Резервы ресурсов возобновляемых источников энергии

В последние годы развивалась система энергоснабжения села, создавались и применялись в производстве высокопроизводительные машины, установки и оборудование, основанные на применении различных традиционных энергоносителей - электрической и тепловой энергии, угля, жидкого и газообразного топлива. Дальнейшая интенсификация сельскохозяйственного производства невозможна, если будут сохраняться традиционные взгляды на источники используемой энергии. Потребность в энергии в сельскохозяйственном производстве тесно связана с его размещением, специализацией и концентрацией.

Климатические и природно-экономические условия территории Казахстана весьма неоднородны, каждый регион имеет свои удельные показатели энергопотребления. Ориентируясь на регион Северного Казахстана, как наиболее энергоемкий, где в качестве объекта для анализа рассматривается Костанайская область.

Основные потребители топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) по направлению использования энергоносителей в процессах могут быть разделены на следующие группы:

  1. Сельскохозяйственное производство - силовые мобильные процессы; транспортные операции; стационарные силовые процессы;

освещение; облучение; тепловые процессы.

  1. Жилищно-коммунальное хозяйство - освещение; энергообеспечение приборов и аппаратов культурно-бытового назначения; силовые процессы; тепловые процессы.

Приведенная выше классификация дает возможность определить общие направления в использовании традиционных энергоносителей и замены их нетрадиционными, а также выявить долю участия тех или иных видов ТЭР в покрытии ее потребности в энергии.

Количество потребляемой электроэнергии тесно связано с отраслью сельскохозяйственного производства. Так, например, животноводство потребляет до 43% от общего количества потребляемой электроэнергии (табл. 1). Растениеводство потребляет около 15%, в основном затраты связаны с послеуборочной переработкой зерна.

Общее потребление электроэнергии в сельском хозяйстве региона Северного Казахстана составляет 5000 ГВт-ч (5 млрд.кВт-ч). Из них на Костанайскую область приходится до 1,4-1,5 млрд.кВт-ч.

Статистические исследования потребления электроэнергии хозяйствами Костанайской области позволяют сделать вывод, что до 60-70% приходится на зимний период, когда начинается отопительный сезон и животноводство переходит на стойловый период.

Таким образом, проведенный анализ позволяет утверждать, что регион Северного Казахстана является значительным потребителем топлива и электроэнергии. Основная часть потребления электроэнергии приходится на животноводство, и основная часть ее расходуется в зимний период. Поэтому при разработке нетрадиционных энергетических систем основное внимание надо уделять технологическим процессам в животноводстве и изыскивать такие технологии и технические устройства, которые позволяли бы добиться значительного снижения их энергоемкости.

Таблица 1. Структура потребления электрической энергии в сельскохозяйственном производстве региона Северного Казахстана

п/п

Наименование потребителя

Количество потребляемой электроэнергии

ГВт-ч

%

1.

Растениеводство

940

15

2.

Животноводство в том числе:

2780

43

 

Электромеханизация

900

---

 

Электротеплоснабжение

1880

---

3.

Подсобные производства

1280

19

 

Всего по хозяйствам

5000

76

4.

Прочие потребителя в с/х производстве

1450

22

 

Всего в сельскохозяйственном производстве

6450

100

Высокие потери в животноводстве связаны с нагревом приточного холодного воздуха в зимний период (температура наружного воздуха в отопительный период достигает -21, - 23°С). Кроме этого, определенные затраты тепло-, электроэнергии расходуются на нагрев воды для технологических нужд (промывка доильных аппаратов, оборудования и т.д.). Таким образом, зональной особенностью энергетической эффективности, является высокие энергозатраты, в частности в животноводстве с большим тепло-, энергопотреблением зимой.

Исходя из природно-климатических условий требований к технологическим процессам, при использовании типов машин и процессов, характерных для сельскохозяйственного производства зоны Северного Казахстана возможны следующие направления энергообеспечения от нетрадиционных источников (табл. 2).

