропредприятии с указанием их продолжительности
(повторяемости) в течение анализируемого периода. При этом процесс может
быть добавлен из ранее проведенного анализа процесса, введен с указанием
всех параметров, либо в сокращенном режиме (указание принадлежности и
энергоемкости). Водятся параметры существующих источников энергии с
указанием показателей их мощности, загрузки и т.д.
Топографические особенности объекта, при этом, в зависимости от реализации программного продукта, могут быть введены данные о площади
предприятия, протяженности рек на его территории в ручном режиме, либо
выбраны (обведены / заштрихованы) квадраты, занимаемые агропредприятием на карте района (области). Следующим этапом вводятся параметры базы
альтернативных энергоносителей, такие как площадь, на которой могут быть
использованы ветровые установки, солнечные батареи, объем отходов пригодных для биореакторов и т.д. Данные о солнечной и ветровой активности
могут быть введены в ручном режиме или приняты (по умолчанию) из справочных и метеорологических данных.
Анализ хозяйства
Существующие
источники энергии
Топографические
характеристики
агропредприятия
База для
альтернативных
энергоносителей
Энергопотребление
Внешние БД
Процессы
на предприятии
Параметры
зданий
Оборудование
(техника)
Рисунок 5.1 – Функциональная схема на уровне предприятия
Результатом данного анализа являются совокупные отчеты по энергоемкости процессов, рекомендации по применяемой технике и оборудованию
(замена, обслуживание, ремонт), рекомендации по использованию альтернативных источников энергии и частичному замещению ими или расширению
за их счет существующей энергетической базы с указанием показателей экономической целесообразности внедрения ВИЭ.
В зависимости от реализации и уровня автоматизации процессов на
производстве сбор данных может быть автоматизирован за счет интеграции
системы с действующими системами автоматики и диспетчерского контроля.
5.1.2. Функциональная схема информационно-технической системы на
уровне муниципального образования
В случае проведения анализа деятельности ряда хозяйств, либо целого
района оператор производит добавление хозяйств, участвующих в анализе.
При этом агрохозяйства могут быть внедрены из ранее проведенных отчетов
по хозяйству, сокращенному вводу данных либо добавлению с указанием
всех характеристик, требуемых при анализе хозяйства. Топографические характеристики принимаются по умолчанию (для района), из анализа хозяйств,
либо могут быть изменены (введены) вручную по карте района (области).
62
Указываются параметры энергетических сетей по территории района.
Эти данные берутся из документации энергоснабжающих предприятий, отчетов хозяйств и т.д.
Параметры базы альтернативных источников энергии, полученные от
предприятий, пополняются данными по району.
Анализ
района
Внешние БД
Хозяйства
Существующие
источники энергии
База для
альтернативных
энергоносителей
Топографические
характеристики
агропредприятия
Процессы
на предприятии
Параметры
зданий
Энергопотребление
Оборудование
(техника)
Рисунок 5.2 – Функциональная схема на уровне муниципального образования
Результатом данного анализа являются совокупные отчеты по энергоемкости процессов хозяйств; сравнительные данные по энергоемкости аналогичных процессов на разных хозяйствах; рекомендации по применяемой технике и оборудованию (замена, обслуживание, ремонт, совместное использование одной единицы на нескольких хозяйствах); рекомендации по использованию альтернативных источников энергии и частичному замещению ими
или расширению за их счет существующей энергетической базы с указанием
показателей экономической целесообразности внедрения ВИЭ.
63
5.1.3. Функциональная схема информационно-технической системы на
уровне области
В случае проведения анализа деятельности совокупности районов, либо области производится указание районов, участвующих в анализе. При
этом районы могут быть внедрены из ранее проведенных отчетов, сокращенному вводу данных либо добавлению с указанием всех характеристик с соответствующим иерархическим добавлением хозяйств. Топографические характеристики принимаются по умолчанию (для области), из анализа районов
и хозяйств, либо могут быть изменены (введены) вручную по карте области.
Указываются параметры энергетических сетей по территории области.
Эти данные берутся из документации энергоснабжающих предприятий, отчетов хозяйств и т.д.
Параметры базы альтернативных источников энергии, полученные от
предприятий и районов дополняются и уточняются данными по области.
.
Анализ
области
Районы
База для
альтернативных
энергоносителей
Топографические
характеристики
агропредприятия
Существующие
источники энергии
Хозяйства
Процессы
на предприятии
Параметры
зданий
Энергопотребление
Оборудование
(техника)
Рисунок 5.3 – Функциональная схема на уровне области
64
Результатом данного анализа являются совокупные отчеты по энергоемкости процессов районов, хозяйств; сравнительные данные по энергоемкости аналогичных процессов на разных районах, хозяйствах; рекомендации по
применяемой технике и оборудованию (замена, обслуживание, ремонт, совместное использование одной единицы на нескольких хозяйствах); рекомендации по использованию альтернативных источников энергии и частичному
замещению ими или расширению за их счет существующей энергетической
базы с указанием показателей экономической целесообразности внедрения
ВИЭ.
При проведении анализа более высокого уровня, оператор получает
возможность просмотреть все отчеты, полученные на более низких уровнях.
Так оператор, работающий на областном уровне, получает наиболее полный
набор отчетов по всем районам, хозяйствам, процессам и области в целом
5.2. Перечень необходимых исходных данных
5.2.1. Уровень хозяйства
Данные, поступающие на анализ на уровне хозяйства должны наиболее
полноценно описывать деятельность хозяйства, т.к. от этого зависит достоверность получаемых отчетов. На этом уровне запрашиваются следующие
данные:
Процесс:
 административная работа;
 растениеводство;
 животноводство;
 птицеводство;
 переработка;
 садоводство;
 прочие.
После указания процесса и присваивания ему условного обозначения
вводится набор данных, описывающих: оборудование и технику, задействованные в процессе; помещение, занятое под производство; потребляемые
энергоносители; продолжительность процесса.
Оборудование:
В опросной форме происходит добавление техники из справочников
либо добавляется в базу по паспортным данным, с указанием следующих дополнительных сведений:
 год производства;
 дата ТО и ремонтов;
 потребляемые ГСМ (тип, объем(количество)).
Добавление оборудования производится так же из справочных БД, либо добавляется в базу по паспортным данным, с указанием следующих дополнительных сведений:
 год производства;
65
 дата ТО и ремонтов;
 потребляемые энергоносители (тип, объем(количество)).
Описание зданий, занятых под производство. При этом, для исключения наложения данных, в случае, если одно помещение может использоваться для нескольких процессов, назначаются коды помещений и зданий. Для
описания зданий указываются следующие данные:
 размеры (длина, ширина, высота, площадь, объем);
 вентиляция;
 отопление;
 количество, материал и площадь окон;
 материал стен, пола, перекрытий, потолка;
 освещение (типы осветительных приборов, потребляемая мощность).
Для определения энергоемкости и потерь энергоносителей указываются тип и объем энергоносителей, потребляемых при производстве.
Введенные данные на этом этапе позволят определить некоторые параметры работы агропредприятия, однако для того, чтобы перейти от отдельных процессов, к анализу деятельности предприятия, оператор должен
наиболее полно добавить в программный комплекс весь перечень процессов.
Кроме того необходимо ввести данные по существующей энергетической сети:
 ГСМ:
o вид и объем потребляемого топлива, потребляемого техникой: (часовой, суточный, сезонный, годовой);
o вид и объем топлива, потребляемого котельным оборудованием: (часовой, суточный, сезонный, годовой);
o вид и объем топлива, потребляемого генерирующим оборудованием: (часовой, суточный, сезонный, годовой);
o стоимость.
 Газ:
o наличие газопровода:
o отсутствует;
o магистральный;
o автономный;
o смешанный;
o давление:
o низкое;
o среднее;
o объем потребляемого газа;
o процессы, в которых используется газ;
o объем потребляемого газомоторного топлива;
o стоимость.
 Электричество:
o наличие электроснабжения;
66
o наличие сети 10кВ и выше;
o понижающие трансформаторы на балансе предприятия с
указанием максимальной и среднесуточной загруженности;
o протяженность линий по территории хозяйства с указанием
схемы прокладки, напряжения, сечения проводников;
o структура хозяйства по категориям надежности;
o наличие аварийных источников энергии;
o структура потребления электрической энергии на предприятии;
o графики суточной, месячной, квартальной, годовой нагрузки;
o осветительные сети: уличные, административные, хозяйственные, дежурные;
o наличие резервного питания;
o отказы электроснабжения;
o стоимость.
Так же осуществляется ввод данных, позволяющих рассчитать возможность внедрения альтернативных источников энергии:
 топографические особенности объекта (по интерактивной карте,
путем указания занимаемых хозяйством квадрантов);
 площади, которые не заняты под производственные процессы и
могут быть использованы под установку ветрогенераторов (с
указанием расстояний до производственных объектов;
 площади, которые не заняты под производственные процессы и
могут быть использованы под установку солнечных батарей в
том числе крыши зданий (с указанием расстояний до производственных объектов);
 объем отходов производства, которые могут быть использованы
в качестве низкокалорийного топлива;
 объем отходов производства, которые могут быть использованы
в биогазовых установках.
Выходные отчеты:
1. Экономический анализ существующих процессов и деятельности объекта АПК (группы объектов);
2. Рекомендуемое сочетание источников энергии;
3. Возможные области применения альтернативных источников энергии;
4. Рекомендации в непроизводственных процессах (замена оборудования,
теплоизоляция зданий применение энергосберегающих источников
освещения и т.д.);
5. Рекомендации для производственных процессов (замена оборудования,
теплоизоляция зданий применение энергосберегающих источников
освещения и т.д.);
6. Структура потребления топлива на производство отдельных видов
продукции и технологические процессы предприятия;
67
7. Фактический расход топлива на единицу продукции;
8. Потребление топлива на производство отдельных видов продукции по
видам;
9. Фактический расход тепловой энергии на единицу продукции;
10.Фактический расход электроэнергии на единицу продукции;
11.Сводные отчеты, формат и состав которых определяется оператором с
помощью мастер отчетов.
5.2.2. Уровень муниципального образования
Данные, необходимые для анализа уровня муниципального образования могут пополняться:
 из отчетов, созданных в программном комплексе на конечных
агропредприятиях:
 в автоматическом режиме (взаимодействие БД);
 в ручном режиме (добавление файла-отчета оператором);
 из годовых и прочих отчетов и добавляться в ручном режиме:
Необходимо ввести данные о энергетических сетях муниципального
образования, однако эти данные должны быть взяты из документации снабжающих организаций и согласованы с ними:
 Газ:
o Схема сети;
o Схема прокладки;
o Узловые и распределительные станции;
o Возможность и стоимость подключения предприятий
к сети.
 Электричество:
o схема сети 10кВ и выше;
o понижающие трансформаторы в распределительных сетях
агропредприятий с указанием максимальной и среднесуточной загруженности;
o протяженность линий с указанием не схеме прокладки,
напряжения, сечения проводников;
o распределение хозяйств по категориям надежности;
o графики суточной, месячной, квартальной, годовой нагрузки;
o отказы электроснабжения.
Для максимальной достоверности, необходимо заполнить данные по
всем агропредприятиям, требующим анализа.
Кроме того осуществляется ввод данных, позволяющих рассчитать
возможность внедрения альтернативных источников энергии, за счет фондов
муниципального образования:
 топографические особенности муниципального образования (по
интерактивной карте, путем указания занимаемых хозяйством
квадрантов);
68
 площади, которые могут быть использованы под установку ветрогенераторов (с указанием расстояний до производственных
объектов;
 площади, которые не заняты под производственные процессы и
могут быть использованы под установку солнечных батарей в
том числе крыши зданий (с указанием расстояний до агропредприятий);
 объем отходов деятельности района, которые могут быть использованы в качестве низкокалорийного топлива;
 объем отходов деятельности района, которые могут быть использованы в биогазовых установках.
Выходные отчеты:
1. Сводный экономический анализ производственной деятельности муниципального образования (группы хозяйств);
2. Сравнительный экономический анализ производственной деятельности муниципального образования (группы хозяйств);
3. Рекомендуемое сочетание источников энергии;
4. Возможные области применения альтернативных источников энергии
для группы хозяйств или муниципального образования в целом;
5. Структура потребления топлива на производство отдельных видов
продукции и технологические процессы муниципального образования;
6. Фактический расход топлива на единицу продукции;
7. Потребление топлива на производство отдельных видов продукции по
видам;
8. Фактический расход тепловой энергии на единицу продукции;
9. Фактический расход электроэнергии на единицу продукции;
10. Сводные отчеты, формат и состав которых определяется оператором с
помощью мастер отчетов.
Помимо указанных, на этом уровне доступны отчеты хозяйств, выполненные ими на предыдущем уровне всеми иерархически подчиненными объектами.
5.2.3. Уровень области
Данные, необходимые для анализа на областном уровне могут пополняться:
 из отчетов, созданных в программном комплексе муниципальных
образований:
 в автоматическом режиме (взаимодействие БД);
 в ручном режиме (добавление файла-отчета оператором);
 из годовых и прочих отчетов и добавляться в ручном режиме:
Необходимо также ввести данные о энергетических сетях области. Эти
данные берутся из документации снабжающих организаций и согласуются с
ними:
 Газ:
69
o Схема сети;
o Схема прокладки;
o Узловые и распределительные станции;
o Возможность и стоимость подключения предприятий
к сети.
 Электричество:
o схема сети 10кВ и выше;
o понижающие трансформаторы в распределительных сетях
агропредприятий с указанием максимальной и среднесуточной загруженности;
o протяженность линий с указанием не схеме прокладки,
напряжения, сечения проводников;
o распределение хозяйств по категориям надежности;
o графики суточной, месячной, квартальной, годовой нагрузки;
o отказы электроснабжения.
Для максимальной достоверности, необходимо заполнить данные по
всем муниципальным образованиям области, требующим анализа.
Кроме того осуществляется ввод данных, позволяющих рассчитать
возможность внедрения альтернативных источников энергии, за счет фондов
области:
 топографические особенности области (по интерактивной карте,
путем указания квадрантов, занимаемыми муниципальными образованиями);
 площади, которые могут быть использованы под установку ветрогенераторов (с указанием расстояний до производственных
объектов;
 площади, которые не заняты под производственные процессы и
могут быть использованы под установку солнечных батарей в
том числе крыши зданий (с указанием расстояний до агропредприятий);
 объем отходов деятельности района, которые могут быть использованы в качестве низкокалорийного топлива;
 объем отходов деятельности района, которые могут быть использованы в биогазовых установках.
Выходные отчеты:
1. Сводный экономический анализ производственной деятельности области (группы муниципальных образований и хозяйств);
2. Сравнительный экономический анализ производственной деятельности области (группы муниципальных образований и хозяйств);
3. Рекомендуемое сочетание источников энергии;
4. Возможные области применения альтернативных источников энергии
для области или группы муниципальных образований и хозяйств.
70
5. Структура потребления топлива на производство отдельных видов
продукции и технологические процессы предприятии и муниципальных образования области;
6. Фактический расход топлива на единицу продукции;
7. Потребление топлива на производство отдельных видов продукции по
видам;
8. Фактический расход тепловой энергии на единицу продукции;
9. Фактический расход электроэнергии на единицу продукции;
10. Сводные отчеты, формат и состав которых определяется оператором с
помощью мастер отчетов.
Помимо указанных, на этом уровне доступны отчеты муниципальных
образований и хозяйств, выполненные ими на предыдущих уровнях всеми
иерархически подчиненными объектами.
5.3. Справочные, нормативные данные
В программном комплексе предполагается использование ряда справочных таблиц, данные в которых являются общими для всех участников обследования, такие как параметры солнечной активности, топографические
данные области и прочие. Такие данные выделяются в подборку справочных
таблиц. Их корректировка может производиться централизованно через связь
с внешними базами либо централизованно привилегированным оператором,
имеющим соответствующий доступ, с последующим автоматическим обновлением у конечных пользователей. Ряд таблиц, например «Оборудование»,
«техника» и т.д. могут редактироваться (пополняться) конечным пользователем с последующей проверкой и утверждением привилегированным пользователем. Такие данные до утверждения могут быть доступны всем пользователям, но иметь пометку о том, что требуют утверждения.
Справочные таблицы:
Метеорологические данные;
Данные о солнечной активности;
Данные о силе и скоростях ветра;
Данные о скоростях и течениях рек;
Энергетические установки для сельского хозяйства;
Нетрадиционные источники энергии;
Сельскохозяйственная техника;
Нормы выполнения сельскохозяйственных операций;
Агропромышленное производственное и перерабатывающее оборудование;
Теплотехническое оборудование;
Методики определения оптимального состава энергетического оборудования;
Методики расчета экономической целесообразности применения альтернативных источников энергии;
Таблицы взаимозаменяемости оборудования с указанием энергетических
характеристик;
71
СНиП;
Производственные агропроцессы;
Прочие процессы.
В процессе работы оператора предполагается заполнение опросных
форм, которые позволят при минимально необходимом количестве данных
обеспечить расчет и вывод требуемых результатов. В зависимости от изначально выбираемого уровня анализа количество запрашиваемых данных может существенно отличаться.
В процессе расчета посредством программного комплекса формируются отчеты, отражающие текущее состояние предприятия и рекомендации по
изменению структуры и технической оснащенности объекта АПК.
72
6.
МЕТОДИКИ ОЦЕНКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ
ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БАЗЫ ИТС
6.1. Экономическое обоснование применения альтернативных
источников при производстве электроэнергии
Вовлечение в энергобаланс региона энергии природных возобновляемых источников определяет актуальность проблемы энергоэффективности
установок, использующих энергию ветра, солнца, потоков воды.
Основными нормативно-правовыми документами, регламентирующими оценку эффективности энергетического бизнеса и применение источников энергии, являются:
 Федеральный закон об энергосбережении №28-Ф3 от 03.04.96 г.;
 Правила пользования электрической энергией;
 Типовая инструкция по учету электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении РД 34.09.101-97;
 Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения
общего назначения ГОСТ 131.09-97;
 Порядок установления показателей энергопотребления и энергосбережения в документации на продукцию и процессы ГОСТ Р50-605-89-94.
В существующей нормативно-правовой и методической базе отсутствуют или недостаточно проработаны требования к малой энергетике, децентрализованным системам электроснабжения, основанным на использовании автономных энергоустановок, в том числе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии [84].
В силу низкой энергетической плотности возобновляемых энергоресурсов (ВЭ) и их крайней изменчивости, стоимость производимой электроэнергии с использованием ВЭ в настоящее время обычно превышает тариф
на электроэнергию, полученную традиционными способами. Поэтому конкурентоспособной областью нетрадиционной энергетики является малая энергетика, особенно в децентрализованных системах электроснабжения потребителей, находящихся в отдаленных, труднодоступных местах.
Для эффективной организации децентрализованного электроснабжения
с использованием ВЭ актуальны следующие вопросы:
 оценка объемов и условий электроснабжения потребителей, не имеющих централизованного электроснабжения;
 оценка потенциала возобновляемых энергоресурсов в зоне размещения
объектов электрификации и выделение приоритетных видов природной
энергии;
 разработка методик и анализ технико-экономических характеристик
вариантов построения децентрализованных систем электроснабжения;
73
 разработка критериев экономической эффективности эксплуатации децентрализованных систем электроснабжения;
 анализ социальных и экологических аспектов использования ВЭ для
децентрализованного электроснабжения объекта;
 анализ возможных организационно-правовых форм функционирования
энергетического бизнеса в децентрализованных зонах энергообеспечения потребителей. Разработка предложений по совершенствованию
нормативно-правовой базы для реализации данного направления энергетического бизнеса.
Определение условий технико-экономической эффективности использования возобновляемых энергоресурсов в децентрализованных зонах энергоснабжения должно проводиться с учетом следующих факторов:
 комплексный подход к оценке экономической и энергетической эффективности децентрализованных зон с различными типами энергоисточников;
 региональные, климатические, географические факторы при определении условий экономической и энергетической эффективности функционирования децентрализованных систем энергообеспечения;
 тенденции развития и изменения зон децентрализованного энергоснабжения;
 тенденция развития энергоустановок, использующих местные, в том
числе возобновляемые энергоресурсы.
Оценка эффективности применения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для электроснабжения автономных объектов, не
имеющих централизованного электроснабжения, производится на основе
сравнительного технико-экономического анализа всех возможных вариантов
электрификации. При этом необходимо рассмотреть варианты электроснабжения не только от нетрадиционных источников энергии, но и вполне традиционных: централизованная энергосистема и жидко-топливные генераторы.
Электроснабжение от энергосистемы предусматривает строительство линии
электропередачи, а в качестве жидко-топливных генераторов наиболее распространены дизельные электростанции. Соответственно, к возможным вариантам электроснабжения автономного объекта отнесены:
 централизованное электроснабжение (строительство ЛЭП);
 дизельные электростанции;
 микрогидроэлектростанции;
 ветроэнергетические установки;
 солнечные электростанции.
При этом, в качестве критериев оценки, применяются 3 группы показателей:
 технические;
 экономические;
 социально-экологические.
74
В группу технических показателей входит всего один критерий – критерий технической выполнимости проекта. Исходными данными для определения данного критерия являются сведения об основных технических характеристиках первичного источника энергии. В связи с этим, критерий технической выполнимости проекта на основе дизельных электростанций всегда
положителен; при электроснабжении от централизованной энергосистемы
зависит от требуемой установленной мощности объекта электроснабжения Р
(кВт) и расстояния до централизованной электрической сети L (км); для микроГЭС определяется исходя из минимальной скорости течения водотока в
месте установки станции Vmin (м/с) и минимальном расходе воды Qmin (л/с);
для ветроэнергетической установки критерием является среднегодовая скорость ветра на уровне ступицы ветроколеса Vср (м/с); для солнечных электростанций – среднемесячная дневная энергетическая освещенность Е
(кВт·ч/м2) [84].
Основным критерием экономической эффективности являются приведенные годовые затраты на 1 кВт установленной мощности системы электроснабжения, которые определяются из выражения:
p К С
,
(6.1)
З н
Р
где Р – установленная мощность объекта электроснабжения (кВт);К – общие капиталовложения (руб):
(6.2)
К  К уст  К пр  К стр ,
где Kуст– стоимость комплектного оборудования (руб);Kпр– стоимость проектных работ по определению места установки на местности (руб); Kстр–
стоимость строительных и монтажных работ по установке электростанции
1
(подстанции) (руб), рн  – нормативный коэффициент рентабельности, Т –
Т
экономический срок службы оборудования (лет), С – общие годовые эксплутационные расходы (руб):
(6.3)
C  Cэкс  С рем  Стоп  Сд.топ ,
где Сэкс – годовые расходы на эксплуатацию системы электроснабжения,
руб; Срем – годовые расходы на плановый ремонт (руб); Стоп – годовые расходы на топливо (руб); Сд.топ – годовые расходы на доставку топлива (руб).
Себестоимость 1 кВт·ч электроэнергии:
р К С
, руб/кВт∙ч,
(6.4)
Cэл  н
W
где W – общее количество электрической энергии, вырабатываемое электростанцией в течение года.
В качестве социально-экологических критериев эффективности применения различных вариантов электроснабжения принимались следующие [84]:
 потенциальная угроза жизни людей;
 наличие топливной составляющей;
 отчуждение земли;
75
 влияние на птиц и животных;
 акустическое воздействие и вибрация;
 электромагнитное излучение.
Так как количественная оценка социально-экологических критериев
крайне затруднительна, а подчас и невозможна, то при анализе производится
только их качественная оценка, которая может служить в качестве дополнительного критерия при выборе наиболее рационального варианта электроснабжения автономного объекта.
Отметим также, что при выборе между традиционными и нетрадиционными источниками энергии следует руководствоваться не только текущими экономическими затратами.
До настоящего времени ни в одной стране мира существенная часть
стоимости производства энергии не отражается в тарифах на энергию, а распределяется на затраты своего общества.
Известно, что каждый год в мире потребляется столько нефти, сколько
ее образуется в природных условиях за 2 млн. лет [112]. Гигантские темпы
потребления невозобновляемых энергоресурсов по относительно низкой
цене, которые не отражают реальные совокупные затраты общества, по существу означают жизнь взаймы, кредиты у будущих поколений, которым не
будет доступна энергия по такой низкой цене.
Другая составляющая стоимости энергии, которая распределяется на
все общество и не включается в тарифы за энергию, связана с загрязнением
окружающей среды энергетическими установками [113].
Выбросы тепловых электростанций состоят, в основном, из углекислого газа, который ответственен за тепличный эффект и изменение климата и,
например, приводит к засухе в районах производства зерна и картофеля. Другие выбросы включают окислы серы и азота, которые в атмосфере превращаются в серную и азотную кислоты и возвращаются на землю со снегом или
в виде кислотных дождей. Повышенная кислотность воды приводит к снижению плодородия почвы, уменьшению рыбных запасов и гибели лесов, повреждению строительных конструкций и зданий. Токсичные тяжелые металлы, такие как кадмий, ртуть, свинец, могут растворяться кислотами и попадать в питьевую воду и сельскохозяйственные продукты [108].
Приближенные оценки прямых социальных затрат, связанных с вредным воздействием электростанций, включая болезни и снижение продолжительности жизни людей, оплату медицинского обслуживания, потери на производстве, снижение урожая, восстановление лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы дают величину, добавляющую
около 75% мировых цен на топливо и энергию [114]. По существу это затраты всего общества – экологический налог, который платят граждане за несовершенство энергетических установок, и этот налог должен быть включен в
стоимость энергии для формирования государственного фонда энергосбережения и создание новых экологически чистых технологий в энергетике [111].
Если учесть эти скрытые сейчас затраты в тарифах на энергию, то
большинство новых технологий возобновляемой энергетики становится кон76
курентоспособными с существующими технологиями. Одновременно появится источник финансирования новых проектов по экологически чистой
энергетике. Именно такой "экологический" налог в размере от 10 до 30% от
стоимости нефти введен в Швеции, Финляндии, Нидерландах и других странах ЕЭС [111].
6.2. Выбор экономического варианта по минимуму приведенных
затрат
В том случае, когда капиталовложения в сравниваемых вариантах осуществляются в один год, приведенные затраты, Зпр, варианта определяют по
формуле:
(6.5)
Зпр  Ен  К  И
где К, И - капиталовложения и ежегодные издержки производства, руб.; Ен
- нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, принимаемый равным 0,15.
При оценке эффективности использования рассматриваемого энергоносителя величину приведенных затрат, связанных с сооружением и эксплуатацией теплогенерирующих установок и тепловых сетей, определяют по
формуле [116]:
ЗТГУ  Ен  К ТГУ  И ТГУ
(6.6)
где КТГУ – величина капитальных вложений в теплогенерирующие установки и системы теплоснабжения, руб.; ИТГУ – величина текущих ежегодных издержек по теплогенерирующим установкам и внешним тепловым сетям, руб.
Оценка величины приведенных затрат для каждого сравниваемого варианта должна производиться с учетом применения современного оборудования и материалов в соответствии с принятыми стандартами.
Расчеты по выбору схемы энергоснабжения и структуры энергоносителей выполняют в следующей последовательности:
а)
определяют потребность в тепловой энергии по процессам (расчетные тепловые нагрузки потребителей, их режимные характеристики и соответствующая им годовая потребность в тепловой энергии);
б)
намечают возможные варианты и схемы теплоснабжения;
в)
на рассмотренные виды энергоносителей по расчетным тепловым
нагрузкам потребителей подбирают теплогенерирующие установки и приборы и рассматривают режимы их работа в заданных технологических процессах и природно-климатических зонах России;
г)
определяют приведенные затраты для рассматриваемых вариантов по формуле (6.6).
Учитывая невысокую точность исходной технико-экономической информации, сравниваемые варианты с разницей суммарных приведенных затрат в 5% и менее следует считать равноценными. В этом случае выбор рационального варианта осуществляют путем сравнения рассматриваемых ва77
риантов по другим дополнительным показателям (расходу материалов, трудовых затрат, энергии, улучшению условий труда и т.д.) [116].
Единовременные капиталовложения в теплогенерирующие установки и
соответствующие им текущие ежегодные издержки определяют в зависимости от вида используемого энергоносителя, типа применяемого оборудования
и его расчетной мощности, устанавливаемой в соответствии с величиной
расчетной тепловой нагрузки рассматриваемого объекта.
6.3. Основы метода расчета экономической
техники по критерию "удельной прибыли"
эффективности
В условиях рынка (и особенно для конкретных хозяйств) в качестве
критерия эффективности технических разработок и оценки внедрения новой
техники может быть принята удельная прибыль на рубль вкладываемых
средств (Пуд).
Этот критерий имеет и два других названия: "рентабельность" и "абсолютная экономическая эффективность".
(6.7)
П уд  П / К  Ц  С  / К
где П – общая масса прибыли в производстве, руб/год; К – капиталовложения (балансовая стоимость объекта), руб.; Ц – цена годового объема товарной
продукции (выручка), руб/год; С – себестоимость годового объема товарной
продукции, руб/год.
Условием выбора варианта при экономическом обосновании технических средств будет:
(6.8)
П уд.н  П уд.б
где Пуд.н и Пуд.б - новая (после внедрения техники) и базовая (до внедрения
техники) рентабельность производства, (отн.ед.).
Другими словами, новые технические средства будут экономически
оправданы в том случае, когда они повышают рентабельность производства,
для которого предназначены [116].
Расчетные формулы для ТЭО.
а) Расчет базовой рентабельности. Базовая рентабельность либо принимается из бухгалтерской отчетности рассматриваемого производства (объекта), либо определяется расчетным путем:
(6.9)
П уд.б  Пб / К б  Ц б  Сб  / К б
где Пб, Кб, Сб, Цб - соответственно годовая прибыль, балансовая стоимость
объекта, себестоимость и цена годового объема товарной продукции
(выручка) до внедрения новой техники, руб.
б) Рентабельность производства после внедрения новой техники:
П уд.н  П н  П  / К н  К   Ц н  Сн  / К н  К   П уд.б
(6.10)
где II – годовой прирост прибыли в объекте от внедрения новой техники,
руб/год; К - капиталовложения, связанные с приобретением и внедрением
новой техники, руб.;
78
Цн, Сн - цена и себестоимость годового объема товарной продукции после внедрения новой техники, руб/год.
При определении удельной прибыли по формуле (6.10) следует различать два случая:
Внедряемая техника предназначается для вновь строящихся объектов,
либо она является дополнительным техническим средством, не требующим
реконструкции объекта.
Новая техника предназначается для замены старой в действующих
объектах. Это наиболее распространенный случай.
В первом случае удельная прибыль может определяться через ожидаемый эффект от внедрения новой техники:
(6.11)
П уд.н  Пб  Э  К / Т сл.н  / К б  К   П уд.б
где Э - сумма эффектов в денежном выражении от внедрения новой техники в рассматриваемом объекте без учета отчислений на реновацию, руб/год;
К/Тсл.н – отчисления на реновацию техники, руб/год; Тсл.н - срок службы новой техники, лет.
При определении Э следует учитывать все возможные эффекты от
внедрения новой техники, включая сокращение расходов энергоресурсов,
сырья, материалов, изменение цены на товарную продукцию от изменения
сортности этой продукции и т.д.
Однако при использовании формулы (6.11) в показателе Э не должны
учитываться отчисления на реновацию, ибо они учтены членом К/Тсл.н. Такая форма записи позволяет отдельно оценивать влияние срока службы техники на конечный результат расчетов.
Во втором случае. Необходим учет стоимости демонтажа старой техники, утраты ее остаточной стоимости, учет разности отчислений на реновацию старой и новой техники, т.е.
П уд.н  Пб  Э  К / Т сл.н  / К б  К  К Д  1  tф / Т сл.ст  К ст   П уд.б (6.12)
где Кст – стоимость старой (заменяемой) техники, руб.; Тсл.ст – срок службы старой техники, лет; tф - фактический срок, который прослужила старая
(заменяемая) техника, лет; Кд - стоимость демонтажа старой техники, руб.
Стоимость монтажа и нападки новой техники должна быть включена, в
стоимость К.
Если рассматривается целесообразность приобретения техники за счет
кредитов банка, то удельная прибыль от внедрения техники должна удовлетворять условию:
П уд.н  П уд.б  Б / 100 
(6.13)
где Б – процентная ставка банка, за выдаваемые кредиты (% в год).
Если неравенства (6.10 - 6.13) не соблюдаются, то разработка, внедрение или приобретение техники за рубежом, будет либо убыточным, либо использование такой техники снизит общую рентабельность производства, в
которое она внедряется, и такая техника, должна быть отклонена.
Оценка, эффективности новой техники (полезность) может быть определена упрощенно без расчета новой рентабельности производства, а путем
79
сравнения удельной прибыли конкретной техники с удельной прибылью базового объекта до внедрения в него новой техники, т.е. решающее правило
при выборе варианта новой техники может быть записано в следующем виде
[116]:
(6.14)
П уд.н  П / К  Э / К  1 / Т сл   П уд.б  0,15
Алгоритм работы программы, реализующей подобный расчет представлен в приложении П2.7.
6.4. Методики определения технико-экономических характеристик
применения конкретного вида энергии
Кроме общих методик, отражающих совокупные затраты на внедрение
и эксплуатацию альтернативных источников энергии, могут быть применены
более конкретные варианты расчета с учетом специфики источника энергии.
6.4.1. Методика определения технико-экономических характеристик
автономных ветроэлектростанций
Основным типом ветродвигателя в настоящее время является двигатель
крыльчатой конструкции, в котором вращающий момент создается за счет
аэродинамических сил, возникающих на лопастях рабочего ветроколеса. В
большинстве стран выпускают и применяют только крыльчатые ветродвигатели. Они отличаются большими коэффициентами использования энергии
ветра и значительно большей быстроходностью. Максимальное значение ξ
для быстроходных колес достигает 0,45–0,48.
Для оценки эффективности применения ВЭУ из кадастра ветроэнергетических ресурсов должны быть определены следующие основные показатели для предполагаемого места установки станции:
– среднегодовая Vср.год. и среднемесячная Vср.мес. скорость ветра, на уровне
ступицы ветроколеса (м/с);
– время энергозащит и отключения ВЭУ из-за сильного ветра на уровне ступицы ветроколеса, t, (час).
Техническая выполнимость проекта.
Основными техническими характеристиками любой ВЭУ являются три
критические скорости ветра, которые определяют ее рабочий режим: Vmin –
