РЕЗЕРВЫ УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ

в статье рассмотрены вопросы о резервах усовершенствования энергопотребления, поиске новых путей получения энергии, альтернативной энергетике в нашей стране. ...

. «Никакой вид энергии не обходится так дорого, как ее недостаток». Это выражение известного индийского ученого Гоми Баба никогда не звучало так актуально, как в наши дни, когда человечество, несмотря на большие затраты, прикладывает огромные усилия для поиска новых путей получения энергии.
По расчетам специалистов, разведанных мировых запасов невозобновляемых источников энергии, к которым относят нефть, газ, уголь хватит примерно: нефти на 250 лет, газа на 120 лет и угля – на 1500 лет. Не такая уж блестящая перспектива оставить потомков без энергетического обеспечения. Возникает вопрос - можно ли с помощью альтернативной энергетики решить насущные проблемы потребителей и промышленности? Сегодня в странах Евросоюза этот вопрос не вызывает сомнений [1,3,4].
Возобновляемые источники энергии, которые получили название нетрадиционные (НВИЭ) - это энергия ветра, солнечное излучение, энергия малых рек и водотоков, приливов, волн, энергия биомассы (дрова, бытовые и сельскохозяйственные отходы, отходы животноводства, птицеводства, лесозаготовок, лесной, деревообрабатывающей и целюлёзно-бумажной промышленности), геотермальная энергия, а также рассеянная тепловая энергия (тепло воздуха, воды океанов, морей и водоёмов).
На сегодня общая доля потребления НВИЭ в мире уже составляет 13,5%, из них только биомасса – 10-11%. По прогнозам ученых доля возобновляемой энергии в общем мировом балансе энергопроизводства к 2010 г. составит 16%, к 2020 г. – 22%, а к 2050 г. - достигнет уже минимум 50%.
Высокую долю НВИЭ составляют в энергобалансе следующих стран: Исландия – 74,5%, Бразилия – 39,5%, Латвия – 33,5%, Новая Зеландия – 27,9%, Дания – 12,1%, Польша – 5,2% [1].
Так, в Швеции планируется к 2010 году довести объем производства электроэнергии из возобновляемых источников до 60% от общего объема, в Финляндии – до 35%.
Первое место в мире по объему применения занимает ветроэнергетика. Мировыми лидерами по применению энергии ветра являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия. Суммарная мировая установленная мощность крупных ВЭУ и ВЭС, по разным оценкам, составляет от 10 до 20 ГВт.
Второе место по объему применения занимает геотермальная энергетика. Суммарная мировая установленная мощность ГеоТЭС составляет не менее 6ГВт.
Далее следует солнечная энергия. Она используется в основном для производства низкопотенциального тепла для коммунально-бытового горячего водоснабжения и теплоснабжения. Суммарная мировая мощность автономных фотоэлектрических установок достигает 500МВт [1,3].
В Украине в 1994 году принят Закон «О энергосбережении», в котором определены правовые, экономические и социальные основы использования топливно-энергетических ресурсов предприятиями, объединениями и организациями, расположенными на территории Украины, независимо от их форм собственности, а также гражданами Украины. На сегодняшний день в Украине разработаны программы по энергосбережению, приняты нормативные акты, материалы, стандарты, инструкции. Но, к сожалению, на сегодняшний день механизм действия законодательных актов не запущен.
Украина ежегодно потребляет около 210 млн. тонн условного топлива и относится к энергодефицитным странам: 100% ядерного топлива, 77% необходимого объема природного газа и 74% сырой нефти и нефтепродуктов импортируется. Ввозится даже каменный уголь (20% от требуемого), хотя его запасы более чем достаточны. Низкий уровень обеспеченности Украины собственными энергоресурсами в значительной степени объясняется чрезмерной расточительностью ее экономики. Энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП) Украины в 2,6 раза превышает средний уровень энергоемкости развитых стран мира [3].
В Украине разработана энергетическая стратегия до 2030 года. Это главная государственная программа, указывающая наиболее эффективные пути развития энергетического комплекса. Она предусматривает увеличение производства и потребления собственного угля в Украине в 2,2 раза с одновременным уменьшением потребления газа: сначала на 10 млрд. куб. м, а в дальнейшем - на треть.
Также эта стратегия описывает несколько путей удовлетворения энергетического голода: во-первых - увеличивать собственную добычу нефти, газа, угля, используя самые современные технологии. Во-вторых - внедрять энергосберегающие технологии. А в-третьих - активно использовать возобновляемые нетрадиционные источники энергии.
Следует отметить, что ценность отдельных технологий возобновляемой энергетики определяется и тем, какое количество традиционных энергоресурсов они могут заменить. ГЭС, ветростанции, фотоэлектрические установки могут выработать почти втрое больше электроэнергии, чем получается за счет сжигания ископаемого топлива. Это происходит путем прямого превращения механической в электрическую энергию без дополнительного использование тепловой энергии за счет сжигания энергоносителей.
В 2030 году реально довести годовое использование возобновляемых источников энергии в Украине в объемах, эквивалентных 20 млн. т у.т./год ископаемых топлив и атомной энергии, а в 2050 г. - до 42 млн. т у.т [1,3].
Энергосбережение в животноводстве - большая комплексная задача, выполнение которой возможно по основным направлениям: усовершенствование и внедрение энергосберегающих технологий, повышение производительности животных, внедрение организационно-экономических мероприятий по энергосбережению в животноводстве, внедрение энергосберегающих технических средств, внедрение энергосберегающих зданий и сооружений, использование нетрадиционных возобновляемых источников энергообеспечения молочных ферм.
На наш взгляд для энергосбережения в животноводстве могут быть использованы два направления (рисунок 1).
Эффективность ведения молочного животноводства определяется его кормообеспеченностью. В Украине затраты кормов на единицу продукции животноводства в 1,5-2 раза превышают средний уровень развитых стран [2]. Главными причинами такого положения являются:
- неоптимальное соотношение поголовья животных и кормовой базы;
- несбалансированность кормов по протеину.
В условиях энергетического кризиса в кормопроизводстве необходимо осуществить его структурное изменение, т.е. в кормовых севооборотах увеличить площади под менее энергоемкие, но в тоже время более сбалансированные по белку и другим питательным веществам кормовые культуры [2].














