автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.02, диссертация на тему:Разработка и обоснование энергетических показателей производства молока

/

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

ПЛАТОХИНА ТАТЬЯНА НИКОЛАЕВНА ,

РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

ПРОИЗВОДСТВА МОЛОКА

Специальность 05.20.02 - электрификация сельскохозяйственного

производства

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

научный руководитель, к.т.н., с.н.с., Тихомиров А.В.

Москва-1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................. Ц

ГЛАВА I. Обоснование применения показателя энергоемкости при построении ресурсосберегающих технологий в молочном животноводстве....................................................................... 8

1.1. Анализ энергоснабжения сельского хозяйства Смоленской области.............................................................. 8

1.2. Состояние изученности вопросов энергетического анализа технологий производства сельхозпродукции........ 16

1.3. Цель и задачи исследования ................................................ 22

1.4. Методика энергетического анализа с использованием показателя полной энергоемкости производства продукции в качестве критерия оптимизации....................................................................... 23

ГЛАВА II. Методика определения энергоемкости производства молока 2В

2.1. Общие положения по определению энергоемкости

производства продукции животноводства.......................... 26

2.2. Методика, алгоритм и программа расчета энергоемкости производства животноводческой продукции на персональной электронной вычислительной машине (ПЭВМ)...................................................................34

2.3. Расчетные показатели энергоемкости производства молока на ферме. (Пример расчета энергоемкости с использованием разработанной программы)..................

ГЛАВА III. Определение энергоемкости производства молока на

реальных (действующих) фермах......................................... ?8

3.1.Технико-экономическая характеристика молочного животноводства Смоленской области............................. 78

3.2. Исследование энергетических показателей при производстве молока на действующих фермах (по фактическим данным)................................................. 80

3.3. Результаты экспериментальных исследований эффективности использования энергоресурсов на молочных ферм и их анализ.................................................. 84

ГЛАВА IV. Обоснование рациональных потребностей топливно-энергетических ресурсов для производства молока на разном уровне хозяйствования с разработкой предложений по снижению энергоемкости......................... 93

4.1. Обоснование нормативов энергоемкости............................93

4.2. Обоснование годовой потребности в топливно-энергетических ресурсах для молочного животноводства Смоленской области.............................................................. 1И

4.3.Предложения по снижению энергоемкости производства молока и их энергоэкономическая оценка...........................-//3

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ...............................................................................124

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................................

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................453

ВВЕДЕНИЕ

Современный уровень управления, технического и технологического состояния сельскохозяйственного производства не обеспечивает потребности общества в продовольствии и сырье.

Производство продукции во всех отраслях сельскохозяйственного производства осуществляется при повышенном расходовании энергоресурсов. На 1 % прироста валового продукта требуется не менее 2-х % прироста энергопотребления / 1 /.

В животноводческой отрасли, являющейся одной из наиболее энергоемких в сельском хозяйстве, затраты энергии на производство практически всех видов продукции (включая молоко) в 2-3 раза превышают аналогичные показатели в развитых странах запада. Необходимость увеличения производства сельскохозяйственной продукции в том числе и молока (а его производство в России за 1991-1998 годы снизилось с 52 до 33,2 млн. т) потребует дополнительных затрат энергоресурсов. В условиях значительного диспаритета цен на энергоносители и сельскохозяйственную продукцию рассчитывать на то, что затраты на энергоносители не возрастут не приходится, т. к. они уже возросли в 2-3 раза. Поэтому, развитие сельскохозяйственного производства должно происходить на базе внедрения менее энергоёмких технологий, повышения уровня полезного использования энергоносителей.

Экономия энергоресурсов будет способствовать снижению себестоимости и повышению конкурентоспособности сельскохозяйственной продукции, т. к. в связи с резким ростом цен на энергоносители их удельный вес в себестоимости возрос до 20 %, а в ряде отраслей и более / 3 /.