минимальная или пусковая скорость – это скорость ветра при которой происходит пуск ветроколеса; Vн– рабочая скорость, т.е. скорость ветра, при которой ВЭУ вырабатывает номинальную мощность; Vmax – буревая скорость, т.е.
скорость ветра, при превышении которой выработка электроэнергии невозможна, так как ВЭУ должна быть остановлена во избежание механических
повреждений.
Для наиболее распространенных в настоящее время ветродвигателей крыльчатой конструкции с горизонтальной осью вращения Vmin = 2,0–4,0 м/с.
Соответственно, на сегодняшний день, проект электроснабжения автономного объекта от ВЭУ технически возможен при выполнении условия:
80
Vср.год.> 2,0 м/с. В таблице 6.1 приведена шкала силы ветра по Бофорту у земной поверхности (на высоте 10-ти метров над открытой ровной поверхностью).
Определение установленной мощности ВЭУ
Принцип действия всех ветродвигателей заключается во вращении ветроколеса с лопастями под напором ветра. Вращающий момент ветроколеса
через систему передач передается на вал генератора, вырабатывающего электроэнергию.
Кинетическая энергия W воздушного потока с площадью поперечного
сечения S, имеющего плотность ρ и скорость V равна:
V3 S
W 
.
(6.15)
2
Как правило, для упрощения расчетов и, учитывая сравнительно малую
изменчивость значений плотности, используют величину плотности для
стандартной атмосферы: ρ = 1,226 кг/м3.
Механическая энергия ветродвигателя Wвд определяется коэффициенW
том использования энергии ветра   вд , зависящего от типа ветродвигатеW
ля и режима его работы. Максимальное значение ξ для быстроходных колес
достигает 0,45 – 0,48.
81
Таблица 6.1 – Шкала силы ветра [84]
Баллы по шкале Характеристика
Бофорта
силы ветра
0
Штиль
Скорость
ветра, м/сек
0 - 0,2
1
Тихий
0,3 - 1,5
2
Легкий
1,6 - 3,3
3
Слабый
3,4 - 5,4
4
Умеренный
5,5 - 7,9
5
Свежий
8 - 10,7
6
Сильный
10,8 - 13,8
7
Крепкий
13,9 - 17,1
8
Очень крепкий
17,2 - 20,7
9
Шторм
20,8 - 24,4
10
Сильный
шторм
24,5 - 28,4
11
Жестокий
шторм
Ураган
28,5 - 32,6
12
32,7 и более
Объективное проявление
Штиль. Дым поднимается вертикально
Дым начинает отклоняться от вертикального положения, флюгеры, даже
самые чувствительные, не вращаются
Движение ветра ощущается лицом,
шелест листьев, приводятся в движение флюгеры, ветрогенераторы входят
в рабочий режим
Листья и самые тонкие ветки деревьев
колышутся, развеваются флаги, установленные на высоте
Ветер поднимает пыль и мелкие бумажки, приводит в движение тонкие
ветви деревьев
Качаются тонкие стволы деревьев
диаметром 2-4 см, на морских волнах
появляются гребешки, ветрогенераторы выходят на максимальную мощность
Качаются толстые сучья деревьев
диаметром 6-8 см, слышен шум ветра
в телеграфных проводах
Качаются стволы деревьев в верхней
их части идти против ветра неприятно
Ветер ломает сухие сучья деревьев,
идти против ветра очень трудно
Небольшие повреждения; ветер срывает незакрепленные дымовые колпаки и ветхую черепицу
Разрушения кровельных покрытий и
неукрепленных конструкций, ослабленные деревья вырываются с корнем,
автоматическое отключение ветрогенераторов
Большие разрушения на значительном
пространстве.
---
Примечания:
1. Шкала Бофорта - условная шкала для визуальной оценки силы ветра в
баллах по его действию на наземные предметы и по волнению на море.
2. Серым цветом выделен диапазон нормальной работы большинства
стандартных ветрогенераторов.
Электрическая мощность генератора ветроэнергетической установки
может быть определена по формуле:
R2
Pвэу      V 3 
   ,
(6.16)
2
где R – радиус ветроколеса;
82
η – КПД электромеханического преобразователя энергии.
Так как величина электрической мощности, вырабатываемой ВЭУ,
пропорциональна кубу скорости ветра, суммарная установленная мощность
ветроэлектростанций Рвэу должна определяться в соответствии со среднемесячной Vср.мес. скоростью ветра в месте установки станций, минимальной в
течение года, и рабочей скорости ВЭУ, при которой она вырабатывает номинальную мощность.
Vн3
При Vср. мес.  Vн , Pвэу  Р  3
.
Vср. мес.
При Vср. мес.  Vн , Pвэу  Р ,
где Р – установленная мощность автономного объекта электроснабжения,
кВт.
Для современных конструкций ВЭУ величина V н составляет:
Ví  7,0  12,0 м/с.
В таблице 6.2 приведены основные технические характеристики ВЭУ,
выпускаемых СП "ЛМВ Ветроэнергетика" [84].
Расчет экономических показателей
Для определения критериев экономической эффективности ВЭУ использованы технико-экономические показатели оборудования для ветроэнергетики, выпускаемого отечественными производителями.
В состав полнокомплектной ВЭУ входят электрический генератор,
мачта ВЭУ и ветроколесо, система контроля напряжения, инвертор, аккумуляторная батарея. Полная стоимость комплектного оборудования ВЭУ определяется из выражения:
(6.17)
К куст.  К уст. уд  Pвэу .
Таблица 6.2 - Технические характеристики ВЭУ СП "ЛМВ Ветроэнергетика"
Показатель
выходная мощность, Вт
скорость ветра,
м/с:
пусковая
рабочая
буревая
лопасти ротора:
число
диаметр, м
ометаемая поверхность, м2
частота вращения при номинальной мощности, мин
Тип
ЛМВ1003
ЛМВ 2500
ЛМВ 3600
ЛМВ 10000
1000
2500
3600
10000
2,5
7
35
2
12
35
4
12
35
3,1
12
35
3
3,0
7,065
3
5
19,6
3
5
19,6
3
7
38,5
320
350
430
280
83
максимальная
частота вращения, мин-1
регулирование
частоты вращения
материал лопасти
профиль лопасти
Быстроходность
775
450
450
350
наклонный флюгер (хвост) на шарнире
стеклоткань с эпоксидным компаундом
NACA 4418
NACA 4415
NACA 4415
NFL 416
6,08
9
9
9
К капитальным затратам на ВЭУ следует также отнести стоимость проектных Кпр и строительных Кстр работ по определению месторасположения и
установки станции на местности. Значения этих статьей расходов могут быть
приняты, например такими:
(6.18)
К пр  50  МРОТ , К стр  k p  К уст ,
где kр – коэффициент затрат на установку станции, (о.е.).
Затраты на установку станции включают в себя подготовку площадки и
фундамента под ВЭУ и ее монтаж. Величина коэффициента kр в расчетах
принималась постоянной и равной 0,04.
К эксплутационным расходам следует отнести затраты на обслуживание Сэкс и ремонт Срем:
(6.19)
Cэкс  36  МРОТ , С рем  k рем  рн  К уст  К стр ,
где kрем – коэффициент затрат на ремонт (о.е.), принимаемый в нашем примере равным 0,2.
Количество кВт·ч электроэнергии, которое способна выработать ВЭУ в
год, определяется из выражения:
W  8760  t   P , кВт∙ч,
(6.20)
где t – время энергозатиший и отключения ВЭУ из-за сильного ветра на
уровне ступицы ветроколеса, (час).
6.4.2
Технико-экономические
микрогидроэлектростанций
характеристики
автономных
Экономические показатели микроГЭС в значительной мере зависят от
ее конструкции. Обычно микроГЭС содержит в своей конструкции такие
обязательные элементы как гидротурбина, электромашинный генератор, система стабилизации выходного напряжения и ряд элементов, наличие и конструкция которых зависит от типа и особенностей станции: определенные
гидротехнические сооружения, запорная арматура, балластные нагрузки и
т.д. [84].
В качестве гидродвигателей, преобразующих энергию потока в механическую энергию приводного вала генератора, в той или иной степени используются все типы гидротурбин: поворотно-лопастные, радиально-осевые,
импульсные, осевые, турбины с горизонтальной и наклонной осями вращения и т.д. [85, 86].
84
Как правило, микроГЭС не требуют возведения сложных гидротехнических сооружений – плотин. Поэтому их турбины устанавливаются либо в
свободном потоке воды, либо в специальном напорном трубопроводе. Для
работы в свободном потоке воды применяют, в основном, гидротурбины активного типа, типичным примером которых могут служить водяные мельницы. Достоинством активных турбин является их максимальная простота и
относительная жесткость механических характеристик. Тем не менее, низкая
частота вращения и малый коэффициент полезного действия активных гидродвигателей ограничивает их применение в гидроэнергетике.
Напорный трубопровод позволяет повысить энергию рабочего потока
воды, применять более эффективные типы гидротурбин реактивного типа.
Очевидно, что мощность гидротурбины с напорным трубопроводом не будет
зависеть от водного режима реки, если ее минимальный сток превышает количество воды, поступающей в трубопровод. Диаметр трубопровода и перепад высот между его верхней и нижней точкой определяют расчетную мощность станции. Трубопровод микроГЭС может выполняться из стальных, бетонных, резиновых и других труб, широко применяемых в оросительных системах. Его стоимость существенно зависит от рельефа местности, определяя
целесообразность применения микроГЭС, прежде всего в горных районах с
большими уклонами русла реки. Правильное использование рельефа местности, а также простейшие сооружения типа деривационных каналов, во многих случаях, позволяют уменьшить длину, и соответственно, и стоимость
напорного трубопровода.
Существенным фактором, ограничивающим применение микроГЭС в
северных широтах, являются ледовые явления. Выработка электроэнергии
микроГЭС с напорным трубопроводом возможна в период открытого русла,
поэтому крайне важное значение имеет достоверная информация о начале и
окончании ледовых явлений.
Для определения технических и экономических критериев эффективности электроснабжения от микроГЭС из кадастра гидроэнергетических ресурсов должны быть определены следующие основные показатели для предполагаемого места установки станции:
 средний уклон реки, ΔН (м/км);
 средний расход воды водотока в период летней межени, Q, м3/с;
 средняя скорость течения в период летней межени, V, м/с;
 число часов в году с открытым руслом, ч.
На первом этапе определяется техническая возможность применения
микроГЭС в данном месте. Возможности создания и/или использования
имеющегося геометрического напора воды (Н) для выработки энергии зависят, прежде всего, от рельефа местности, определяющего продольные уклоны
рек на разных их участках. Благодаря неодинаковой устойчивости подстилающих горных пород к размыву, тектоническим движениям и многим другим
факторам, реки имеют не плавную форму, характерную для профиля равновесия, а изломанную форму продольного профиля. Соответственно, многие
реки имеют аномальные уклоны, скорость течения воды на которых может
85
намного превышать среднюю. Поэтому выбор конкретного места установки
станции должен производиться с учетом карты аномальных уклонов рек для
данной территории.
Средняя скорость течения реки может значительно изменяться в зависимости от времени года, и минимальна, как правило, в период ледостава и
летней межени. На данном уровне развития техники, техническая реализация
проекта электроснабжения автономного объекта от микроГЭС возможна при
минимальной скорости течения водотока в месте установки станции Vmin
(м/с) более 1 м/с. На втором этапе анализа определяется мощность установки,
которая может быть установлена на данном водотоке. Работа водного потока
осуществляется под действием силы тяжести, точнее, ее проекции на направление движения, поэтому действие воды определяется разностью уровней
воды в начале и конце рассматриваемого участка реки. При разности уровней
Н (м) на длине участка L (м) и среднем расходе воды Q (м3/с), мощность
микроГЭС Р (Вт), которую можно установить на рассматриваемом участке
составит:
(6.21)
P     g Q  H ,
где η – коэффициент полезного действия гидроэлектроагрегата; ρ – плотность воды, кг/м3; g – ускорение свободного падения, м/с2.
Коэффициент полезного действия гидроэлектроагрегата зависит от η
турбины и электрического генератора и в расчетах принимается равным 0,75;
плотность воды ρ = 1000 кг/м3, g = 9,81 м/с2.
Величина напора, который может обеспечить водоток, Н (м), определяется из предположения, что максимальная длина напорного трубопровода не
должна превышать 200 м, иначе его сооружение экономически не целесообразно. Максимальная длина рабочего трубопровода ограничена превышением его стоимости над полнокомплектным оборудованием станции при длине
более 200 м:
H max  0,2  H , м.
(6.22)
Величина рабочего напора гидроагрегата предварительно определяется
по среднему уклону русла реки из следующих пределов:
Н = 4 м, при ΔН = 1,0 – 4,0 м/км; Н = 10 м, при ΔН = 4,0 – 10,0 м/км;
Н = 20 м, при ΔН > 20,0 м/км. При значениях ΔН < 1,0 м/км следует использовать конструкцию микроГЭС без напорного трубопровода.
Расчет капитальных затрат
Капитальные затраты на микроГЭС напрямую связаны с ее мощностью. Однако, стоимость 1 кВт установленной мощности электроустановки с
увеличением полной мощности станции, как правило, уменьшается. В связи с
этим, в расчетах выделяются 3 диапазона мощностей микроГЭС с разной
удельной стоимостью 1 кВт установленной мощности:
Р < 10 кВт,
10 кВт < Р < 50 кВт,
50 кВт < Р < 100 кВт.
86
Исходными данными для определения удельной стоимости 1 кВт установленной мощности микроГЭС является стоимость продукции ведущих
российских фирм разработчиков и производителей оборудования для малой
гидроэнергетики.
Продукция зарубежных фирм имеет стоимость в 1,5–2,5 раза выше
отечественных аналогов.
Существенной особенностью микроГЭС являются значительные различия в конструктивном построении станций на малые, до 2 м, и большие
напоры. Наиболее эффективны для микроГЭС быстроходные пропеллерные
турбины, выпускаемые отечественными производителями на напоры от 2 м и
выше. На малые напоры наиболее перспективным вариантом является применение погружных свободно-поточных гидротурбин, использующих для
получения мощности скорость течения воды в водотоках. В России опыт изготовления поперечно-струйных и свободно-поточных турбин имеет, например, Санкт-Петербургская фирма «Энерго-Альянс» [108], специализирующаяся на проектировании турбин, способных при низких напорах пропускать
большие расходы и производить значительные мощности. Погружные гидроагрегаты на основе свободно-поточных турбин не требуют значительных затрат на строительные и монтажные работы по установке станции на месте, но
удельная стоимость комплектных установок на их базе значительно выше.
Определив необходимую установленную мощность станции, и выбрав
соответствующую ей удельную стоимость установки, можно найти полную
стоимость комплектного гидросилового оборудования:
(6.23)
К уст  К уст. уд  Р .
Стоимость проектных работ по определению места установки станции
на местности практически не связана с ее мощностью и может приниматься
постоянной, зависящей только от минимального размера оплаты труда
(МРОТ): К пр = 50⋅МРОТ.
Стоимость строительных и монтажных работ по установке станции на
местности Кстр определяется в зависимости от полной установленной мощности микроГЭС Р и среднего уклона реки ΔН . Для этого в расчетах применяются следующие коэффициенты:
кр – коэффициент затрат на установку станции (о.е.), в расчетах принимается постоянным, равным 0,05;
кн – коэффициент, учитывающий изменение затрат на установку станции в зависимости от среднего уклона русла реки (о.е.), в первом приближении может быть принят: при ΔН < 1,0 м/км, кн = 0,5; при ΔН = 1,0
– 4,0 м/км, кн = 1,0; при ΔН = 4,0 – 10,0 м/км, кн = 0,8; при ΔН > 10,0
м/км, кн = 0,4.
Значительный разброс в значениях коэффициента, учитывающего стоимость строительных работ в зависимости от среднего уклона русла реки
объясняется резким уменьшением длины напорного трубопровода и затрат
на его монтаж с увеличением напора. При малых напорах, до 2 м, применяется принципиально другая конструкция станции, затраты на установку кото87
рой значительно ниже. После определения поправочных коэффициентов,
стоимость строительных и монтажных работ по установке станции определяется из выражения:
(6.24)
К стр  к р  кн  К уст .
Количество кВт·ч электроэнергии, которое способна выработать станция в год, определяется из выражения:
Ч
W
Р , кВт·ч.
8760
Расчет эксплуатационных расходов
В качестве основного гидросилового оборудования микроГЭС используются гидротурбина, электрический генератор и система автоматического
управления, срок службы которых составляет, как правило, от 10 до 25 лет.
Соответственно, в расчетах принимается значение Т = 15 лет.
Топливная составляющая в эксплуатационных расходах при получении
электроэнергии от микроГЭС принимается равной нулю.
Так как современные конструкции микроГЭС обеспечивают полностью
автоматизированный режим работы, то годовые расходы на эксплуатацию
станции сводятся к периодической ревизии и чистке водозаборного устройства и смазке механических вращающихся частей установки. При этом величина расходов на эксплуатацию станции практически не зависит от её мощности и конструктивного выполнения. В связи с этим, в расчетах величина
расходов на эксплуатацию станции любой мощности принимается постоянной, зависящей от минимального размера оплаты труда (МРОТ): Сэкс=
36·МРОТ [84].
Величина затрат на ремонт определяется в зависимости от стоимости
комплектной установки и стоимости строительных и монтажных работ по
установке станции:
(6.25)
C рем  к рем  p H  К уст  К стр ,
где крем – коэффициент затрат на ремонт (о.е.), принимаемый в расчетах
равным 0,2.
6.4.3
Технико-экономические
характеристики
электростанций, использующих биотопливо
автономных
Технико-экономические характеристики автономных электростанций,
использующих биотопливо, зависят от многих факторов, важнейшими из которых являются топливная составляющая в стоимости электроэнергии, затраты на энергетическое оборудование и его эксплуатацию и другие.
Для значительной территории России к наиболее перспективным энергоресурсам растительного происхождения следует отнести биомассу лесов.
Следует отметить существенно меньшее количество вредных примесей
в продуктах сгорания древесины по сравнению с углем. Таким образом, речь
идет о значительном энергетическом потенциале биомассы лесных отходов.
Наиболее перспективным способом энергетического использования древесных отходов является газификация древесины.
88
Объем капиталовложений в вариант системы электроснабжения от газогенераторной станции, работающей на биомассе, зависит от следующих
показателей: варианта исполнения газогенераторной установки, расходов на
транспортировку оборудования, расходы на строительно-монтажные, пусконаладочные, проектно-конструкторские работы.
Зависимость, позволяющая оценивать объем капиталовложений в исследуемые объекты, представляется в виде выражения:
(6.26)
K  N уд  К уд. уст  К тр m, s   П ,
где Nуд – установленная мощность газогенератора, кВт;
Kуд.уст – удельная стоимость 1 кВт установленной мощности, руб./кВт;
Kтр(m, s) – расходы по транспортировке газогенератора, зависящие от
массы оборудования (m) и дальности транспортировки (s);
П – прочие расходы (расходы на строительно-монтажные, пусконаладочные, проектноконструкторские работы).
Зависимость величины капиталовложений от мощности энергоустановки в графическом виде показана на рис. 6.1.
Рисунок 6.1 – Изменение капиталовложений в установку газогенераторной
электростанции в зависимости от варианта исполнения и
мощности потребителя
Эксплуатационные затраты З (NГГ)⋅103, руб./год при эксплуатации одного агрегата газогенератора можно определить из выражения:
З  N ГГ     К  F  N ГГ   Зтоп ,
(6.27)
где α – коэффициент амортизационных отчислений (на капитальный ремонт и реновацию, расходы на эксплуатацию) от капиталовложений, принятый по 4% в год [84, 13]; F(NГГ) – среднегодовой фонд заработной платы, в
зависимости от мощности газогенератора и соответственно численности обслуживающего персонала в течение срока эксплуатации оборудования; Зтоп –
затраты на топливо.
Для газодизельного варианта исполнения электростанции
Зд.топ  Вбиом  Ц т.биом  Вдиз  Ц г см ,
(6.28)
89
где Цm.биом – прейскурантная цена биомассы, руб./кг; Цгсм – стоимость ГСМ
(дизельного топлива и масла) для конкретных децентрализованных потребителей; Вдиз, Вбиом – расход топлива на выработку электроэнергии.
Объемы расходуемого топлива равны:
Bдиз  Wг од  bэдиз ; Bбиом  Wг од  bэбиом ,
(6.29)
где Wгод – годовая выработка электроэнергии на газодизельной станции,
кВт⋅ч; bэдиз – удельный расход дизельного топлива, л/кВт⋅ч; bэбиом – удельный расход биомассы, кг/кВт⋅ч.
Для газогенераторной электростанции:
Зд.топ  Вбиом  Ц т.биом ,
(6.30)
где Цm.биом – прейскурантная цена биомассы, руб./кг; Вбиом – расход топлива
на выработку электроэнергии:
Bбиом  Wг од  bэбиом ,
(6.31)
где Wгод – годовая выработка электроэнергии на газопоршневой станции,
кВт⋅ч; bэбиом – удельный расход биомассы, кг/кВт⋅ч.
Расчет стоимости заготовки и транспортировки топливных дров и щепы основан на определении суммы стоимости лесосечных, транспортных и
вспомогательных работ. По данным исследований техникоэкономических
показателей удельная стоимость лесосечных работ составляет 47–56 руб./м3
при сплошной рубке и 36–38 руб./м3 при выборочной рубке. Удельная стоимость транспортировки щепы зависит от расстояния транспортировки и в
общем виде представлена зависимостью, приведенной на рис. 6.2 [84].
Рисунок 6.2 - Удельная стоимость транспортировки щепы в зависимости от
расстояния транспортировки
При условии, что одному м3 древесного топлива, в зависимости от его
влажности и породного состава, соответствует 500–750 кг, а удаленность потребителей электроэнергии от места лесозаготовки не превышает 500 км,
стоимость биотоплива в области находится в пределах 0,1–0,7 руб./кг.
Эффективность работы газогенераторной электростанции можно оценивать по величине общего (годового) экономического эффекта (ОЭЭ), обусловленного экономией дизельного топлива, тыс. руб:
ОЭЭ  Вдиз  Ц г см  З  N ГГ ,
(6.30)
где Цгсм – стоимость ГСМ (дизельного топлива и масла) для конкретных
децентрализованных потребителей, тыс. руб./тонну; З(NГГ) – годовые затраты
90
на эксплуатацию газогенераторной электростанции, руб.; Вдиз – объем сэкономленного топлива, обусловленного применением газогенератора, тонны.
Изменения ОЭЭ в зависимости от стоимости биомассы Цm.биом и степени неравномерности графика нагрузки KЗП представлен на рис.6.3 для станции мощностью 30 кВт.
Себестоимость электроэнергии от газогенераторной электростанции
определяется как:
З  N ГГ 
,
(6.31)
C
Wг од
где Wгод – годовая выработка электроэнергии.
Рисунок 6.3 – Изменение ОЭЭ для газопоршневого варианта исполнения газогенераторной электростанции, при варьировании параметра КЗП = 1–0,1
Расчеты показывают, что для мощностей до 400 кВт и цены на биомассу 0,1–0,7 руб./кг себестоимость производимой электроэнергии находится в
пределах 1–4 руб./кВт⋅ч, что определяет экономическую целесообразность
использования биомассы лесов для производства электроэнергии в локальных системах электроснабжения.
6.5. Определение рационального сочетания традиционных и возобновляемых источников в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей
Рациональное сочетание потребляемых энергоресурсов позволяет снизить затраты на энергоснабжение и тем самым повысить эффективность производства сельскохозяйственной продукции. Выбор источников энергии возможен при наличии взаимозаменяемых и конкурентоспособных энергетических ресурсов.
91
6.5.1 Принципы исследования рационального сочетания потребляемых
энергоресурсов в системе энергоснабжения
Существующие системы энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей представляют собой совокупность специализированных схем
электро-, газо-, угле- и нефтеснабжения. Структура схемы энергоснабжения
зависит от видов традиционно используемых энергетических ресурсов.
В системе энергоснабжения выбор традиционных источников производится из числа доступных энергоресурсов. При этом выбранные энергоресурсы не всегда отвечают условиям рационального их использования.
Для эффективного энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей предлагается снизить потребление традиционных энергоресурсов путем
использования возобновляемых источников. Рассматриваемые виды солнечной и ветровой энергии служат в качестве дополнительных источников в системе энергоснабжения.
Схема энергоснабжения с использованием возобновляемой энергии
рассматривается как система, в которой необходимо рационально использовать как традиционные, так и возобновляемые энергоресурсы. Фундаментом
для определения рационального сочетания потребляемых энергоресурсов является системная методология [1].
В системной методологии важно различать исследование сложного
объекта как системы и системное исследование такого объекта. При исследовании системы особое внимание уделяется ее структуре, характеру связей и
отношений между элементами [14, 23].
Системное исследование позволяет выявить механизмы функционирования и условия развития объекта. При этом системное исследование объекта
требует учёта не только внутренних связей, но и внешних связей с другими
подсистемами более широкой системы.
В первом случае, когда учитывается внутренняя связь, исследуется система на известных принципах теории систем. Во втором случае каждый
объект, являясь относительно самостоятельным образованием, не может существовать без взаимодействия с другими системами. Тогда все имеющиеся
системы должны быть рассмотрены в комплексе.
Методология выбора рационального сочетания потребляемых энергоресурсов рассматривается как совокупность принципов и методов решения
поставленных задач. При этом необходимо разработать взаимосвязанные модели, имеющие определенную иерархичность в виде различных уровней. Тогда многоуровневые модели, как система знаний служат для выбора рационального сочетания потребляемых энергоресурсов.
Таким образом, для достижения поставленной цели основные этапы
исследования представляются как многоуровневая система. Разрабатываемые
модели в виде схемы многоуровневой системы исследования приведены на
рис. 6.4.
На первом уровне для эффективного энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей разрабатывается сама система энергоснабжения с ис92
пользованием возобновляемых источников. Данная система как сложный
объект требует исследования условий энергообеспечения технологических
процессов от разных источников.
Потребную энергию для технологических нужд можно получить как от
традиционных, так и от возобновляемых источников. Поэтому необходимо
получить модель определения потребной энергии от рассматриваемых источников в системе энергоснабжения. При этом важно определить условия
использования возобновляемых источников в системе энергоснабжения.
Рисунок 6.4- Схема многоуровневой системы исследования для выбора рационального сочетания потребляемых энергоресурсов [1]
На втором уровне исследования, разрабатываются методы оценки использования солнечной и ветровой энергии в энергообеспечении сельскохозяйственных потребителей путем согласования режимов поступления и потребления возобновляемой энергии. При этом для оценки условий согласования необходимо разработать специальные показатели энергообеспечения потребителей и замещения традиционных энергоресурсов от ВИЭ.
На данном уровне важно получить зависимость энергообеспечения потребителей и доли замещаемой энергии от основных параметров гелио- и
ветроэнергетических установок и энергетических характеристик ВИЭ.
На третьем уровне исследуется подсистема энергоснабжения от возобновляемых источников, разрабатываются модели функционирования ее в си93
стеме энергоснабжения. При этом необходимо поэтапно решить взаимосвязанные задачи, позволяющие получить модели соответствующего уровня.
На первом этапа данного уровня моделируются условия поступления
солнечной и ветровой энергии и определяются энергетические характеристики возобновляемых источников. При этом важно учесть случайный характер
поступающей возобновляемой энергии. Энергетические характеристики
должны быть представлены в удобной форме для согласования возобновляемых источников с потребителем.
Второй этап третьего уровня представляет собой модель функционирования гелио- и ветроэнергетических установок на основе энергетических характеристик возобновляемых источников. Модели функционирования лучше
представить в удельных показателях, чтобы определить основные параметры
ГЭУ и ВЭУ. Гелио- и ветроэнергетические установки с оптимальными параметрами позволяют рационально использовать существующие в окружающей среде возобновляемые энергоресурсы [1].
На четвертом уровне исследуются условия выбора рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергоресурсов в системе энергоснабжения. Дополнительные источники в традиционной системе энергоснабжения служат для повышения ее эффективности. Тогда критерием рационального сочетания потребляемых энергоресурсов является затраты на потребляемую энергию от системы энергоснабжения с использованием ВИЭ.
Таким образом, методология рационального сочетания традиционных и
возобновляемых энергоресурсов в системе энергоснабжения требует решения научных задач путем разработки взаимосвязанной модели разного уровня. Для снижения затрат на энергоснабжение необходимо рационально использовать не только традиционные, но и возобновляемые энергоресурсы.
Для повышения эффективности энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей необходимо разработать систему комплексного энергоснабжения как совокупность традиционных и возобновляемых источников.
Понятие «комплексность» выражает целостность внешних, разнородных факторов. На основе системного подхода в рамках системы энергоснабжения возможен выбор рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергоресурсов [14].
6.5.2. Разработка системы комплексного энергоснабжения с использованием возобновляемых источников
Система комплексного энергоснабжения является элементом более высокой производственной системы, которая для производства сельскохозяйственной продукции нуждается в трудовых, материальных и энергетических
ресурсах. Производственная система (ПС) (рис. 6.5) содержит следующие
подсистемы [30]:
Т - технологический объект, осуществляющий преобразование исходных материалов (М) в полезную продукцию (П);
ТР - подсистема «трудовые ресурсы»;
М - подсистема «материальные ресурсы»;
94
Э
- подсистема «энергетические ресурсы», обеспечивающая функционирование отдельных технологических процессов.
Каждая подсистема имеет свою цель и согласно иерархичности, подчиняется главной задаче системы. Подсистема «энергетические ресурсы» может воздействовать на конечные цели только совместно с другими смежными
подсистемами. Такая постановка вопроса ставит перед исследователем задачу изучения производственной системы в целом. Тогда вопросы энергоснабжения неизбежно окажутся второстепенными.
Рисунок 6.6 - Структурная схема производственной системы
Для полного анализа подсистемы «Энергетические ресурсы» следует ее
выделить в самостоятельную систему. При этом функционирование данной
системы должно быть подчинено главной цели производственной системы
обеспечению выпуска продукции с минимальными затратами.
Система «Энергетические ресурсы» предусматривает энергоснабжение
потребителей от разных источников. На рис. 6.7 приведены возможные схемы электро- и теплоснабжения технологических процессов.
Рисунок 6.7 -Схема энергоснабжения потребителей
В целом принцип энергоснабжения основан на взаимодействии источников электро- и теплоснабжения с внешней энергетической и информационной связью. Сама схема энергоснабжения представляется как комплексная
95
по наличию независимых, но связанных с общей задачей источников энергии. В [72, 73, 74, 75] автором рассмотрена схема энергоснабжения с использованием традиционных и возобновляемых источников (рис. 6.8).
Рисунок 6.8 — Схема комплексного энергоснабжения с использованием возобновляемых источников:ЭС, ТС - централизованные системы электро- и теплоснабжения;
МЭС - местная автономная электростанция; ТГУ - теплогенерирующая установка
на органическом топливе; ВИЭ - возобновляемый источник энергии
В схеме комплексного энергоснабжения электрическая энергия может
быть получена от централизованной электрической сети или автономных источников МЭС и ВИЭ, а тепловая энергия — от централизованной тепловой
сети, автономной ТГУ или путем преобразования электрической и возобновляемой энергии.
В качестве ВИЭ служат различные виды возобновляемой энергии.
Суммарную энергию от ВИЭ можно представить как:
n
 QB.i  QB.1q1  QB.2 q2  ...QB.n qn  QB.1 1  q1   QB.2 1  q2   ...  QB.n 1  qn 
i 1
или в общем виде:
n
n
n
i 1
i 1
i 1
 QB.i   QB.i q B.i   QB.i 1  q B.i  ,
(6.32)
где QB.i - потребляемая энергия от i-го возобновляемого источника; qB.i и (1qB.i) - соответственно доля электрической и тепловой энергии, получаемой от
i-ro возобновляемого источника.
Потребное количество электрической и тепловой энергии может быть
обеспечено источниками, рассматриваемыми в схеме энергоснабжения:
n
QП  QЭС qЭС  QМЭС q МЭС   QB.i q B.i  QЭС 1  qЭС   QМЭС 1  q МЭС  
i 1
n
n
i 1
i 1
  QB.i 1  q B.i   QТС  QТГУ  QЭС  QМЭС   QB.i  QТС  QТГУ
где
, (6.33)
QЭС, QTС, QМЭС, QТГУ - потребляемая энергия от централизованной системы электро- и теплоснабжения, местной автономной электростанции и теплогенерирующей установки соответственно; qЭС, qМЭС - доля
96
электроэнергии и (1–qЭС), (1-qМЭС) - доля тепловой энергии от источников ЭС и МЭС.
Совокупность традиционных и возобновляемых источников энергии
для электро- и теплоснабжения образует систему комплексного энергоснабжения (СКЭ), которая обладает:
- совокупностью элементов и их иерархичностью;
- целостностью;
- наличием связей между элементами системы.
Все процессы функционирования системы энергоснабжения связаны с
генерированием, преобразованием, хранением и передачей энергии. В зависимости от выполняемой функции могут быть полные, неполные и элементарные подсистемы [1, 58].
Полные подсистемы выполняют все перечисленные выше функции. В
качестве таких подсистем служат МЭС, ВИЭ, ТГУ.
В неполных подсистемах вход представляется в виде уже преобразованной энергии, а выход является промежуточной, требующей последующего преобразования, например ЭС с высоковольтной линией электропередачи
с последующим преобразованием напряжения или ТС при наличии бойлерной системы.
Элементарные подсистемы выполняют лишь функции приема и распределения энергии потребителям. Сюда можно отнести ЭС с низковольтной
сетью или ТС с тепловой сетью от мощной котельной.
Ввиду открытости исследуемой системы можно ее развивать с привлечением различных видов источников энергии, включая различные виды ВИЭ.
Система комплексного энергоснабжения с энергетическими и информационно-управляющими связями представлена на рис. 6.9.
Рисунок 6.9 — Система комплексного энергоснабжения с использованием возобновляемых источников:
- информационно-управляющие связи;
- энергетические связи.
Исследование СКЭ с использованием ВИЭ должно базироваться на
следующих принципах:
- объектом исследования является система, состоящая из нескольких подсистем, источников электрической и тепловой энергии;
97
- основная задача — обеспечение потребной энергии качественно и надежно
с минимальными затратами путем рационального использования потребляемых энергоресурсов.
Возможность выделения элементов в самостоятельные подсистемы с
определенными функциями позволяет более эффективно анализировать их и
оптимизировать параметры отдельных подсистем в рамках системы более
высокого порядка. В частности, это касается подсистем, преобразующие возобновляемые виды энергии.
В системных исследованиях важную роль играет целостность системы.
Понятие целого отражает гармоничное единство и взаимодействие частей по
определенной упорядоченной схеме для достижения поставленной цели [14].
Целостность системы представляет собой внутреннее ее свойство; характеризуется она новыми качествами и свойствами, не присущими отдельным частям (элементам), но возникающими в результате их взаимодействия.
Тогда благодаря новым качествам в СКЭ появляется возможность рационального использования потребляемых энергоресурсов, и разработать эффективную систему энергоснабжения.
В рассматриваемой системе комплексного энергоснабжения электрическая энергия может быть получена от централизованной системы (ЭС) или
децентрализованной системы электроснабжения с использованием местной
электростанции (МЭС), в зависимости от расположения потребителя в зоне
централизованной электрической сети, а также от возобновляемого источника независимо от схемы электроснабжения.
Потребная тепловая энергия может быть получена от централизованной системы теплоснабжения (ТС) или собственного источника (ТГУ) или
путем преобразования электроэнергии, а также от возобновляемых источников. Выбор может производиться привлечением дополнительных источников
ВИЭ с учетом сложившейся системы теплоснабжения [1].
Таким образом, потребная энергия может быть обеспечена традиционными источниками электрической, тепловой энергии и возобновляемыми источниками:
n
QП  QЭС QМЭС   QТС QГТУ    QB.i
(6.34)
i 1
Для рационального использования энергетических ресурсов необходимо определить роль и место ВИЭ в СКЭ. Нами рассматриваются наиболее
доступные потребителю возобновляемые источники, исследуются возможности использования солнечной и ветровой энергии в энергообеспечении потребителей в составе СКЭ. Исходя из опыта использования ВИЭ, гелиоэнергетическая установка (ГЭУ) служит для теплоснабжения, ветроэнергетическая установка (ВЭУ) - для электро- и теплоснабжения.
Тогда потребная электрическая энергия может быть обеспечена за счет
традиционного источника и ВЭУ:
QП .ЭЛ  QТ .ЭЛ  QВЭУ
(6.35)
тепловая энергия - за счет традиционного источника, ГЭУ и ВЭУ:
98
QП .ТЕПЛ  QТ .ТЕПЛ  QГЭУ  QВЭУ ,
(6.36)
где QT, QГЭУ, QВЭУ ~ выработка энергии соответственно от традиционного
источника и гелио- и ветроэнергетической установки.
Поскольку возобновляемые источники рассматриваются как дополнительные источники в системе энергоснабжения, заданная потребная энергия
QП может быть получена путем перебора нескольких вариантов энергоснабжения:
QТ