Рис. 1. Направления энергосбережения в животноводстве.

Наиболее актуальные, на наш взгляд, мероприятия по использованию энергосберегающих технологий в кормопроизводстве представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Влияние энергосберегающих технологий в кормопроизводстве на энергоемкость производства кормов
Мероприятия Направление изменения энергоемкости технологических операций и производственных процессов
увеличение снижение
Увеличение в кормовых севооборотах площадей, занятых менее энергоемкими, но более высокоурожайными, сбалансированными по белку кормовыми культурами - Снижение энергозатрат
Использование культурных пастбищ Увеличение затрат энергии на производство кормов Снижение энергозатрат на скашивание, транспортировку, измельчение и раздачу кормов
Продолжение таблицы 1
Применение энергосберегающей технологии закладки на хранение сочных и грубых кормов, измельченных до необходимых размеров, что исключает дополнительную подготовку кормов к скармливанию Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технологических средствах
кормоуборочных комбайнов Снижение прямых затрат энергии на дополнительное измельчение кормов, снижение энергии, овеществленной в погрузчиках-измельчителях, навесных фуражирах, измельчителях кормов

Перспективным направлением снижения энергоемкости производства молока является повышение производительности коров за счет полноценного кормления, использования высокопроизводительных пород коров, улучшения их генетического потенциала (табл. 2) [2].
Таблица 2 - Влияние мероприятий по повышению производительности коров на энергоемкость производства молока
Мероприятия Направление изменения энергоемкости технологических операций и производственных процессов
увеличение снижение
Использование кормовых рационов, сбалансированных по энергии, белку, аминокислотам - Снижение удельных энергозатрат
Внедрение специальных, высокопроизводительных пород крупного рогатого скота Увеличение затрат энергии, овеществленной в продуктивном скоте и кормах Снижение удельных энергозатрат
Увеличение срока использования коров - Снижение удельных энергозатрат
Использование необходимых ветпрепаратов Увеличение затрат энергии, овеществленной в ветпрепаратах Снижение удельных энергозатрат
Соблюдение режима работы фермы, недопущение остановки технологических процессов по уходу за животными (доение, поение, кормление, удаление навоза) - Снижение удельных энергозатрат

