УДК 620.92

Альтернативные источники энергии в сельском хозяйстве

Садыков Максат Амангелдиевич – кандидат физико-математических наук, доцент Международного университета инновационных технологий.

Алманбетов Айбек Абдрасилович – преподаватель Инженерно-педагогического факультета Жалал-Абадского государственного университета им. Б. Осмонова.

Рырсалиев Абдыкерим Сатиканович – кандидат технических наук, доцент кафедры Электроснабжения Кыргызского государственного технического университета им. И. Раззакова.

Аннотация: Электроснабжение в сельской местности решает целый ряд задач и прежде всего повышает эффективность агропромышленного производства, улучшает качество и условия жизни населения сельской местности. Учитывая все возрастающее потребление тепловой и электрической энергии в сельском хозяйстве, становится необходимым совершенствование системы электрооборудования теплоэнергоснабжения, рациональное использование топливно-энергетическими ресурсами и поиск новых альтернативных методов и технологий для получения энергии посредством современных энергосберегающих технологий.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, нетрадиционные источники, альтернативные источники, электроэнергия, солнечные панели, ветроустановки.

Электрооборудование и снабжение электричеством в аилных округах имеет значимую роль благодаря решению многих задач и в первую очередь, повышению производительности агропромышленного сектора, улучшению условий жизни населения в аилных округах. В связи с ежегодным повышением потребления теплоэлектрической энергии в аграрном секторе и сельской местности, становится необходимым усовершенствование систем электроснабжения, тепло энергоснабжения, а также соблюдение рационального израсходования энергоресурсов и поиска альтернативных способов и технологий для получения энергии с помощью применения нетрадиционных источников энергии, способных к возобновлению.

Повышений требований к надежности электроснабжения обусловлено переводом сельскохозяйственного производства на промышленную основу (птицефабрики, животноводческие комплексы, хранилища овощей и фруктов), так как производство и переработка продукции реализуется посредством механизации и автоматизации производственных процессов, осуществляемых непрерывно. На основании этого, одной из основных задач энергетиков для выполнения Продовольственной программы страны стало значительное повышение надежности электроснабжения агропромышленных предприятий.

Сельское хозяйство является основой хозяйства и одним из главных источников жизни и благосостояния населения Кыргызстана. За последние года агропромышленный комплекс достиг более 42% валового общественного продукта и свыше 40% нац. дохода республики. В Кыргызстане в специализации сельского хозяйства высоко развито животноводство благодаря наличию просторных пастбищ и низкому осуществлению пашней. Доля отрасли животноводства к началу 90-х годов в общем объёме с.-х. продукции составляла 60%. Также высокой интенсивности в сельском хозяйстве достигло растениеводство, которое осуществлено на орошаемом земледелии, несмотря на меньшем уд. вес в системе производства. Таким образом, можно отметить, что в рамках межреспубликанского разделения труда Кыргызстан представлен в качестве одного из ведущих производителей и поставщиков мяса, шерсти, табака, шёлка, хлопка, а также овощей, фруктов, мёда и продуктов их переработки. В 1990 на долю агропромышленного комплекса реализовано больше половины общего объёма экспорта республики. Большая часть сельскохозяйственной продукции, поставляемой за пределы республики вывозилась после первичной обработки или в непереработанном виде [1,2].

В период 1991–95 гг. также переживал экономический кризис, но в меньшей степени, в отличие от других производственных отраслей. Что касаемо производства, отметим, что наибольший спад был отражен на животноводстве. В 1995 году, в сравнении с 1991, поголовье крупного рогатого скота уменьшилось на 28%; свиней – на 71%, овец и коз – на 57%, а птиц – на 85,4%. В Кыргызстане в 1991 поголовье овец снизилось с 9,5 млн. до 4,5 млн. Также в данный период снизился уровень и растениеводства, сборы зерновых культур сократились на 62%, табак – на 33%, овощи – на 53%. Но отметим, что возросло производство сахарной свёклы и картофеля. С 1995 сельские товаропроизводители вносят оплату за пользование сельскохозяйственными угодьями, что повлекло за собой подорожание себестоимости продукции.