QТ  QГЭУ

Q  F
(6.37)
  QП .
Q

Q
ВЭУ
 Т

QТ  QГЭУ  QВЭУ 

Тогда потребляемая энергия от традиционного источника:
n
QТ  QП   QВ.i ,
(6.38)
i 1
Доля традиционных источников в системе энергоснабжении сельскохозяйственных потребителей зависит от условий использования ВИЭ. При этом
традиционные источники служат для обеспечения надежности энергоснабжения и качества потребляемой энергии.
Таким образом, рациональное сочетание потребляемых энергоресурсов
зависит от условий использования возобновляемых источников в системе
энергоснабжения. Для эффективного энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей необходимо учитывать все факторы, влияющие на использование возобновляемых источников.
Поскольку потребная энергия от СКЭ представляется как сумма энергии от возобновляемых источников QB и традиционного источника QT:
n
QП   QB.i  QТ
(6.39)
i 1
возобновляемый источник покрывает только часть потребной энергии. Тогда
доля потребной энергии, замещаемой i-м возобновляемым источником, представляется как:
Q
(6.40)
f i  B.i
QП
Для оценки доли замещаемой энергии в системе комплексного энергоснабжения с использованием ВИЭ требуются соответствующие исследования. В этом случае важно выявить механизмы функционирования подсистем
и системы комплексного энергоснабжения в целом.
В СКЭ подсистемы на базе традиционных источников известны и изучены на достаточном уровне. Известны особенности систем электро- и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей на базе традиционных источников. Существуют различные методы проектирования этих систем, как
для новых условий, так и для реконструкции существующих систем энергоснабжения.
99
Недостаточно изученной остается подсистема энергоснабжения на основе возобновляемых источников. Для данной подсистемы требуется
быявить механизм ее функционирования в составе СКЭ.
На основе исследования подсистемы ВИЭ можно совершенствовать
условия использования возобновляемых источников и рационального сочетания традиционных и возобновляемых энергетических ресурсов в системе
энергоснабжения. При этом возможно потребуется разработать соответствующие технические решения [1].
Исследование условий функционирования подсистемы энергоснабжения от ВИЭ является важным этапом в создании эффективной системы энергоснабжения. Исследование подсистемы с использованием солнечной и ветровой энергии производится на определенных принципах.
6.5.3. Условия определения рационального сочетания потребляемых
энергоресурсов в системе комплексного энергоснабжения
Исследуемая система комплексного энергоснабжения представляет собой сложную управляемую динамическую систему, работающую в условиях
непрерывно изменяющихся внешних воздействий, обусловленных различными факторами. Влияние этих факторов, главным образом случайных, сказывается как на результатах функционирования отдельных элементов системы, так и в целом на эффективности самой системы.
Условия функционирования исследуемой системы комплексного энергоснабжения определяются количеством поступающих энергетических ресурсов на входе и потоком энергии от каждого источника на выходе. При
этом необходимо обеспечить выполнение заданной функции энергообеспечения конкретного потребителя [1].
Потребная электрическая и тепловая энергия нужного качества может
быть обеспечена от одного или от нескольких источников. Для конкретного
потребителя важно определить потребность в каждом виде энергии и источники их покрытия. В этом случае необходимо определить долю участия каждого источника. Выбор источников энергии и их участие должны быть обоснованы исходя из потребляемых от них энергоресурсов.
Доля участия каждого источника оказывает влияние на выбор рационального сочетания потребляемых энергоресурсов и на необходимые затраты
на энергоснабжение от СКЭ. Поэтому для эффективного энергообеспечения
потребителей от системы энергоснабжения необходимо обеспечить потребную энергию с минимальными затратами:
n
З   сi  Qi  min
(6.41)
i 1
где
ci, Qi — соответственно стоимость и количество потребляемой энергии
от i-го источника.
Необходимые затраты на обеспечение потребной электрической или
тепловой энергии можно переписать в виде:
100
n
З   c В.i  QП  f i  cT  QП  1  f   ,
(6.42)
i 1
где сВ, сТ — стоимость энергии от возобновляемого и традиционного источников соответственно; f∑ - суммарная доля замещаемой энергии от ВИЭ.
Суммарная доля замещаемой энергии от ВИЭ зависит от технологии
использования возобновляемых источников в системе энергоснабжения. При
совместном использовании солнечной и ветровой энергии:
 f   f ГЭУ  f ВЭУ
,
(6.43)

0  f   1
После несложных преобразований можно определить удельные затраты на энергию от системы комплексного энергоснабжения. Тогда целевая
функция исследуемой системы примет вид:
n
c   cB.i  f i I , Z , P, C , p B.i , t   cT 1  f  I , Z , P, C , ps , pv , t   min
(6.44)
i 1
Таким образом, удельные затраты на потребляемую энергию от СКЭ
зависит от доли потребной энергии, замещаемой ВИЭ. Тогда для эффективного энергообеспечения потребителей необходимо определить соответствующую долю замещаемой энергии от ВИЭ, которая в дальнейшем позволит
определить рациональное сочетание традиционных и возобновляемых энергоресурсов.
Доля потребной энергии, замещаемой от ВИЭ, зависит от многих факторов и главным образом от условий использования ГЭУ и ВЭУ в энергообеспечении потребителей. Определение эффективной доли замещаемой
энергии является предметом системного исследования.
В системе энергоснабжения возобновляемая энергия может замещать
традиционный источник, когда это возможно и целесообразно. Использование возобновляемой энергии в СКЭ возможно при условии:
c B K B , Z , f , QB   cT
,
(6.45)

TOK K B , Z , f , QB , cT   TCЛ
где ТОК,ТСЛ - сроки окупаемости и службы подсистемы, использующей
ВИЭ; КВ - капиталовложения в использование возобновляемых источников.
При равенстве сВ= сТ можно ожидать эффект за счет экономии топлива.
Стоимость преобразованной возобновляемой энергии (сВ) и срок окупаемости энергоустановки (ТОК) взаимосвязаны. Они зависят от многих факторов, в
частности, от совершенства технических решений, технологии использования возобновляемой энергии, которая определяется условием согласования
возобновляемого источника с потребителем и параметрами энергетических
установок, преобразующих ВИЭ [1].
Эффективное энергообеспечение невозможно без учета влияния всех
подсистем на условия функционирования системы в целом. ВИЭ в традиционной схеме энергоснабжения является дополнительным источником, а в обновленной системе комплексного энергоснабжения наиболее важным элементом.
101
6.6. Показатели использования возобновляемых источников в системе комплексного энергоснабжения
В системе энергоснабжения необходимо оценить условия энергообеспечения потребителей от возобновляемых источников с одной стороны, и долю потребной энергии, замещаемой ВИЭ - с другой стороны, чтобы определить количество сэкономленного топлива и эффективность системы комплексного энергоснабжения. Для этого необходимо разработать показатели
энергообеспечения потребителей и использования ВИЭ, а также доли замещаемой традиционной энергии.
6.6.1. Показатели использования ВИЭ в энергообеспечении потребителей
Для определения эффективности рассматриваемых вариантов необходимо знать условия энергообеспечения от ВИЭ по суточным показателям.
Вариант энергоснабжения предполагает энергоустановку с конкретными параметрами.
Для оценки условий энергообеспечения за сутки предлагается ввести
показатель — коэффщиент энергообеспечения от ВИЭ, показывающий долю
суточной потребной энергии, обеспечиваемой возобновляемой энергией [1]:
Qпол.сут .i
K об .i 
 1,
(6.46)
Qп.сут .i Qак .сут .i 
где
Qпол.сут.i — полезно вырабатываемая энергия за сутки установкой ГЭУ
или ВЭУ в i-м месяце.
Полезно энергия от ВЭУ и ГЭУ соответствует заданной потребной
энергии. Тогда коэффициент энергообеспечения как величина относительная
не должен превышать единицы, и полезная энергия определяется из условия:
если QП  QB
QВ  QB.УД А,
QПОЛ .  
.
(6.47)
если
Q

Q
Q
,
П
B
 П
Превышение ожидаемой выработки от потребной приводит к излишкам энергии, которые не используются и теряются в окружающей среде.
Условия энергообеспечения зависят от параметров гелио- и ветроэнергетических установок: площади СК ГЭУ и ВК ВЭУ. При этом зависимость возможной выработки от площади СК или ВК носит линейный характер. Однако все
зависит от того, насколько выработка от ГЭУ и ВЭУ соответствует потребной энергии и возможны ли излишки энергии, которые теряются в окружающей среде. Поэтому следует оценить полезность или используемость ГЭУ
или ВЭУ с предлагаемой площадью СК или ВК.
Для оценки условий использования установленной площади СК или
ВК вводится показатель - коэффициент использования ГЭУ или ВЭУ, учитывающий долю вырабатываемой энергии для покрытия потребной энергии:
Q
K И .i  П .i  1 .
(6.48)
QПОЛ .i
102
Полезно используемая энергия определяется по выше приведенному
условию. В случае, когда энергии вырабатывается меньше, чем требуется,
установленная площадь СК или ВК и вырабатываемая энергия используются
полностью и КИ=1. В противном случае ожидаются недоиспользование энергоустановки и потери энергии в окружающей среде.
Предлагаемые критерии позволяют оценить условия энергообеспечения суточной потребности в различные месяцы расчетного периода, а также
условия использования той или иной площади СК или ВК. По сути, повышение коэффициента энергообеспечения сопровождается снижением коэффициента использования установленной площади СК или ВК.
При известных значениях предлагаемых показателей можно определить полезно вырабатываемую энергию за сутки в i-ом месяце:
QПОЛ .i  QП .i  K об .i  QB.i  K И .i
(6.49)
Тогда
Q
Q
K об.i  В.i К И .i  К И .i В.УД .i Аск (вк )i
QП .i
QП .i
QП .УД .i
Q
K И .i  П .i К об .i  К об .i
или
.
(6.50)
QВ.i
QВ.УД ..i  Аск ( вк )i
В течение года вырабатываемая энергия неравномерна, и сложно выявить какую-то закономерность или годовой ход показателей энергообеспечения и использования, поскольку режимы поступления возобновляемой
энергии и работы технологических процессов не связаны между собой.
Для оценки условий энергообеспечения за расчетный период можно
определить среднее значение КОБ. Однако данный показатель не может служить в качестве объективной оценки, поскольку является случайной величиной в течение месяца или года. Поэтому условия энергообеспечения за расчетный период можно оценить только в вероятностной форме.
Таким образом, эффективность энергоснабжения с использованием
возобновляемой энергии зависит от условий энергообеспечения потребителей. Однако коэффициент энергообеспечения, полученный по суточным показателям вырабатываемой и потребляемой энергии, не в полной мере отражает условия энергообеспечения за более длительный период [1].
Для расчетного периода необходимо ввести интегральный показатель.
Данный показатель должен отражать долю потребной энергии, замещаемой
ВИЭ за расчетный период (сезон, год). При этом необходимо учитывать случайный характер поступающей возобновляемой энергии, а значит вероятность энергообеспечения потребителей и замещения традиционных энерго-ресурсов.
6.6.2. Показатель доли замещаемой энергии от ВИЭ
За расчетный период следует определить долю потребной энергии, замещаемой ГЭУ и (или) ВЭУ. Доля замещаемой энергии оценивается коэффициентом замещения f, учитывающим условия суточного энергообеспече103
ния и ее случайный характер в течение расчетного периода. Учет случайного
режима поступающей энергии повышает объективность и надежность расчета коэффициента замещения. По поступающей энергии определяем ожидаемую вырабатываемую энергию в вероятностной форме. Тогда для оценки замещаемой энергии необходимо вычислить интегральную обеспеченность суточной выработки ГЭУ и ВЭУ за месяц.
По интегральной обеспеченности суточной выработки p(QB) несложно
установить, сколько дней ожидается гарантированная выработка энергии от
ГЭУ или ВЭУ. Так, в течение i-го месяца:
П i  N i  pi QВ 
(6.51)
где Ni - число дней в месяце.
Доля замещаемой энергии за месяц зависит от числа дней, когда ожидается гарантированная величина энергообеспеченности КОБ:
n
(6.52)
f i  K ОБ.i i
Ni
или
f i  K ОБ.i  pi QB  .
(6.53)
Интегральную обеспеченность вырабатываемой энергии можно представить энергетической характеристикой возобновляемой энергии. Для гелиоустановки воспользуемся вероятностью появления солнечной энергии, а
для ВЭУ - вероятностью появления энергии ветра, при которых ожидается
суточная выработка QB в течение месяца.
По значению коэффициента замещения за месяц устанавливают долю
замещаемой энергии за более длительный период:
1 n
1 n
f    f i    K ОБ.i Pi QB .
(6.54)
n i 1
n i 1
Таким образом, для определения доли замещаемой энергии от ВИЭ за
год или сезон необходимо оценить условия энергообеспечения потребителя и
вероятность режима выработки энергии за расчетный период. Условия энергообеспечения за расчетный период можно оценить по среднему значению
суточного коэффициента энергообеспечения за рассматриваемые месяцы.
Среднее значение коэффициента энергообеспечения за расчетный период
определяется как:
Q
1 n
1 n
(6.55)
K ОБ    K ОБ.i    К И .i В.УД .СУТ .i  АСК  ВК i
n i 1
n i 1
QП .СУТ .i
Средняя величина коэффициента энергообеспечения за сезон или год
показывает долю суточной потребной энергии, покрываемой энергоустановкой ГЭУ или ВЭУ с заданной площадью в течение расчетного периода [1].
ГЭУ или ВЭУ, обеспечивая потребную энергию, по сути, замещает
традиционный источник в системе энергоснабжения. Долю замещаемой
энергии от ВИЭ можно оценить коэффициентом замещения, который определяется как:
104
1 n
(6.56)
  pi QB .
n i 1
Для объективной оценки условий замещения от ВИЭ следует исследовать режимы поступления возобновляемой энергии и полезной выработки.
При этом необходимо обосновать энергетические характеристики возобновляемого источника, которые в вероятностной форме позволят оценить полезную выработку от ГЭУ и ВЭУ.
Для расчетного периода можно оценить условия использования установленной площади СК ГЭУ или ВК ВЭУ. Для этого по суточной величине
Кил, полученной для каждого месяца, можно определить его среднее значение за расчетный период:
QП .СУТ .i
1 n
1 n
.
(6.67)
K И    K И .i    К ОБ.i
n i 1
n i 1
QВ.УД .СУТ .i  АСК  ВК i
Предложенную методику расчета коэффициента замещения рекомендуется использовать, когда ГЭУ и ВЭУ работают раздельно и не связаны
между собой. При этом ГЭУ или ВЭУ совместно с традиционным источником обеспечивают потребную энергию.
В случае совместного использования ГЭУ и ВЭУ необходимо учитывать условия их работы в составе комплекса гелиоветроэнергетической установки (ГВЭУ). Выработка энергии может осуществляться одновременно от
ГЭУ и ВЭУ, или только от одной из установок, или возможно полное отсутствие выработки от этих установок. Тогда доля замещаемой энергии от
ГВЭУ зависит от режима совместной работы ГЭУ и ВЭУ.
При совместном использовании солнечной и ветровой энергии доля
замещаемой энергии будет отличаться от простой суммы коэффициентов замещения ГЭУ и ВЭУ. Значение коэффициента замещения зависит от условий
согласования режимов поступающих солнечной и ветровой энергии и потребления после ее преобразования.
В зависимости от условий согласования каждая установка обеспечивает определенную долю потребной энергии. При этом суточный коэффициент
энергообеспечения от ГВЭУ определяется из условия:
ГЭУ
ВЭУ
K ОБ
 K ОБ
 1.
(6.58)
ГЭУ или ВЭУ может обеспечить суточную потребность в зависимости
от условий поступления возобновляемой энергии. Следует определить, когда
происходит совместное поступление солнечной и ветровой энергии или ожидается их раздельное поступление.
Коэффициент замещения за расчетный период определяется с учетом
режима выработки гелиоветроэнергетической установки. Для этого сначала
вычисляем время работы ГЭУ и ВЭУ при раздельном их использовании. Так
общее время работы ГЭУ или ВЭУ в течение N дней конкретного месяца или
расчетного периода:
N ГЭУ  N  p QBГЭУ или N ВЭУ  N  p QBВЭУ .
(6.59)
f  K ОБ 




105
Число дней совместной работы ГЭУ и ВЭУ зависит от условий одновременной выработки. Ввиду случайности заданных величин время совместной работы ГЭУ и ВЭУ определяется с учетом вероятности их одновременной выработки.
Таким образом, для оценки коэффициента замещения при совместном
использовании солнечной и ветровой энергии необходимо знать вероятность
одновременной выработки от ГЭУ и ВЭУ. При этом на выработку влияет
условия поступления возобновляемой энергии и требуется оценка энергетических характеристик возобновляемого источника в вероятностной форме.
По ожидаемой выработке энергетической установки оцениваются
условия энергообеспечения потребителей и использования установленной
площади СК и ВК. Показатель энергообеспечения оценивает результат согласования источника энергии с потребителем.
По энергетической характеристике возобновляемого источника определяется ожидаемая выработка с удельной площади СК ГЭУ или ВК ВЭУ.
Для выбора оптимальной площади необходимо исследовать зависимость полезно вырабатываемой энергии от площади СК и ВК, т.е. зависимость условий энергообеспечения потребителей от основного параметра энергоустановки.
Таким образом, наиболее важным показателем использования ВИЭ является коэффициент замещения, который рассматривается как интегральная
величина за расчетный период. Доля замещаемой энергии учитывает случайный характер поступающей возобновляемой энергии. Для этого необходимо
исследовать энергетические характеристики источника энергии и представить их в вероятностной форме.
6.6.3. Методы оценки условий энергообеспечения и замещения потребной энергии от ВИЭ
За период работы ГЭУ и ВЭУ в течение года или сезона необходимо
определить коэффициент замещения, который зависит от условий суточного
энергообеспечения и вероятности ожидаемой суточной выработки за расчетный период. Условия энергообеспечения потребителя за сутки внутри конкретного месяца можно оценить коэффициентом КОБ.
Коэффициент суточного энергообеспечения КОБ зависит от основных
параметров ГЭУ и ВЭУ. Условия энергообеспечения в течение расчетного
периода зависит от режима поступающей возобновляемой энергии [1].
За расчетный период можно определить среднее значение коэффициента энергообеспечения в зависимости от параметров ГЭУ и ВЭУ. Результатом
исследования должна быть математическая модель, оценивающая условия
энергообеспечения в зависимости от площади СК ГЭУ и ВК ВЭУ.
Необходимая площадь СК или ВК определяется для каждого месяца
исходя из суточной потребной или аккумулируемой энергии. Суточная выработка и потребная энергия могут быть разными в различные месяцы, и соответственно, площадь СК или ВК для каждого месяца:
106
QПСУТ
.i
A   A0 ...Am  .
,
(6.60)
Ai  СУТ
QВ.УД .i
Для каждого месяца рассматриваемого расчетного периода потребуется
своя площадь СК ГЭУ или ВК ВЭУ, при которой коэффициент суточного
энергообеспечения принимается равной единице. В течение расчетного периода потребная площадь изменяется в широких пределах от минимальной
(А0) до некоторой максимальной (Аm).
На рис. 6.10 показана зависимость показателя энергообеспечения потребителя от площади СК или ВК. По оси ординат в относительных единицах
отложен показатель, который показывает долю потребной энергии обеспечиваемый возобновляемым источником.
Прямые линии на графике соответствуют вырабатываемой энергии за
сутки с удельной площади энергоустановки в течение i-го месяца. При этом
предположим, что QB.УД.0>QB.УД.1>…>QB.УД.i>QB.УД.m.
Условия максимального энергообеспечения ограничиваем горизонтальной линией, соответствующей коэффициенту КОБ.m.
При QB.УД.0, когда ожидается максимальная суточная выработка, потребная энергия максимально обеспечивается (КОБ.m) при площади А0, а при
суточной выработке QB.УД.1 для максимального энергообеспечения потребуется площадь Ai и т.д.
Рисунок 6.10 — Зависимость показателя энергообеспечения потребителя от основного параметра энергоустановки ГЭУ или ВЭУ:
Таким образом, для обеспечения суточной потребной энергии требуются площади А0, А1 ... Аm. Причем:
 QПСУТ

 QПСУТ

.i
.i
(6.61)
A0  min :  СУТ  ,
Am  max :  СУТ
.
 QВ.УД .i 
 QВ.УД .i 
Тогда следует установить зависимость показателя суточного энергообеспечения от площади СК или ВК. Для расчетного периода необходимо
107
установить зависимость среднее значения показателя суточного энергообеспечения от площади СК ГЭУ или ВК ВЭУ.
При проектировании ГЭУ или ВЭУ выбирается конкретная площадь
солнечных коллекторов или ветроколеса. При этом выбранная площадь СК
или ВК в разные месяцы расчетного периода будет обеспечивать различную
долю суточной потребности [1].
Согласно в течение расчетного периода при площади А0 максимальное
энергообеспечение суточной потребности можно ожидать только в те месяцы, когда с единицы площади СК или ВК вырабатывается QВ.УД.0. При площади А1 максимальное суточное энергообеспечение ожидается в те месяцы,
когда суточная выработка QВ.УД.0 и QВ.УД.1 в остальные месяцы доля энергообеспечения будет меньше. Причем в те месяцы, когда удельная выработка
равна QВ.УД.0, преобразованная возобновляемая энергия будет больше, чем
требуется и установленная площадь Ai используется не полностью. На графике данный режим показан штриховой линией.
При максимальной площади Аm полное энергообеспечение суточной
потребности ожидается во всех месяцах рассматриваемого расчетного периода. Однако недоиспользование установленной площади СК и ВК также будет
максимальным, а эффективность работы энергоустановки снизится.
Для исследования условий замещения энергии от ГЭУ или ВЭУ представим зависимость коэффициента энергообеспечения за расчетный период
от площади СК или ВК (рис. 6.11). На графике показаны минимальные и
максимальные площади СК или ВК, необходимые для обеспечения потребной энергии в течение заданного срока.
Приведенную зависимость можно условно разделить на две части.
Первая часть представляет собой область изменения площади установки от 0
до А0, вторая часть — от А0 до Аm.
В первой части с увеличением площади установки растет коэффициент
энергообеспечения, и зависимость носит линейный характер. Вид такой зависимости объясняется возможностью полного использования вырабатываемой
энергии в любые месяцы расчетного периода. Тогда коэффициент энергообеспечения определяется как:
 QВ.УД .i  А
(6.62)
K ОБ 
Q
 П .i
108
Рисунок 6.11 - Зависимость коэффициентов энергообеспечения от площади СК ГЭУ
или ВК ВЭУ
В данном выражении вырабатываемая и потребная энергия рассматривается как суммарные значения за расчетный период. При минимальной
площади А0 ожидается коэффициент энергообеспечения - КОБ0.
Во второй части графика наблюдается нелинейный рост коэффициента
энергообеспечения с увеличением площади СК или ВК относительно А0. Это
объясняется тем, что в отдельные месяцы при А > А0 выработанная энергия
меньше, чем требуется, в другие месяцы выработка больше и возможны излишки энергии, которые теряются в окружающей среде.
Для идеального случая, когда отсутствуют потери энергии, коэффициент энергообеспечения растет линейно (штрихпунктирная линия). Тогда максимальное энергообеспечение можно ожидать при площади Ас. Данную площадь несложно определить исходя из суммарных величин вырабатываемой и
потребляемой энергии за расчетный период:
Q
(6.63)
Ac   П  К ОБ.m .
 QВ.УД .
В действительности из-за неизбежных потерь энергии коэффициент
энергообеспечения меньше. С ростом площади СК или ВК относительно А0
он асимптотически приближается к максимальному значению. При этом с
повышением площади СК или ВК рост доли энергообеспечения пропорционален уменьшающей разнице (КОБ.m – КОБ):
dKОБ
 bK ОБ.m  K ОБ ,
(6.64)
d  A  A0 
где b - коэффициент пропорциональности, имеющий размерность, 1/м2.
Решением дифференциального уравнения является:
 ln K ОБ.m  K ОБ   b   A  A0   C
(6.65)
или ln K ОБ.m  K ОБ   b   A  A0   ln C
(6.66)
 К ОБ 
K
ln  ОБ.m
(6.67)
  b A  A0  .
С


109
После преобразования окончательно получим:
K ОБ  К ОБ.m  C  e b  A A0 
(7.68)
Для определения значения постоянных коэффициентов рассмотрим
начальное условие, когда А=А0 и КОБ = КОБ0 . Постоянная интегрирования С
из условия энергообеспечения при минимальной площади СК или ВК:
C  К ОБ.m  K ОБ 0 .
(6.69)
Для определения коэффициента b рассмотрим производную функцию в
точке А0, представляющую собой тангенс угла наклона касательной, проведенной к графику функции в точке А=А0:
b  A A0 (  b )
dKОБ
.
(6.70)
 K ОБ.m  K ОБ 0   е
dA
Согласно начальным условиям:
(6.71)
K ОБ.m  K ОБ 0 b  tg  K ОБ.m  K ОБ 0 .
Ас  А0
После преобразования коэффициент b имеет вид:
1
.
(6.72)
b
Ac  A0
Коэффициент энергообеспечения окончательно запишем в виде:
K ОБ  К ОБ.m  K ОБ.m  K ОБ.0   е

А А0
Ас  А0
(6.73)
или
А А0
 
K ОБ.0   Ас  А0 

е
.
(6.74)
K ОБ  К ОБ.m 1  1 
  K ОБ.m 



Коэффициент энергообеспечения при площади установки A0:
 QВ.УД .i А  А0  А0 К
K ОБ .0 
(6.75)
0
ОБ .m
Q
Q
А

П
 Пi
с
 QВ.УД
Тогда
А А0
 



A
(6.76)
K ОБ  К ОБ.m 1  1  .0   е Ас  А0 
 

Ac 


Максимальное значение КОБ.m не должно превышать единицы. Расчетная потребная площадь СК или ВК для каждого месяца принимается из условия максимального энергообеспечения потребителей, т.е. КОБ.m=1.
Для ветроустановки условие КОБ.m=1 легко выполнимо, поскольку
мощность, вырабатываемая ВЭУ, может обеспечить требуемое качество тепловой энергии при соответствующей ометаемой площади ветроколеса.
Для ГЭУ сложно обеспечить требуемый температурный режим, нагрев
теплоносителя возможен только до определенной температуры в зависимости от интенсивности солнечной радиации. В этих условиях КОБ.m<1 и его
значение зависит от соотношения конечной и потребной температуры:
110
TK  TН
Т К
(6.77)

 tT ,
Т П  Т Н Т П
где Тк, Тп, Тн - соответственно температура теплоносителя конечная в бакеаккумуляторе, потребная и начальная.
Таким образом, для ВЭУ можно допустить КОБ.m=1. Для ГЭУ требуется
соответствующая поправка по температуре.
Тогда коэффициент энергообеспечения:
K ОБ.m 
А А0
 A.0   Ас  А0
е
для ВЭУ
,
(6.78)
 1  1 
Ac 

  A   А А0 
ГЭУ
для ГЭУ K ОБ  1  1  .0   е Ас  А0   tT .
(6.79)
Ac 
 

Для удобства в дальнейших исследованиях рассматриваемые площади
можно представить относительно требуемого максимального значения в виде:
A
.
(6.80)

Am
Тогда коэффициент энергообеспечения при А>А0:
  0
       0 
  0   с  0
В
Г
;
K ОБ  1  1    е
K ОБ  1  1  0   е  с  0   tT . (6.81)
   с 

 с 
Таким образом, коэффициент энергообеспечения определяем исходя из
следующих условий:

 QПi А
если А  А0

QВ.УД .i


  0
K ОБ  
.
(6.82)








1  1  0   е с 0   tT если А  A0
   с 


При этом для ВЭУ tT=1.
Доля потребной энергии, замещаемой возобновляемым источником за
расчетный период:
Г
В
f ГЭУ  К ОБ
 р QBГ или f ВЭУ  К ОБ
 р QBВ
(6.83)
ВЭУ
K ОБ
где
 
 
 
p QВГ - вероятность выработки от ГЭУ, когда ожидается суточная
Г
обеспеченность К ОБ
в течение расчетного периода;
 
p QВВ - вероятность выработки от ВЭУ, когда ожидается суточная
В
обеспеченность К ОБ
в те же сроки.
Вырабатываемая энергия от ГЭУ и ВЭУ зависит от условий поступления возобновляемой энергии. При этом вероятность ожидаемой выработки
лучше представить через энергетические характеристики возобновляемого
111
источника. Тогда ожидаемая доля замещаемой энергии от ГЭУ и ВЭУ за расчетный период [1]:
Г
В
f ГЭУ  К ОБ
 р xS  или f ВЭУ  К ОБ
 р xV 
(6.84)
Продолжительность совместной работы ГЭУ и ВЭУ зависит от вероятности одновременного проявления энергетических характеристик солнечной
и ветровой энергии p(xS, xV). Тогда число дней совместной работы ГЭУ и
ВЭУ в течение расчетного периода:
n ГВЭУ  N  p xS , xV  .
(6.85)
Время раздельной работы ГЭУ и ВЭУ в составе ГВЭУ зависит от условий поступления возобновляемой энергии, и его можно определить исходя из
общего времени работы энергоустановки:
ГВЭУ
ГВЭУ
N ГЭУ
 N ГЭУ  n ГВЭУ или N ВЭУ
 N ВЭУ  n ГВЭУ
(6.86)
Тогда время работы ГВЭУ в течение расчетного периода:
ГВЭУ
ГВЭУ
N ГВЭУ  N ГЭУ
 N ВЭУ
 n ГВЭУ
(6.87)
или
N ГВЭУ  N ГЭУ  N ВЭУ  n ГВЭУ .
(6.88)
Время работы ГВЭУ в течение расчетного периода можно ожидать с
определенной долей вероятности. Тогда коэффициент замещения для ГВЭУ:
ГЭУ
ВЭУ
 K ОБ
 1,
- если K ОБ
ГЭУ
ВЭУ
 рхS   рхS , xV   К ОБ
 рхV   рхS , xV  
f ГВЭУ  К ОБ


ГЭУ
ВЭУ
ГЭУ
ВЭУ
 К ОБ
 К ОБ
рхS  рхV   К ОБ
рхS   К ОБ
рхV   f ГЭУ  f ВЭУ
,
(6.89)
ГЭУ
ВЭУ
 K ОБ
 1,
- если K ОБ
ГЭУ
ВЭУ
 рхS   рхS , xV   К ОБ
 рхV   рхS , xV   pxS  pxV 
f ГВЭУ  К ОБ
или