Эффективность использования энергоресурсов в одних и тех же технологических процессах неоднозначна. Она зависит от принятой системы энергообеспечения, способов преобразования энергии в полезную работу, вида энергии, стоимостных показателей, режимов использования энергии, применяемого энергетического оборудования и т. п. Особое значение имеет

эффективное использование энергии на получение теплоты, т. к. доля затрат энергоресурсов на эти цели на фермах достигает 80 %. / 4, 5, 6, 7 /.

С учетом вышесказанного проблема энергосбережения и разработки энергоэкономных технологий в животноводстве является весьма актуальной.

Обоснование эффективности использования энергоносителей проводят на основе / 5 / , где в качестве критерия эффективности принят показатель приведенных затрат. Однако, по данным о потреблении отдельных энергоносителей трудно оценить эффективность использования топливно-энергетических ресурсов. Например, одинаковые по удельному потреблению электроэнергии предприятия могут расходовать разное количество топлива. Кроме того, предприятия могут отличаться по эффективности использования сырья, материалов, трудовых ресурсов и т. д., на производство которых тоже требуются энергоресурсы. Поэтому для прогнозирования, планирования и учёта потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) целесообразно применять обобщенный показатель, в качестве которого используется показатель полной энергоёмкости. В этом случае при анализе использования энергоресурсов все материальные затраты, связанные с получением продукции, выражают в энергетических единицах. Суммарные энергозатраты включают в себя потребность в энергоресурсах по всей технологической цепочке от ее начала до получения конечной продукции.

В диссертации на примере Смоленской области проведен анализ сельскохозяйственного производства как потребителя энергоресурсов. Показана тенденция использования основных энергоносителей, структура потребителей энергии. Разработана методика расчёта энергоёмкости производства продукции животноводства. Для упрощения практического применения методики были разработаны алгоритм и программа расчета для ПЭВМ, которая позволила автоматизировать и формализовать процесс вычисления. Получены средневзвешенные оценки энергоёмкости производства молока, обобщены данные экспериментальных исследований показателей расхода энергии в молочном животноводстве Смоленской области.

Разработаны нормативы энергоемкости производства молока. Дана энергоэкономическая оценка мер по экономии топливно-энергетических ресурсов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. В условиях высокой стоимости и дефицита энергоресурсов оценку технологий производства продукции ( в том числе и молока) следует проводить как по денежным, так и по энергетическим затратам. Граничные значения энергозатрат (энергоемкость) определяются оптимальным (минимальным) знечением себестоимости в зависимости от уровня электромеханизации и энергообеспечения ферм.

2. Разработанная методика и программа расчет энергозатрат позволяет рассчитывать энергоемкость и ее составляющие как на действующих фермах так и на стадии разработки новых технологий ( для условий Смоленской области установлены фактические показатели энергозатрат производства молока).

3. Наиболее эффективно энергоресурсы используются на средних по размеру фермах.

4. Установленные нормативы энергоемкости позволяют определять потребности в энергии на производство молока на уровне фермы, хозяйства, региона, отрасли.

5. Взаимосвязь параметров микроклимата, расхода кормов и продуктивности животных определяет оптимальные энергозатраты на отопление фермы, что в совокупности с рядом других энергосберегающих мероприятий (децентрализация энергообеспечения, местный обогрев, регулирование режимов) снижает затраты первичных энергоресурсов на 1215% ( 5 ... 7 ГДж/т молока, произведенную в отопительный период ).

Работа выполнялась в соответствии с общесоюзной научно-технической программой 0.51.21, раздел 01.02.12 Н1 " Разработать методы комплексной оценки энергозатрат, эффективные направления электрификации и прогноз электропотребления в сельском хозяйстве"; отраслевой научно-технической программой 0.СХ.71 по заданию 06.01.Н "Разработать методы комплексной

оценки и нормативы энергоемкости производства основных видов сельскохозяйственной продукции в системе Минсельхоза"; республиканской (федеральной) целевой научно-технической программой (Техника, энергетика и сбережение ресурсов), этап 04.02 на 1992-1995 г.г.