Для агропромышленного комплекса (АПК) характерна весомая неравномерность тепло и энергопотребления различными объектами. За последние годы возросла стоимость нефти и газа, выражен дефицит ресурсов топлива и энергии в Кыргызстане, что обуславливает необходимость экономии источников энергии, которые работают на основе органического топлива (уголь, нефть, газ, торф и.т.д), также рекомендуется использование нетрадиционных (возобновляемых и вторичных) источников обеспечения тепловой и электрической энергии [3].

Наиболее перспективными, из числа нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НВИЭ), являются солнечная и ветровая, так как в Кыргызстане имеются необходимые условия для использования дополнительных источников в сельском хозяйстве, что позволит сохранить и улучшить состояние экологической обстановки в республике.

В мире имеется большой опыт применения солнечной и ветровой энергии. Работает большой парк гелио и ветроэнергетических установок (ГЭУ, ВЭУ), суммарная мощность которых составляет сотни гигаватт.

В процессе осуществления термоядерных реакций солнцем выделяется энергия. Благодаря солнечному излучению образуется поток энергии, средняя плотность которого, так называемая солнечная постоянная, примерно равна 1,353кВт/м2. Несомненно солнечное излучение, которое воспринимается атмосферой, в различные времена года изменяется.

Возможность и актуальность применения солнечной энергии имеет зависимость от времени года и широты солнечного излучения. Для обеспечения необходимой энергией сельского хозяйства, необходимо аккумулировать солнечную энергию, чтобы реализовать отопление, вентиляцию и поступление горячего водоснабжения в жилые и производственные помещения, осуществить сушку зерна, семян и кормов, тепловую обработку сельскохозяйственной продукции при различных технологических процессах на сельскохозяйственных предприятиях.

В связи с необходимостью экономии электроэнергии во многих странах мира актуален интерес к ВЭУ для обеспечения нужд сельского хозяйства. При применении ветровой энергии появляется зависимость от образуемого давления между участками земли, от равномерности или неравномерности нагревания земли солнцем, от смены времени суток, сезона года, а также расположения ветровой установки и т.д. Согласно критериям, Кыргызстан имеет высокий ветроэнергетический потенциал [4].

На данный момент, в Кыргызстане отсутствуют масштабные солнечные станции, но используются фотоэлектрические панели в большей степени, либо в домохозяйствах, либо на малых предприятиях. В рамках проекта «Надежное энергоснабжение сельских ФАПов» по Единой Программе ООН ЮНИДО совместно с ПРООН и ВОЗ на 19 ФАПах в областях Кыргызстана были установлены фотоэлектрические станции, имеющие мощность равной 3 кВт. И 1,5 кВт, благодаря чему была обеспечена бесперебойная работа, непрерывное предоставление медицинских услуг всему населению [5].

В республике активно производятся работы, чтобы ввести в использование ВЭУ различных мощностей: небольшой (до40 кВт), средней (до250кВт) и большой (250кВт и более). Так, с помощью использования ВЭУ, для того, чтобы снизить уровень грунтовых вод, обеспечить поставку воды к пастбищам, и в то же время снизить расходы на транспорт и топливо, целесообразно применять ВЭУ.

Ветровую энергию АПК можно применять для осуществления теплоснабжения, подогрева воды, обеспечения горячего водоснабжения, поддержания в холодильных камерах необходимых параметров для сельскохозяйственной продукции и т.д.

Эффективно совмещать альтернативные источники в местах расположения ВЭУ для того, чтобы обеспечить необходимой электроэнергией в зависимости от сезона года, технических процессов АПК, например, совмещение гелиоустановок и ВЭУ для реализации отопления и охлаждения плодовоовощных теплиц и т.д.

На основании изученной литературы можно отметить, что благодаря использованию энергии ветра и солнца становится возможным удовлетворить нужды сельского хозяйства в электроэнергии на 10-15%. Отметим, что преимуществ, касаемо данных источников энергии (ВИЭ), недостаточно. Необходимо находить и реализовывать эффективные методы для оценки использования ВИЭ, чтобы обеспечивать потребителей энергией с помощью источников, которым свойственно возобновление. В данном случае, солнечная и ветровая энергии являются дополнительными источниками, которые могут повысить эффективность обеспечения энергии, и в то же время, осуществить экономию органического топлива.