ГЭУ
ВЭУ
ГЭУ
ВЭУ
f ГВЭУ  К ОБ
р хS   К ОБ
р хV   К ОБ
 К ОБ
 1 p xS  p xV 
(6.90)
Таким образом, условия энергообеспечения и доля замещаемой энергии зависят от основного параметра энергоустановки — площади СК или ВК.
Проведенные исследования позволили установить зависимость показателей
использования ВИЭ в системе энергоснабжения от основных параметров.
Для подтверждения полученных результатов необходимо исследовать энергетические характеристики и условия функционирования гелио- и ветроэнергетических установок, а также учесть влияние угла наклона ГЭУ и базовых
скоростей ВЭУ на условия энергообеспечения.
6.6.4. Методика определения оптимального состава и параметров
комбинированной системы автономного электроснабжения на основе
возобновляемых источников энергии
Особенности оптимизационной задачи. Одной из задач работы
является определение оптимального состава и параметров КСАЭ-ВИЭ с
учетом реальных климатических условий эксплуатации, характеристик
112
используемого оборудования, а также особенностей потребителя, включая
ожидаемые переменные графики потребления энергии.
Критерием
оптимальности
является
минимум
затрат
на
электроснабжение потребителя.
Определяемыми параметрами являются оптимальные мощности
генерирующих модулей на основе ВИЭ и емкости аккумуляторных батарей.
Использование того или иного генерирующего модуля определяет состав
КСАЭ-ВИЭ.
Условием
обеспечения
гарантированного
электроснабжения
потребителя является соблюдение энергетического баланса между
выработкой и потреблением в течение всего срока эксплуатации.
Необходимо отметить, что для ВИЭ характерны такие свойства, как
прерывистость и периодичность, и, в тоже время, малая изменчивость
величины энергоресурсов из года в год. Поэтому при решении уравнения
энергетического баланса необходимо рассматривать период равный одному
году Tэкспл  1 год . Тогда выражение энергетического баланса запишется
следующим образом [81]:
год
год
год
год
(6.91)
WВИЭ
 Wпот
+WСН
 Wпотери
г од
WВИЭ
– выработка электрической энергии энергоустановками на основе ВИЭ за год, кВт·ч;
г од
Wпот
– объем электрической энергии, определяемый нуждами потребителя, за год, кВт·ч;
г од
WСН
– объем электрической энергии, определяемый собственными
нуждами комбинированной системы, за год, кВт·ч;
г од
Wпотери
k – объем электрической энергии, определяемый потерями в kом элементе системы электроснабжения, за год, кВт·ч.
В целом энергоресурсы некоторых ВИЭ относительно постоянны и
хорошо прогнозируются только за длительные периоды времени равные
месяцу или году. При этом необходимо отметить, что потоки энергии этих
источников за месяц относительно постоянны из года в год только для
определенного месяца, а от одного календарного месяца к другому значения
этих ресурсов не постоянны и изменяются в значительных пределах.
Прогнозирование на более короткие периоды времени затруднительно, так
как приход энергии солнца и ветра зависит от множества факторов. Приход
солнечной радиации описывается функцией от времени, состоящей из
детерминированной (день-ночь, месяц, год, определяемой геометрией ЗемляСолнце) и случайной (климат, метеорология) составляющих. Ветровой поток
описывается случайной функцией. Для третьего возобновляемого источника,
используемого в комбинированной системе – малого водотока – значение
энергоресурсов относительно постоянно за все интервалы времени, и
возможны, в основном, сезонные изменения.
где
113
Потребитель
характеризуется
неравномерным
потреблением
электрической энергии за короткие интервалы времени – сутки, и
относительно постоянным потреблением за длительные – месяц, год.
В этой связи такие установки требуют использования накопителей
энергии, осуществляющих компенсацию (распределение) энергии в связи с
неравенством потребления и генерации путем аккумулирования энергии в
периоды ее избытка и выдачи ее в моменты дефицита. Поскольку
аккумуляторные батареи способны в течение длительного срока хранить
электрическую энергию (месяцы), они могут применяться и для сезонного
выравнивания выработки и потребления.
Таким образом, при определении мощности генерирующих устройств
на основе ВИЭ, достаточных для обеспечения электроснабжения
потребителя, необходимо рассматривать выполнение энергетического
баланса с учетом использования АБ на среднегодовой, среднемесячный и
среднечасовой периоды. Однако если при электроснабжении используется
управляемый источник (биотопливная установка, ДГУ, БГУ) или имеется
подключение к электрической сети, то АБ выбираются по-другому принципу
и при оптимизации не рассматриваются. Их главная цель в этом случае –
обеспечить электрической энергией потребителя в моменты времени малой
нагрузки. Однако их следует учитывать в дальнейшем при проверке
(моделировании) работы системы.
При этом, решая задачу оптимизации, целесообразно не учитывать
элементы компенсации (биотопливную установку, ДГУ, БГУ, сеть),
поскольку произведенная ими энергия, пусть и в разной степени, но не
экологична. Более того, для ее получения они затрачивают топливо. Топливо,
как элемент долго хранящийся и не претерпевающий изменений (нет потерь),
рациональнее использовать для компенсации неравномерностей приходящей
энергии от нестабильных ВИ.
Постановка оптимизационной задачи. Искомые переменные –
мощности энергоустановок на основе ВИЭ и емкость накопителя в одном
случае, а также мощности энергоустановок в другом (когда компенсация
осуществляется не только за счет АБ), которые принимают определенные
значения, согласно их типоразмерному ряду.
Таким образом, в оптимизационной задаче имеется n искомых
переменных xi (i=1,2…n). Дискретные значения каждой переменной xi заданы
согласно типоразмерному ряду используемого оборудования. В оптимальное
решение должно войти λ переменных (λ<n). Каждой переменной xi
соответствует двоичная переменная δi. Если в результате решения задачи
δi=1, то переменная xi входит в оптимальное решение; если δi=0, то нет.
В этом случае целевая функция состоит из дискретных x1, x2,… xn и
двоичных переменных δ1, δ2,…δn
(6.92)
Z ( x1 , x2 , ... xn ; 1 ,  2 ,...  n )  min .
Критерий оптимальности, т.е. экстремум целевой функции – минимум
затрат. Тогда целевая функция примет следующий вид:
114
уст
уст
уст
сФЭУ  N ФЭУ1
  1  сФЭУ  N ФЭУ2
  2  ...  сФЭУ  N ФЭУ
l l 
уст
уст
уст
 сВЭУ  N ВЭУ1
  l 1  сВЭУ  N ВЭУ2
  l  2  ...  сВЭУ  N ВЭУ
g lg 
(6.93)
уст
уст
 сГ  N Густ
1   l  g 1  с Г  N Г 2   l  g  2  ...  с Г  N Г p   l  g  p 
уст
уст
 с АБ  С АБ
1   l  g  p 1  с АБ  С АБ 2   l  g  p  2  ... 
уст
 с АБ  С АБ
f   l  g  p  f  n  min
,
где сФЭУ , сВЭУ , сГ – удельная стоимость ватта установленной мощности
ФЭУ, ВЭУ и микро ГЭС, соответственно, руб./Вт; сАБ – удельная стоимость
ном
установленной емкости АБ при напряжении U АБ
, В за весь срок эксплуатауст
уст
уст
уст
уст
уст
ции КСАЭ-ВИЭ, руб./А·ч; NФЭУ1
, NФЭУ2
, ... NФЭУ
N ВЭУ1
, N ВЭУ
l;
2 , ... N ВЭУ g ;
уст
уст
N Густ
1 , N Г 2 , ... N Г p
– соответствующие типоразмерному ряду оборудования
установленные мощности ФЭУ, ВЭУ и микроГЭС, соответственно, Вт;
ном
уст
уст
уст
U АБ
, А∙ч.
САБ
1 , САБ 2 , ... САБ f – установленные емкости АБ при напряжении
При определении удельной стоимости АБ, необходимо учитывать
зам
количество их замен kАБ
в процессе эксплуатации системы в связи с
ограниченным количеством зарядно-разрядных циклов:
экспл
Т КСАЭ
зам
 ВИЭ
(6.94)
k АБ 
,
ц.г.р.
(Q АБ / Q ц.г.
АБ )
экспл
ц.г .р.
где Т КСАЭ
– количество зарядно ВИЭ – срок службы КСАЭ-ВИЭ, лет; Q АБ
ц.г .
разрядных циклов при заданной глубине разряда; Q АБ
– количество зарядноразрядных циклов среднее за год (в расчетах принимается равным 365, т.е. в
среднем 1 полный цикл за день).
В таком случае удельная стоимость АБ, определяемая за весь срок
эксплуатации КСАЭ-ВИЭ, может быть найдена как:
зам
сА.Б  с'АБ k АБ
,
(6.95)
ном
где с'АБ – удельная стоимость АБ при напряжении U АБ
, руб./A·ч;
В систему ограничений входят дискретные и двоичные переменные
f1 ( x1, x2 , ... xn ;1, 2 ,...  n )  b1 ,
f 2 ( x1 , x2 , ... xn ; 1 ,  2 ,...  n )  b2 ,
(6.96)
……………………………
f m ( x1, x2 , ... xn ;1, 2 ,...  n )  bm .
К этой системе добавляются ограничения вида:
1   2  ...   n   .
(6.97)
В нашем случае ограничения представляют собой условия, гарантирующие энергоснабжение потребителя. Это уравнения энергетического баланса, составленные для среднего суточного часа каждого календарного месяца
всего расчетного периода (года), выраженные через мощность:
115
исп
у ст
j
исп
j
у ст
kФЭУ
( Δt i j )  N ФЭУ
1  k п   1  Δt i  kФЭУ ( Δt i )  N ФЭУ 2  k п  
2
 Δt i j  ... 
исп
у ст
j
исп
j
у ст
j
 kФЭУ
( Δt i j )  N ФЭУ
l  k п   l  Δt i  k ВЭУ ( Δt i )  N ВЭУ 1  k п   l 1  Δt i 
исп
у ст
j
исп
j
у ст
j
 k ВЭУ
( Δt i j )  N ВЭУ
2  k п   l  2  Δt i  ...  k ВЭУ ( Δt i )  N ВЭУ g  k п   l  g  Δt i 
(6.98)
j
 k Гисп ( Δt i j )  N Гу1ст  k п   l  g 1  Δt i j  k Гисп ( Δt i j )  N Гу ст
2  k п   l  g  2  Δt i  ... 
j
исп
j
у ст
ном
 k Гисп ( Δt i j )  N Гу ст
p  k п   l  g  p  Δt i  k А. Б ( Δt i )  С АБ 1  U АБ  k п   l  g  p 1 
исп
у ст
ном
 k АБ
( Δt i j )  С АБ
2  U АБ  k п   l  g  p  2  ... 
,
исп
у ст
ном
j
 k АБ
( Δt i j )  С АБ
f  U АБ  k п   l  g  p  f  n  WН ( Δt i )
исп
j
исп
исп
где kФЭУ
( Δti j ) ; k ВЭУ
( Δti j ) ; k Г ( Δti ) – коэффициенты использования установленной мощности ФЭУ, ВЭУ и микроГЭС соответственно за интервал вреисп
мени Δt i j ; k АБ
( Δt i j ) – коэффициенты использования энергии АБ за интервал
времени Δt i j ; k п – коэффициент, характеризующий эффективность преобразования энергии, k п  0,93 ; Δt i j – интервал времени, соответствующий i-ому
суточному часу (i=1,2…24) j-ого месяца (j=1,2…12), Δti j  1 ч; WН ( Δti j ) - количество электрической энергии, необходимой для гарантированного электроснабжения потребителя за интервал времени Δti j , Вт·ч.
Количество электрической энергии, необходимой для гарантированного электроснабжения потребителя за интервал времени Δt ij определяется как:
ср
ср
ср
(6.99)
WН ( Δtij )  N ПОТ
( Δti j )/kп  Δti j  N СН
( Δtij )  Δtij  N ПОТЕРИ
( Δtij )  Δtij ,
ср
j
где N ПОТ ( Δti ) – усредненная величина мощности потребителя за интервал
ср
времени Δt i j , Вт; N СН
( Δt i j ) – усредненная величина мощности собственных
ср
нужд за интервал времени Δt i j , Вт; N ПОТЕРИ
( Δt i j ) – средние потери мощности
в системе за интервал времени Δt i j , Вт.
Следует отметить, что коэффициент использования энергии АБ
разр
исп
( Δt i j ) и не может быть
k АБ
( Δti j ) соответствует коэффициенту разряда АБ k АБ
г. р.
больше коэффициента глубины разряда k АБ
(принимаемого в расчетах
равным 0,6), поскольку в таком случае за время Δt ij  1 ч АБ разрядиться
более чем, принятая глубина разряда.
Общее количество ограничений, исходя из i=24 и j=12 равно
12·24=288.
Отметим, что при решении задачи оптимизации, когда в качестве
дополнительного элемента компенсации применяется управляемый источник
или сеть, учитываются более «грубые» ограничения - уравнения
энергетического баланса, составленные для среднего месяца года. В итоге
общее количество ограничений в этом случае, исходя из i=1 и j=12, равно
12·1=12.
Коэффициенты использования для каждого интервала времени Δt i j
определяются исходя из климатических условий эксплуатации выбранной
местности и характеристики используемого оборудования.
116
Ограничения, определяющие возможное количество используемого
оборудования, следующие:
 1   2  ...   l  1 ;
 l 1   l 2  ...   l  g  1 ;
(6.100)
 l  g 1   l  g 2  ...   l  g  p  1 ;
 l  g  p1   l  g  p2  ...   l  g  p f n  1.
Граничные условия не записываются, поскольку возможные значения
дискретных переменных являются заданными, а значения дискретных
переменных могут быть только 0 или 1.
При такой формализации задачи оптимизации нельзя утверждать о
точности полученных результатов, поскольку не учитываются некоторые
факторы. Во-первых, коэффициент глубины разряда (использования энергии)
АБ зависит от требуемой энергии и определяет выдаваемую разрядную
емкость АБ. Во-вторых, неточность представления АБ в выражении (6.98)
как самостоятельного источника энергии необходимо учитывать введением
дополнительного ограничения. Оно формирутся исходя из того, что АБ
являются источником энергии, выработка которых непосредственно зависит
от выработки генерирующих модулей на основе ВИЭ. Тогда среднегодовая
выработка энергоустановками на основе ВИЭ должна превосходить
требуемую среднегодовую нагрузку с учетом коэффициента потерь на
компенсацию электрической энергии, т.е. потерь в АБ. Но при этом сложно
точно оценить величину компенсируемой энергии. Таким образом, в связи с
вышеизложенными
факторами
решение
оптимизационной
задачи
классическими методами линейного программирования приводит к
неточным результатам, поэтому принято решение определять оптимальный
состав и параметры КСАЭ-ВИЭ методом последовательных итераций [81].
Решение оптимизационной задачи. Расчетный метод заключается в
пошаговой проверке уравнений энергетического баланса, созданных для
среднего суточного часа каждого календарного месяца всего расчетного
т
ном
т
ном
периода (6.98) с учетом накопления (– С А.Б
) и генерации (+ С А.Б
)
 U АБ
 U АБ
энергии АБ:
исп
уст
исп
уст
kФЭУ
( Δti j )  N ФЭУ
 k п  Δti j  k ВЭУ
( Δti j )  N ВЭУ
 k п  Δti j 

k Гисп ( Δti j ) 
N Густ
 kп 
т
ном
Δti  САБ
( Δti j )  U АБ
j
 k п  WН ( Δti ) ,
j
(6.101)
где
т
ном
разр
нак
изм.С
ном
;
 САБ
( Δti j )  U АБ
 k АБ
( Δti j )  САБ
( Δti j1 )  k АБ
( Δti j )  U АБ
т
ном
зар
уст
ном
 САБ
( Δt ij )  U АБ
 k АБ
 C АБ
 U АБ
 АБ ,
(6.102)
нак
где САБ
( Δtij1 ) –накопленная в предыдущий момент времени, энергия АБ,
изм.С
А∙ч; k АБ
( Δti j ) – коэффициент, характеризующий изменение емкости АБ в зависимости от текущего разрядного тока, определяемого коэффициентом разразр
ряда k АБ
( Δti j ) , который в свою очередь, определяется исходя из требуемой
компенсации энергии;  АБ – КПД аккумуляторных батарей. Поскольку
117
обычно приводят только КПД всего зарядно-разрядного цикла, то он учитывается один раз при зарядке.
Накопленная в предыдущий момент времени, энергия АБ определяется
на предыдущем шаге как:
нак
т
нак
(6.103)
САБ
( Δti j1 )  1  САБ
( Δti j1 )  САБ
( Δti j 2 ) .
При проверке каждого шага учитывается общее количество энергии,
которую АБ способны накопить за Δt i j :
288
нак
ном
уст
ном
г.р
( Δti j1 )  U АБ
 С АБ
 U АБ
 k АБ
.
 САБ
(6.104)
i , j 1
Проверке подлежат все возможные комбинации КСАЭ-ВИЭ с учетом
заданного типоразмерного ряда используемого в ней оборудования.
Найденные таким образом параметры элементов КСАЭ-ВИЭ являются
обобщенными, поскольку в них используются средние значения,
определяющие выражения являются упрощенными, а некоторые зависимости
и вовсе не учитываются, поскольку из-за изменчивости во времени их очень
сложно выразить простыми средствами. Поэтому после их определения
целесообразно провести моделирование работы КСАЭ-ВИЭ в течение всего
расчетного периода: проанализировать ее функционирование; проверить
оптимальные параметры; внести корректировки. Более того, для решения
задачи
оптимизации
требуются
коэффициенты
использования
энергоустановок, характеризующие климатические условия выбранной
местности, а также характеристики используемого оборудования, которые
моделирование позволяет наиболее точно определить.
Таким образом, общая методика определения оптимального состава и
параметров КСАЭ-ВИЭ выглядит следующим образом:
1. С помощью компьютерной математической модели определяются
коэффициенты использования энергоустановок за интервал времени, равный
среднесуточному часу каждого календарного месяца расчетного периода
(года);
2. Расчетным методом определяется предварительный оптимальный
состав и параметры КСАЭ-ВИЭ;
3. С помощью математической модели системы данные проверяются
и, при необходимости, корректируются. В случае, если моделирование
ведется для КСАЭ-ВИЭ, использующей в качестве элемента компенсации
также биотопливную установку, ДГУ, БГУ или сеть, определяется степень
участия (доля покрытия нагрузки) данного компенсируемого элемента в
обеспечении электроснабжения потребителя.
Достоинством метода является то, что он позволяет распределить
оптимальные варианты в порядке возрастания их стоимости. Это позволяет в
дальнейшем при отрицательном результате проверки предварительных
оптимизационных данных сразу же переходить к следующему варианту.
На
практике
решение
оптимизационной
задачи
согласно
представленной методике было реализовано с помощью специальных
программных средств – системы компьютерной математики (СКМ) MATLAB
118
с ее пакетом визуального блочного имитационного моделирования Simulink,
для чего средствами MATLAB-Simulink создан специализированный
программный комплекс, определяющий оптимальный состав и параметры
КСАЭ-ВИЭ. В дальнейшем, данный комплекс может быть согласован с базой
оценки объектов АПК.
119
7. ИНФОРМАЦИОННАЯ БАЗА
С точки зрения пользователя, СУБД реализует функции хранения, изменения (пополнения, редактирования, удаления) и обработки информации,
хранящейся в базе данных, а так же разработки и получения различных выходных документов.
По архитектуре СУБД может быть реализована следующим образом:
 Однозвенная архитектура. В однозвенной архитектуре используется
единственное звено (клиент), обеспечивающее необходимую логику управления данными и их визуализацию
 Двухзвенная архитектура. В данном виде архитектуры значительную часть логики управления берет на себя сервер баз данных, в том время
как клиент в основном занят отображением данных в удобном для пользователя виде.
 Трехзвенная архитектура. В трехзвенных СУБД используется промежуточное звено – сервер приложений, который является посредником
между клиентом и сервером баз данных. Сервер приложений призван избавить клиента, от каких бы то ни было забот по управлению данными и обеспечению связи с сервером баз данных.
Конкретный выбор реализуемой архитектуры зависит от предполагаемых условий использования комплекса. Так при необходимости работы комплекса на отдельной рабочей станции (рис. 8.5а) требования к программноаппаратной части будут соизмеримы с параметрами офисной рабочей станцией верхнего ценового диапазона (2500-35000 т.р.). Так как база программного комплекса предполагает большое количество топографических, справочных и прочих данных, то размер жесткого диска должен позволять вместить не менее 1 Тбайта данных, кроме того для обеспечения целостности
данных и предотвращения потери необходима реализация RAID-массива.
При этом программная реализация может осуществляться на любом из
СУБД, как коммерческих, так и свободно-распространяемых. Выбор конкретной СУБД для реализации зависит от операционной системы, в которой
предполагается последующая работа. При такой форме реализации осложняется сбор данных для оценки состояния ряда хозяйств / района / области, либо приводит к необходимости разработки механизма, поддерживающего
прием отчетов от отдельных хозяйств с их последующей комплексной оценкой.
Может быть реализована схема с выделенным сервером приложений,
поддерживающим заполнение опросных форм через Web-интерфейс (сайт), с
автоматическим занесением данных от всех организаций-участников оценочного проекта. Такой вариант предполагает работу программного комплекса
на одном или нескольких серверах-приложений, доступных круглосуточно
через коммуникационную сеть Internet, либо локальную сеть в которой установлен соответствующий сервер-приложений. Доступ же к web-интерфейсу
120
может быть осуществлен с любой рабочей станции, имеющей выход в сеть в
глобальную сеть без особых ограничений к ее производительности.
Еще одним вариантом распределенной реализации может выступать
система с доступом к серверу-приложений через клиентскую часть приложения. Такой вариант предполагает не только наличие на конечной рабочей
станции доступа к локальной / глобальной сети, но и установленное приложения, через которое будет осуществляться вход в программный комплекс,
заполнение опросных форм, составление, сохранение, печать отчетов и прочие рабочие функции. Кроме того может быть предусмотрен режим работы
без доступа к глобальной сети с последующей синхронизацией данных (отправка отчетов, обновление баз нормативных и прочих документов).
Сервер
приложений
Сервер
БД
БД
а
б
в
Рисунок 8.5 – Возможная архитектура базы данных: а - одноуровневая; б – двухуровневая; в – трехуровневая.
В зависимости от уровня автоматизации технологических процессов на
хозяйствах может быть реализована возможность сбора статистических данных технологических процессов, позволяющая анализировать энергоемкость
производства и фиксировать отклонения при ведении хозяйственной деятельности.
С точки зрения оптимизации затрат, обеспечения сохранности данных,
удобства доступа к базе реализация должна быть реализована в трехзвенной
форме.
121
Сервер БД
Локальный Сервер приложений
оператор
Локальный
оператор
Firewall
Удаленные
операторы
Internet
Рисунок 8.6 – Схема распределенной реализации программного комплекса
Обеспечение целостности БД составляет необходимо условие успешного функционирования БД, особенно для использования БД в сетях. Целостность БД – это свойство БД, которое означает, что в ней хранятся полные, непротиворечивые и адекватно отражающие предметную область данные. Поддержание целостности БД включает проверку целостности и ее восстановление в случае обнаружения противоречий в базе данных. Целостное
состояние БД описывается с помощью ограничений целостности в виде условий, которым должны удовлетворять, хранимые в базе данные. Наиболее
полно это свойство БД видно на примере реляционной модели данных, где
обеспечивается отсутствие повторяющихся записей (см. ниже).
Обеспечение безопасности в СУБД достигается шифрованием данных
прикладных программ, данных, защиты паролем, поддержкой уровней доступа пользователей к базе данных и отдельным ее элементам (таблицам,
формам, отчетам и т.д.).
База данных должна:

Удовлетворять требованиям заказчика и содержать лишь те объекты и сведенья о них, которые интересуют заказчика;

Обладать приемлемым быстродействием, то есть пользователь
должен получать интересующие его сведенья за максимально короткое время;

Иметь возможность последующего расширения без существенной
переделки, как самой базы данных, так и средств ею управляющих;

Не зависеть (или мало зависеть) от количества помещаемых в нее
данных;

Легко перестраиваться при изменении аппаратной;
122

Содержать только достоверные данные. Достоверность должна
обеспечиваться как при вводе новых данных, так и при редактировании уже
имеющихся;

Доступ к данным должны иметь определенные лица.
Результаты могут быть использованы при проведении энергоаудита агропромышленного предприятия в качестве рекомендаций по оптимизации
энергосистемы и использованию возобновляемых (альтернативных) источников энергии для повышения экономической эффективности хозяйствования предприятия / района / области.
Данные представляются на экран оператора в сводной форме, сохраняются во внешний файл совместно с исходными и топографическими данными, добавляются в архив данных.
123
8. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
ЗАТРАТ НА ПРОИЗВОДСТВО, ПЕРЕРАБОТКУ И ХРАНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ
8.1. Направления энергосбережения
Энергосбережение — реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических, экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование (и экономное расходование) топливноэнергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии. Энергосбережение — важная задача по сохранению природных ресурсов.
Цели энергосбережения:
o повышение энергетической эффективности основных и вспомогательных
производств;
o снижение негативного воздействия на окружающую среду.
При реализации мероприятий энергосбережения и повышения энергоэффективности различают:

начальные инвестиции (или увеличение, прирост инвестиций из-за выбора более эффективного оборудования). Например, замена окон в существующем доме на пластиковые стеклопакеты - инвестиции в энергосбережение, а отказ от установки обычных светильников в пользу светодиодных в
строящемся доме - увеличение инвестиций в энергосбережение (в доле превышения стоимости светодиодных светильников над обычными);

единовременные затраты на проведение энергоаудита (энергообследования);

единовременные затраты на приобретение и монтаж приборов учёта и
систем автоматического контроля, удаленного снятия показаний приборов
учёта;

текущие расходы на премирование (поощрение) ответственных за
энергосбережение.
В качестве возможного эффекта от мероприятий энергосбережения рассчитывают:

стоимость сэкономленных энергоресурсов или долю стоимости от потребляемых энергоресурсов, в т.ч. на единицу продукции;

количество тонн условного топлива (т.у.т.) сэкономленных энергоресурсов или долю от величины потребляемых энергоресурсов в т.у.т.;

то же в натуральном выражении (кВт.ч., Гкал и т.д.);

снижение доли энергоресурсов в ВВП в стоимостном выражении, либо
в натуральных единицах (т.у.т., кВт.ч.) на 1 руб ВВП.
Эффекты от мероприятий энергосбережения можно разделить на несколько групп:

экономические эффекты у потребителей (снижение стоимости приобретаемых энергоресурсов);

эффекты повышения конкурентоспособности (снижение потребления
энергоресурсов на единицу производимой продукции, энергоэффективность
производимой продукции при ее использовании);
124
эффекты для электрической, тепловой, газовой сети (снижение пиковых нагрузок приводит к снижению риска аварий, повышению качества
энергии, снижению потерь энергии, минимизации инвестиций в расширение
сети, и, как следствие, снижению сетевых тарифов);

рыночные эффекты (например, снижение потребления электроэнергии,
особенно в пиковые часы, приводит к снижению цен на энергию и мощность
на оптовом рынке электроэнергии - особенно важным является снижение потребления электроэнергии населением на освещение в вечернем пике);

эффекты, связанные с особенностями регулирования (например, снижение потребления электроэнергии населением уменьшает нагрузку перекрестного субсидирования на промышленность - в настоящее время в России
население платит за электроэнергию ниже ее себестоимости, дополнительная
финансовая нагрузка включается в тарифы для промышленности);

экологические эффекты (например, снижение потребления электрической и тепловой энергии в зимнее время приводит к разгрузке наиболее дорогих и "грязных" электростанций и котельных, работающих на мазуте и
низкокачественном угле.);

связанные эффекты.
Основные направления и способы энергосбережения:
8.1.1. Экономия электрической энергии:
Освещение
Наиболее распространенный способ экономии электроэнергии — оптимизация потребления электроэнергии на освещение. Ключевыми мероприятиями оптимизации потребления электроэнергии на освещение являются:

максимальное использование дневного света (повышение прозрачности
и увеличение площади окон, дополнительные окна);

повышение отражающей способности (белые стены и потолок);

оптимальное размещение световых источников (местное освещение,
направленное освещение);

использование осветительных приборов только по необходимости;

повышение светоотдачи существующих источников (замена люстр,
плафонов, удаление грязи с плафонов, применение более эффективных
отражателей);

замена ламп накаливания на энергосберегающие (люминесцентные,
компактные люминесцентные, светодиодные);

применение устройств управления освещением (датчики движения и
акустические датчики, датчики освещенности, таймеры, системы дистанционного управления);

внедрение автоматизированной системы диспетчерского управления
наружным освещением (АСДУ НО);

установка интеллектуальных распределённых систем управления
освещением (минимизирующих затраты на электроэнергию для данного
объекта).
Электропривод
Основными мероприятиями являются:

125
оптимальный подбор мощности электродвигателя;

использование частотно-регулируемого привода (ЧРП).
Электрообогрев и электроплиты
Основные мероприятия:

подбор оптимальной мощности электрообогревательных устройств;

оптимальное размещение устройств электрообогрева для снижения
времени и требуемой мощности их использования;

повышение теплообмена, в том числе очистка от грязи поверхностей
устройств электрообогрева и конфорок электроплит;

местный (локальный) обогрев, в том числе переносными масляными
обогревателями, направленный обогрев рефлекторами;

использование масляных обогревателей с вентилятором для ускорения
теплообмена в квартире;

использование устройств регулировки температуры, в том числе
устройств автоматического включения и отключения, снижения мощности в зависимости от температуры, временных таймеров;

использование тепловых аккумуляторов;

замена электрообогрева на обогрев с использованием тепловых насосов;

замена электрообогрева на обогрев газом или подключение к централизованному отоплению, в случаях, когда такая замена выгодна с учётом
требуемых инвестиций;

использование посуды с широким плоским дном.
Холодильные установки и кондиционеры
Для холодильных установок основными способами снижения потребления электроэнергии являются:

оптимальный подбор мощности холодильной установки;

качественная изоляция корпуса (стенок), двери холодильной установки, холодильника, прозрачная крышка в холодильнике для продуктов, с
качественной изоляцией;

приобретение современных энергосберегающих холодильников;

не допускать образования наледи, инея в холодильнике, вовремя размораживать;

не рекомендуется помещать в холодильную установку (холодильник)
материалы и продукты, имеющие температуру выше температуры окружающей среды - их необходимо максимально охладить на воздухе;

проанализировать возможность отказа от холодильника;

качественный отвод тепла - не рекомендуется ставить бытовой холодильник к батарее или рядом с газовой плитой.
Для кондиционеров:

необходимо корректно подбирать мощность и место установки кондиционера, исходя из объема помещения, количества и расположения человек, присутствующих в помещении и др. характеристик;

при кондиционировании окна и двери должны быть закрыты - иначе
кондиционер будет охлаждать улицу или коридор;

126
чистить фильтр, не допускать его сильного загрязнения;

необходимо настроить режим автоматического поддержания оптимальной температуры, не охлаждая, по возможности, комнату ниже 20-22
градусов;

обдумать степень необходимости установки и использования кондиционеров, в том числе и с архитектурной точки зрения;

необходимо следить за тем, чтобы отключать кондиционер на ночь.
Потребление бытовых и прочих устройств

при выборе новой аудио, видео, компьютерной и др. техники отдавайте
предпочтение, при прочих равных характеристиках, устройству с меньшим энергопотреблением, как в рабочем режиме, так и в дежурном режиме;

пользуйтесь энергосберегающим «спящим» режимом, если он есть в
приборе или устройстве;

замените, по возможности, приборы, имеющие в своем составе трансформаторные блоки питания, на аналогичные с импульсными блоками
питания;
Снижение потерь в сети

использование энергосберегающих устройств;

увеличение значений номиналов проводников - проводов и кабелей;

использование только проводов и кабелей с медной жилой;

отслеживание несанкционированных подключений.

8.1.2. Экономия тепла
Снижение теплопотерь

использование теплосберегающих материалов при строительстве и модернизации зданий;

установка теплосберегающих оконных конструкций и дверей.
Повышение эффективности систем теплоснабжения
Мероприятия по повышению эффективности систем теплоснабжения предусматривают следующие направления оптимизации:
Со стороны источника:

Повышение эффективности источников теплоты за счет снижения затрат на собственные нужды;

Использование современного теплогенерирующего оборудования, такого как конденсационные котлы и тепловые насосы;

Использование узлов учёта тепловой энергии;

Использование ко- и три- генерации.
Со стороны тепловых сетей:

Cнижение тепловых потерь в окружающую среду;

Оптимизация гидравлических режимов тепловых сетей;

Использование современных теплоизоляционных материалов;

Использование антивандальных покрытий при наружной прокладке
тепловых сетей;
127
Снижение утечек и несанкционированных сливов теплоносителя из
трубопроводов.
Со стороны потребителей:

Снижение тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции;

Использование вторичных энергоресурсов;

Использование систем местного регулирования отопительных приборов для исключения перетопа;

Перевод зданий в режим нулевого потребления теплоты на отопление.
При этом поддержание параметров воздуха в здании должно происходить за счет внутренних выделений теплоты и высоких параметров
тепловой изоляции;

Использование узлов учёта тепловой энергии.
В целом же «технические решения» по модернизации систем теплоснабжения очень обширно и далеко не ограничивается вышеизложенным
списком.
Основные мероприятия программы энергосбережения зачастую представляются в вид следующих групп:

Проведение предпроектных обследований объектов теплоснабжения;

Строительство новых котельных;

Модернизация и реконструкция котельных и ЦТП;

Модернизация и строительство тепловых сетей;

Внедрение ресурсосберегающих технологий.