Результаты исследований использованы при разработке: -методических рекомендаций по определению показателей энергоемкости производства сельскохозяйственной продукции;

-норм расхода электрической энергии в сельскохозяйственном производстве на 1990 г.;

-методических рекомендаций по расчету энергоемкости производства продукции животноводства с использованием ЭВМ;

-программы расчета на ПЭВМ энергоемкости производства продукции животноводства переданной институту «Смоленскагропромпроект» для использования при технико-экономическом обосновании проектных решений молочных ферм.

ГЛАВА 1. Обоснование применения показателя энергоемкости при построении ресурсосберегающих технологий в молочном животноводстве.

1.1. Анализ энергоснабжения сельского хозяйства Смоленской области

Современный этап развития сельского хозяйства Смоленской области характеризуется производством продукции при различных формах собственности. Существует три оснЬвных категории хозяйств: сельскохозяйственные предприятия, личные подсобные хозяйства (ЛПХ), крестьянские (фермерские) хозяйства.

Сельскохозяйственные предприятия включают в себя колхозы, совхозы, сельхозкооперативы, акционерные общества, товарищества, ассоциации крестьянских хозяйств, созданных на базе колхозов, и совхозов, подсобные сельхозпредприятия. Изменение структуры сельхозпредприятий, численности сельского населения и занятости работников представлена в таблице 1.1. При практически неизменном количестве сельхозпредприятий в 1985 году - 459, а в 1995 - 448, число колхозов и совхозов уменьшилось в 10 раз. При относительно незначительном сокращении численности сельского населения резко сократилась численность работников, занятых, в сельскохозяйственном производстве. За последние 10 лет она снизилась более чем на 40 тыс. человек или на 35 %. Теперь на одного работающего приходится шесть неработающих сельских жителей.

Динамика валовой продукции в сопоставимых ценах 1983 года представлена на рис. 1.1. К настоящему времени основными производителями сельхозпродукции являются сельхозпредприятия и ЛПХ, доля фермерских хозяйств составляет менее 5 %. Производство валовой продукции сельского хозяйства области сокращается. Так в 1994 году производство валового продукта составило 87% к уровню 1990 года, причем сельхозпредприятия произвели в 1994 году только 61 % к этому уровню, в 1997 году - к уровню 1990года - 57%, сельхозпредприятия - 30 %.

ВП,

ММруЪ. 1000

06 ^д

Рис.1.1. Производство валовой продукции в сельском хозяйстве Смоленской области: •

а) сельское хозяйство в целом;

б) сельхозпредприятия;

в) личные'подсобные хозяйства;

г) фермерские хозяйства.

Таблица 1.1.

Структура сельскохозяйственных предприятий

Год 85 90 91 92 93 94 95

Число сельхоз- 459 455 452 453 448 448 -

предприятий

в т.ч.колхозы 150 147 147 33 21 20 20

совхозы 309 308 305 60 31 31 31

Численность - 364 359 360 359 357 355

сельского

населения, тыс.чел.

Численность ра- 116,6 88,1 81,9 73,0 70,2 63,3 -

ботников, занятых

в с/х производ.,

тыс.чел.

На фоне общего спада сельскохозяйственного производства выделяются личные подсобные хозяйства. Они стали производить значительно больше продукции, в 1994 году было произведено 139 % валового продукта к уровню 1990 года. ЛПХ по выпуску валового продукта догнали сельхозпредприятия, в 1994 году их доли в валовом продукте области составили соответственно 49,7 и 48,6%. Причем в растениеводстве доля ЛПХ выше на 20 %. ЛПХ произвели 83% всего картофеля области, 89 % овощей. Производство зерновых, льна, заготовка кормов в основном осуществляется сельхозпредприятиями. В производстве продукции животноводства доля сельхозпредприятий выше на 13 %, но и доля ЛПХ значительна - до 35 %. Подобные изменения объемов и структуры производства сельхозпродукции характерны и для России в целом (см.рис.1.2 а,б).