Таким образом, в СКЭ источники, способные возобновляться, заменяют какую-либо долю требуемой энергии при обеспечении потребителей энергией. Часть требуемой энергии, которая заменяется возобновляемым источником, представлена коэффициентом

Для того, чтобы осуществить экономию обеспечения энергией потребителей, от СКЭ требуется минимизировать затраты на необходимую энергию для конкретного объекта

Где m- количество возобновляемых источников, которые являются частью замены необходимой энергии для данного потребителя; , - стоимость и расходуемая энергия от n- го возобновляемого источника;  - стоимость энергии, поступающей от традиционного источника.

На основании вышеперечисленного, цена в описанной СКЭ рассчитывается соотношением

)

Где - суммарная доля замещаемой энергии от рассматриваемых ВИЭ.

Минимальной цене соответствует конкретная часть заменяемой энергии за конкретный расчетный период времени (месяц, сезон, год). Часть заменяемой энергии учитывает, не только случайный характер поступающей возобновляемой энергии, но и условия согласования произведенной энергии от ГЭУ и ВЭУ с необходимой энергией для данного потребителя электроэнергии АПК.

Таким образом, доля замещаемой энергии  представлена следующей формой:

)

Где , - соответственно коэффициент, который учитывает суточную обеспеченность потребителя энергией от ГЭУ или ВЭУ; P(S),  )- соответственно вероятность возникновения длительности солнечного сияния и скорости ветра, которые обеспечивают среднесуточную мощность ветрового потока.

Коэффициент энергетической обеспеченности  отражает долю требуемой суточной энергии  потребителя, заменяемой ГЭУ или ВЭУ:

Где - полезная суточная энергия, которая вырабатывается ГЭУ или ВЭУ.

По истечении суток полезная энергия, вырабатываемая ГЭУ или ВЭУ, рассчитывается по специальной методике в зависимости от удельной площади ГЭУ или рабочей площади ветроколеса ВЭУ.

Суточный коэффициент обеспеченности энергией выявляется для каждого месяца согласно расчетному периоду.

Таким образом, вышеописанное выражение, предназначенное для оценки доли заменяемой энергии учитывает все условия обеспечения энергией потребителей в соответствии с основными параметрами энергоустановки, площадью ГЭУ или ВЭУ, а также случайным характером поступающей возобновляемой энергии в течение расчетного периода.

Вывод

Благодаря выражению (3) становится возможным применять инженерную методику для расчета и выбора гелио и ветроэнергетических установок с целью ля дальнейшей замены части необходимой энергии от ГЭУ и ВЭУ для обеспечения электроэнергией потребителей в сельской местности. Также можно определить и общее количество солнечных и ветровых установок, которые обеспечивают конкретное количество заменяемой электроэнергии определенных районов или в общем для страны.

Список литературы

1. Полищук, А.А. Перспективы разработки и использования местных возобновляемых и нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве/ А.А. Полищук, Г.А. Михальцевич // Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве: труды 7-й Международный науч. -тех. Конф.,18-19 мая 2010г., ГНУ ВИЭСК: в 5 ч. – 4: Возобновляемые источники энергии. Местные энергоресурсы. Экология.- Мю.: ГНУ ВИЭСХ, 2010.- С. 9-13
2. Анализ энергоэффективности нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве/ А.А. Полищук // Энергосбережение- важнейшее условие инновационного развития АПК: материалы Междунар. науч.-техн. Конф., Минск, 23-24 октября 2009г.: в 2ч. –Ч.1/ под ред. М.А. Прищепова. – Минск:БГАТУ, 2009. – С.111-114.
3. Шерьязов, С.К Исследование системы комплексного энергоснабжения с использованием возобновляемых источников/ С.К. Шерьязов // Вести КрасГАУ. – Красноярск, 2008. – Вып.5. – С.302-305.
4. Суюндуков Н.Т., Садыков М.А. Области применения солнечной энергетики // Наука и инновационные технологии. 2020. № 3 (16). С. 123-129.
5. Бегалиев У.Т., Землянский А.А. Устойчивость динамических систем массивных конструкций. Материаловедение. 2018. – № 2 (26). – С.39-41.