8.1.3. Экономия газа
подбор оптимальной мощности газового котла и насоса;
утепление помещений, оптимальный подбор эффективных радиаторов
отопления в помещениях, где используется обогрев газовым котлом;
использование на газовых плитах посуды с широким плоским дном, закрывающейся крышкой, желательно прозрачной, подогрев в чайнике
только необходимого количества воды;
переход, по возможности, на максимально широкое использование
иных источников тепла.
8.1.4. Экономия моторного топлива
использование электро или газовых автомобилей;
плавные старты и торможения при движении на автомобиле;
покупка автомобилей с низким расходом топлива;
своевременная регулировка работы двигателя внутреннего сгорания;
использование "экономайзеров" - устройств экономии топлива для двигателей внутреннего сгорания.
Пути энергосбережения:
 Использование первичных энергоресурсов;
 Использование вторичных энергоресурсов.
Первичные источники энергии:
128
 энергия солнца;
 энергия приливов и отливов;
 энергия течения;
 энергия ветра;
 геотермальные источники.
Вторичные источники энергии (энергосберегающие технологии):
 совершенствование конструктивных систем вентиляции;
 использование тепловых насосов;
 регенерация теплоты на животноводческих фермах;
 использование биогаза;
 использование естественного холода;
 использование отходов (низкокалорийное топливо: солома,
опилки, стебли, ветки деревьев и т.д.) для отопления.
8.2. Энергосбережение в растениеводстве
8.2.1. Основные принципы энергосберегающего растениеводства
Продовольственная безопасность регионов и страны в целом во многом
определяется показателем устойчивости развития сельского хозяйства и эффективностью использования земельных ресурсов. Научно обоснованное растениеводство позволяет, с одной стороны, наращивать масштабы сельскохозяйственного производства, а с другой – обеспечивать экологическое равновесие окружающей среды, ее сохранение и воспроизводство.
В основе формирования любой технологии лежит понимание системы
взаимосвязей между элементами технологии растениеводства и факторами
внешней среды.
Задачи энергосберегающего растениеводства:
 улучшение почвенных условий жизни растений путем лучшего
накопления и рационального расходования влаги, элементов питания за счет
мульчирования поверхности почвы растительными остатками, повышения
биологической активности почвы;
 сокращение затрат топливно-энергетических ресурсов и труда на основе использования современной техники и технологий возделывания, основанных на минимальной и нулевой обработке почвы;
 снижение затрат на средства химизации путем подбора севооборотов, а
также наиболее продуктивных, экономически выгодных культур и сортов,
устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам;
 устранение процессов эрозии и деградации почвы;
 совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных
культур и повышение рентабельности на основе использования геоинформационных систем и глобальной системы позиционирования.
В основе энергосберегающих технологий лежат следующие принципы:
 отсутствие или минимизация механической обработки почвы;
129
 сохранение растительных остатков на поверхности почвы;
 использование севооборотов, включающих рентабельные культуры
и культуры, улучшающие плодородие почв;
 интегрированный подход в борьбе с вредителями и болезнями.
8.2.2. Малоэнергоемкие приемы обработки почвы
Выбор системы обработки почвы должен быть таким, чтобы затраты на
рыхление пласта были минимальными. Наибольший эффект дает переход на
нетрадиционные почвозащитные (бесплужные, сокращенные, минимальные
и нулевые) системы. Вспашка — наиболее энергоемкая операция по обработке почвы, на которую приходится свыше 50 % общего расход топлива. На
вспашку 1 га высокоокультуренной почвы в оптимальные сроки расходуется
12–14 кг топлива, а на пахоту 1 га сильно засоренной пыреем почвы требуется не меньше 20–25 кг топлива. Уменьшение глубины вспашки с 20...22 см до
16... 18 см зачастую не снижает урожайность озимых культур и позволяет
сэкономить до 12 % топлива. Чередование направлений вспашки, а также
проведение культивации и боронования в диагонально-перекрестном направлении относительно пахоты позволяет снизить затраты топлива на уравнивание поверхности поля после вспашки в свал и развал на 4,5...5 кг/га. Значительная экономия топлива может быть получена от применения оборотных
плугов. Движение пахотного агрегата челночным способом сокращает расход
топлива на холостой ход во время поворотов и переездов, который при традиционном способе вспашки в свал и развал составляет более 10 % от общего
расхода. Применение оборотных плугов исключает необходимость проведения операций разбивки поля на загоны и регулировки плуга для прохода первой борозды. Эти операции занимают много рабочего времени и в реальных
условиях часто проводятся некачественно, в результате чего увеличиваются
энергетические затраты на заделку стыковых борозд, гребней и огрехов пахоты на границе загонов.
Минимизация обработки почвы. Высокая затратность технологий обработки почвы связана, прежде всего, с тем, что в настоящее время в сельскохозяйственных предприятиях основная обработка проводится, главным образом, с помощью отвальной вспашки, а предпосевная – за счет многократного
использования однооперационных почвообрабатывающих орудий.
В решении указанной выше проблемы важнейшими направлениями,
внедряемыми в настоящее время в регионе, пока являются замена на половине пахотных земель в системе основной обработки почвы отвальной
вспашки чизелеванием или дискованием, а также применение в системе предпосевной обработки комбинированных агрегатов, совмещающих за один проход несколько технологических операций. В то же время, по мнению зарубежных специалистов, в наибольшей степени требованиям ресурсосбережения и природоохранности отвечает нулевая и минимальная система обработки
почвы, предусматривающая отказ от ряда технологических операций и широкое использование прямого посева.
130
Минимальная обработка почвы включает одну или ряд мелких обработок почвы культиваторами и/или боронами. Солома и стерня находятся в виде
мульчи в верхнем слое почвы (мульчирующий слой). По мелко обработанной
почве в мульчирующий слой осуществляется мульчированный посев. Мульчирующий слой уменьшает испарение влаги, устраняет опасность водной и ветровой эрозии.
При этом эксплуатационные затраты (прежде всего расходы на топливо)
сокращаются, плодородие почвы повышается, ее структура улучшается. Создаются благоприятные условия для развития почвенной фауны.
Нулевая обработка почвы (No-Till) предусматривает прямой посев, который производится по необработанному полю с отказом от всех видов механической обработки почвы. Растительные остатки (стерня и измельченная солома), которые сохраняются на поверхности поля, способствуют задержанию снега, замедлению эрозионных процессов, улучшению структуры почвы, защите озимых культур
от низких температур, накоплению питательных веществ. Значительно увеличивается популяция дождевых червей и почвенных микроорганизмов. Существенно снижаются производственные затраты, в том числе на топливо, сохраняется
окружающая среда. В частности, сокращение непродуктивных потерь воды
может привести к тому, что на супесчаных почвах растениям в год будет доступно на 80–90 мм влаги больше.
Важнейшее значение минимизация обработки почвы имеет для удержания в почве углерода, который является основой для формирования гумуса
и создает основу плодородия. Содержания органического вещества является
динамическим показателем и реагирует на изменение методов обработки
почв.
Достоинством ресурсосберегающих технологий является минимальное
воздействие, а при нулевой обработке вообще отсутствие вмешательства в
естественные процессы биологической «пульсации гумуса» и взаимосвязи
органического вещества и углерода в почве.
Применение минимальной технологии возделывания зерновых культур в
сочетании с использованием азотных удобрений положительно влияет на азотный режим почвы. Повышается масса легкоразлагающейся органики с высоким
содержанием азота (рис. 8.7).
Установлено также, что применение энергосберегающих технологий
создает оптимальное структурно-агрегатное состояние почвы: по сравнению
постоянной вспашкой увеличивается количество глыбистых фракций (диаметром более 10 мм) и в 2–2,5 раза уменьшается количество пылеватых, эрозионно-опасных частиц (диаметром менее 0,25 мм).
131
Рисунок 8.7 – Содержание легкогидролизуемого азота при различных технологиях
обработки почвы
Применение энергосберегающего растениеводства целесообразно вести
в комплексе с технологиями точного (прецизионного) земледелия.
Точное земледелие – это стратегия управления, которая использует
информационные технологии, извлекая данные из множественных источников для принятия правильных решений по управлению сельскохозяйственным предприятием.
В точном земледелии используются компьютеризированная техника,
геоинформационные системы и навигационные приборы, которые позволяют
точно управлять развитием растений через спутники и локальные сенсоры.
Технологии точного земледелия позволяют снизить затраты и минимизировать воздействие на окружающую среду. Они базируются на
картографических программах, позволяющих обрабатывать пространственные данные и осуществлять картографию границ полей, картирование урожайности, с помощью навигационных приемников глобальной системы позиционирования производить определение плодородия почв и дифференцированное внесение удобрений, а также наблюдение за посевами в процессе
развития.
Технологии точного земледелия рассматривают каждое сельскохозяйственное поле как неоднородное по рельефу, почвенному покрову, агрохимическому содержанию и подразумевают дифференцированное применение
на каждом участке поля различных доз удобрений и средств защиты растений. Схема системы энергосберегающего растениеводства представлена на
рисунке 8.8.
132
Выбор
техники,
выбор семян
Технологические
карты,
Культивация GPSприбор
Посев
с GPSприбор
Взятие проб
почв почвоотборником, анализ, картирование с
GPSприбором
Обработка
средствами
защиты
растений с
использованием GPSприбора
Энергосберегающее
растенииеводство
Подкормка
растений
азотными
удобрениям
Картирование границ полей
с GPSприбором
Использование геоинформационных
систем
(ГИС)
Внесение
удобрений
через распределитель,
оснащен0ный
GPSприбором
Анализ
картирования урожайности, анализ картирования почв и
других данных
Введение
данных
ПО
Менеджмент растител-ьных
остатков с
GPSприбором
Уборка
комбайном с
измельчителем, датчиком урожайности и
GPSприбором
Рисунок 8.8 – Модель современного менеджмента и технического оснащения сельскохозяйственного предприятия
Применение системы сберегающего земледелия позволяет осуществлять анализ и грамотный менеджмент деятельности предприятия, что дает
возможность экономить материальные, трудовые, финансовые ресурсы и повышает рентабельность.
В целом внедрение системы энергосберегающего растениеводства дает
очевидные преимущества: повышает эффективность работы всего предприятия, его конкурентоспособность, делает аграрное производство более эффективным и экологичным, что чрезвычайно актуально в настоящее время.
Еще большего эффекта можно достичь, если применять высокопроизводительные комбинированные почвообрабатывающее – посевные агрегаты,
которые позволяют за один проход по полю выполнить все операции предпосевной обработки почвы и посева, что обеспечивает повышение производи133
тельности труда до 60 % и снижение расхода топлива на 1,5-2 кг/га по сравнению с применением однооперационных агрегатов.
Кроме того, техника, применяемая в рамках минимальной и нулевой
технологии возделывания сельскохозяйственных культур, отвечает требованиям энергоресурсосбережения, сокращает потребность в тракторах, горючих и смазочных материалах, позволяет на 7–10 дней раньше обычных агротехнических сроков проводить посевные работы, а сельскохозяйственным
предприятиям в 2 раза снизить нагрузку на использование техники.
Замена вспашки полей, чистых от многолетних сорняком, на дискование, плоскорезную обработку и чизелевание позволяет значительно (до 5
кг/га) снизить затраты топлива на основную обработку. При безотвальной
обработке не тратится энергия на подъем и оборот пласта.
Расход топлива на дискование на 28...36 % меньше, чем на плужную
обработку. Обработка почвы чизельными культиваторами или плугами, а
также рыхлителями-щелевателями со стрельчатыми рыхлящими лапами позволяет в 1,3...1,5 раза уменьшить общие энергозатраты, а также улучшает агрофизические свойства почвы и повышает урожайность культур. В настоящее время разработаны безотвальные почвозащитные технологии, включающие в себя лущение стерни на глубину 8... 10 см и рыхление на глубину
20...25 см в сочетании с предпосевной обработкой почвы в различных вариантах. В целом применение безотвальных технологий позволяет снизить расход топлива на 13,4...27,8 кг/га, металла — на 11,6... 12,9 кг/га и затрат труда
— на 0,9...1,33 чел.-ч/га.
Выполнение операций одним комбинированным агрегатом при подготовке почвы к посеву вместо применения набора однооперационных машин
является перспективным направлением, позволяющим уменьшить затраты
энергии, топлива, труда и сохранить плодородие почвы. По данным ученых,
применение комбинированных агрегатов позволяет снизить расход дизельного топлива: при совмещении вспашки и прикатывания — на 12... 16%; культивации, боронования и прикатывания — на 15...20 %. При этом существенно повышается и производительность труда.
Важным аспектом энергосбережения при обработке почвы является
снижение влияния пространственных факторов на энергетическую эффективность процессов Правильная организация работ, выбор способа движения,
разбивка поля на загоны должны свести до минимума затраты топлива на поворотах и переездах почвообрабатывающих агрегатов, которые иногда превышают 20 % от общего расхода.
8.2.3. Малоэнергоемкие технологии при возделывании и уборке сельскохозяйственных культур
Повышение энергетической эффективности технологий в растениеводстве может быть достигнуто двумя способами:
1) повышением биологического (генетического) потенциала растений
за счет селекционной работы и модификаций генофонда;
134
2) снижением затрат энергии и повышением эффективности процессов
обработки почвы, возделывания, уборки и переработки растений.
Необходимость селекционной работы сегодня ни у кого не вызывает
сомнения. Достижение хороших результатов невозможно без использования
элитного семенного фонда. Так, например, использование высокопродуктивных сортов позволяет сэкономить более 240 кг у. т. на 1 т физического вещества семян зерновых и более 280 кг — на 1 т семян картофеля. Зерновые
культуры обладают высокой энергетической эффективностью. При этом
наибольший энергетический коэффициент имеет ячмень яровой и овес, а
наибольший выход валовой энергии — озимая пшеница и кукуруза на зерно.
Из-за плохого технического состояния автотракторной и сельскохозяйственной техники многих сельскохозяйственных предприятий при проведении полевых работ происходит розлив большого количества машинных масел и топлива. Учеными разработаны рецепты и технологии производства из
растительного сырья пластичных консистентных смазок для сельскохозяйственной техники, применение которых может существенно снизить загрязнение почвы нефтепродуктами.
Побочные продукты производства растительных масел — жмых и
шрот, являются высокобелковыми концентрированными кормами для всех
видов сельскохозяйственных животных, они используются в составе комбикормов и белково-витаминных добавок. Небольшое введение их в рацион дает возможность более эффективно использовать бедные белком гуменные
корма (солома, мякина, стержни початков) и корнеплоды. Важным резервом
производства физиологически полезных жиров является расширение посевов
и обогащение видового состава масличных культур двустороннего использования, способных давать в относительно жестких экологических условиях
стабильные урожаи семян и волокна. Коэффициент энергетической эффективности возделывания льна с учетом семян и соломы иногда достигает 10, а
выход совокупной энергии — 130 ГДж/га.
Кормовые достоинства свеклы хорошо известны. Она имеет высокий
выход энергии с гектара. В то же время большие совокупные энергозатраты
при ее возделывании вынуждают сельскохозяйственных производителей сокращать посевные площади до уровня, обеспечивающего минимальную физиологическую потребность животных. Существуют возможности за счет рационального использования ресурсов и интенсификации технологий повысить энергетическую эффективность выращивания свеклы, снизить энергозатраты с 60 до 33 ГДж/га, при этом коэффициент энергетической эффективности возрастает до 3—3,5.
Одним из важнейших средств снижения энергетических затрат и повышения энергоэкономичности земледелия является совершенствование
структуры посевных площадей и системы севооборотов. Различные сельскохозяйственные культуры в силу своих биологических особенностей и неадекватности технологий возделывания сильно различаются по своей энергетической эффективности.
135
В современном земледелии наибольшие возможности экономии энергоресурсов имеются в улучшении организации травосеяния в севооборотах. Установлено, что совершенствование структуры многолетних трав за счет замены
злаковых травостоев бобовыми (клевер, люцерна) и бобово-злаковыми, а также
оптимизация режима их использования в севооборотах (продолжительность использования, срок перезалужения, уровень концентрации, период возврата на
прежнее поле) дает возможность значительно повысить продуктивность пашни
при одновременном сокращении затрат азотных удобрений, что имеет важное
экономическое и экологическое значение. При этом значительно снижаются
энергетические затраты в земледелии. Так, в опытах лаборатории севооборотов
в 8-польном севообороте с 50 % многолетних трав при четырехлетнем использовании клеверо-злаковой смеси (с третьего года травостой полностью злаковый) с 1 га пашни получено 76,5 ц к. ед. при затратах минерального азота 100
кг/га. В севообороте, где в двух полях на разрыве возделывался клевер одногодичного пользования, с 1 га пашни получено 92,3 ц к. ед. с затратами азота 60 кг
на 1 га. В усовершенствованном севообороте экономия минерального азота на 1
ц к. ед. составила 40 % при одновременном повышении продуктивности пашни
на 21%.
8.2.4. Малоэнергоемкие технологии процессов посева, внесения удобрений и применения ядохимикатов
Важнейшим фактором снижения общей энергоемкости технологий в
растениеводстве является использование качественных семян с высокой
всхожестью. Применение современных сеялок обеспечивает их экономное
использование и точное распределение. Большой интерес в этом смысле
представляют комбинированные посевные агрегаты, включающие в себя
орудия для основной предпосевной обработки почвы, пневматические сеялки
рядового высева, туковысевающие аппараты и другое оборудование. Благодаря наличию у современных тракторов передних и задних гидронавесных
систем и ВОМ, появляется возможность компактного размещения элементов
агрегата, что существенно повышает его маневренность по сравнению с широкозахватными сцепками сеялок и других машин. При этом обеспечивается
более полное использование мощности двигателя и тяговых характеристик
трактора. Совмещение культивации, боронования и посева позволяет сэкономить 30...40 % топлива. Еще более ощутимые результаты позволяют получить комбинированные агрегаты, совмещающие посев, глубокое рыхление,
культивацию и другие операции. При использовании традиционной технологии подготовка почвы и посев часто разнесены во времени, поэтому семена
попадают в сухую почву. В случае, когда эти операции совмещены, почвенная влага и питательные вещества используются более эффективно.
В мировой практике широко применяется технология прямого посева,
обеспечивающая экономию до 20 л дизельного топлива на 1 га.
Существует опыт использования посевных машин, разбрасывающих
минеральные удобрения с последующей заделкой семян боронами и другими
машинами. Правильный выбор параметров работы разбрасывающих дисков
136
обеспечивает равномерность распределения семян. При этом существенно
сокращаются сроки посева и энергетические затраты на его проведение.
Для вспашки 1 га засоренных пыреем почв требуется на 10 кг/га больше дизельного топлива, чем для вспашки культурных земель. Системно
обоснованное использование минеральных удобрений и средств защиты растений позволяет сократить совокупные энергозатраты на 20...25 %.
Без применения средств химизации производство конкурентоспособной продукции в растениеводстве невозможно. В связи с этим разработка и
внедрение энергосберегающих технологий применения удобрений является
одной из главных задач развития агропромышленного комплекса.
Суть ресурсосберегающей системы применения минеральных удобрений заключается в том, что расчетные дозы минеральных удобрений с учетом действия и последействия органических удобрений на почвах с оптимальным содержанием фосфора и калия должны компенсировать вынос этих
элементов с урожаем, т.е. поддерживать достигнутый уровень обеспеченности
почв.
В соответствии с Государственной программой возрождения и развития села планируется увеличение поставок минеральных удобрений сельскому хозяйству к 2010 году до 1760 тыс. т д.в., в том числе 633 тыс. т азотных,
300 – фосфорных и 827 тыс. т д.в. калийных удобрений.
В последние годы применяется в основном следующий ассортимент
минеральных удобрений:
1) азотные – карбамид, карбамид медленнодействующий с регулятором роста растений гидрогуматом, сульфат аммония, сульфат аммония с покрытием и КАС.
2) фосфорные – аммофос, аммонизированный суперфосфат и комплексные удобрения.
3) калийные – калий хлористый гранулированный, калий хлористый
мелкий, калий хлористый крупнозернистый и соль калийная смешанная.
Важным фактором повышения эффективности минеральных удобрений
является совершенствование технологических приемов внесения удобрений.
Только из-за неравномерности распределения твердых азотных удобрений
по поверхности поля при подкормке озимых зерновых культур теряется до 25%
прибавки урожая от азота. Избежать этих потерь частично можно, перейдя на внесение жидкого азотного удобрения опрыскивателями или подкормку твердыми
азотными удобрениями, которые распределяют удобрения равномерно.
Современные ресурсосберегающие технологии требуют замены существующего парка машин для внесения удобрений на новые высокопроизводительные машины, соответствующие современным требованиям по точности дозирования и равномерности распределения по поверхности поля.
Важным элементом современных технологий возделывания зерновых
культур является защита растений от вредителей, болезней и сорняков. Природно-климатические условия области благоприятны для распространения и
развития более 65 видов наиболее опасных вредителей, 100 видов болезней
культурных растений и 300 видов сорных растений.
137
Своевременное, качественное проведение защитных мероприятий в посевах зерновых культур обеспечивает в среднем сохранность от 5,7 до 6,5
ц/га урожая зерна.
Переход к энергосберегающим технологиям требует особенного внимания к мерам по защите посевов от сорняков, болезней и вредителей. Основой
защиты растений при энергосберегающих технологиях являются правильно организованные фитосанитарные севообороты и применение экологически безопасных химических средств защиты растений.
8.2.5. Малоэнергоемкие технологии при уборке, доработке и хранении
урожая
Уборка урожая сельскохозяйственных культур является одним из
наиболее энергоемких процессов и связана с большими потерями, как в виде
недополученной продукции, так и за счет нерационального использования
ресурсов и техники.
Техническое переоснащение сельскохозяйственных предприятий, которое происходит при активной поддержке государства, направлено на повышение производительности труда и качества проведения уборочных работ.
Только за счет оптимизации состава комбайнового парка по районам и хозяйствам с учетом потенциальной урожайности культур и объемов работ в
целом по области можно сэкономить существенное количество топлива, металла, трудозатрат.
В то же время использование современной высокопроизводительной
уборочной техники требует от руководителей хозяйств и подразделений
принципиально новых подходов в организации уборочных работ. Поскольку
зерноуборочный комбайн является сложной дорогостоящей машиной, которая эксплуатируется всего лишь 2—3 месяца в году, даже незначительные
нарушения технологического процесса негативно сказываются на себестоимости полученной продукции. Бункер современного комбайна заполняется
очень быстро, в результате небольшие, минутные простои могут слиться в
часы и дни увеличения сроков уборки и, в конечном итоге, привести к существенному недобору зерна. В связи с этим правильное комплектование механизированных звеньев, организация работы уборочных бригад, применение
поточно-групповых работ, нарезка загонов оптимального размера, выбор оптимальных способов и маршрутов движения, четкая организация отвозки
урожая и другие организационные меры на сегодняшний день являются важнейшим резервом энергосбережения при уборке зерновых и других культур.
Если раньше при разработке технологий производства основное внимание уделялось увеличению объемов производства и улучшению качества
продукции, то в последнее время все больше внимания уделяется выбору
энергосберегающих технологий. Поэтому техническое и технологическое переоснащение растениеводческой отрасли необходимо проводить на основе
разработки и внедрения энерго- и ресурсосберегающих технологий.
По некоторым оценкам, из-за несовершенства применяемых технологий и оборудования ежегодно теряется ощутимая часть урожая, при этом на
138
производство 1 млн. т зерна затрачивается 23–33 тыс. т у.т. Особенно велики
потери при уборке и послеуборочной обработке и хранении зерна. Данные
потери можно снизить как уже известными способами и средствами (приведение техники в исправное состояние и проведение первоочередной уборки
вызревших и высокоурожайных участков), так и за счет совершенствования
существующих и разработки новых способов и средств уборки и переработки
урожая. Не менее важно, чем вырастить и убрать богатый урожай, сохранить
его в полном объеме, но не любой ценой, а с минимальными энергозатратами.
Использование на зерновых комбайнах измельчителей, обеспечивающих разбрасывание соломы с последующей заделкой ее в почву, а также заделка высокой стерни, обеспечивает разложение соломы в аэробных условиях с быстрым образованием гумуса и накоплением питательных веществ.
Однако измельчение является достаточно энергоемким процессом. Кроме того, рост числа ферм с содержанием животных на глубокой подстилке увеличивает потребность в соломе. Уборка соломы путем укладки копен, сволакивания их на край поля копновозами, скирдования с последующим измельчением и доставкой на фермы по мере необходимости требует на 15... 18 %
топлива меньше, чем технология с использованием рулонных прессподборщиков.
В то же время погрузка и транспортировка непрессованной соломы часто связана со значительными затратами. Существуют значительные резервы
экономии энергии при уборке кукурузы. В поздние сроки, когда ее влажность
не превышает 75 %, за счет уменьшения физической массы корма затраты
топлива на транспортные работы, привод комбайнов и других машин сокращаются на 20 кг/га. Использование гребневой технологии, замена жаток
сплошного среза жатками ручьевого типа, уборка кукурузы на зерно зерновыми комбайнами со специальными приставками и другие энергосберегающие приемы позволяют сэкономить более 25 кг дизельного топлива и 1330
МДж полных энергозатрат с гектара посевов кукурузы.
Для комбайновой уборки рапса необходимо использовать специализированную либо переоборудованную серийную технику. Уборка обычным
комбайном часто приводит к потерям более 50 % урожая.
В мировой практике есть примеры использования технологии уборки с
обработкой хлебной массы на стационаре, которая представляет собой альтернативу комбайновой уборке. Это позволяет снизить потери зерна, появляется возможность убрать урожай в более сжатые сроки, уменьшается уплотнение почвы колесами тяжелых машин. Обработка убираемой массы на стационаре при уборке семенников бобовых трав также позволяет значительно
сократить потери семян, которые при комбайновой уборке составляют 15...25
%. В качестве энергосберегающей предлагается технология уборки кукурузы
на зерно, включающая уборку початков без очистки, их очистку на току стационарными початкоочистителями и обмолот кукурузной молотилкой. Такой
