Направления энергосбережения в АПК

Агропромышленный комплекс (далее – АПК) Республики Беларусь является крупным потребите­лем энергоресурсов и имеет большие резервы (~ 40 %) энерго­сбережения. В целом по АПК на производственные нужды рас­ходуется 15 % тепловых энергоресурсов (далее – ТЭР) Беларуси, из них электроэнергия составля­ет 30 %, тепловая — 15 %, котельно-печное топливо — 55 %.

Основными направлениями энергосбережения в АПК на ближайшую перспективу являются.

1. Разработка и реализация организационно-экономичес­ких и нормативно-правовых мероприятий по энергосбереже­нию, соблюдению научно обоснованных норм расхода топлива и энергии.

2. Организация системы учета всех видов ТЭР.

3. Энергосбережение в котельных.

4. Использование ветровых энергоресурсов (далее – ВЭР).

5. Регулируемый электропривод.

6. Совершенствование электроосвещения.

7. Использование отходов производства, разработка био­энергетических установок.

8. Использование нетрадиционных источников энергоснаб­жения.

9. Новые энергосберегающие технологии.

10. Реконструкция и модернизация теплиц с внедрением энергосберегающих, высокопроизводительных технологий, современных строительных конструкций и инженерного обо­рудования.

11. Проведение мероприятий, связанных с повышением надежности и качества энергоснабжения и снижением потерь топлива и энергии.

12. Кадровое обеспечение специалистами в области энер­госбережения АПК.

Таким образом, резервы энергосбережения заложены в са­мих технологических процессах, проведении организацион­но-технических мероприятий, устранении прямого расточи­тельства, повышении экономичности работы сельскохозяй­ственной техники.

Важное направление — увеличение коэффициента полез­ного использования (КПИ) энергоресурсов. Для этого прелполагается:

• улучшение структуры энергоносителей, в том числе по­вышение уровня газификации и электрификации;

• повышение технического уровня и КПД теплогенерирующих установок;

• сокращение потерь в тепловых сетях;

• сокращение потерь регулирования (автоматизация ре­жимов работы теплотехнических систем);

• использование низкопотенциальной теплоты с помощью тепловых насосов, утилизация теплоты вентвыбросов на фермах;

• использование ВЭР.

Одним из основных путей повышения эффективности ис­пользования энергии является рационализация режима пот­ребления (выравнивание графика нагрузки энергосистем) и внедрение научно обоснованного нормирования.

Основные мероприятия по рациональному использованию электроэнергии в АПК следующие:

1. Учет электроэнергии и контроль ее параметров.

2. Нормирование расхода электроэнергии.

3. Регулирование графика нагрузок потребителей.

4. Улучшение использования установленной мощности и режима работы электродвигателей путем их автоматизации.

5. Контроль за расходом электроэнергии и разъяснитель­ная работа среди населения.

В светотехнических установках расходуется 13-14% всей электроэнергии, поэтому экономия здесь - задача очень важная для АПК. Для этого необходимо выбрать наиболее экономичные ис­точники света, стремиться к увеличению коэффициента отра­жения поверхностей помещений для повышения коэффициен­та использования светового потока лампы, шире использовать естественное и искусственное освещение, иметь возможность при необходимости отключать отдельные участки или регули- ровать на них освещенность, осуществлять необходимое об­служивание (чистка, замена), рациональное размещение све­тильников.

Наиболее эффективный способ уменьшения мощности ламп — использование источников с высокой световой отда­чей. Наиболее целесообразны в данном случае газоразрядные лампы. Однако при этом необходимо выполнение требований к параметрам, вытекающим из специфики проводимой в дан­ном помещении работы (т.е. к спектральному составу, яркос­ти, пульсации светового потока и т.д.).

Необходимо совершенствовать соответствующие энергети­ческие схемы питания и системы управления, позволяющие осуществлять своевременное полное или частичное включение и отключение.

Существует еще одна проблема в АПК с электроприводами. В электроприводах рекомендуют такие пути энергосбережения:

1. Правильно эксплуатировать машины (своевременная смазка, регулировка, заточка режущих инструментов и т.д.).

2. Полностью загружать машины, транспортеры, станки.

3. Исключать холостой ход машин.