Важное значение в энергосбережении имеют организационно-экономические мероприятия, поскольку ведущую роль в организации энергосбережения в молочном скотоводстве занимает человек. Положительных показателей в использовании техники и сбережении энергоресурсов при производстве молока можно достичь при изменении отношения человека к труду. Повышение квалификации работников, которые обслуживают технические средства и животных, является важным резервом усовершенствования использования энергетического потенциала.

Таблица 3 - Влияние организационно-экономических мероприятий энергосбережения в молочном скотоводстве на изменение энергоемкости производства молока

Мероприятия Направление изменения энергоемкости производства молока
увеличение снижение
Внедрение энергетического менеджмента, энергетического аудита, нормирование энергопотребления Увеличение затрат энергии, овеществленной в человеческих ресурсах и дополнительном измерительном оборудовании Снижение энергозатрат
Повышение квалификации работников Увеличение затрат энергии, овеществленной в человеческих ресурсах Снижение энергозатрат
Усиление материальной заинтересованности работников в энергосбережении - Снижение энергозатрат

Одним из важнейших направлений энергосбережения в молочном скотоводстве является внедрение энергосберегающих технических средств, оптимизация необходимых технических средств по критерию энергетической эффективности с учетом размеров фермы, систем и способов содержания, принятой технологии кормления, конструктивных особенностей сооружений для содержания животных, природно-климатических условий и производительности животных
(табл. 4) [2].



Таблица 4 - Влияние энергосберегающих технических средств в молочном скотоводстве на энергоемкость производственных процессов

Мероприятия Направление изменения энергоемкости технологических операций и производственных процессов
увеличение снижение
Применение энергосберегающих машин и оборудования - Снижение прямых затрат энергии и энергии, овеществленной в технике
Оптимизация количества машин и оборудования в технологических линиях обслуживания животных - Снижение прямых затрат энергии и энергии, овеществленной в технике
Применение прицепов увеличенной грузоподъемности для транспортировки кормов, навоза и подстилки Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах Снижение прямых затрат энергии на транспортировку кормов, навоза и подстилки
Использование тракторов с двумя и более прицепами на перевозке кормов, навоза и подстилки - Снижение прямых затрат энергии и энергии, овеществленной в человеческих ресурсах и технике
Использование люминесцентных и дуговых ртутных ламп для освещения помещений ферм - Снижение затрат электроэнергии на освещение
Внедрение регулируемых электроприводов Увеличение энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах
Снижение энергозатрат
Автоматизация установок и поточно-технологических линий Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах Снижение прямых затрат энергии и энергии, овеществленной в человеческих ресурсах
Использование коней для перевозки небольших партий грузов и грузов, которые имеют низкую плотность Увеличение энергии, овеществленной в живой тяге и кормах Снижение энергозатрат
Применение рекуперации тепла в системах вентиляции животноводческих помещений и теплохолодильных установках Увеличение энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах Снижение энергозатрат на отопление животноводческих помещений, подогрев воды для технологических нужд фермы, уменьшение энергии, овеществленной в кормах, которая тратится на поддержку температуры тела коров
Рационализация техсервиса, своевременное проведение ремонтов помещений, вспомогательных сооружений, машин и оборудования Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах и строительных материалах Снижение энергозатрат
Обеспечение надежности энергосистемы за счет резервирования энергетических мощностей Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах Снижение потерь энергии, которая овеществлена в продукции молочной фермы

Одним из основных направлений энергосбережения в строительстве животноводческих помещений является их конструктивная особенность, связанная с повышением термического сопротивления конструкций ограждений (табл. 5).