подход позволяет сэкономить большое количество энергии затрачиваемой на
139
обработку вороха, однако также требует создания принципиально нового
комплекса машин.
Уборка сахарной свеклы, посевы которой в последнее время существенно увеличены, как правило, проводится в период сложных погодных
условий, поэтому необходимо применение современной высокопроизводительной техники, обеспечивающей быстрое проведение работ.
Опыт последних лет показывает, что низкий уровень квалификации
механизаторов и инженерно-технических работников, безответственное отношение к порученному делу становятся важнейшей причиной неэффективного использования новой энергонасыщенной техники, которая намного
сложнее в ремонте и эксплуатации по сравнению со старой. Необходимо
грамотное и бережное использование сложных механизмов, электронных систем датчиков и др. Важнейшим аспектом является повышение квалификации кадров и формирование эффективных механизмов экономического стимулирования. Необходимо также отходить от традиции получения конечного
результата любой ценой, когда последствия безграмотной организации труда
устраняются за счет интенсивной и неправильной эксплуатации техники, которая часто работает на износ.
Большое значение имеет своевременное техническое обслуживание и
настройка уборочной техники. Заблаговременный и качественный ремонт,
создание резерва ГСМ и запасных частей позволят избежать аврала и провести уборочные работы в максимально сжатые сроки. По сложившейся традиции, в хозяйствах ремонтом и техническим обслуживанием техники занимаются сами механизаторы, что не всегда оправдано. Перспективным представляется формирование специализированных бригад и звеньев из числа наиболее квалифицированных и высокооплачиваемых работников, которые напрямую будут заинтересованы в получении конечного результата.
Высокая энергоемкость и большие потери приходятся на процессы доработки урожая сельскохозяйственных культур (сушку, сортировку и т. д.).
Выигрывают предприятия с хорошей материально-технической базой, способные провести уборку быстро и в лучшие агротехнические сроки. Правильный выбор параметров сушки с учетом качества и влажности материала,
погодных условий и изменения влажности воздуха в зависимости от времени
суток позволяет сократить расход топлива и электроэнергии. Необходимо
учитывать, что чрезмерное повышение температуры сушки приводит не
только к перерасходу энергии, но и снижает всхожесть зерна. Применение
технологии озонирования сушильного агента обеспечивает интенсификацию
процесса сушки в 1,5...2 раза и обеспечивает снижение энергозатрат на
255...519 МДж на 1 т высушенного зерна. За счет физико-химического взаимодействия озона с компонентами покровных тканей зерна обеспечивается
интенсивное выделение тепла и влаги. Одновременно с сушкой происходит
обеззараживание зерна и повышается его всхожесть. Помимо озоновоздушных смесей, так же все более широкое применение находят микроволновые технологии, позволяющие сократить заьраты на сушку и обеззараживание при одновременной интенсификации обработки.
140
Острейшей проблемой остается сокращение потерь при хранении,
транспортировке и переработке сельскохозяйственной продукции. Крупные
перерабатывающие предприятия не всегда оправдывают себя. Высокая себестоимость их продукции накладывается на значительные транспортные издержки. Основным направлением энергосбережения является максимальное
приближение к производителю процессов доработки, хранения и переработки продукции.
Таким образом, сокращение энергозатрат при реализации технологических процессов в растениеводстве может быть достигнуто путем решения
следующих задач:
• сокращение прямых энергозатрат и снижение доли энергоносителей
в энергетическом балансе технологий;
• эффективное использование основных средств (сельскохозяйственной техники, оборудования, зданий и сооружений);
• внедрение новых энергосберегающих технологий и техники;
• системно обоснованное использование удобрении и ядохимикатов;
• рациональная организация труда, высокая культура производства.
Решение данных задач может быть достигнуто следующими путями:
 улучшением контуров полей;
 минимизацией обработки почвы и сокращением количества операций и проходов сельскохозяйственных машин;
 рациональным комплектованием, выбором оптимальных способов
движения, уменьшением затрат топлива на холостой ход машиннотракторных агрегатов;
 применением орудий для безотвальной обработки почвы, оборотных
плугов, комбинированных почвообрабатывающих агрегатов;
 использованием качественных семян, современной посевной техники и техники для точного внесения удобрений и ядохимикатов;
 использованием высокопроизводительных уборочных машин;
 применением автоматических систем управления технологическими
процессами и контроля за ними;
 правильной организацией проведения полевых работ;
 использованием нетрадиционных технологий возделывания и уборки сельскохозяйственных культур;
 совершенствованием системы экономических взаимоотношений и
др.
8.3. Энергосберегающие технологии в животноводстве
8.3.1. Энергообеспеченность животноводческой отрасли
Интенсификация сельского хозяйства, повышение эффективности всех
его отраслей, увеличение производства и улучшение качества продукции
обуславливают возрастающие потребности энергии.
141
В животноводстве потребляется 18-22% жидкого топлива и 19-20%
электрической энергии от всех энергоресурсов, используемых на производственные цели в сельском хозяйстве. Энергоемкость производства продукции
животноводства в России превосходит США и другие ведущие страны Запада в несколько раз.
Одна из основных причин состоит в том, что реализация генетического
потенциала животных не превышает 60%. Животноводческая отрасль недостаточно обеспечена кормами, они не сбалансированы по белку и микроэлементам.
В структуре полных затрат энергии для различных видов животных и
птицы на долю кормов приходится 58-92%. В денежном выражении доля затрат на них также составляет более половины стоимости животноводческой
продукции.
Системы содержания и кормления животных с организацией многолетних культурных пастбищ и загонной пастьбы животных ведет к снижению
энергоемкости животноводческой продукции в 2-3 раза в сравнении со стойловым содержанием животных (рис.8.9).
Основные направления снижения энергоемкости животноводства
Совершенствование системы кормления животных
Снижение расхода топлива на отопление и
вентиляцию помещений
Содержание животных на глубокой подстилке с
бульдозерной уборкой навоза
Совершенствование технологий заготовки силосованных кормов
Рисунок 8.9- Направления снижения энергоемкости животноводства.
Экономию ТЭР в животноводстве можно получить за счет снижения
расхода топлива на отопление и вентиляцию путем улучшения теплоизоляционных характеристик животноводческих помещений, эффективной работы
отопительно-вентиляционных систем в оптимальных режимах, внедрения
прогрессивных технических средств и средств вентиляции, перехода к эффективным системам естественной вентиляции.
Существенную экономию электроэнергии, материально-технических и
трудовых затрат можно достигнуть за счет перевода животных на глубокую
подстилку с бульдозерной уборкой навоза.
8.3.2. Энергосбережение в кормопроизводстве
Важнейшими направлениями энергосбережения в кормопроизводстве
являются:
o снижение затрат энергии на реализацию процессов производства и
использования кормов;
o сохранение питательных веществ корма;
142
o эффективное использование обменной энергии корма для производства продукции животноводства.
При заготовке кормов экономию топлива до 10-20% и снижения затрат
потерь питательных веществ и энергозатрат можно получить за счет:
 - полной загрузки тракторных агрегатов и использование косилок с
соответствующей шириной захвата в зависимости от урожайности
и объема прицепов;
 - скашивания в утренние часы;
 - сокращения времени нахождения скошенной травы в поле;
 - активного ворошения один-два раза в день, а при прессовой заготовке в тюки - внесением химических консервантов.
При заготовке силоса и сенажа повышение качества корма и снижения
затрат топлива на 10-15% обеспечивается за счет:
- точного соблюдения процесса резки;
- кратчайших сроков загрузки хранилищ;
- уплотнения и герметизации массы.
Основным критерием энергетической эффективности процессов производства и приготовления кормов является их энергозатратность, которая
определяется коэффициентом:
Е
затр
К 
,
(8.1)
Е
З
К
где Езатр – удельные затраты совокупной энергии на производство кормов,
Дж,кг; ЕК – энергосодержание корма; к.ед/кг.
Наименьшей энергозатратностью обладает зеленая масса злаковых и
бобовых трав (табл. 8.1).
Эффективность использования зеленой массы зависит от применяемых
технологий.
143
Таблица 8.1 – Энергозатратность производства различных видов кормов
Энергозатратность
Вид корма
По обменной питаПо обменной энергии (для
тельности, МДж/к.ед.
дойного стада), Дж/Дж
Зеленый корм
16,6
0,295..0,324
Силос кукурузный
34,4
0,52
Корнеплоды
92,0
0,67
Сенаж
21,5
0,75
Сено
14,2
0,85
Зерно фуражное
6,2
0,92
Комбикорм
14,4
1,1
Травяная мука
80…90
2,14
При выборе между стравливанием пастбищ и организацией зеленого
конвейера с доставкой зеленой массы на ферму необходимо учитывать энергетические затраты на уборку и транспортировку, которые не должны превышать потери обменной энергии корма животных на пастбище, связанные с
перегоном, а также воздействием стрессовых факторов.
8.3.3. Энергоресурсосберегающие технологии заготовки кормов.
Снижение затрат топлива при скашивании травостоя можно добиться
за счет правильной регулировки режущего аппарата косилок и полевых измельчителей, своевременной заточки ножей, установки оптимальной ширины
захвата, скорости движения рабочего агрегата. Ускорение процесса сушки и
сохранение питательных веществ обеспечивается установкой на косилках
плющильных аппаратов, что ускоряет процесс провяливания в 2-3 раза.
Перспективной и наиболее эффективной энергосберегающей технологией заготовки грубых кормов является прессование сена с внесением химических консервантов. Энергозатраты составляют 2,5-3 кг на 1ц.к.ед. Прогрессивными являются технологии заготовки сена в измельченном виде, которые
при полевой сушке позволяют снизить затраты энергии в 1,2-1,5 раза.
Сенажирование является одним из наиболее энергоэффективных и
удобных способов заготовки кормов. Преимущество данного метода обеспечивается сочетанием невысоких затрат (до 15 л на 1 т корма) с высокой сохранностью питательных веществ.
Прогрессивной технологией значительно сокращающей потери кормов
при заготовке их в рассыпном виде является подбор из валков самонагружающимися прицепами-подборщиками.
Примером энергосберегающего подхода являются технологии послеуборочной обработки фуражного зерна путем химического консервирования
зерна пропионовой кислотой или другими соединениями.
Для данного процесса применяют плющильные агрегаты с приводом от
ВОМ трактора, которые обеспечивают плющение зерна, внесение консервантов и упаковку в специальные полимерные рукава.
144
8.3.4. Энергосберегающие приемы содержания КРС
Животноводческие строения должны удовлетворять нуждам животных,
гарантировать им комфорт: обеспечивать хранение фуража, облегчить труд
животновода.
Сопротивление теплопередаче RТ в животноводческих помещениях
должна находится в пределах для стен: RТ 1,2-2,1 м2К/Вт; для потолочных
перекрытий RТ >1,7-2,1 м2К/Вт.
Улучшить эксплуатационные свойства существующих построек можно
путем их реконструкции с применением местных недорогих и доступных для
хозяйств материалов, таких как древесина и отходы ее переработки.
Для экономии энергии на создание микроклимата перспективны технологии содержания дойных коров по холодному способу содержания; выращивание молодняка КРС раннего возраста в индивидуальных домиках, установленных на открытых площадках (клетки размером 200х140х120). При таком содержании происходит ранняя адаптация животного к холоду в отдельном возрастном периоде. Существуют нормы кормления молодняка КРС в
зависимости от живой массы и температуры окружающей среды при содержании в помещениях общего типа. Необходимо выдержать специальные соотношения питательных веществ: сахаропротеиновые -1,4:1; крахмалопротеиновые – 1,9:1; сахарокрахмальные – 1:2,8.
Метод группового содержания крупного рогатого скота и телят по
сравнению с традиционным содержанием и выращиванием в типовых помещениях способствует созданию более благоприятных зоогегиенических
условий (снижается содержание аммиака в 1,4 раза, углекислого газа в 1,2 раза повышается естественная резестентность).
Использование биологического тепла животных в усовершенствованных системах вентиляции, которые содержат рекупиративные теплообменники позволяют обеспечить возврат 30..50% тепла отработанного воздуха для
подогрева свежего воздуха.
Таблица 8.2 – Энергетические показатели различных технологий
удаления навоза
Расход энергоносителей
Затраты
Технология
труда,
ЭлектроГСМ,
чел.-ч/т
энергия, кВт·ч
кг
1. Самотечно-сплавная система периодического действия (содержание
31,7
145
352
на решетчатых полах)
2. Механическая система с помощью скребкового транспортера
72
90
59
(привязное содержание)
3. Механическая система с помощью бульдозера (беспривязное со12
66
держание на периодически сменяе145
мой подстилке)
Уборка навоза из помещений и транспортирование его в навозохранилище – очень энергоемкие процессы (от 30 до 50% общих энергозатрат на
фермах). В таблице 8.2 приведены энергетические показатели различных
технологий уборки и удаления навоза из животноводческих помещений и его
транспортирование на поле.
Наименьшими энергозатратами характеризуется механические системы
навозоудаления при содержании животных на глубокой или периодически
сменяемой подстилке.
Транспортирование жидкого навоза от прифермерских хранилищ по
трубопроводам целесообразно используя фекальные.
Инфракрасное и ультрафиолетовое облучение способствует повышению продуктивности животных и птицы, уменьшению падежа молодняка,
снижению расхода кормов и общих энергозатрат. Наибольший зоотехнический эффект при наименьших энергозатратах на облучение может быть достигнут при выполнении следующих требований:
o применять для ИК-обогрева молодняка облучатели мощностью не
более 500 Вт;
o не рекомендуются облучатели мощностью 600 и 4000 Вт для помещений с температурой воздуха выше 5°С;
o использовать рациональные схемы управления, автоматизированные установки с программным управлением, обеспечивающие дозированное УФ-облучение и ИК-обогрев молодняка.
o регулировать тепловой режим обогрева с помощью автоматических
регуляторов напряжения, а не изменением высоты подвеса облучателей;
o для сокращения расхода электроэнергии не реже одного раза за технологический цикл очищать ИК- и УФ-лампы от пыли и грязи;
o регулярно следить за рациональным размещением ламп по отношению к площадкам и самим животным, подвергаемым облучению.
8.3.5. Снижение энергоемкости процесса доения коров и первичной обработки молока
Для правильной организации и соблюдения технологии машинного доения перспективным является беспривязный способ содержания коров с доением в специальных доильных залах. Использование современных систем автомат контроля позволяет управлять не только процессом доения, но и кормления животных. Годовой удельный расход электроэнергии на 1 корову в год
составляет около 3 м Вт·ч в год.
Использование доильных залов, оборудованных доильными установками типа «Елочка», «Тандем», «Полигон» имеет ряд преимуществ перед доением в молокопровод: резко повышается производительность труда дояра,
улучшаются условия для подготовки и обработки сосков вымени в процессе
доения, лучше промывка оборудования, меньше расход моющих средств,
выше качество молока.
146
Значительными резервами экономии энергоресурсов кроме использования доильного оборудования может быть использование новых марок оборудования для первичной обработки молока, так называемые теплохолодильные установки.
Экономия энергии может быть достигнута также за счет рационального
режима вентиляции молочного помещения, где смонтированы холодильные
установки. Быстрое охлаждение до 4° способствует: повышению качества
молока; увеличивает срок хранения молока; сокращение транспортных расходов.
Теплохолодильные установки обеспечивают теплой водой для поения
животных, горячая вода идет на отопление бытовых помещений. Экономия
от использования одной теплохолодильной установки оценивается в 24000
Вт электроэнергии или 2,5т дизельного топлива.
Комплексное решение проблемы охлаждения молока на основе модульных холодильных агрегатов позволяет обеспечить снижение потребления электроэнергии в целом по области в размере около 300 млн. кВт·ч, или
более 100 тыс. т.у.т. в год, что положительным образом скажется на снижении энергоемкости выпускаемой продукции.
8.4. Энергосбережение при использовании машино-тракторного
парка
8.4.1. Транспортировка, хранение топлива и заправка машин
Допустимые потери ГСМ при транспортировке, хранении и заправке
машин находятся в следующих пределах: бензин – 1,4–2,8 %, дизтопливо –
0,4–1,0 %.
Потери нефтепродуктов при транспортировке, хранении, сливоналивочных операциях и заправке машин за счет испарения, разлива и загрязнения довольно велики. Основная доля потерь (до 75 %) – от испарения
топлива.
Для сокращения потерь нефтепродуктов при транспортировке необходимо применять технически исправные герметизированные цистерны. Заполнять их рекомендуется нижним наливом «под уровень», так как заполнение свободно падающей струёй способствует разбрызгиванию и испарению
топлива. В этом случае потери бензина составляют 2…3 кг на тонну перевозимого продукта. Особое внимание нужно обращать на герметичность всех
соединений и уплотнений, исправность дыхательных клапанов и окраску цистерн в светлые тона для уменьшения нагрева. Необходимо полностью сливать топливо из соединительных рукавов и шлангов.
Во время хранения в результате неплотного соединения трубопроводов, негерметичности люков и крышек резервуаров, неисправности дыхательных клапанов, трещин в сварных швах, а также нагрева солнечными лучами может происходить непосредственная утечка топлива, его испарение,
окисление, а также загрязнение пылью и атмосферной влагой. В результате
количественных потерь и качественных изменений нефтепродукт перестает
147
соответствовать требованиям ГОСТов и ТУ и его невозможно использовать.
Весьма значительны потери топлива от испарения в зависимости от заполнения резервуара (таблица 8.3).
Таблица 8.3 – Интенсивность испарения бензина от степени заполнения резервуара
Степень
90
80
70
60
40
20
заполнения, %
Потери в год, %
0,3
0,6
1,0
1,6
3,6
9,6
-
Потери бензина за год составляют 70–140 кг, и поэтому хранить его в
незаполненных резервуарах запрещается. Следует израсходовать топливо
полностью из одного резервуара, а затем уже переходить к отпуску из следующего.
На испарение топлива влияет нагрев резервуара, что связано с его
окраской. Испарение топлива и его нагрев всегда меньше, если резервуар
окрашен в светлые тона и находится в тени. Нагрев сказывается на окислении топлива, при котором образуются смолисто-асфальтовые соединения,
вызывающие усиленное нагарообразование в камере сгорания двигателя, что
способствует снижению экономичности и повышению расхода топлива примерно на 6–8%. Кроме того, при испарении из бензина удаляются легкие
пусковые фракции, снижаются противодетонационные качества, что ухудшает запуск двигателя, делает работу двигателя неэкономичной.
Хранение нефтепродуктов на нефтескладах с подземным размещением
резервуаров позволяет поддерживать постоянный температурный режим, что
уменьшает потери топлива от испарения (для бензина – в 6–10 раз).
К мероприятиям по сокращению потерь нефтепродуктов от испарения
и загрязнения при хранении можно отнести (рис.8.9):
- создание емкостей повышенной прочности, работающих под избыточным
давлением;
термостатирование резервуаров;
уменьшение газового пространства;
установка газоуравнительных систем для емкостей;
усовершенствование конструкций дыхательной арматуры.
Сокращение потерь
нефтепродуктов
Создание емкостей повышенной прочности
Установка газоуравнительных систем для емкостей
Термостатирование резервуаров
Усовершенствование дыхательной арматуры
Уменьшение газового пространства
148
Рисунок 8.2 – Мероприятия по сокращению потерь нефтепродуктов от испарения и
загрязнения при хранении
Для хранения нефтепродуктов под избыточным давлением требуются емкости повышенной прочности, при этом резко сокращается объем малых дыханий и, следовательно, загрязнение и испарение топлива. Топливо
с высокой упругостью паров лучше хранится в шаровых, каплевидных, горизонтальных цилиндрических и других резервуарах, которые выдерживают давление до 0,197 МПа, что позволяет почти полностью устранить
малые дыхания.
Термостатирование резервуаров сокращает суточные колебания температуры нефтепродуктов и газового пространства в них, уменьшает объем малых дыханий. В условиях хозяйств следует широко применять защитные
навесы и экраны, а также заглублять резервуары. Если принять объем малого
дыхания для резервуара на открытой площадке за 100%, то для того же резервуара, закрытого брезентом, он составит 63%, а при заглублении в грунт –
18%.
Газовое пространство можно уменьшить за счет применения эластичных резинотканевых резервуаров, а также за счет оборудования емкостей
плавающими крышами и понтонами.
Газоуравнительные системы представляют собой сеть трубопроводов, объединяющих газовое пространство резервуаров с одинаковыми
нефтепродуктами, подключенную к газокомпенсатору-резервуару с переменным газовым пространством. В качестве газокомпенсатора можно использовать резинотканевый резервуар. Газо-уравнительные системы практически полностью изолируют пары малых и больших дыханий от атмосферы, что исключает потери и загрязнение нефтепродуктов, а также загрязнение воздушного бассейна.
В нефтепродукты поступает большое количество продуктов коррозии
внутренних металлических поверхностей средств транспортирования, хранения и заправки. Защита нефтепродуктов от коррозионных загрязнений сводится к использованию коррозионно-стойких материалов, нанесению защитных покрытий, введению в нефтепродукты ингибиторов коррозии и применению электрохимических способов.
Много топлива теряется от переливов и испарения при заправке машин. За год потери могут достичь 100 кг на машину. Через неплотность, пропускающую одну каплю бензина в секунду, за сутки теряется более 4кг, а за
год около 1,5 тонны. Если же капли временами переходят в струйку, то потери топлива увеличиваются до 6–7 кг в сутки, а за год – до 2–2,5 тонны.
Подтекание и «потение швов» резервуаров – причины потерь 3–4%
топлива в год. При заправке машины неисправным топливозаправочным
оборудованием потери топлива составляют 1–2% и еще более возрастают,
если применяют ведра или открытую струю. При выдаче дизельного масла из
бочки в мерную кружку или в ведро накатом или опрокидыванием остаток
149
после окончания выдачи составляет 1,5 кг. Потери при наливе из бочки в
мерную кружку или ведро достигают 9%. Заправка машин топливом при помощи рукава, но без раздаточного крана приводит к потерям, достигающим
0,4–0,5%. Применение же раздаточных кранов позволяет снизить потери более чем в 2 раза.
Внедрение механизированных заправочных средств сокращает не
только количественные, но и качественные потери нефтепродуктов, а также
длительность простоев машин на заправке. При рациональном применении
механизированных заправочных средств, благодаря снижению простоев
тракторных агрегатов под заправкой и потерь времени на перегон тракторов
к стационарным пунктам заправки, производительность МТА увеличивается
на 10–12%.
Требования к оборудованию нефтескладов предусматривают: сохранение качества нефтепродуктов в процессе хранения; ликвидацию потерь при
заправках, приемке и хранении; сокращение времени заправки машин; обеспечение учета количества выданных топлива и масел.
Эти требования могут быть обеспечены, когда оборудование
нефтескладов находится в исправном состоянии и содержится в постоянной
технической готовности. Для этого необходимо совершенствование и качественное проведение технического обслуживания и ремонта оборудования,
что позволяет сократить простои МТП; снизить затраты на ремонт топливной
аппаратуры и машины в целом; сократить время на заправку машин, уменьшить потери нефтепродуктов и сэкономить дизельного топлива до 2,5, бензина – до 3,5 и моторного масла до 6%.
Важный резерв экономии моторных масел – повторное их использование после регенерации, для чего необходимо организовать сбор отработанных масел.
Большое значение имеет организация в нефтехозяйствах контроля качества нефтепродуктов. Основным документом, характеризующим соответствие данного продукта стандарту или ТУ, является паспорт качества, в котором приводят показатели качества, определенные в лаборатории изготовителя нефтепродукта. При обнаружении несоответствия этих показателей –
продукт признают нестандартным и бракуют.
Размер механических примесей, попадающих в топливо, обычно не
превышает 30 мкм, но иногда достигает 500 мкм. Присутствие крупных частиц объясняется в основном небрежным хранением топлива и неаккуратной
заправкой топливных баков. Значительная часть этих примесей (около 75%)
не оказывает влияния на износ деталей топливной аппаратуры двигателей,
так как имеет незначительную твердость и представляет собой органические
вещества и окислы железа и цинка. Остальная часть, состоящая из частиц
кремнезема и глинозема, представляет серьезную опасность для топливной
аппаратуры. Однако поры фильтрующих элементов и отверстия распылителей форсунок забиваются частицами загрязнителя любого происхождения –
минерального и органического. Следовательно, наличие этих частиц является
одинаково вредным.
150
Присутствие воды в топливе приводит к коррозии резервуаров и трубопроводов. Попадание ее в механизмы топливораздаточных колонок и системы топливоподачи дизелей вызывают повышение гидравлического сопротивления фильтрующих элементов, снижение их пропускной способности и
коррозию прецизионных деталей. При сгорании дизельного топлива, в котором имеется большое количество растворенной или мелко диспергированной
воды, образуется серная и сернистая кислоты. Взаимодействуя с деталями
цилиндровой группы, они вызывают их интенсивную коррозию.
При отрицательных температурах вода, попавшая в топливо, превращается в кристаллы льда, которые нарушают нормальную работу топливораздаточного оборудования и двигателей: кристаллы льда забивают трубопроводы, насосы, фильтры и жиклеры, затрудняя и даже совсем прекращая
подачу топлива. Скопление большого количества воды приводит к замерзанию ее в кранах, повреждению сальников и нарушению плотности резьбовых
и фланцевых соединений.
При длительном хранении дизельное топливо подвергается окислению.
Это приводит к возрастанию в топливе количества смол, изменению их кислотности и цвета, к увеличению примесей органического происхождения.
В процессе транспортировки, хранения и выдачи бензина качество его
ухудшается в основном за счет испарения легких фракций и изменения
вследствие этого фракционного состава, а также за счет окисления. Чрезмерного загрязнения бензина механическими примесями, как правило, не
происходит, так как примеси, попавшие в него, быстро оседают на дно. Да и
требования к чистоте бензина менее жесткие, чем, например, к чистоте дизельного топлива.
В систему питания карбюраторных двигателей не должны попадать
механические примеси размером более 10 мкм.
Испарение легких фракций бензина ухудшает его динамическую испаряемость, а это приводит к ухудшению пусковых свойств бензина, снижению
мощности и экономичности двигателя, сокращению количества работы, выполняемой автомобилями, перерасходу бензина и потере рабочего времени.
Установлено, что на каждый процент потери бензина от испарения мощность
двигателя снижается на 0,15%, а экономичность – на 0,2%. В то же время повышается предельная температура окружающего воздуха, при которой возможен запуск двигателя в зимних условиях. Так, при повышении температуры начала кипения бензина с 34 до 46 С (в результате незначительных потерь
легких фракций) предельная температура окружающего воздуха, при которой
возможен быстрый запуск двигателя, повышается с минус 26 до минус 16°С.
8.4.2. Энергосбережение путем совершенствования технической эксплуатации машино-тракторного парка
С целью экономии горюче-смазочных материалов (ГСМ) при эксплуатации МТП необходимо постоянно поддерживать составные части тракторов,
автомобилей и самоходных машин в технически исправном состоянии
(рис.8.10):
151