4. При замене электродвигателей, проектировании новых приводов отдавать предпочтение тем, у которых больший коэффициент полезного действия (КПД).

5. Следить за качеством напряжения.

6. При выборе оборудования учитывать, что чем выше про­изводительность агрегата, тем меньше энергии расходуется на единицу продукции. Всегда экономичнее один большой агре­гат, чем несколько малых.

7. Совершенствовать электроприводы энергоемких агрегатовпутем установки автоматических регуляторов загрузки, ограничителей холостого хода и т.д.[1]

Весьма перспективными для производств АПК являются следующие энергоэффективные технологии:

системы комбинированной выработки электроэнергии и теплоты для автономных сельскохозяйственных потребителей (когенерация и тригенерация энергии), позволяющие получать значительную экономию ТЭР;

энергосберегающие технологии и системы машин для производства продукции животноводства и растениеводства;

системы утилизации природной и отходящей теплоты (гелиоустановки, тепловые насосы и т. п.);

энергосберегающие системы обеспечения микроклимата в животноводческих помещениях с утилизацией и рециркуляцией теплоты воздуха;

энергосберегающие технологии в системах сельского водоснабжения.[4]

Перспективы использования энергии ветра в АПК Республики Беларусь не везде, но так, же являются жизнеспособными.

В Государственной программе Республики Беларусь прог­нозируемые годовые объемы использования энергии ветра для получения электроэнергии к 2012 г. оцениваются в 9,31 млн кВт-ч при общей установленной мощности 5,2 МВт. На 1 января 2005 г. общая мощность ВЭУ составила 1,1 МВт, объем замещения по вырабатываемой электроэнергии около 3,25 млн кВт-ч в год. Всего на территории республики вы­явлено 1840 площадок, пригодных для размещения ВЭУ про­мышленного типа, с общей мощностью около 1600 МВт.

Подобные ВЭУ широко используются во многих странах, обладающих значительным ветроэнергетическим потен­циалом. Лидирующее положение по количеству и общей мощности ВЭУ занимают такие государства, как Германия, США, Бельгия, Нидерланды, Дания. В этих странах в при­брежных зонах строятся быстроходные ВЭУ (vρ > 10 м/с). Номинальная мощность этих установок лежит в пределах от сотен кВт до нескольких МВт. Так, в Германии в устье р. Эльбы в 2005 г. введена в действие самая большая и мощная ВЭУ в мире. Она имеет башню высотой 120 м, ди­аметр ветроколеса D = 126 м и номинальную мощность Рн= 5 МВт. Многие фермеры в Германии, например, охот­но сдают участки своих земель в аренду для строительства ВЭУ. Мощные ВЭУ работают в составе энергосистемы ре­гиона или страны.

Стоимость современных ВЭУ составляет около 1000 дол­ларов США за 1 кВт установленной мощности, что значи­тельно ниже аналогичного показателя для фотоэлектриче­ских станций.

Для нашей республики характерным является то, что сред­негодовые скорости ветра находятся в пределах 3,5...5 м/с. Считается, что экономически целесообразно использовать ВЭУ при среднегодовой скорости ветра не менее 3 м/с. Однако широко используемые быстроходные ВЭУ здесь будут не­эффективны, так как для них требуется минимальная расчет­ная скорость ветра не менее 10 м/с. Для климатических усло­вий Беларуси целесообразно было бы использовать тихоход­ные ВЭУ, для которых vр > 2,5...3 м/с, однако они менее техно­логичны в производстве, сложнее в эксплуатации и не эффек­тивны при производстве электроэнергии. По этой причине в нашей стране разрабатываются ВЭУ, работающие на основе использования эффекта Магнуса. Лопасти ветроколеса такой установки выполняются в виде конических цилиндров, кото­рые могут вращаться вокруг собственной оси. Общая ось вра­щения ветроколеса расположена горизонтально и ориентиро­вана по направлению ветра, как у всех быстроходных гори­зонтально-осевых ВЭУ. Взаимодействие цилиндрической ло­пасти с ветровым потоком показано на рисунке.