Таблица 5 - Влияние применения энергосберегающих зданий и сооружений в молочном скотоводстве на энергоемкость технологических процессов

Мероприятия Направление изменения энергоемкости технологических операций и производственных процессов
увеличение снижение
Реконструкция животноводческих помещений с целью улучшения их теплоизоляции Увеличение затрат энергии, овеществленной в строительных материалах Снижение прямых затрат энергии на отопление помещений, снижение энергии, овеществленной в кормах, которая тратится на поддержку температуры тела коров
Внедрение новых типов конструкций ограждения - Снижение затрат энергии, овеществленной в строительных материалах

Величина потерь теплоты сквозь оградительные конструкции прямо связана с показателем их термического сопротивления: чем меньший коэффициент теплопроводности материала стены, или его соединение с теплоизоляционным пластом (при одинаковой толщине стены), тем меньшие потери теплоты. Отдельные специалисты трактуют строительные материалы как новый источник энергии [2]. Одновременно этот источник может быть дешевым, иметь меньшую материалоемкость. Например, величина теплопередачи внешней стены, выполненной из силикатного кирпича равняется 1,65 Вт/(м2К). При утеплении стены минеральной ватой толщиной 100 мм, плотностью 100 кг/м3, величина теплопередачи снизится до 0,35 Вт/(м2К), соответственно сокращаются и потери теплоты.
Исследованиями ряда ученых [2] доказано, что уменьшение коэффициента теплопередачи стен с 4 до 2,5 кДж/(чм20С) и перекрытия с 2,8 до 1,6 кДж/(чм30С) сокращает теплопотери через оградительные конструкции в помещениях для КРС до 30%.
Рост цен на энергоресурсы и обострение экономических проблем обусловило значительную заинтересованность технологиями использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (табл. 6). Так, животные неполностью усваивают энергию растительных кормов, ведь большая половина этой энергии используется непродуктивно - попадает в навоз. Этот факт позволяет рассматривать органические отходы не только как ценное сырье для удобрений, но и как возобновляемый источник энергии [2].

Таблица 6 - Влияние использования нетрадиционных возобновляемых источников энергообеспечения молочных ферм на энергоемкость технологических процессов

Мероприятия Направление изменения энергоемкости технологических операций и производственных процессов
увеличение снижение
Использование биогазовых установок для производства биогаза из навоза Увеличение энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах Снижение затрат традиционных энергоресурсов, резервирование энергии
Использование гелиоустановок для обеспечения горячего водоснабжения ферм Увеличение энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах Снижение затрат электроэнергии на подогрев воды для технологических и санитарно-гигиенических потребностей ферм
Использование ветроагрегатов Увеличение энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах Снижение затрат традиционных источников энергии (механической, электрической), аккумулирование энергии

Рациональным путем использования стоков и навоза молочной фермы считают метановое сбраживание (метаногенез), который является способом обеззараживания жидкого навоза и хранение его как удобрения при одновременном получении локального энергоносителя - биогаза. Целесообразность использования биогазовых установок, начиная с конструктивно простых, непрофессионально изготовленных установок и заканчивая технологически совершенными установками долговременного беспрерывного действия с использованием прогрессивных и автоматизированных систем, исследовано многими учеными [5].

Выводы. Традиционные пути и отношение к энергоиспользованию в дальнейшем становятся невозможными. Необходимо искать новые направления эффективного использования энергоресурсов и обеспечения нужд общества в энергоносителях. Поэтому, решение указанной проблемы в глобальном масштабе связано с поиском новых видов энергии, практически неисчерпаемых и экологически чистых, но, до их открытия, использование традиционных источников энергии должно сопровождаться глубоко продуманной энергосберегающей политикой.

По расчетам специалистов, разведанных мировых запасов невозобновляемых источников энергии, к которым относят нефть, газ, уголь хватит примерно: нефти на 250 лет, газа на 120 лет и угля – на 1500 лет. Возникает вопрос - можно ли с помощью альтернативной энергетики решить насущные проблемы потребителей и промышленности?