Сравнивая продуктивность животных и урожайность культур в различных хозяйствах следует отметить, что урожайность картофеля на

Рис Л.2. Доля основных видов сельхозпродукции, производимой личными подсобными хозяйствами в среднем за 1990-1997гг

а) в России;

б) в Смоленской области.

протяжении пяти лет в ЛПХ выше, чем в сельхозпредприятиях в 2 -3 раза / 6 / Также выше урожайность овощей. Урожайность зерновых примерно одинакова. Судя по / 6 / продуктивность крестьянских (фермерских) хозяйств значительно ниже, чем в среднем по области. Например, урожайность картофеля в 1994 году была ниже, чем в сельхозпредприятиях в 1,2 раза и ниже, чем в ЛПХ в 2 - 3 раза. Продуктивность животноводства также выше в ЛПХ, чем в остальных категориях хозяйств. Так надой молодняка на одну корову в ЛПХ в 1990-94 годах был выше, чем в сельхозпредприятиях в 1,4 -2,1 раза. В крестьянских (фермерских) хозяйствах надой в 1990 и 1991 годах был такой же, как и в ЛПХ, но с 1992 года он стал снижаться и в 1994 году был ниже, чем в ЛПХ в 2 раза.

Производство сельхозпродукции требует надежного снабжения машинами, средствами защиты растений, энергоносителями и т.п. Однако происходит это на фоне резкого снижения поставок энергоресурсов и техники. Анализ статистических данных показывает, что за последние пять лет поставки угля сократились в 10 раз, нефтепродуктов - в 3 раза, электроэнергии - в 2 раза (рис. 1.З.). Произошел резкий спад энергопотребления как в производственной сфере, так и в быту, что объясняется как сокращением поставок энергоресурсов, так и повышением цены на все виды топлива и электроэнергию. Как показал анализ статистических данных / 6 / произошло сокращение наличия сельскохозяйственной техники. Так, например, зерноуборочных комбайнов на 1 января 1995 года было меньше в 2 раза по отношению к 1986 году, картофелеуборочных комбайнов - 1,5 раза меньше. Поступление сельскохозяйственной техники по отношению к 1990 году составляет по различным ее видам от 1 до 20%. Поставки минеральных удобрений сельскому хозяйству сократились за 10 лет в 10 раз. Основные показатели, характеризующие энергопотребление, как энерговооруженность и электровооруженность труда, составляют 55 л.с. и 6500 кВт - ч на одного среднегодового работника соответственно. Уровень комплексной механизации в молочном животноводстве не превышает 55 %.

Рис/3, Потребление энергоресурсов сельским хозяйством Смоленской области.

I. Газ (Г). 2. Газ (Г) потребление в производственном секторе. 3. Нефть (Н). 4. Электроэнергия (Э). 5. Уголь(У).

Поступление энергоресурсов в сельское хозяйство: прямых в виде ТЭР (рис. 1.3) и овеществленных в виде техники, минеральных удобрений резко снизилось. Как следствие, упало производство валовой продукции. Для обеспечения продовольственной безопасности страны необходимо создать условия роста производства продукции сельского хозяйства. В связи с тем, что удельные (на тонну продукции) совокупные показатели затрат энергии не снижаются, а в сельхозпредприятиях возрастают / 1, 2 /, а также учитывая дефицит и рост тарифов на ТЭР, увеличение производства товарной продукции сельского хозяйства должно сопровождаться более экономичным и рациональным использованием энергоресурсов. В условиях стабильной тенденции к снижению производства ТЭР увеличение их поставок селу в ближайшее время также мало вероятно, что и подтверждается данными, приведенными на рис. 1.3.

Энергетические мощности сосредоточены в основном в сельхозпредприятиях, поэтому энергоемкость валовой продукции здесь выше, чем в сельском хозяйстве в целом в 1,2 раза (рис. 1.4).

Энергоемкость производства валовой продукции ЛПХ ниже, чем в сельхозпредприятиях в 1,4 раза, так как здесь основным является ручной труд /8/.

Снижение выхода валового продукта сопровождается повышением его энергоемкости, что объя