Таблица 2. Топливно-энергетические ресурсы для процессов сельскохозяйственного производства (зоны Северного Казахстана)

№ п/п

Процесс

Централизованные энергоресурсы

Региональные энергоресурсы

Топливо (уголь, газ, нефте продукты)

Электро энергия

Энергия ветра

Солнечная энергия

Биоэнерго ресурсы (генератор на биогазе)

Энергия утилизован- ная (тепловая)

1.

Электропривод транспортеров, насосов, вентиляторов, зерноочистительных машин, кормосмесителей и т.д.

+

+

+

2.

Нагрев воды для технологических нужд поения животных, сушка с/х. продукции и т.д.

+

+

+

+

+

+

3.

Обогрев производственных и жилых помещений, обеспечение необходимого микроклимата

+

+

+

+

+

+

4.

Освещение и прочие электрофизические процессы

+

+

+

+

Примечание:

"+" - обозначена возможность использования, "–" - невозможность.

В дальнейшем будем рассматривать только гелио- и биоэнергетические ресурсы. Утилизация "бросовой" тепловой энергии (удаляемой из животноводческих помещений воздух, тепловая энергия молока, навозные стоки, отработанная вода для технологических нужд и т.д.) достаточно перспективна, но полученная тепловая энергия является низко потенциальной и поэтому возможно ее применение в ограниченном круге технологических процессов, как правило, в которых она получена без возможности передачи ее на расстояние.

Энергетическая отрасль Казахстана потребляет значительное количество первичных энергоресурсов, преимущественно в виде угля, вызывая значительное загрязнение окружающей среды, в том числе парниковыми газами. 88 % генерирующих мощностей Казахстана составляют угольные тепловые электрические станции, расположенные рядом с промышленными центрами и городами. При устаревших системах очистки дымовых газов эти предприятия создают значительное загрязнение атмосферы городов.

Для улучшения экологического положения и сокращения выбросов парниковых газов была выполнена детальная оценка потенциала солнечной энергии.

О применении солнечной энергии в Костанайской области свидетельствуют следующие данные:

-средняя величина плотности солнечной радиации при ясном небе составляет соответственно- 315,9 Вт/м2, при пасмурном небе – 176,4 Вт/м2 .

Суммарная солнечная радиация (прямая и рассеянная) при безоблачном небе в июле составляет:

  • Максимальная на горизонтальную поверхность-845 Вт/м2;
  • среднесуточная – 329 Вт/м2;
  • Максимальная на вертикальную поверхность-784 Вт/м2;
  • среднесуточная – 197 Вт/м2.

Приведенные расчеты показывают возможность применения солнечной энергии для получения электрической энергии, как для автономного потребителя, так и для резервного электроснабжения потребителей.

Рассмотрим подробнее запасы биоэнергетических ресурсов. В биоэнергетических установках производится биогаз (природный газ СН4). Теплота сгорания 1 м3 биогаза равна 20-25 МДж, что составляет 0,8 кг условного топлива. Ориентировочный состав биогаза (СН4 = 60-70%; CO2 = 20-30%; Н2 = 3.0%; 02 =0,2%; Н2 = 0,2%. Получение биогаза происходит в результате анаэробного, метанового сбраживания органического сырья / 2 /.

Запасы органического сырья в Кустанайской области, учитывая, что численность крупного рогатого скота составляет до 1-1,3 млн. гол., свиней до 400-500 тыс.гол., то объем потенциального количества получаемого биогаза в год будет составлять около 1,5-2 млрд.м3 или 1,2-1,6 млн. тонн условного топлива.

