Преимущества электрической энергии в теплообеспечении животноводческих ферм

В преддверии зимы создание комфортных условий на животноводческих фермах, пожалуй, одна из злободневных задач, возникающая перед производственниками. Своим видением рационального решения этих проблем делятся ученые Всероссийского института электрификации сельского хозяйстваРоссельхозакадемии, кандидат технических наук Дмитрий Тихомиров и инженер Александр Кузмичев.  Доклад на эту тему они представили на международнойнаучно-технической конференции в Минске «Энергосбережение – важнейшее условие инновационного развития АПК».    Он основан на технико-экономическом анализе результатов расчета систем теплообеспечения на фермах КРС и свинарниках. 

Взаимозаменяемость энергоносителей в технологических процессах сельскохозяйственного производства, многообразие технических решений определя­ют необходимость технико-экономического сравнения различных вариантов теплообеспечения и выбора из них наиболее экономичного.

В число рассматриваемых вариантов включаются только те способы и схе­мы и соответствующие им энергоносители, которые могут быть практически использованы, а не являются заведомо неэффективными или моно­польными для отдельных процессов. При выборе экономически эффективного энергоносителя и схемы теплообеспечения должна быть обеспечена сопоставимость сравниваемых вариантов по величине конечного результата, т.е. количеству и качеству произведенной про­дукции.

При обосновании систем теплообеспечения вновь создаваемых объектов и проектировании используют метод расчета по приведенным затратам, а при за­мене существующих систем и реконструкции объектов в хозяйственных условиях целесообразно использовать метод расчета их эффективности по рентабельности (удельной прибыли).

В том случае, когда капиталовложения в сравниваемых вариантах осущест­вляются в один год, приведенные затраты варианта определяют по известной формуле:

                                                   З_пр=Е_н·К+И                                                                       

где К, И– капитальные вложения и ежегодные издержки производства, руб.;  Е_н –­ нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Величина приведенных затрат З_пр включает в себя затраты связанные с сооружением и эксплуатацией теплогенерирующих установок, тепловых сетей, а также теплопотребляющих установок, т.е. отопительно-вентиляционного и другого технологического оборудования, установленного в помещениях.

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 теплообеспечения и вида 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 теплообеспечения; в) на рассмотренные виды энергоносителей по расчетным тепловым на­грузкам потребителей подбирают теплогенерирующие и теплопотребляющие установки и приборы и рассматривают режимы их работы в заданных технологических процессах и природно-климатических зонах России; 

г) определяют приведенные затраты для рассматриваемых вариантов.

Учитывая невысокую точность исходной технико-экономической инфор­мации, сравниваемые варианты с разницей суммарных приведенных затрат в10%и менее следует считать равноценными. В этом случае выбор рационального ва­рианта осуществляют путем сравнения рассматриваемых вариантов по другим дополнительным показателям (снижение энергозатрат, расход материалов, трудовые затраты, улучшение условий труда и эргономика, экология и т.д.).

Единовременные капиталовложения в теплогенерирующие и теплопотребляющие 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. Для вариантов, предусматривающих получение теплоты от котель­ных или от децентрализованных систем, использующих в качестве энергоносителя твердое, жидкое и газообразное топливо, мощность теплогенерирующих установок оп­ределяют из выражения:

                                     Р_тгу= Р_ф /( η_рег · η_тс· η_тгу· η_к)

где Р_тгу− тепловая мощность теплогенерирующих установок (котельной), кВт; 

 Р_ф−полезный почасовой расход теплоты на ферме, кВт;  η_рег− потери теплоты при регулировании;      

η_тс − потери в тепловых сетях; 

η_к −  потери теплоты на собственные нужды в котельной;      

 η_тгу− потери теплоты в теплогенерирующих (теплопотребляющих) уста­новках (среднеэксплуатационный КПД).

Общие потери теплоты в системах теплообеспечения объектов определя­ют с помощью коэффициента полезного использования η_кпи, который равен:

                                      η_кпи = η_хр· η_к· η_рег· η_тс· η_тгу                                         

где   η_хр − потери при хранении топлива.

Среднее значение η_кпи для систем теплоснабжения с разными энергоноси­телями составляет при использовании газа0,48; жидкого топлива− 0,43 и твердо­го топлива− 0,26.

Вариант, в котором в качестве конкурирующего энергоносителя выдвигается электроэнергия, определение η_кпиэ имеет свои особенности. Потре­битель покупает электроэнергию у электроснабжающей организации по установленным тарифам в соответствии с показаниями электросчетчиков. Счетчики устанавливаются на вводах к потребителю, и потому тариф учитывает все расходы, в т.ч. потери элек­троэнергии до самого счетчика. Следовательно, КПИ в этом варианте практически  равен КПД электроустановок потребителя т.е. 0,9…0,95.

Для вариантаэлектрического теплообеспечения мощность трансформаторной подстанции, обеспечивающей потребность фермы в теплоте, определяют из выражения:

                                                 Р_э= Р_ф /( η_тгу·cosφ)              

где Р_э – мощность трансформаторной подстанции, кВА; 

Р_ф – потребляемая мощность на объекте, кВт; 

η_тгу – коэффициент полезного действия электротеплового оборудования;     

φ– коэффициент мощности.

  Для выполнения теплоэнергетических и технико-экономических расчетов по выбору системы теплообеспечения и вида энергоносителя  нами разработана  программа для ПК, реализованная в среде проектирования  VisualBasicс использованием MicrosoftExcel, с помощью которой были рассмотрены наиболее характерные варианты систем теплообеспечения ферм КРС различного направления  и свинарников.   

На рисунке 1 представлены результаты технико-экономических показателей систем теплообеспечения ферм  КРС молочного направления. Расчет произведен в ценах 2011 года для региона Московская область по удельным приведенным затратам на 1 кВт·ч полезной тепловой энергии, потребляемой непосредственно на ферме. 

Технико-экономический анализ результатов расчета систем теплообеспечения на фермах КРС и свинарниках  показал, что наиболее эффективны системы и технические средства теплообеспе­чения децентрализованного типа, т.к. удельные приведенные затраты на1 кВт·ч полезной тепловой энергии в котельных примерно в 1,5…2 раза выше.

Среди децентрализованных систем наиболее эффективны в первую очередь газовые системы теплообеспечения  (при наличии газовых сетей) и электрические  системы. Менее эффективны системы на жидком и твердом топ­ливе, применение ко­торых весьма затруднительно по конструктивным особенностям и эксплуатационным условиям.

Электрические децентрализованные системы требуют существенно меньших капитальных затрат на приобретение и монтаж электротеплового оборудования, а также издержек на его эксплуатацию и обслуживание по сравнению с топливными системами.

При выборе и оценке систем теплообеспечения и энергоносителя следует учитывать удельные приведенные затраты как на получение,  так и на полезное использование1 кВт·ч тепловой энергии в технологических процессах сельскохозяйственного производства.

Чем меньше тепловая мощность объекта, тем выше суммарные удельные приведенные затраты на получение и использование 1 кВт·ч полезной тепловой энергии.

При применении электротеплового оборудования, способного работать по дифференцированному тарифу на электроэнергию по суточным зонам, средняя стоимость получения и использования 1 кВт·ч тепловой энергии может быть дополнительно снижена в 1,4…1,6 раза.

Несмотря на высокую стоимость электроэнергии электрические децентрализованные системы теплообеспечения вполне конкурентоспособны с системами других видов энергоносителей, особенно на объектах с небольшой тепловой нагрузкой.