контролировать мощность и расход топлива двигателем методами технической диагностики;

поддерживать нормальный тепловой режим работы двигателя;

применять нефтепродукты в соответствии со временем года;

периодически удалять накипь из системы охлаждения, нагар и
смолистые отложения из трубопроводов и глушителя;

своевременно проводить соответствующие виды периодических
и сезонных обслуживаний;

соблюдать правила технической эксплуатации прицепных и
навесных сельскохозяйственных машин;

не допускать перегрузку двигателей и буксование тракторов и
самоходных сельскохозяйственных машин и комбайнов;

повышать уровень технической эксплуатации машиннотракторного парка.
Применение малосернистых топлив (с содержанием серы до 0,5%) повышает ресурс дизельных двигателей на 20–30%, а использование топлива с
содержанием серы до 1% приводит к дополнительным затратам на ТО, ремонт
и запчасти примерно равным 10% стоимости израсходованного топлива.
Совершенствование эксплуатации МТП
Контроль мощности и расхода топлива
Удаление накипи и нагара из
системы охлаждения
Своевременное и качественное проведение ТО
Поддержание нормального
теплового режима
Применение сезонных
нефтепродуктов
Правильная эксплуатация
прицепных и навесных машин
Недопущение перегрузки
двигателя
Рисунок 2 – Мероприятия по экономии ГСМ при эксплуатации МТП
Использование экологически чистого дизельного топлива на основе
метилового эфира кислот рапсового масла позволяет получить экономию денежных средств до 10% за счет более низкой стоимости биотоплива из рапса.
При этом следует иметь в виду, что биотопливо обладает значительными
преимуществами:
 при использовании до минус 12°С не требуются присадки;
 лучше смазывающее действие, следовательно, меньший износ деталей двигателя;
 очень низкое содержание диоксида серы, поэтому меньше износ
двигателя, не засоряется окружающая среда, исключаются кислотные дожди;
152
 сгорает с меньшим количеством сажи, чем обычное дизтопливо;
 меньше испаряется, отсутствует улетучивание при заправке;
 биологически расщепляется на 100 % (не засоряет окружающую
среду).
Опыт работы показывает, что в процессе эксплуатации автомобилей
свыше 70% неисправностей системы питания приходится на карбюратор и
систему топливоподачи. Нарушение регулировок системы холостого хода
карбюратора, неисправность поплавкового механизма вызывают повышение
расхода топлива на 6–8%, износ деталей ускорительного насоса – на 3–5%.
Неисправности экономайзера ведут к переобогащению смеси на всех режимах, в результате чего расход топлива увеличивается на 5–10%.
Двигатель автомобиля нормально работает при температуре охлаждающей жидкости 75–90°С и температуре воздуха под капотом 30–40°С. В холодном двигателе больше тепла уходит в охлаждающую жидкость, хуже протекают процессы смесеобразования и горения, возрастает внутреннее трение,
что приводит к значительному повышению расхода топлива. Если снизить
температуру охлаждающей жидкости в радиаторе с 80 до 60°С, то расход
топлива возрастает на 3%, а снижение температуры до 40°С вызывает увеличение расхода топлива на 12, до 30°С – на 25%.
Неисправность или неправильная регулировка только одной форсунки
увеличивает расход топлива на 15–20%.
Несвоевременное обслуживание воздухоочистителя приводит к перерасходу топлива на 3–6%, а при сильном загрязнении – до 15%.
Уменьшение угла опережения впрыска топлива у дизельного двигателя на 2 градуса повышает удельный расход топлива на 10%. Снижение частоты вращения коленчатого вала на 150–200 оборотов в минуту вызывает
падение его мощности на 7–10% и соответствующее снижение топливной
экономичности.
Наибольшая мощность и экономичность достигается при оптимальных
значениях угла опережения впрыска. Отклонение от этих значений вызывает
снижение показателей работы двигателя, мощность снижается на 1,5% на
каждый градус отклонения от оптимального угла опережения впрыска.
Износ обратного клапана топливного насоса приводит к возрастанию
часового расхода топлива до 31%, так как в результате увеличивается цикловая подача топлива, продолжительность и запаздывание впрыскивания,
вследствие чего нарушается нормальный процесс сгорания топливной смеси
в цилиндрах, двигатель работает жестко, с дымным выхлопом, детали перегреваются, износ увеличивается, быстро закоксовываются распылители форсунок. Из-за износа разгрузочного пояска обратного клапана не происходит
четкой отсечки подачи топлива, в результате чего давление в трубопроводе
высокого давления падает медленно, распылители форсунок подтекают, а
сами распылители закоксовываются и форсунка выходит из строя.
Снижение температуры охлаждающей жидкости в дизелях с 85 до
45°С сопровождается снижением эффективной мощности на 5–6% и повышением расхода топлива на 6–7%, а в карбюраторных двигателях соответ153
ственно на 8–9 и на 15–20%.
Нарушение регулировки зазоров в клапанах двигателей вызывает
снижение мощности на 1,5–2 кВт и увеличение удельного расхода топлива.
Опыт передовых хозяйств, где техническое обслуживание машин на
высоком уровне, показывает, что затраты на ремонт и ТО снижаются на
17–20%, мощность двигателя больше на 8–20%, а расход топлива ниже на
7–12% по сравнению с тем, что есть в хозяйствах, где не налажено регулярное техническое обслуживание.
8.4.3. Использование транспорта в сельскохозяйственном
производстве
Объем грузоперевозок в сельском хозяйстве составляет около 50 т на 1
га пашни и имеет тенденцию к увеличению. Расходы на транспорт составляют 15–40% себестоимости сельскохозяйственной продукции, поэтому очень
важно рационально использовать транспортные средства, с целью экономии
топливно-смазочных материалов и денежных затрат на производство продукции.
Износ и нарушение регулировок трансмиссии и ходовой части тракторов, автомобилей и самоходных машин приводят к повышенному расходу
топлива.
Правильная регулировка механизмов силовой передачи, применение
соответствующих сортов масел с учетом условий эксплуатации, поддержание
в надлежащем техническом состоянии уплотнений, позволяет повысить КПД
силовой передачи на 9–11%.
Потери мощности в механизмах гусеничного хода трактора обычно составляют 4–5%, но могут достигать, особенно при излишнем натяжении, 7%
и более.
Неправильная установка направляющих колес тракторов ухудшает их
управляемость, ускоряет износ шин, увеличивается радиус поворота. Следовательно, соответственно увеличивается длина поворота и гектарный расход
топлива на 5–7%.
Износ шин резко влияет на производительность и экономичность использования трактора. Предельная высота грунтозацепов изношенного протектора не должна быть меньше 20% для шин ведущих колес и 17% для шин
направляющих колес от номинальной высоты. Это обусловлено тем, что при
износе увеличивается буксование ведущих колес до 20–25%, снижается производительность на 6–8%.
Если давление в шинах снизилось на 15%, пробег этой шины сократится на 20%, а если давление ниже на 25%, то пробег сократится на 40%.
При пониженном давлении шина нагревается, края быстро изнашиваются, так как середина беговой дорожки прогибается вовнутрь, при повышенном давлении – площадь контакта шины с дорогой уменьшается, удельное давление увеличивается, шина теряет эластичность и разрушается.
Давление воздуха в шинах и нагрузка на них оказывают существенное
влияние на коэффициент сопротивления качению и топливную
экономичность. Установлено, что снижение давления в шинах грузовых
154
автопоездов на 10% ведет к перерасходу топлива в среднем на 5,5%, а на 20%
– до 7,5%. По данным НИИ даже на крупных автотранспортных
предприятиях с нормальным давлением в шинах эксплуатируется только 40%
автомобилей, хотя давление воздуха в шинах требует контроля через каждые
5–6 дней для легковых и 10–12 дней для грузовых автомобилей и
автопоездов.
Эффективным мероприятием по снижению сопротивления качению
является применение радиальных шин, которые отличаются конструкцией
своего кордового слоя, образующего его основу. При радиальном
расположении кордовых волокон шина становится более эластичной,
долговечной, имеет меньшее сопротивление при движении, что способствует
снижению расхода топлива на 7–10%.
При создании новых моделей шин очень часто конструкторы стремятся
увеличить их срок службы за счет увеличения толщины протектора. Как
результат этой практики глубина рисунка беговой части шин на 30%
увеличена, по сравнению с зарубежными аналогами. Это приводит к
повышенному сопротивлению и, следовательно, росту расхода топлива. При
этом экономические потери, связанные с увеличением расхода топлива,
значительно превышают экономию, полученную в результате увеличения
срока службы шин.
Переход на электронные бесконтактные системы зажигания
карбюраторных двигателей автомобилей дает значительный экономический
эффект. Так, момент зажигания в бесконтактных системах постоянен и не
изменяется от срока службы, тогда как в классической системе зажигания с
прерывателем – распределителем после пробега 15–20 тыс. км момент
зажигания перемещается на несколько градусов в сторону запаздывания, что
приводит к увеличению расхода топлива. Улучшение параметров искрового
разряда (большая длительность и энергия искрового разряда) обеспечивает
более полное и равномерное сгорание топлива, а также стабильную работу
двигателя при малых частотах вращения коленвала. Вследствие более
высокого вторичного напряжения появляется возможность устанавливать
увеличенные зазоры между электродами в свечах. Вот это способствует
экономии топлива на режимах частичных нагрузок двигателя.
8.5. Основные принципы электросбережения в сельском хозяйстве
8.5.1. Пути экономии электроэнергии при эксплуатации электрооборудования в растениеводстве
В растениеводстве электроустановки выполняют различные операции:
очистку, сушку и сортировку зерна; приготовление сенной муки; переработку и хранение сельскохозяйственной продукции; орошение земель; обогрев
почвы и воздуха, регулирование температуры и влажности в парниках и теплицах.
155
Установки для первичной обработки зерна есть во всех хозяйствах зернового направления. Они действуют на всех специализированных и универсальных пунктах, на заводах по обработке семян в элитно-семеноводческих
хозяйствах. Мощность и тип этих установок определяются качеством зерна,
сроками и интенсивностью уборки, размерами посевных площадей.
Наиболее распространены в хозяйствах пункты для обработки и хранения продовольственного и фуражного зерна. Такие пункты создают на основе
зернообрабатывающих агрегатов, представляющих собою комплексы различных машин, транспортирующих устройств, электромеханического и
вспомогательного оборудования.
При уборочной влажности зерна менее 18% строят зерноочистительные, а при большей влажности - зерноочистительно-сушильные пункты. На
этих пунктах зерно из завальной ямы подается норией в зерноочистительную
машину, где из него выделяют легковесные примеси и фуражные отходы.
Очищенное зерно поступает в триерный блок для выделения длинных и коротких примесей. Далее оно идет в бункер чистого зерна или в зернохранилище. На зерноочистительно-сушильных пунктах, кроме перечисленных операций, производят сушку зерна.
Оборудование зерноочистительно-сушильных пунктов имеет электропривод, устройства защиты и автоматического управления. Например, агрегат КЗС-10Б предназначен для очистки и сушки 2,5...3 тыс. т продовольственного зерна различных культур в сезон. Его производительность за час
равна 10 т зерна с влажностью до 16% и засоренностью до 20%. На КЗС-10Б
установлено 12 электродвигателей общей мощностью 53,7 кВт. Вся аппаратура управления вынесена на пульт типа ШАП-5909-23АЗ. Система управления агрегатом предусматривает дистанционное централизованное управление
электродвигателем, автоматизированное управление зерносушилками.
На зерноочистительно-сушильных предприятиях применяют установки
для активного вентилирования зерна. Используемые для этого вентиляторы
должны обеспечивать прохождение через слой зерна 400... 800 м /т воздуха.
В зависимости от технологии ведут подогрев воздуха до 50...60°С. Эту операцию выполняют теплогенераторами производительностью 420... 840 МДж/ч
с электродвигателем мощностью 1,9... 3,6 кВт; воздухонагревателями на
1680...2520 МДж/ч с электродвигателем мощностью 10... 12 кВт; тепловентиляционными агрегатами на 1680...4200 МДж/ч с электродвигателем
мощностью 20...25 кВт. Нормы удельного часового расхода воздуха на тонну
вентилируемого зерна зависят от вида зерновых культур и от начальной
влажности продукции
Электроустановки для орошения получили распространение в зонах
орошаемого земледелия. Они являются составной частью всей оросительной
системы, в которую входят насосно-силовое оборудование и распределительные устройства.
В оросительных системах используют горизонтальные и вертикальные
центробежные насосы. В зависимости от производительности насосной станции их, мощность колеблется в широких диапазонах. Например, для широко156
захватных дождевальных установок «Фрегат» и «Волжанка» мощности
насосных станций должны быть в диапазоне от 400 до 2500 кВт.
Электрообогрев в защищенном грунте - один из наиболее энергоемких
процессов. Как известно, существуют два способа электрообогрева защищенного грунта: электродный и элементный. На практике применяют лишь
элементный обогрев. При этом конструкция нагревательных элементов может быть самой разнообразной. Возможно, обогревать не только грунт, но и
окружающий воздух. Соотношение мощностей почвенного и воздушного
обогрева должно быть 1 : 1 в парниках и 1:2 в теплицах.
Как правило, системы электрообогрева автоматизированы. По мере достижения заданной температуры автоматы отключают нагреватели. После того, как температура почвы станет меньше заданной, автоматы вновь включают
нагреватели. Используя теплоаккумулирующую способность почвы, обогрев
надо стараться вести в часы провала графика нагрузок (рис.8.11).
Экономия электроэнергии в
растениеводстве
Уборка зерновых с меньшей влажностью
Использование районированных сортов растений
Применение источников физиологически активной радиации
Регулирование температуры
воздуха
Полная загрузка машин
Сокращение потерь тепла при
сушке зерна
Работа оросительных систем в
часы наименьшей нагрузки
Замена консервирования на
замораживание
Рисунок 8.11 - Пути экономии электроэнергии при эксплуатации
электрооборудования в растениеводстве
8.5.2. Пути экономии электроэнергии при эксплуатации электрооборудования в животноводстве
В животноводстве электроустановки применяют для привода машин,
обогрева помещений, облучения молодняка животных и птицы, при непосредственном использовании электроэнергии для обработки кормов и молока.
Электроприводом, снабжены все машины, работающие в животноводстве. Сейчас на некоторых машинах и установках используют не только индивидуальный, но и многодвигательный электропривод. Большая часть машин имеет автоматизированное управление.
Особенно часто электроприводными агрегатами и поточными линиями
комплектуют цеха по переработке и приготовлению кормов. В них готовят
самые разнообразные корма (брикетированные, гранулированные), различ157
ные смеси, в том числе и жидкие. Передачу продукта в кормоцехах производят транспортерами или шнеками.
Электроустановки на молочных фермах играют важную роль при доении, охлаждении и обработке молока. Технологические схемы первичной обработки молока зависят от особенностей хозяйства. Довольно часто применяют такую схему. Из молокопровода молоко насосом подают в молокоочиститель, охладитель и молочный танк. В ряде хозяйств эту схему дополняют
пастеризатором. Иногда в хозяйствах проводят полный цикл обработки молока, включающий очистку, охлаждение, пастеризацию, нормализацию, расфасовку. На молочных фермах широко используют электрохолодильную
технику и электроподогрев технологической воды для подмывания вымени
коров, мойки молочной посуды и т. п.
Расход энергии на молочной ферме состоит из затрат электроэнергии на
освещение, привод рабочих машин, отопление и подогрев воды.
Электроустановки для уборки и транспортировки навоза применяют
практически на всех животноводческих фермах. Чаще всего используют
скребковые и скреперные транспортеры кругового и возвратнопоступательного движения. В ряде случаев транспортирование навоза в навозохранилище или к местам его компостирования выполняют пневматическим
способом, используя сжатый воздух, который нагнетается компрессором.
Нередко потери сжатого воздуха до Электроустановки для водоснабжения
ферм играют важнейшую роль в обеспечении высоких показателей животноводства и птицеводства. Существует четко отработанная технология добывания, транспортирования и раздачи воды.
Для водоснабжения в сельском хозяйстве применяют различные водозаборные сооружения с широкой номенклатурой водоподъемного оборудования. Используют погружные насосы типа ЭЦВ, водоструйные установки,
центробежные и вихревые насосы общего назначения. Мощность насоса, как
указано выше, определяют в зависимости от полного напора и подачи жидкости. Оптимальные режимы работы насоса зависят от его частоты вращения.
Правильный выбор насосов позволяет уменьшить вместимость напорного резервуара и снизить расход электроэнергии.
Для сельскохозяйственного водоснабжения важное значение имеет обработка воды. Производят ее различными способами и, в том числе, на электролизных передвижных установках для обеззараживания питьевой воды.
Одним из средств снижения энергии на водоснабжение является автоматизация всей системы, начиная с добычи и кончая раздачей воды, поэтому
в последнее время получают распространение автоматизированные водоподъемные установки типа ВУ с электроприводом мощностью 3...6 кВт.
Установки для создания оптимальных условий содержания животных
- крупный потребитель электрической энергии. К этим установкам относят
электроотопительные устройства (электрокотлы и электрокотельные, электрокалориферы), электровентиляционные устройства (вентиляторы, увлаж158
нители, обеспыливатели, кондиционеры), электроустановки локального обогрева и электрооблучательные установки.
Птицеводство - наиболее энергоемкая отрасль сельского хозяйства.
Электрическую энергию в больших количествах потребляют инкубатории,
установки освещения в птичниках, приборы для создания оптимального микроклимата в помещениях. Самое большое количество энергии (около 70%)
идет на создание микроклимата в птичниках. Биологического тепла птицы
достаточно для обогрева в зимний период приточного воздуха и самого здания. Сбережение тепла во многом зависит от теплоизоляционных свойств
птичников.
Много энергии можно сберечь за счет уменьшения нормативного воздухообмена в птичниках. Это достигают направленной подачей воздуха в зону нахождения птицы и локальным удалением отработанного воздуха.
Наблюдения показали, что при направленной системе вентиляции в зимнее
время продолжительность отопительного периода сокращается в два раза.
Птицеводство - высокоавтоматизированная отрасль. Автоматизированы инкубация, выращивание молодняка, содержание кур-несушек, сортировка, упаковка и хранение яиц, выращивание птицы на мясо, обработка тушек
(рис.8.12).
Экономия электроэнергии в
животноводстве
Соответствие электропривода
характеристикам рабочих машин
Применение регулируемого электропривода
Соблюдение параметров микроклимата
Эффективная эксплуатация вентиляции
Эксплуатация вентиляции по принудительному графику
Использование средств автоматизации
Применение теплообменных систем
Установка тепловых завес ворот
Рисунок 8.12 - Пути экономии электроэнергии при эксплуатации
электрооборудования в животноводстве
8.5.3. Пути экономии электроэнергии при эксплуатации оборудования
подсобных предприятий
В отдельных хозяйствах существуют собственные предприятия по хранению и переработке овощей, плодов и ягод. В них ведут консервирование
плодов и овощей, маринование, квашение и соление капусты, огурцов, производство плодово-ягодных и овощных соков, сушку и замораживание овощей и плодов, изготовление крахмала из отходов картофеля и чипсов. Хозяйства, не имеющие собственной производственной базы, располагают стационарными овоще-картофеле- и фруктохранилищами
159
На большинстве птицефабрик созданы перерабатывающие подразделения, цеха переработки технических отходов, обработки пера, производства
жидких и сухих яйцепродуктов.
При молочных комплексах и крупных фермах организуют предприятия
по первичной переработке молока: сепараторные, пастеризационные, охладительные отделения, первичные молочные заводы. В некоторых хозяйствах
производят полную обработку молока, включая нормализацию и расфасовку
в мелкую тару.
Переработка овощей, плодов, ягод. Процессы переработки начинают с
транспортировки сырья. Для вертикального и горизонтального перемещения
и штабелирования грузов применяют авто- и электропогрузчики, которые питаются от аккумуляторов. Аккумуляторы заряжают на специальной зарядной
станции с выпрямителями тока. Для перемещения сырья используют электрифицированные ящикоопрокидыватели и полочные элеваторы, подъемникиопрокидыватели, машины для выгрузки сырья.
Поступающее на переработку сырье сначала сортируют, по размеру,
форме, цвету, сорту, степени зрелости. Такая сортировка позволяет установить оптимальные режимы обработки при наиболее рациональном использовании электрической и тепловой энергии. В зависимости от вида перерабатываемого сырья применяют разные типы калибровочных и сортировочных
машин. Для разделения по размерам картофеля, корнеплодов, яблок применяют барабанную калибровочную машин.
Все растительное сырье моют для удаления с его поверхности остатков
почвы, ядохимикатов, посторонних примесей, микроорганизмов. Применяют
для этого лопастные, элеваторные и вентиляторные моечные.
Для очистки растительного сырья от наружного покрова (кожура) применяют картофелечистки, аппараты для паровой очистки овощей, пароводотермические агрегаты, пневмолукоочистительные установки и т. п.
Во фрукто- и овощесушильных цехах промытое сырье измельчают на
специальных резальных машинах с электроприводом.
На практике наиболее часто применяют сушку горячим воздухом. Чем
выше температура воздуха, подводимого к поверхности высушиваемого материала, тем большее количество тепловой энергии он несет с собой и тем
быстрее и больше он может испарить влаги из продукта. При атмосферной
воздушной сушке воздух нагревают калориферами. Перемещение и отвод
насыщенного парами и охлажденного воздуха производят вентиляторами.
На овощесушильных предприятиях широко используют конвейерные,
шахтные, туннельные, барабанные и другие сушильные аппараты. Сушат
продукты подогретым воздухом. Большую часть охлажденного воздуха удаляют из сушилки, а часть - рециркулируют, смешивая со свежим воздухом и
направляя в калорифер. Заданный тепловой режим поддерживают автоматы.
В цехах по квашению и солению овощей используют многие электрифицированные механизмы: сверлилки для кочерыг капусты, шинковальные
машины, транспортеры.
160
Во многих случаях консервирование связано с переводом сырья в пюреобразное состояние. Для этого применяют специальные протирочные машины, состоящие из горизонтального вала с бичами и сита, окружающего
вал.
При приготовлении почти всех видов консервов применяют бланширование - кратковременную обработку сырья кипящей водой или паром. На
мелких предприятиях, где отсутствует поточное производство, сырье бланшируют в котлах, обогреваемых горячей водой.
Любое консервное производство располагает автоклавами, в которых
выполняют тепловую стерилизацию. Закупоренные банки с консервируемыми продуктами загружают в вертикальный автоклав в перфорированных металлических корзинах. В автоклав подают пар и после того, как установится
необходимая температура, выдерживают в течение 15...20 мин. Для регулирования давления и температуры в автоклаве применяют специальные автоматы.
На предприятиях по консервированию и сушке овощей, плодов и фруктов важно строго соблюдать нормы расхода энергии, следить за полной загрузкой оборудования, не допускать холостой работы машины.
Переработка птицы, пера, яиц. Как правило, такую переработку выполняют непосредственно на птицефабриках. Процесс первичной переработки птицы включает убой, обескровливание, тепловую обработку, снятие оперения. Все эти операции выполняют в строгой технологической последовательности.
Для обработки пера организуют самостоятельны участки, оборудованные сепаратором, транспортерами, насосом, центрифугами, вентиляторами и
сушками
Первичная обработка молока. По существующему порядку в хозяйствах молоко проходит первичную обработку: фильтрование, охлаждение и в
случае необходимости пастеризацию
При производстве цельного молока наилучших результатов достигают
при наличии в коровниках единой поточной линии. По наиболее простой
схеме молоко из молокопровода последовательно перекачивают насосом в
молокоочиститель, охладитель и молочный танк. В схему охлаждения включены насосы для подачи молока и охлаждающей жидкости. Из охладителя
молоко поступает на хранение в танки с надежной теплоизоляционной оболочкой. Чтобы во время хранения молока в танках не происходил отстой сливок, применяют вращающиеся мешалки. В последние годы танки-охладители
молока агрегатируют с компрессорными холодильными установками. В сельском хозяйстве наиболее распространены фреоновые холодильные установки.
Длительную пастеризацию молока производят в специальных ваннах
типа вместимостью 300, 600 и 1000 л, оборудованных насосами горячей воды
и мешалками с индивидуальным.
Получение сливок, очистку молока от посторонних механических примесей и нормализацию по жирности производят на сепараторах.
161
Многие хозяйства располагают собственными подсобными предприятиями и ремонтными мастерскими. Назначение подсобных предприятий —
изготовление товарной продукции на продажу. Ремонтные мастерские предназначены преимущественно для удовлетворения собственных нужд хозяйств по ремонту сельскохозяйственной техники.
Деревообрабатывающие цеха и мастерские оборудованы пилорамами с
электроприводом. Как правило, цеха оборудованы универсальными и специальными деревообрабатывающими станками (токарные, строгальные, фуговальные, сверлильные) и электроинструментом (электропилы, электрорубанки, электродолбежники, электросверлилки). Электрорубанки и электродолбежники выпускают как трехфазными, так и однофазными на нормальную и
повышенную частоту, на напряжение 220 В.
В ремонтно-механических мастерских применяют станки общего и
специального назначения, электросварочное и электропечное оборудование,
электроинструмент. В ремонтных мастерских, на пунктах технического обслуживания сельскохозяйственной техники и в автогаражах устанавливают
электрозарядные выпрямительные устройства.
Ремонтно-механические мастерские располагают различными по
назначению и мощности токарными, фрезерными, строгальными, сверлильными, шлифовальными и другими металлообрабатывающими станками. Все
они имеют индивидуальный одиночный или многодвигательный привод
мощностью от 0,5 до 25 кВт
В ремонтных мастерских устанавливают много специального оборудования с электроприводом: станки для шлифовки и притирки клапанов, зигмашины для изготовления воздуховодов, трубогибочные станки, испытательные стенды и др.
В целях экономии энергии на предприятиях агропромышленного комплекса можно рекомендовать проведение следующих мероприятий:
1. Строго соблюдать технологические режимы и нормы расхода электроэнергии, пара, воздуха, воды на выполнение технологических операций.
2. Следить за полной загрузкой машин, механизмов, станков.
3. Полностью исключить работу машин на холостом ходу.
4. Сократить продолжительность на станочном оборудовании межоперационных периодов.
5. Обеспечить использование отбросного тепла теплотехнического
оборудования.
6. Сократить потери в паропроводах и клапанах. Следить за их исправным состоянием, не допускать утечек пара.
7. Улучшать теплоизоляцию трубопроводов с учетом замены теплоизоляционных материалов, потерявших свои свойства в результате старения.
8. Предотвращать потери от плохой работы конденсатоотводчиков.
Следить за правильным регулированием и контролем возврата конденсата.
9. Производить с учетом экономических показателей замену обычного
теплотехнического оборудования на более совершенное.
10.Внедрять методы и средства высокочастотной, инфракрасной и уль162
тразвуковой сушки сельскохозяйственных продуктов.
В ремонтно-механических мастерских электроэнергию можно экономить за счет рациональных припусков и приближения формы заготовки к
форме готового изделия. Замена токарной обработки высадкой (например,
при изготовлении болтов, гаек, шпилек и т. п.) дает снижение расхода электроэнергии в 5... 10 раз.
8.6. Энергосбережение в зданиях и сооружениях
8.6.1. Бытовое энергосбережение
В жилищном хозяйстве потребляется около 30% тепловой энергии, которая получается от сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива.
Поэтому, экономия топлива является важнейшей народно-хозяйственной задачей.
В последние годы стоимость добычи и перевозки топлива значительно
увеличилась. Перевозка его к потребителям вызвала резкое увеличение капитальных вложений в газопроводы и железнодорожный транспорт. Перерасход тепловой энергии в жилых зданиях по сравнению с расчетным составляет
более 25%. Причин такого перерасхода много:
1) пониженные теплозащитные свойства наружных ограждающих конструкций (стен), окон и балконных дверей;
2) расход теплоты на нагрев наружного воздуха, который проникает в
помещение через неплотности оконных переплетов и балконных дверей;
3) плохо отрегулирована система отопления, что приводит к перегреву
помещений.
Для снижения потерь тепла в первую очередь необходимо реализовать
энергосберегающие мероприятия, на осуществление которых не потребуются
капитальные вложения.
Обязательным мероприятием является приведение в исправное состояние всех контрольно-измерительных приборов и арматуры систем отопления
и горячего водоснабжения, задвижки в котельных и на вводах в зданиях
должны быть отрегулированы и зафиксированы. Расход воды в нагревательных приборах необходимо привести в соответствие с расчетным расходом с
помощью кранов регулировки. Необходимо устранить избыточные поверхности нагрева, установленные жильцами. Проверка выполнения перечисленных мероприятий должна производиться не реже двух раз в год (в начале и в
конце отопительного периода). Одновременно необходимо выявить и устранить все неисправности наружных ограждающих конструкций зданий с
предъявлением санкций к жильцам, которые не выполняют требования экономии тепла (заклейка щелей в оконных переплетах на зимний период, отсутствие в них стекол, и др.).
163
8.6.2. Структура расхода тепловой и электрической энергии зданиями
По оценкам отечественных и зарубежных экспертов, потенциал экономии электроэнергии в зданиях и сооружениях равен 30-40%, а тепловой энергии около 50%.
Потери тепловой энергии зданием составляют через:
- наружные стены – 40%,
- окна - 18%,
- вентиляцию – 15%,
- крышу, пол – 27%.
Как видно, основные потери тепловой энергии происходят через окна,
стены, крышу, пол, а также за счет вентиляции.
При применении современной строительной и теплозащитной технологии появляется возможность удержать годовое потребление энергии в пределах 30-70 кВт·ч/м2 жилой площади в год.
Прохождение теплового потока через ограждающие конструкции зданий оценивается коэффициентом теплопередачи. Коэффициент теплопередачи – единица, которая обозначает прохождение теплового потока мощностью
1Вт сквозь элемент строительной конструкции площадью 1 м2 при разнице
внутренней и внешней температуры в 1 Кельвин. Так, для жилого дома коэффициент теплопередачи равен:
- потолок (12 см изоляции) – 0,35 Вт/(м2К);
- пенобетон (30-36 см или легкий кирпич) – 0,66 Вт/(м2К);
- пол (5 см теплоизоляции) – 0,68 Вт/(м2К).
Качество теплоизоляции является важнейшим параметром энергопотребления здания. Коэффициент теплопередачи должен находиться в пределах от 0,3 до 0,2 Вт/(м2К). Этих значений можно добиться во всевозможных
конструкциях зданий и сооружений, используя следующие подходы (рис. 1):
1) хорошие теплоизолирующие свойства строительных элементов
(стен, окон, крыши, пола, подвала);
2) добросовестное выполнение изоляции (недопущение теплопотерь,
защита от ветра);
3) управляемый воздухообмен (по возможности возвращение тепла);
4) хорошо регулируемые отопительные устройства;
5) энергоэкономное обеспечение горячей водой (возможно посредством солнечной энергии в летнее время).
6) двойная стена с толщиной утепляющего слоя 15 см из пористого
наполнителя;
7) однослойная кладка из низкотеплопроводного материала, оштукатуренная с двух сторон (например, прессованный соломенный или газобетонный блок минимальной толщиной 49 см).
164
Обеспечение низкого энергопотребления зданием
Теплоизоляция строительных
элементов
Качественное выполнение теплоизоляции
Управляемый воздухообмен
Хорошо регулируемые отопительные устройства
Энергоэкономное обеспечение
горячей водой
Устройство двойной сены с
утепляющим слоем
Рисунок 8.13 – Обеспечение низкого энергопотребления зданием
8.6.3. Тепловая изоляция зданий и сооружений
В городах осуществляются работы по реконструкции, модернизации,
капитальному ремонту и термической реабилитации, т.е. санации ранее выстроенных зданий жилого и нежилого фонда. Санация в части термореабилитации означает повышение теплозащиты зданий путем теплоизоляции стен
минеральной ватой и пенопластом, утепление крыш, полов, замену оконных
блоков, остекление балконов, модернизацию систем вентиляции, реконструкцию и автоматизацию теплоузлов, установку индивидуальных регуляторов тепла в квартирах и комнатах, экономичных осветительных приборов,
счетчиков тепла и воды. Обследование состояния зданий и сооружений позволяет выявить потенциал энергосбережения. В жилом фонде он составляет
30-76%, т.е. нынешнее годовое потребление энергии может быть сокращено
наполовину. В нежилом фонде (административные, общественные, культурного назначения здания, школы, больницы и т.д.) может быть сэкономлено
около половины годового объема потребления энергии. Разработаны и применяются технологии термореабилитации зданий путем наружного утепления их фасадов.
К наиболее эффективным системам «утепления» зданий из числа отечественных относятся системы «ПСЛ» и «термошуба». Они представляют
собой многослойные конструкции из плиты-утеплителя, прикрепленной к
подготовленной поверхности стен специальным клеящим составом и анкерами, защитного покрытия из клеящего состава, армированного одним-двумя
слоями сетки в сочетании с металлическими профилями и отделочного покрытия из тонкослойной штукатурки. Утеплитель может крепиться к стене
механическим способом, а жесткая облицовка устраивается на специальных
каркасах с образованием воздушной прослойки между плитой утеплителя и
облицовкой. В качестве теплоизоляционных материалов в этих конструкциях
применяются жесткая минераловатная плита и пенополистирол. Среди зарубежных следует упомянуть две технологии утепления стен с наружной сто165
роны: фасадное утепление под штукатурку, аналогичное отечественной
«термошубе», и вентилируемые фасады. Второй вариант утепления представляет собой устанавливаемый на стену несущий каркас с вентилируемым
теплоизоляционным слоем и последующей защитой из специальных фасадных плит. Сегодня существует также широкий выбор теплоизоляционных
материалов (пеноплэкс, на основе базальтовой ваты, стиропор и др.) и конструкций для утепления крыш, чердаков, подвалов, трубопроводов инженерных наружных и внутренних сетей.
8.6.4. Совершенствование теплоснабжения. Тепловая изоляция трубопроводов.
Потенциал энергосбережения, по оценкам отечественных и зарубежных экспертов, в системах теплоснабжения составляет около 50%. Проблема
потерь тепла в тепловых сетях может быть решена только с помощью эффективной теплоизоляции теплопроводов. Прогрессивным решением является
применение предизолированных пенополиуретановой (ППУ) теплоизоляцией
труб, а также гибких ППУ-труб. Последние позволяют облегчить прокладку
теплотрасс, обладают лучшими эксплуатационными характеристиками.
На смену традиционным канальным теплопроводам, срок службы которых составляет 12-15 лет, а иногда не превышает пяти при расчетном - 25,
а тепловые потери достигают 20%, должны прийти бесканальные теплогидропредизолированные (ПИ) теплопроводы. Подземные ПИ-теплопроводы
являются механической конструкцией, состоящей из стальной трубы, полиуретановой теплоизоляции и наружной полиэтиленовой трубы-оболочки, которые жестко связаны друг с другом и вместе с окружающим теплопровод
грунтом образуют единую систему. Такая конструкция обеспечивает тепловые потери на уровне 2-3% на протяжении всего расчетного срока службы
равного 20-30 годам. Энергосберегающий эффект применения ПИтеплопроводов, их надежность и долговечность определяют новый качественный уровень системы транспорта теплоты в городах.
Изоляционные свойства материала характеризуются значением теплопроводности, которая измеряется в Вт/(м2К).
Хороший изолятор – это материал, у которого низкое значение теплопроводности. Для изоляции труб теплоснабжения используются пенополиуретаны. Они обладают высокой механической прочностью, хорошей термостойкостью.
Полиуретановая пена является превосходным изоляционным материалом. Ее применение позволяет эффективно снизить потери тепла во время
транспортировки горячей воды или пара в трубах теплоснабжения.
Пенополиуретан содержит от 92 до 98% закрытых пор, которые заполнены изоляционными газами. Твердого вещества в пенополиуретане содержится от 8 до 2 %. Закрытые поры заполнены газом, который образуется во
время производства полиуретановой пены.
166
8.6.5. Изоляционные характеристики остекления и стеклопакеты