Снижение удельных энергозатрат
Соблюдение режима работы фермы, недопущение остановки технологических процессов по уходу за животными (доение, поение, кормление, удаление навоза)
-
Снижение удельных энергозатрат
Важное значение в энергосбережении имеют организационно-экономические мероприятия, поскольку ведущую роль в организации энергосбережения в молочном скотоводстве занимает человек. Положительных показателей в использовании техники и сбережении энергоресурсов при производстве молока можно достичь при изменении отношения человека к труду. Повышение квалификации работников, которые обслуживают технические средства и животных, является важным резервом усовершенствования использования энергетического потенциала.
Таблица 3 - Влияние организационно-экономических мероприятий энергосбережения в молочном скотоводстве на изменение энергоемкости производства молока
Мероприятия
Направление изменения энергоемкости производства молока
увеличение
снижение
Внедрение энергетического менеджмента, энергетического аудита, нормирование энергопотребления
Увеличение затрат энергии, овеществленной в человеческих ресурсах и дополнительном измерительном оборудовании
Снижение энергозатрат
Повышение квалификации работников
Увеличение затрат энергии, овеществленной в человеческих ресурсах
Снижение энергозатрат
Усиление материальной заинтересованности работников в энергосбережении
-
Снижение энергозатрат
Одним из важнейших направлений энергосбережения в молочном скотоводстве является внедрение энергосберегающих технических средств, оптимизация необходимых технических средств по критерию энергетической эффективности с учетом размеров фермы, систем и способов содержания, принятой технологии кормления, конструктивных особенностей сооружений для содержания животных, природно-климатических условий и производительности животных
(табл. 4) [2].
Таблица 4 - Влияние энергосберегающих технических средств в молочном скотоводстве на энергоемкость производственных процессов
Мероприятия
Направление изменения энергоемкости технологических операций и производственных процессов
увеличение
снижение
Применение энергосберегающих машин и оборудования
-
Снижение прямых затрат энергии и энергии, овеществленной в технике
Оптимизация количества машин и оборудования в технологических линиях обслуживания животных
-
Снижение прямых затрат энергии и энергии, овеществленной в технике
Применение прицепов увеличенной грузоподъемности для транспортировки кормов, навоза и подстилки
Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах
Снижение прямых затрат энергии на транспортировку кормов, навоза и подстилки
Использование тракторов с двумя и более прицепами на перевозке кормов, навоза и подстилки
-
Снижение прямых затрат энергии и энергии, овеществленной в человеческих ресурсах и технике
Использование люминесцентных и дуговых ртутных ламп для освещения помещений ферм
-
Снижение затрат электроэнергии на освещение
Внедрение регулируемых электроприводов
Увеличение энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах
Снижение энергозатрат
Автоматизация установок и поточно-технологических линий
Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах
Снижение прямых затрат энергии и энергии, овеществленной в человеческих ресурсах
Использование коней для перевозки небольших партий грузов и грузов, которые имеют низкую плотность
Увеличение энергии, овеществленной в живой тяге и кормах
Снижение энергозатрат
Применение рекуперации тепла в системах вентиляции животноводческих помещений и теплохолодильных установках
Увеличение энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах
Снижение энергозатрат на отопление животноводческих помещений, подогрев воды для технологических нужд фермы, уменьшение энергии, овеществленной в кормах, которая тратится на поддержку температуры тела коров
Рационализация техсервиса, своевременное проведение ремонтов помещений, вспомогательных сооружений, машин и оборудования
Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах и строительных материалах
Снижение энергозатрат
Обеспечение надежности энергосистемы за счет резервирования энергетических мощностей
Увеличение затрат энергии, овеществленной в дополнительных технических средствах
Снижение потерь энергии, которая овеществлена в продукции молочной фермы
Одним из основных направлений энергосбережения в строительстве животноводческих помещений является их конструктивная особенность, связанная с повышением термического сопротивления конструкций ограждений (табл. 5).
Таблица 5 - Влияние применения энергосберегающих зданий и сооружений в молочном скотоводстве на энергоемкость технологических процессов
Мероприятия
Направление изменения энергоемкости технологических операций и производственных процессов
увеличение