Преимущества электроэнергии в системах теплообеспечения животноводческих ферм

На дворе лето, но рачительные хозяева полным ходом готовятся к зиме. Например, животноводы озадачены выбором эффективных систем теплообеспечения животноводческих предприятий. При этом, во главу угла ставится энергосбережение, как важнейшее условие инновационного развития агропромышленного комплекса. Этой теме было посвящено выступление ученых Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства Россельхозакадемии, кандидата технических наук Дмитрия Тихомирова и инженера Александра Кузмичева на Международной научно-практической конференции в Минске.
Для выполнения теплоэнергетических и технико-экономических расчетов по выбору системы теплообеспечения и вида энергоносителя  ими разработана  программа для ПК, реализованная в среде проектирования  Visual Basic с использованием Microsoft Excel, с помощью которой были рассмотрены наиболее характерные варианты систем теплообеспечения ферм крупного рогатого скота (КРС) различного направления  и свинарников.    

Взаимозаменяемость энергоносителей в технологических процессах сельскохозяйственного производства, многообразие технических решений определя¬ют необходимость технико-экономического сравнения различных вариантов теплообеспечения и выбора из них наиболее экономичного. В число рассматриваемых вариантов включаются только те способы и схе¬мы  и соответствующие им энергоносители, которые могут быть практически использованы, а не являются заведомо неэффективными или моно-польными 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 про-дукции.
При обосновании систем теплообеспечения вновь создаваемых объектов и проектировании используют метод расчета по приведенным затратам, а при за¬мене 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 осущест¬вляются в один год, приведенные затраты варианта определяют по известной формуле:
                                                   Зпр=Ен•К+И                                                    (1)                          
где К, И – капитальные вложения и ежегодные издержки производства, руб.;  Ен –¬ нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.
Величина приведенных затрат Зпр 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 соответствую¬щая им годовая потребность в тепловой энергии);  
б) намечают возможные варианты и схемы теплообеспечения;
в) на рассмотренные виды энергоносителей по расчетным тепловым на¬грузкам потребителей подбирают теплогенерирующие и теплопотребляющие установки и приборы и рассматривают режимы их работы в заданных технологических процессах и природно-климатических зонах средней полосы;  
г) определяют приведенные затраты для рассматриваемых вариантов.
Учитывая невысокую точность исходной технико-экономической инфор¬мации, сравниваемые варианты с разницей суммарных приведенных затрат в 10% и менее следует считать равноценными. В этом случае выбор рационального ва¬рианта 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 со¬ответствующие им текущие ежегодные издержки определяют в зависимости от вида используемого энергоносителя, типа применяемого оборудования и его рас¬четной мощности, устанавливаемой в соответствии с величиной расчетной теп-ловой нагрузки рассматриваемого объекта. Определение установленной мощности и расход тепловой энергии системами отопления, вентиляции и горячего водоснабжения за год выполняют по общеизвестным методикам.
Для вариантов, предусматривающих получение теплоты от котель¬ных или от децентрализованных систем, использующих в качестве энергоносителя твердое, жидкое и газообразное топливо, мощность теплогенерирующих установок оп¬ределяют из выражения:
  Ртгу= Рф /( ηрег • ηтс• ηтгу• ηк)                                    
где Ртгу − тепловая мощность теплогенерирующих установок (котельной), кВт;   Рф − полезный почасовой расход теплоты на ферме, кВт;  ηрег − потери теплоты при регулировании;       ηтс − потери в тепловых сетях;  ηк −  потери теплоты на собственные нужды в котельной;        ηтгу − потери теплоты в теплогенерирующих (теплопотребляющих) уста¬новках (среднеэксплуатационный КПД).
Общие потери теплоты в системах теплообеспечения объектов определя¬ют с помощью коэффициента полезного использования ηкпи, который равен:
                                              ηкпи = ηхр• ηк• ηрег• ηтс• ηтгу                                        
где   ηхр − потери при хранении топлива.
Среднее значение ηкпи для систем теплоснабжения с разными энергоноси¬телями составляет при использовании газа 0,48; жидкого топлива − 0,43 и твердо¬го топлива − 0,26.
Вариант, в котором в качестве конкурирующего энергоносителя выдвигается электроэнергия, определение ηкпиэ имеет свои особенности. Потре¬битель 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 элек¬троэнергии до самого счетчика. Следовательно, КПИ в этом варианте практически  равен КПД электроустановок потребителя т.е. 0,9… 0,95.
Для варианта электрического теплообеспечения мощность трансформаторной подстанции, обеспечивающей потребность фермы в теплоте, определяют из выражения:
                                         Рэ= Рф /( ηтгу• cos φ)                                  
где Рэ – мощность трансформаторной подстанции, кВА;  Рф – потребляемая мощность на объекте, кВт;  ηтгу – 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  Visual Basic с использованием Microsoft Excel, 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 теплообеспе¬чения децентрализованного типа, т.к. удельные приведенные затраты на 1 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 топ¬ливе, применение ко¬торых 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 использование 1 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.