Кроме того, что биоэнергоресурсы весьма значительны, они также являются возобновляемыми, потому что отбирается из сырья только энергия химических связей (трансформированная солнечная энергия), а отходы анаэробного сбраживания представляют собой высококачественные органические удобрения. Это связано с тем, что в условиях метанового сбраживания (глубина разложения органических веществ до 30-40%) количество фосфора и калия практически не изменяется, а количество азота в аммиачной форме увеличивается до 30-40%. Увеличение доли аммиачного азота делает органические удобрения более эффективными, чем при обыкновенном, аэробном сбраживании. В такой форме он наиболее хорошо усваивается растениями [3]. Таким образом, получается замкнутая система получения энергии с самовосстанавливающим процессом плодородия почвы.

Исследованиями [4,5,6,7] отмечено повышение урожая на 15-20% (зерновые), до 26% (травы), до 10-20% (картофель, кукуруза). Особенно перспективно применение органического удобрения полученного методом анаэробного сбраживания для тепличных культур, так как при одинаковых дозах азота, он дает такой же урожай, как и при использовании минеральных удобрений, а содержание нитратного азота в 5 раз меньше [8]. В результате такого использования можно получать экологически чистые продукты питания.

Уникальной особенностью Северного Казахстана является развитое сельскохозяйственное производство, характеризующейся территориальной разделенностью многочисленных потребителей электроэнергии и прочих топливных ресурсов, относительно небольшой мощности и значительного количества объектов, нуждающихся в автономном энергообеспечении. Учитывая вышесказанное, а также то, что в регионе Северного Казахстана значительные гелиоэнергоресурсы, большие запасы биоэнергоресурсов (отходы животноводческого производства, солома и т.д.), можно утверждать, что сельскохозяйственное производство Северного Казахстана может стать крупным потребителем возобновляемых источников энергии.

Перспективным является создание нетрадиционных энергосистем, представляющих собой нетрадиционные энергоустановки (ветро-, гелио-, биоустановки), работающие в единой комбинированной системе. Это позволит повысить их эффективность за счет рационального распределения энергетических потоков между различными энергоисточниками, потребителем и Государственной энергосистемой. Кроме того, нетрадиционные энергосистемы могут, использовать существующую инфраструктуру сельских линий электропередач и трансформаторных подстанций, отдавать избытки мощности в Государственную энергосистему, что позволит снизить "дефицит" мощности.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Народное хозяйство Казахстана в 1984 г. (Статистический ежегодник) Алма-Ата, 1985. – 316с.
  2. Тихомиров А.В. Повышение энергетической эффективности получения продукцииживотноводства. // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1989. № 3.
  3. Прищеп Л.Г., Базаров Е.И. Проблемы энергии села // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1986. № 10, с.7-9.
  4. Кива А.А., Рыбштана В.М. Оптимизация животноводческих объектов с учетом биоэнергетического баланса // Вестник с.-х. науки, 1987, № 4, с.115-118.
  5. Кубышев В. Энергетические проблемы производства сельскохозяйственной продукции// Международный с.-х. журнал, 1983, № 1, с.77-80.
  6. Новиков Ю.Ф., Бакай С.С. Биоэнергетическая оценка сортов // Доклады ВАСХНИЛ, 1984, № 10, с.9-11.
  7. Дедаев Г.А., Насанов Н.В. Энергозатраты при заготовке кормов и некоторые пути их снижения // Сельское хозяйство за рубежом. 1982, № 7, с.33-37.
  8. Колесников С.В., Моисеенко В.С., Чешок В.П. Биоэнергетическая оценка производства кормового протеина // Кормопроизводство. 1984, № 11, с.24-26.
  9. Vamazaki M. Determination of true metabolizable energy of feed ingredients. New strategies for improving animal production for human welfare. Proceedings. V 2. Free communication papers. 1983. P. 467-468.
  10. 3аварзин Г.А. Биогаз и малая энергетика. Ж. "Природа", № 1, 1987
  11. Маринин В.Д., Пацкалев А.Ф. Современные принципы утилизации навоза // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1990, №4
Год: 2011
Город: Алматы