Заполнения оконных проемов должны обладать такими же характеристиками, как и стеновые ограждающие конструкции. Они должны обеспечивать необходимую освещенность, комфортное проветривание, простоту и
удобство в эксплуатации.
Сопротивление теплопередаче – величина, обратная коэффициенту
теплопередачи и обозначается (м2К)/Вт. Сопротивление теплопередаче окон
должно быть не ниже установленного в нормативах. Это достигается установкой рамы с двухслойным теплозащитным стеклом.
Теплозащитные окна имеют специальный слой, не видимый глазом, но
значительно уменьшающий потери тепла. Окна в теплозащитном исполнении
стоят на 15-20% дороже обычных, но затраты компенсируются экономией на
отоплении. Оконная рама должна иметь утепляющий слой как с наружной,
так и с внутренней стороны.
Сейчас для закрытия оконных проемов широко применяются стеклопакеты. Стеклопакет представляет собой изделие, которое состоит из двух или
более слоев стекла. Они соединены между собой по контуру таким образом,
что между стеклами образуются герметически замкнутые полости, которые
заполнены обезвоженным воздухом или другим газом.
Сопротивление теплопередаче одного обычного стекла составляет
примерно 0,17 (м2К)/Вт, а стеклопакета из двух обычных стекол – 0,36-0,39
(м2К)/Вт. Сопротивление теплопередаче трехстекольного окна с учетом материала, из которого оно изготовлено, может превышать 0,6 (м 2К)/Вт.
Наибольший эффект достигается при использовании в стеклопакете одного
из стекол с селективным покрытием. Это покрытие способно отражать тепловые волны внутрь помещения и одновременно пропускать снаружи солнечное тепловое излучение. За счет применения в стеклопакете такого стекла, а также введения в межстекольное пространство вместо воздуха газов (аргона, криптона), можно добиться величины сопротивления теплопередаче,
которое приближается к единице.
В качестве материала, который обеспечивает межстекольное расстояние, применяется алюминиевый профиль коробчатого сечения. Внутрь короба засыпается селикачель, который поглощает влагу в межстекольном пространстве. Профиль крепится к стеклам с помощью бутиловой массы (внутренний шов), а по торцам образованного стеклопакета укладывается прочная
полисульфидная масса (наружный шов).
167
Литература
1. Шерьязов С.К. Методология рационального сочетания традиционных и
возобновляемых энергоресурсов в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей: дисс. ... д-ра техн. наук / С.К. Шерьязов. - Челябинск: 2011. - 398 С.
2. Авалиани Д.И. Комплексная система из гелиоконцентратора и ветроэлектрической установки для отопления и горячего водоснабжения / Д.И.
Авалиани, З.Т. Габуния // Гелиотехника. - 1987. - С. 68-71.
3. Авезов P.P. Солнечные системы отопления и горячего водоснабжения /
Р.Р.Авезов, А.Ю. Орлов. - Ташкент: Фан, 1988. - 288 с.
4. Амерханов Р.А. Оптимизация сельскохозяйственных энергетических
установок с использованием возобновляемых видов энергии / Р.А. Амерханов. - М.: КолосС, 2003. - 532 с.
5. Атлас ветрового и солнечного климатов России / Под ред. Борисенко
М.М., Стадник В.В. - СПб.: 1997. - 173 с.
6. Афанасьев С.Д. Перспективы развития новых источников энергии /
С.Д. Афанасьев, Р.Н. Грикевич, Е.О. Мазарович // Энерг. стро-во за рубежом.
-1987.-№3.-С. 15-18.
7. Ахметжанов Р.А. Повышение эффективности использования солнечной
и ветровой энергии для теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей: дис. ... канд. техн. наук / Р.А. Ахметжанов. - Челябинск: 2005. - 159 с.
8. Бабинцев И.А. Ветроэнергетические установки и их применение в
сельском хозяйстве / И.А. Бабинцев [и др.] // Обзорная информация. - М.:
1984. Вып. 2. - 56 с.
9. Безруких П.П. Научно-техническое и методологическое обоснование
ресурсов и направлений использования возобновляемых источников энергии:
дис. ... д-ра техн. наук / П.П. Безруких. - М.: 2003.
10.
Безруких П.П. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / П.П. Безруких [и др.]. - СПб.:
Наука, 2002. -314 с.
11.
Бекман У. Расчет системы солнечного теплоснабжения / У Бекман, С. Клейн, Дж. Даффи. - М.: Энергоиздат, 1982. - 79 с.
12.
Берлянд Т.Г. Климатические исследования режима солнечной радиации для использования их в гелиотехнических целях / Т.Г. Берлянд // Тр.
ГГО. -1980.-Вып. 427.-С. 3-55.
13.
Благих В.Т. Экологические и энергетические основы электрификации тепловых процессов в сельском хозяйстве / В.Т. Благих., Л.А. Саплин
// Вестн. ЧГАУ. -1993. - № 1. С. 101-107.
14.
Блауберг И.В. Проблема целостности и системный подход / И.В.
Блауберг-М.: УРСС, 1997. -448 с.
15.
Бубнов В.П. Потенциал нетрадиционных источников тепло- и
электроснабжения Беларуси / В.П. Бубнов, А.И. Быков, В.Г. Веретенников //
Вестн. АН Беларуси. Сер. физ.-тэхн. н. - 1992. - № 4.
168
16.
Бутузов В.А. Анализ энергетических и экономических показателей гелиоустановок горячего водоснабжения / В.А. Бутузов // Промышленная
энергетика. - 2001. -№ 10. - С. 54-61.
17.
Бутузов В.А. Гелиоустановки с солнечными воздушными коллекторами: перспективы применения в России / В.А. Бутузов // Теплоэнергоэффективные технологии. - 2002. - № 1. - С. 60-62.
18.
Валов М.И. Разработка инженерной методики расчета систем гелиотеплоснабжения на основе усредненных климатических данных: дис. ...
канд. техн. наук / М.И. Валов. - М.: 1984. -173 с.
19.
Валов М.И. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения: монография /М.И. Валов, Б.И. Казанджан. -М.: Изд-во МЭИ,
1991.-140 с.
20.
Велькин В.И. Основы ветроэнергетики / В.И. Велькин, Д.А. Пуркин, А.И. Шестак, СЕ. Щеклеин // Под ред. СЕ. Щеклеина - Екатеринбург:
ИД «Урал Юр Издат», 2006. - 92 с.
21.
Ветроэнергетика / Под ред. Д. де Рензо: пер. с англ. - М.: Мир,
1982. - 278 с.
22.
Возобновляемая энергия. Ежеквартальный информационный
бюллетень. - М.: Интерсоларцентр, 1997 - 2004.
23.
Гамм А.З. Анализ и синтез систем оценивания состояния в электроэнергетике / А.З. Гамм. - М.: Наука, 1983.
24.
Головко В.М. Солнечная энергия в теплоснабжении животноводческих ферм Украины / В.М. Головко, В.Е. Маклевская // Тез. докл. науч.практ. конф. «Сельскохозяйственная теплоэнергетика». Севастополь, 27-30
сент., 1992. -М.: 1992.
25.
Горьковец Ю.А. Энергосберегающие ветрогелиоэлектрические
установки для сельских товаропроизводителей // Энергосбережение в сельском хозяйстве / Ю.А. Горьковец, В.Т. Фомичев // Тезисы докладов международной научнотехнической конференции. - М.: ВИЭСХ, 1998. - Часть 2. С. 168-170.
26.
Грачева Л.И. Применение нетрадиционных источников энергии в
Крыму / Л.И. Грачева, М.И. Городов, СВ. Чеботарь // Основные направления
развития с.-х. пр-ва Крыма в период перехода к рынку. — Киев: 1991. - С.
208-217.
27.
Гриневич Г.А. Опыт разработки элементов малого ветроэнергетического кадастра Средней Азии и Казахстана / Г.А. Гриневич. - Ташкент:
Изд. АН УзССР, 1952.-151 С.
28.
Даффи Дж. А. Тепловые процессы с использованием солнечной
энергии / Дж. А. Даффи, У .А. Бекман. - М.: Мир, 1977. - 420 с.
29.
Делягин В.Н. Оптимизация режимов производства тепловой
энергии / В.Н. Делягин // Тр. 2-й междунар. науч.-техн. конф. «Энергосбережение в с.x.». - М.: ГНУ ВИЭСХ, 2000. -Ч. 2. - С. 180-183.
30.
Ерошенко Г.П. Эксплуатационные свойства электрооборудования / Г.П. Ерошенко. - Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 1983. - 180 с.
169
31.
Есьман В.И. Ветроэнергетические ресурсы Азербайджана / В.И.
Есьман, А.С. Ализаде. - Баку: Азэнергия, 1966. - 97 с.
32.
Сейиткурбанов С. Комбинированные гелиоветроэнергетические
установки / С. Сейиткурбанов. - Ашхабад: Ылым, 1991. - 144 с.
33.
Захидов Р.А. Перспективы использования гидро-, ветро-, солнечных энергоустановок для энергоснабжения объектов в сельской местности
Узбекистана / Захидов Р.А., Киселева Е.И. [и др.] // Энергообеспечение и
энергосбережение в сельском хозяйстве. Тр. 4-й междунар. науч.-техн. конф.
-М.: ВИЭСХ, 2004.
34.
Зубарев В.В. Использование энергии ветра в районах Севера /
В.В. Зубарев, В.А. Минин, И.Р. Степанов - Л.: Наука, 1989. - 208 с.
35.
Исследование и обоснование использования нетрадиционных
возобновляемых источников энергии в энергоснабжении Челябинской области / Науч. отчет по х.д. № 49-98 // Науч. рук. Л.А.Саплин. № ГР 01.99.
0007253, инв. № 02990004800. -Челябинск: 1998. -213 с.
36.
Канакин Н.С. Технико-экономические вопросы электрификации
сельского хозяйства / Н.С. Канакин, Ю.М. Коган. - М.: Энергоатомиздат,
1986 - 192с.
37.
Касаткин Г.П. Опыт использования солнечной энергии в Республике Бурятия / Г.П. Касаткин // Возобновляемая энергия. 2004, март. - С. 14.
38.
Керимов Э.З. Разработка и исследование гелиоветроэнергетической установки с тепловым насосом: дис ... канд. техн. наук / Э.З. Керимов. Ашхабад: 1987. - 157 с.
39.
Колодин М.В. Ветер и ветротехника / М.В. Колодин. — Ашхабад:
Издво АН ТССР, 1957. - 140 с.
40.
Кораблев А.Д. Экономия энергоресурсов в сельском хозяйстве /
А.Д. Кораблев. - М.: Агропромиздат, 1988. - 208 с.
41.
Мак-Вейг Д. Применение солнечной энергии / Д. Мак-Вейг. - М.:
Энергоиздат, 1981.-216 с.
42.
Мышко Ю. Л. Тепловые и гидравлические характеристики систем солнечного горячего водоснабжения в условиях умеренного климата:
дис. ... канд. техн. наук / Ю. Л. Мышко. - М.: 1984. - 152 с.
43.
Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии / Итоги
науки и техники-М.: 1992. - Т. 3. - 180 с.
44.
Овчаров В.П. Повышение эффективности применения ВЭУ на
объектах Западной Сибири и оценка их надежности / В.П. Овчаров // Повышение техн.-экон. показателей газотрансп. оборуд. / ВНИИ природ, газов и
газ.технологий (ВНИИГАЗ).-М.: 1992.
45.
Оганезов А.Н. К вопросу разработки ветроэнергетического кадастра БССР / А.Н. Оганезов // Методы разработки ветроэнергетического кадастра. — М.: Изд-во АН СССР, 1963. - С. 133-149.
46.
Пивоварова З.И. Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР / З.И. Пивоварова, В.В.
Стадник. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988.-292 с.
170
47.
Пилюгина В.В. Применение солнечной и ветровой энергии в
сельском хозяйстве / В.В. Пилюгина, В.А. Гурьянов. - М.: 1981.- 60 с.
48.
Проект строительства и размещения двух ветроустановок АВЭУ6-4М в совхозе «Калининский» Брединского района. - М.: НПО «Ветроэн»,
1989.
49.
Пястолов А.А. Гелиоустановка для летней доильной площадки /
А.А. Пястолов, Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов // Достижения науки и техники
АПК. -1989.-№ 7.-С. 48-49.
50.
Рабинович М.Д. Современное состояние и направления развития
систем солнечного теплоснабжения в Украине и мире / М.Д. Рабинович //
Нетрадиционная энергетика в XXI веке. Докл. 2-ой Международной конференции. — Киев: 2001.
51.
Садыков Г.К. Использование энергии ветра / Г.К. Садыков. —
Алма-Ата: Кайнар, 1965. - 244 с.
52.
Саплин Л.А. Использование возобновляемых источников энергии
в сельскохозяйственном производстве / Л.А. Саплин // Уч. пособие. - Челябинск: 1994. - 148 с.
53.
Саплин Л.А. Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей с использованием возобновляемых источников: дис ... д-ра техн. наук /
Л.А. Саплин. - Челябинск: 1999. - 318 с.
54.
Саплин Л.А. Гелиоветроэнергетический комплекс для летней доильной площадки на 200 голов / Л.А. Саплин, В.Л. Орлов, С.К. Шерьязов //
Инф. листок. - Челябинск: ЦНТИ, 1991.
55.
Саплин Л.А. Комплексное использование возобновляемых источников энергии в сельскохозяйственном производстве / Л.А. Саплин, В.Л.
Орлов, С.К. Шерьязов // Тез. докл. респ. научно-практ. конф. «Использование
солнечной энергии в народном хозяйстве», АН Уз. ССР. - Ташкент: 1991. - Т.
2. - С. 83-84.
56.
Саплин Л.А. Использование гелиоветроэнергетических установок
для энергоснабжения сельскохозяйственного производства в условиях Южного Урала / Л.А. Саплин, В.Л. Орлов, С.К. Шерьязов // Материалы всесоюз.
науч.-техн. семинара «Нетрадиционные электротехнологии в сельскохозяйственном производстве и быту села». - М.: ВИЭСХ, 1991. - С. 50-51.
57.
Саплин Л.А. Энергоснабжение сельскохозяйственных потребителей с использованием возобновляемых источников / Л.А. Саплин, С.К. Шерьязов, О.С. Пташкина-Гирина, Ю.П. Ильин // Учебное пособие для вузов с
грифом УМО. - Челябинск: 2000. - 203 с.
58.
Саркисян С.А. Анализ и прогноз развития больших технических
систем / С.А. Саркисян [и др.] - М.: Наука, 1983. - 280 с.
59.
Сокольский А.К. Применение ветроэнергетических установок
для отопления автономных сельскохозяйственных объектов / А.К. Сокольский, Г.Н. Метлов // Науч. тр. «Энергосберегающие технологии в сельскохозяйственном производстве». - М.: ВИЭСХ, 1985. - Т. 64. - С. 29-36.
171
60.
Степанова Н.Е. Моделирование пространственно-временной
структуры ветра в задаче оптимального использования его энергии: автореф.
дис. ... канд. географ, наук / Н.Е. Степанова. - Одесса: 1986.
61.
Стребков Д.С. Перспективные направления устойчивого и эффективного энергообеспечения села с использованием электротехнологий и
местных энергоресурсов / Д.С. Стребков, А.В. Тихомиров А.В. // Тр. 4-й
междунар. науч.-техн. конф. «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве». -М.: ГНУ ВИЭСХ, 2004.
62.
Тарнижевский Б.В. О точности определения среднемесячных и
годовых сумм радиации / Б.В. Тарнижевский // Тр. ГГО. - 1959. - Вып. 96.
63.
Тарнижевский Б.В. Определение показателей работы солнечных
установок в зависимости от характеристик радиационного режима / Б.В. Тарнижевский // Теплоэнергетика. - 1960. - Вып. 2. - С. 18-26.
64.
Тарнижевский Б.В. Эффективность пассивных систем солнечного
отопления в климатических районах России / Б.В. Тарнижевский // Теплоэнергетика. - 2000. -№ 1.
65.
Твайделл Дж. Возобновляемые источники энергии / Дж. Твайделл, А. Уэйр. -М.: Энергоатомиздат, 1990, - 392 с.
66.
Трушевский С.К. Пластмассовый солнечный коллектор. Опыт
разработки и внедрения в серийное производство / С.К. Трушевский, А.К.
Суханов // Сб. докл. Международного симпозиума «Автономная энергетика
сегодня и завтра».- СПб.: 1993. - Ч. 1. - С. 58-59.
67.
Усаковский В.М. Возобновляемые источники энергии / В.М.
Усаковский. -М.: Россельхозиздат, 1986. - 126 с.
68.
Фатеев Е.М. Методика определения параметров ветроэнергетических силовых установок / Е.М. Фатеев. - М.: Изд-во АН СССР, 1957. - 88 с.
69.
Харченко Н.В. Индивидуальные солнечные установки / Н.В.
Харченко. -М.: Энергоатомиздат, 1991.-208 с
70.
Шерман СМ. Перспективы развития ветроэнергетики на территории Калининградской области / СМ. Шерман // Тез. докл. науч.-практ. конф.
«Основные направления научно-технического обеспечения развития Калининградской области». — Калининград: 1994.
71.
Шерьязов СК. Горячее водоснабжение сельскохозяйственного
производства в условиях Южного Урала с использованием солнечной энергии: дисс. .. .канд. техн. наук / С.К. Шерьязов. - Челябинск: 1990. - 229 С.
72.
Шерьязов С.К. Возобновляемые источники в системе энергоснабжения сельскохозяйственных потребителей: Монография / С.К. Шерьязов. - Челябинск: ЧГАУ, 2008. - 300 с.
73.
Шерьязов С.К. Обоснование эффективной системы энергоснабжения с использованием возобновляемой энергии / С.К. Шерьязов // Ползуновский вестник. - Барнаул: 2006. - Вып. 4. - № 2. - С. 434-439.
74.
Шерьязов С.К. Принцип эффективного использования возобновляемых источников энергии / С.К. Шерьязов // Тр. 2-й междунар. науч.-техн.
конф. «Энергосбережение в ex.». -М.: ГНУ ВИЭСХ, 2000. - Ч. 2. - С. 353-358.
172
75.
Шерьязов С.К. Система энергоснабжения с использованием возобновляемых источников / С.К. Шерьязов // Вестник ЧГАУ. - Челябинск:
1999. - Т. 28. - С. 171-175.
76.
Шерьязов С.К. Гелиоветроэнергетическая установка для горячего
водоснабжения / С.К. Шерьязов, Р.А. Ахметжанов // Тр. 3-й междунар. науч.техн. конф. «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве».
Часть 4. «Нетрадиционные источники энергии. Вторичные энергоресурсы.
Экология». -М.: ГНУ ВИЭСХ, 2003. -Ч. 4. - С. 107-109.
77.
Шерьязов С.К. Совместное использование солнечной и ветровой
энергии для горячего водоснабжения сельскохозяйственных потребителей /
С.К. Шерьязов, Р.А. Ахметжанов // Матер. XLII науч.-техн. конф. ЧГАУ. Челябинск: 2003.-4.3.-С. 28-32.
78.
Шерьязов С.К. Опыт эксплуатации ветроустановки WBC-3 на
Южном Урале / С.К. Шерьязов, А.А. Животков // Тр. 2-й Всеросс. науч. мол.
шк. «Возобновляемые источники энергии». - М.: изд. МГУ, 2000. - С. 15-17.
79.
Шефтер Я.И. Использование энергии ветра / Я.И. Шефтер — М.:
Энергоатомиздат, 1983.-201 с.
80.
Шефтер Я.И. Ветроэнергетика: стратегия развития, новые разработки и их использование / Я.И. Шефтер // Конверсия в машиностроении. 1995. - № 5.
81.
Тихонов А.В. Повышение эффективности комбинированных систем автономного электроснабжения на основе возобновляемых источников
энергии: дис ... канд. техн. наук / А.В. Тихонов. – М.: 2013. - 163 с.
82. Симакин В.В., Смирнов А.В., Тихонов А.В., Тюхов И.И.
Современные системы автономного электроснабжения с использованием
возобновляемых источников энергии // Энергетик. 2013. № 3. С. 22-26.
83.
http://www.gazprom.ru/
84.
Лукутин Б.В. Возобновляемая энергетика в децентрализованном
электроснабжении / Б.В. Лукутин, О.А. Суржикова, Е.Б. Шандарова –
М.:Энергоатомиздат, 2008. – 231 с.
85.
Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляющихся энергоисточников. Л.: Изд-во ЛГУ, 1991. – 343 с.
86.
Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию//Беляев
Л.С., Марченко О.В., Филиппов С.П. и др. – Новосибирск: Наука, 2000. –269
с.
87.
Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии./Под ред. В.И. Виссарионова. –
М.: ВИЭН, 2004. – 448 с.
88.
Мамедов Д.А. Организационно-экономический механизм развития нетрадиционной энергетики в северных районах Дальнего Востока.
Дисс…. канд. экон. наук. – Хабаровск, 2005. – 158 с.
89.
Виссарионов В.И., Кузнецова В.А., Малинин Н.К., и др. Расчет
ресурсов ветровой энергетики. – М.: Изд-во МЭИ, 1997. – 32 с.
90.
Технико-экономические характеристики ветроэнергетики (справочные материалы). Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецова В.А., Ле173
бедь В.Л., Малинин Н.К./Под ред. В.И.Виссарионова. – М.: Изд-во МЭИ,
1997. – 132 с.
91.
Энергетическое оборудование для использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии: Справочник-каталог. Виссарионов В.И., Белкина С.В., Дерюгина Г.В., Кузнецова В.А., Малинин Н.К. – М.:
АО «Новые и возобновляемые источники энергии», 2004. – 448 с.
92.
Алексеев В.В., Рустамов Н.А., Чекарев К.В., Ковешников Л.А.
Перспективы развития альтернативной энергетики и ее воздействие на окружающую среду. – М.– Кацивели: Изд-во МГУ, НАН Украины, Морской гидрофизич. ин-т, 1999. – 152 с.
93.
Васильев Ю.С., Хрисанов Н.И. Экология использования возобновляемых энергоисточников. – Л.: Изд-во ЛГУ, 1991. – 343 с.
94.
Виссарионов В.И., Золотов Л.И. Экологические аспекты возобновляемых источников энергии. – М.: Изд-во МЭИ, 1996. – 155 с.
95.
Хрисанов Н.И., Арефьев Н.В. Экологическое обоснование гидроэнергетического строительства. – Спб.: Изд-во СпбГТУ, 1992. – 168 с.
96.
Ottinger R., Wooley D.R., Robinson N.A. et. Al. Environmental Costs
of Electricity. New York, London, Rom: Oceana Publications, 1990. – 769 p.
97.
Безруких П.П., Церерин Ю.А. Нетрадиционная энергетика. Прил.
к науч.-техн.журн. «Экономика топливно-энергетич. комплекса России». –
М.: ВНИИОЭНГ, 1993. – 64 с.
98.
Берковский Б.М., Кузьминов В.А. Возобновляемые источники
энергии на службе человека./Под ред. А.Е.Шейдлина. – М.: Наука, 1987. –
127 с.
99.
Валеваха Н.М., Валеваха В.А. Нетрадиционные источники энергии. –Киев: Изд-во Вища школа, 1988. – 58 с.
100.
Григораш О.В., Стрелков Ю.И. Нетрадиционные автономные источники электроэнергии// Промышленная энергетика. – 2001.–№4, с.37
101.
Сокольский А.К. и др. Экономический анализ возобновляемых
источников энергии для электроснабжения автономных потребителей. Тезисы докл. науч. конф. «Сельскохозяйственная теплоэнергетика», Севастополь,
1992, с.51-52
102.
Еремин Л.М. О роли локальных источников небольшой мощности на рынке электроэнергетики//Энергетик. –2003. –№ 3. – с.22-24
103.
Hohmeyer O. Social Costs of Energy Consumption (Социальная стоимость потребления энергии).Berlin, Heidelberg, New York: Springer Verlag,
1988, 190 p.
104.
Автономов А.Б. Мировая энергетика: состояние, масштабы, перспективы, устойчивость развития, проблемы экологии, ценовая динамика
топливно-энергетических ресурсов//Электрические станции, 2000. –№ 5. –
с.55
105.
Быков В.П., Кузнецов В.П. Концептуальные аспекты развития
энергетики XXI века/Международный конгресс «Энергетика-3000»: тезисы
докладов, Обнинск: ИАТЭ, 2000
174
106.
Ортис Флорес Рамиро. Разработка и исследование методов оценки эффективности использования ресурсов возобновляемых источников
энергии в экономике Республики Колумбии. Дисс. … к.т.н. М.: Моск. энергетич. ин-т (техн. ун-т), 2004. –148 с.
107.
Пешнин А.Г. Экологическая оценка экономической эффективности использования возобновляющихся источников энергии. Дисс.… канд.
техн. наук. – М.: Моск. гос. строит. ун-т, 2002. – 227 с.
108.
Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России//П.П.Безруких, Ю.Д.Арбузов, Г.А.Борисов и др. –
СПб.: Наука, 2002. – 314 с.
109.
Кадастр возможностей/Под ред. Б.В. Лукутина. – Томск: Изд-во
НТЛ, 2002. – 280 с.
110.
http://solar-battery.narod.ru/
111.
Hunt V.D. Solar Energy dictionary, Industrial Press Inc., New York,
1982. 5. Robertson G. A typical day in the life of planet earth Sun World, september 1992, vol.16, N 3, 9.
112.
Wood M., Fulop L. Environment and development: Why energy matters. Sun World, June 1992, vol.16, N 2, 24-25.
113.
Стребков Д.С. Сельскохозяйственные энергетические системы и
экология. Альтернативные источники энергии: эффективность и управление.
1990, N 1, 39-40.
114.
Hohmeyer O. Social Cost of Energy Consumption. Springer-Verlag,
New York, 1988.
115.
Тихомиров А.В. Показатели оценки эффективности систем энергообеспечения сельских объектов / А.В. Тихомиров // Вестник ВИЭСХ – М.:
2012 №3(8), с. 18-20.
116.
Растригин В.Н. Методические рекомендации по выбору типа
энергоносителей для сельскохозяйственных объектов / В.Н. Растригин, Л.И.
Сухарева, Д.А. Тихомиров, А.П. Коршунов – М.: 2002 27с.
117.
Справочник по ресурсам возодновляемых источников энергии
России и местным видам топлива / показатели по территориям / - М.: «ИАЦ
Энергия», 2007 – 272 с.
175
ПРИЛОЖЕНИЯ
176
Приложение 1 – Ресурсы возобновляемых источников Волгоградской
области
Таблица П1.1 – Данные по ресурсам солнечной энергии Волгоградской
области [117]
Производство тепла, млн т
у.т.
Производство электроэнергии, млн
т у.т.
Всего, млн
т у.т.
Производство тепла, тыс т
у.т.
Производство электроэнергии, тыс
т у.т.
Всего, тыс
т у.т.
Экономический потенциал
Валовый потенциал,
млрд т у.т.
Технический потенциал
17,8
96,5
7,4
103,9
57,8
2,8
60,6
Таблица П1.2 – Данные по ресурсам малой гидроэнергетики Волгоградской области [117]
Валовый (теоретический)
потенциал, млрд кВт∙ч
12,2
Технический потенциал,
млрд кВт∙ч
3,80
Экономический потенциал, млрд кВт∙ч
2,10
Таблица П1.3 – Данные по ресурсам (потенциалам) ветровой энергетики
Волгоградской области [117]
Валовый ресурс
млрд кВт∙ч
млн т у.т.
7530,6
2560,40
Технический ресурс
млрд кВт∙ч
млн т у.т.
18,8265
6,4010
Экономический ресурс
млрд кВт∙ч
млн т у.т.
0,0941
0,0320
Таблица П1.4 – Валовый ресурс (потенциал) лесной биомассы Волгоградской области [117]
Общий запас древисины на корню,
млн м3
21,0
Энергия всего запаса лесной биомассы, млн т у.т.
12,5
Расчетная лесосека, тыс. м3
125,0
Валовый потенциал лесной биомассы, млн т у.т.
0,1
Пиломатериалы,
тыс
т у.т.
Целлюлоза, тыс т
у.т.
Бумага,
тыс т у.т.
ДСП,
тыс т у.т.
ДВП,
тыс т у.т.
Клееная
фанера,
тыс т у.т.
Всего,
тыс т у.т.
Таблица П1.5 – Экономический ресурс (потенциал) отходов деревопереработки Волгоградской области [117]
30,0
0,0
0,0
0,5
1,0
-
31,5
177
Таблица П1.6 – Валовый ресурс(потенциал) биомассы отходов Волгоградской области [117]
Отходы
птицеводства
Отходы
животноводства
Отходы
растениеводства
392,00
28,00
5409,33
259,56
7021,50
3015,50
Отходы перерабатывающей
промышленности
1424,30
522,36
Твердые
бытовые
отходы
Осадки
сточных
вод
Всего по
области
1053,00
210,50
256,40
18,50
15556,5
4054,4
Таблица П1.7 – Ресурсы (потенциал) биомассы отходов Волгоградской
области [117]
Валовый потенциал
Отходы
Экономический
потенциал
тыс т/год
тыс т у.т./год
4023,02
2578,99
15556,53
тыс т
у.т./год
4054,42
1053,00
210,50
183,70
158,30
256,40
392,00
5409,33
18,50
28,00
259,56
13,90
28,00
259,56
13,90
13,16
89,07
4167,00
570,00
672,33
7021,50
177,36
24,00
58,20
3015,50
177,36
24,00
58,20
30,15,50
60,30
8,40
20,37
1880,90
4153,80
2077,00
2077,00
1038,50
175,40
232,30
1861,00
599,00
50,50
61,40
536,00
290,60
50,50
61,40
536,00
290,60
3,50
12,30
536,00
290,60
1424,30
522,36
522,36
423,66
54,30
564,00
790,00
27,16
211,50
278,00
27,16
211,50
278,00
27,16
112,80
278,00
16,00
5,70
5,70
5,70
тыс т/год
Всего
В том числе:
Твердые бытовые отходы
Осадки сточных вод
Птицеводство
Животноводство
В том числе
крупный рогатый скот
свиноводство
мелкий рогатый скот
Растениеводство
В том числе
Зерновые(солома, стебли)
Картофель
Овощи
Сахарная свекла
Подсолнечник
Перерабатывающая
промышленность
В том числе
Маслобойня
Сахароварение
Мукомольно-крупяная
Спиртовая
Мясоперерабатывающая
Технический
потенциал
178
Таблица П1.8 – Ресурсы (потенциал) замещения органического топлива
за счет тепла сточных вод в Волгоградской области [117]
Объем сточных вод
млн т/год
539,78
Валовый ресурс
млн ГДж
22,60
млн Гкал
5,40
млн т у.т.
0,77
Технический Экономический
ресурс
ресурс
млн т у.т.
млн т у.т.
0,36
0,16
Таблица П1.9 – Ресурсы (потенциал) замещения органического топлива за
счет использования тепла грунта и тепла водоемов в Волгоградской области [117]
Технический ресурс
млн Гкал
млн т у.т.
10,32
0,69
Экономический ресурс
млн т у.т.
0,35
Таблица П1.10 – Ресурсы (потенциал) замещения органического топлива
за счет использования низкопотенциального тепла систем охлаждения конденсаторов тепловых электростанций в Волгоградской области [117]
Валовый ресурс
тыс т у.т.
809,34
Технический ресурс
тыс т у.т.
145,68
Экономический ресурс
тыс т у.т.
14,88
Прогнозные ресурсы
Балансовые и забалансовые ресурсы
4,03
2,03
2,00
млн. т
млн т
у.т.
0,92
0,32
Мелиоративный фонд, т у.т.
Запасы торфа всех категорий изученности,
млн. т
14,08
В том числе
Из разведанных и оцененных
Балансовые
забалансовые
Промышленный
фонд
Охраняемый в
естественном
состоянии
фонд, млн т
Площадь в границах
промышленной глубины, кВ. км
Таблица П1.11 – Запасы торфа в Волгоградской области по состоянию на
01.01.2005 г. [117]
0,00
1,08
Таблица П1.12 – Промышленный фонд балансовых запасов торфа по
факторам освоения (по состоянию на 01.01.2005 г.) по
Волгоградской области [117]
Промышленный фонд
разведанных запасов
торфа, всего
млн т
млн т у.т.
0,92
0,32
В том числе по факторам освоения
По технической пригодности
По конкурентоспособности
(извлекаемые запасы)
млн т
млн т у.т.
млн т
млн т у.т.
0,55
0,19
-
179
Приложение 2 – Работа элементов программного комплекса
Баланс энергии
Обработчик
событий
Инициализация
параметров
Выход
Да
Стоп?
Нет
Включить
инвертор
Uб(i) > kмб·Uб ном
Измерить Uб(i)
Да
Да
Нет
БУ включено?
Нет
Uб(i) > kмб·Uб ном
Включить
БУ
Да
ЗУ включено?
Включить
ЗУ
Нет
Да
Отключить
ЗУ
Задержка
Задержка
Нет
Отключить
БУ
Нет
ЗУ включено?
Да
Включить
РУ
Измерить Uб(i),CАБ(i)
Измерить Uб(i),CАБ(i)
Нет
Нет
Uб(i) > kмб·Uбном
Да
Включить
БУ
Задержка
Uб(i) > kмб·Uбном
САБ(i) > САБ пол м
Нет
Да
БУ включено?
Да
Отключить
БУ
Да
Нет
Да
САБ(i) > САБ пол м
Нет
Отключить
инвертор
Отключить
РУ
Включить
ЗУ
Рисунок П2.1 – Алгоритм процесса АСУК «Баланс энергии» (основной алгоритм
управления КСАЭ-ВИЭ) [81]
180
Прогнозная оценка
Инициализация параметров
Получение климатических данных местности
Расчет прогнозных
потоков ВИЭ
Расчет прогнозной выработки электроэнергии
ГМ-ВИЭ
Учет прогнозного графика потребления
электрической энергии
Стоп?
Учет электроэнергии
накопленной в АБ
Отображение
прогноза
Обработка данных,
прогнозный результат
Выход
Обработчик
событий
Рисунок П2.2 – Алгоритм процесса АСУК «Прогнозная оценка» [81]
181
Управление ГЭП
Обработчик
событий
Инициализация параметров
Да
Стоп?
Нет
Нет
Выход
Авто?
Да
Определение используемого АУ КСАЭВИЭ
Текущий алгоритм
управления ГЭП
АУ-ГЭП1
АУ-ГЭП2
Условия: АУ 1.
Условия: АУ 2; АУ 3; АУ 4
АУ-ГЭП3
Рисунок П2.3 – Алгоритм процесса АСУК «Управление группами
электроприемников» [81]
182
АУ-ГЭП 1
Обработчик
событий
Инициализация параметров
Нет
Стоп?
Выход
Да
Прогноз на предстоящий период времени
(Eпр)
Определение Eр1, Eр2
Да
Да
Eпр > Eр1
Режим электропотребления 1
Eпр > 0
Нет
Режим электропотребления 2
Нет
Да
Eпр > Eр2
Режим электропотребления 3
Нет
Режим электропотребления 4
Рисунок П2.4 – Алгоритм процесса АСУК«Алгоритм управления группами
электроприемников 1» [81]
183
Режим электропотребления 1
1
Обработчик
событий
Инициализация параметров
Стоп?
Да
Нет
Выход
Определение РИ(i)
Задержка
Вывод информационных
сообщений,
запись в журнал
Нет
РИ(i) < kИ∙РИ ном
Да
Включение 2 ГЭП
Включилась 2 ГЭП?
Да
Нет
Диагностика устройства
коммутации 2 ГЭП
Задержка
Определение РИ(i)
Задержка
Вывод информационных
сообщений,
запись в журнал
Нет
РИ(i) < kИ∙РИ ном
Да
2
184
2
Включение 3 ГЭП
Включилась 3 ГЭП?
Да
Нет
Диагностика устройства
коммутации 3 ГЭП
Задержка
Определение РИ(i)
Задержка
Вывод информационных
сообщений,
запись в журнал
Нет
РИ(i) < kИ∙РИ ном
Да
Включение 4 ГЭП
Включилась 4 ГЭП?
Да
Нет
Диагностика устройства
коммутации 4 ГЭП
1
Рисунок П2.5 – Алгоритм процесса АСУК «Режим электропотребления 1» [81]
185
Режим электропотребления 2
1
Обработчик
событий
Инициализация параметров
Стоп?
Да
Нет
Выход
Определение РИ(i)
Задержка
Вывод информационных
сообщений,
запись в журнал
Нет
РИ(i) < kИ∙РИ ном
Да
Включение 2 ГЭП
Включилась 2 ГЭП?
Да
Нет
Диагностика устройства
коммутации 2 ГЭП
Задержка
Определение РИ(i)
Задержка
Вывод информационных
сообщений,
запись в журнал
Нет
РИ(i) < kИ∙РИ ном
Да
2
186
2
Включение 3 ГЭП
Да
Включилась 3 ГЭП?
Нет
Диагностика устройства
коммутации 3 ГЭП
Определение параметра
«прерывание»Инициализация
параметров
Прерывание?
Да
1
Нет
Определение CАБ(i)
CАБ(i) < kn откл4·CАБ ном
Нет
Да
Да
CАБ(i) > kn вкл2·CАБ ном
4 ГЭП отключена?
Нет
Да
Нет
4 ГЭП включена?
Отключение 4 ГЭП
Да
Нет
Да
ЗадержкаОбработчик
событий
Отключилась 4 ГЭП?
Нет
Диагностика устройства
коммутации 4 ГЭП
Определение РИ(i)
Нет
РИ(i) < kИ∙РИ ном
Да
Включение 4 ГЭП
Вывод информационных
сообщений,
запись в журнал
Задержка
Включилась 4 ГЭП?
Да
Нет
Диагностика устройства
коммутации 4 ГЭП
Рисунок П2.6 – Алгоритм процесса АСУК «Режим электропотребления 2»
187
Начало
Выбор объекта(здания, помещения), группы животных, технологии их содержания
Вывод на экран нормативных и допустимых параметров воздуха внутри помещения, а также расчетных
параметров наружного воздуха
Ввод и корректировка исходных данных для расчета
Расчет свободной теплоты, выделяемой животными
Расчет тепловых потерь
через ограждающие
конструкции
Подпрограмма: «Расчет тепловых потерь через ограждающие
конструкции животноводческого помещения
Расчет тепловых потерь на испарение влаги с открытой водной и смоченной поверхности
Определение величины расхода приточного (вентиляционного) воздуха и расчет теплового потока, необходимого на его
подогрев
Расчет мощности отдельной установки
188
Расчет температуры наружного воздуха
Расчет годового расхода теплоты
База данных: СНиП
Вывод на экран монитора
расчетных данных
Вывод параметров утилизатора теплоты
При работе с утилизатором теплоты
Расчет мощности отопительной установки
Расчет граничной температуры наружного
воздуха
Расчет годового расхода теплоты
Вывод на экран:
Мощности отопительной установки
Граничной температуры наружного
воздуха
Годового расхода теплоты
Окончание
Рисунок П2.7 – Блок-схема алгоритма подпрограммы расчета мощности отопительной установки и годового расхода тепловой энергии [115]
189
Начало
Аутентификация
Запрос уровня анализа
Ввод географических параметров объекта
Ввод параметров источников энергии
Ввод параметров технологических процессов
Ввод параметров зданий
Вывод предварительных результатов
Выбор предпочитаемых методик расчета
Ввод ограничений
Вывод результатов анализа
Печать, запись, экспорт отчета
да
Другой
анализ
нет
конец
Рисунок П2.8 – Алгоритм работы оператора при работе с программным комплексом
анализа топливно-энергетической базы агропредприятий
190
Приложение 3 – Статистические данные по использованию
топливно-энергетических ресурсов Волгоградской области
Таблица П.3.1 – Фактический расход топлива на единицу продукции
(работ, услуг) (килограммов условного топлива)
2010 г.
2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г. в % к
2009 г.
Электроэнергия, отпущенная электростанциями, работающими на котельно-печном топливе,
тыс.кВт.ч
Теплоэнергия, отпущеннаяэлектростанциями,
Гкал
Теплоэнергия, отпущенная промышленнопроизводственными и
районными котельными,
Гкал
303,1
290,6
325,3
334,5
342,3
102,3
149,4
148,2
148,6
148,0
149,2
100,9
166,0
165,1
165,6
161,6
163,8
101,4
Таблица П.3.2 – Потребление топлива на производство отдельных видов
продукции (работ, услуг) по видам (тыс. тонн условного топлива)
ВСЕГО
в том числе по видам:
газ горючий природный
газ нефтеперерабатывающих
предприятий сухой
мазут топочный
дизельное топливо
прочие виды нефтепродуктов
прочие виды твердого топлива
уголь каменный
прочие виды топлива (газ горючий
искусственный, кокс, бензин,
нефть, включая газовый
конденсат)
топливо печное бытовое
2010 г.
в % к итогу
7186,7
100,0
6168,0
85,8
493,3
6,8
229,8
207,9
49,8
22,0
5,8
3,2
2,9
0,7
0,3
0,1
5,7
0,1
4,4
0,1
191
Таблица П.3.3 – Фактический расход теплоэнергии на единицу продукции (работ, услуг) (мегакалорий)
2010г.
2006 г. 2007 г. 2008г. 2009 г. 2010 г. в % к
2009 г.
Кислород, тыс. куб. м
18,0
6,4
6,0
58,9
122,2 в 2,1 р.
Электросталь, тонн
94,6
92,9
97,6
181,9
116,6
64,1
Прокат черных металлов, тонн
119,2
91,9
41,0
63,8
429,1 в 6,7 р.
Трубы стальные, тонн
147,8 134,3
174,6
215,8
126,3
58,5
Ткани хлопчатобумажные, тыс.кв.м
356,9 286,2
284,9
275,5
231,2
83,9
Таблица П.3.4 – Использование вторичных энергоресурсов
2006 г. 2007 г. 2008 г.
Фактическое использование
вторичных горючих ресурсов,
тыс. тонн усл. топлива
в % к годовому выходу
Фактическое использование
вторичных тепловых ресурсов, тыс. Гкал
в к годовому выходу
2009 г.
2010 г.
2010 г. в % к
2009 г.
84,1
79,5
83,4
77,9
111,4
90,5
94,3
89,1
101,3
88,2
107,4
х
259,4
6,3
281,5
7,1
338,7
9,2
246,1
6,7
300,5
8,3
122,1
х
Таблица П.3.5 – Потребление топлива, теплоэнергии и электроэнергии на
производство отдельных видов продукции (работ, услуг) предприятиями
Волгоградской области по основным видам экономической деятельности
в 2010 г.
Топливо
Теплоэнергия Электроэнертыс. тонн усл. тыс. Гкал.
гия
топлива
млн. кВт.ч.
ВСЕГО
в том числе:
Сельское хозяйство, охота и лесноехозяйство
7186,7
3492,1
7860,8
121,0
203,1
24,6
192
Таблица П.3.6 – Фактический расход топлива на производство отдельных
видов продукции (работ, услуг) по Волгоградской области
(тыс. тонн условного топлива)
2008 г.
2009 г.
2010 г.
Всего
8028,4
6954,4
7186,7
в том числе:
г. Волгоград
6516,1
5466,1
5743,8
г. Волжский
304,6
253,9
314,4
районы:
Алексеевский
6,1
4,2
3,8
Быковский
0,2
0,1
0,1
Городищенский
26,9
16,3
20,0
Даниловский
9,3
5,1
6,0
Дубовский
9,3
8,2
6,9
Еланский
17,6
15,0
10,0
Жирновский
25,4
25,6
19,0
Иловлинский
18,4
21,3
21,3
Калачевский
24,3
21,0
20,1
Камышинский
50,3
42,1
41,2
Киквидзенский
5,1
4,4
4,8
Клетский
8,4
6,5
8,0
Котельниковский
3,7
4,6
4,9
Котовский
26,4
69,8
76,3
Кумылженский
3,2
4,8
5,1
Ленинский
3,5
1,2
1,1
Михайловский
797,6
814,3
710,8
Нехаевский
3,1
3,5
3,9
Николаевский
11,6
7,0
5,2
Новоаннинский
11,1
9,3
10,9
Новониколаевский
7,5
7,0
6,6
Октябрьский
5,3
5,2
6,2
Ольховский
0,9
3,7
3,6
Палласовский
8,0
5,2
4,5
Руднянский
5,0
4,8
5,1
Светлоярский
10,4
7,8
7,1
Серафимовичский
7,8
7,5
7,2
Среднеахтубинский
11,7
10,3
8,6
Старополтавский
7,1
4,9
4,4
Суровикинский
9,4
9,8
8,9
Урюпинский
38,7
54,0
54,1
Фроловский
30,6
25,9
29,2
Чернышковский
3,8
4,0
3,6
193
Таблица П.3.7 – Фактический расход теплоэнергии на производство отдельных видов продукции (работ, услуг) по Волгоградской области
(тыс. Гкал)
2008 г.
2009 г.
2010 г.
Всего
2655,4
3403,9
3492,1
в том числе:
г. Волгоград
2228,7
2782,8
2870,0
г. Волжский
389,6
501,5
497,1
районы:
Алексеевский
Быковский
Городищенский
3,0
14,6
12,6
Даниловский
Дубовский
Еланский
Жирновский
Иловлинский
Калачевский
Камышинский
33,8
43,2
43,9
Киквидзенский
Клетский
Котельниковский
Котовский
32,7
36,9
Кумылженский
0,3
15,5
16,1
Ленинский
Михайловский
3,8
8,0
Нехаевский
Николаевский
Новоаннинский
Новониколаевский
Октябрьский
Ольховский
Палласовский
Руднянский
Светлоярский
9,7
7,5
Серафимовичский
Среднеахтубинский
Старополтавский
Суровикинский
Урюпинский
0,1
Фроловский
Чернышковский
194
Таблица П.3.8 – Фактический расход электроэнергии на производство отдельных видов продукции (работ, услуг) по Волгоградской области
(млн.кВт.ч)
2008 г.
2009 г.
2010 г.
Всего
8164,9
7065,8
7860,8
в том числе:
г. Волгоград
6420,2
5518,1
5984,0
г. Волжский
1084,1
905,6
1168,0
районы:
Алексеевский
0,5
2,1
2,2
Быковский
Городищенский
15,0
18,8
10,9
Даниловский
1,8
1,7
1,7
Дубовский
1,2
1,4
1,3
Еланский
0,1
Жирновский
0,2
7,0
4,6
Иловлинский
4,0
2,6
3,4
Калачевский
1,0
3,6
3,3
Камышинский
113,5
88,3
126,8
Киквидзенский
0,2
0,1
Клетский
0,1
0,1
0,2
Котельниковский
0,2
0,1
0,2
Котовский
3,0
22,7
24,7
Кумылженский
0,4
3,5
3,1
Ленинский
0,1
1,0
0,4
Михайловский
332,7
332,3
341,8
Нехаевский
0,1
0,1
Николаевский
2,3
1,6
1,2
Новоаннинский
1,6
1,5
1,2
Новониколаевский
1,0
0,8
1,0
Октябрьский
0,4
0,5
0,7
Ольховский
Палласовский
0,2
0,2
0,3
Руднянский
Светлоярский
17,9
4,8
5,3
Серафимовичский
2,7
2,6
3,2
Среднеахтубинский
1,8
5,9
6,1
Старополтавский
0,2
0,1
0,1
Суровикинский
1,0
1,3
1,2
Урюпинский
0,6
1,7
2,3
Фроловский
156,3
135,1
160,7
Чернышковский
0,5
0,6
0,9
195