Рисунок.. Взаимодействие вращающейся лопасти с ветровым потоком: v_в — вектор скорости ветра; v1, v2 — относительные скорости обтекания; со — угловая скорость вращения лопасти вокруг своей оси; Fм— сила Магнуса.

Сила Магнуса (F_M), направленная в сторону вращения ве­троколеса, указанного на рисунке, возникает из-за разности давлений обтекающего эту лопасть ветрового потока. При вращении цилиндрической лопасти с угловой частотой wA относительная скорость обтекания цилиндра воздушным потоком v1 будет меньше аналогичной скорости v2 что и яв­ляется первопричиной возникновения силы Fm.

Отличительная особенность: они вступают в работу при скорости ветра v ₀ = 3 м/с. Коэффициент использова­ния энергии ветра ветроколесом с цилиндрическими лопа­стями близок к 0,5. Регулирование скорости вращения ветроколеса осуществляется путей изменения угловой скоро­сти вращения лопастей w_л. В 1996 г. была создана и испыта­на экспериментальная ветроустановка ВЭУ-250.Однако освоение производства таких ВЭУ требу­ет дополнительных исследований, создания соответствую­щих производственных мощностей и финансирования.

Для ряда сельскохозяйственных объектов, удаленных от ЛЭП, газопроводов и других коммуникаций, перспектив­ным является использование для автономного энергоснаб­жения ВЭУ малой мощности, Р_н < 10 кВт. Работы по созда­нию и внедрению таких агрегатов ведутся в ряде зарубеж­ных стран, таких как Китай, США, Австралия и Россия. На­пример, потребность в электрической энергии сельского жителя (отдельный дом, дачный домик) составляет около 115 кВт-ч в месяц. Еще в бывшем СССР было налажено серийное производство маломощных ВЭУ, типа АВЭУ-6-4 способных обеспечивать в автономном режиме, при наличии аккумуляторной батареи и преобра­зователя напряжения, потребности в электроэнергии не­большого фермерского хозяйства.

Из ВЭУ такого класса представляет интерес установка ВЭУ-2000 разработанная на основе высо­ких технологий авиакосмической промышленности и способная автономно обеспечивать электроэнергией небольшие объекты даже в областях с низкими значениями средней ско­рости ветра. Емкость аккумуляторной батареи для подобных автономных установок выбирается из необходимости обес­печения энергоснабжения при отсутствии ветра в течении 2...3 суток. Еще более надежное электроснабжение обеспечивается при дополнении ВЭУ солнечными батареями.[2]

При использовании ветра возникает серьезная проблема: избыток энергии в ветреную погоду и недостаток ее в периоды безветрия. Для решения этой проблемы существует несколько способов сохранения энергии:

Простейший способ - ветряное колесо движет насос, который накачивает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного или переменного тока.

Другие способы и проекты: от обычных, хотя и маломощных аккумуляторных батарей до раскручивания гигантских маховиков или нагнетания сжатого воздуха в подземные пещеры и вплоть до производства водорода в качестве топлива.

Особенно перспективным представляется последний способ. Электрический ток от ветроагрегата разлагает воду на кислород и водород. Водород можно хранить в сжиженном виде и сжигать в топках тепловых электростанций по мере надобности.

Решающим фактором, который определит, значителен ли будет вклад ветровой энергии в удовлетворение потребностей АПК в энергии, является возможность создания соответствующей технологии. Он связан в основном с национальной энергетической политикой, затратами и приемлемостью таких установок для населения. Разрабатываются также ветроэнергетические установки единичной мощностью в диапазоне от 100 Вт до 5 МВт, предназначенные для выработки электроэнергии в составе существующих энергетических систем. В дополнение к традиционным направлениям освоения ветровой энергии есть ряд других возможностей ее использования, а именно:

использование с помощью существующей технологий электролиза электроэнергии, вырабатываемой ветроэнергетическими установками, для производства водорода и кислорода;

использование ветроэнергетических установок в районах с холодным климатом для производства сжатого воздуха, который затем подается по трубам на дно рек, где он выпускается через отверстия, чтобы воспрепятствовать замерзанию воды;

использование ветровой энергии для производства сжатого воздуха. Этот подход может найти применение для аэрации прудов при разведении рыб, а также водоемов, испытавших неблагоприятные экологические воздействия.[5]