Методику подготовили:

Е.К. Маркелова, А.В. Тихомиров, Р.В. Тузова, Е.Ю. Черномурова (ВИТЭСХ); А.И. Морозов, В.С. Горбачев (Минсельхоз России)

Ответственный за выпуск

А.И. Морозов - начальник Отдела машинных технологий в животноводстве Департамента технической политики Минсельхоза России

Рассматриваются вопросы расчета энергозатрат и энергоемкости производства сельхозпродукции (в первую очередь продукции животноводства), а также определения потребностей в энергоресурсах.

Методика позволяет определять энергозатраты и потребность в энергии на всех уровнях хозяйственной деятельности - для процесса (операции), цеха (предприятия), хозяйства, региона и отрасли в целом.

Приведен алгоритм расчета прямых, косвенных, инвестиционных и полных энергозатрат, позволяющий осуществлять расчет энергозатрат как на проектируемом, так и на действующем предприятии.

Предназначена для специалистов энергетических служб хозяйств, предприятий, управлений, а также для проектных и исследовательских организаций.

Одобрена на заседании секции технической политики Минсельхоза России (протокол N 17 от 07.06.2001 г.).

Основная цель сельскохозяйственного производства заключается в обеспечении страны необходимым количеством продукции высокого качества при минимальных затратах средств и труда.

Промышленное производство сельскохозяйственных продуктов, интенсификация механизированного труда требуют больших затрат энергетических ресурсов, в то время как удовлетворение потребности в них при хозяйственной самостоятельности объектов существенно усложняется. Рыночная экономика еще более обостряет топливно-энергетическую проблему, особенно там, где отсутствует собственная сырьевая база для производства энергоносителей.

Большая доля в себестоимости производства продукции приходится на энергозатраты - электрическую, тепловую и энергию для привода мобильного транспорта. Расход энергоресурсов в современном сельскохозяйственном производстве зависит от множества изменяющихся факторов и их разнообразного сочетания (способов содержания скота, используемых средств механизации, продуктивности животных, климатических условий, уровней механизации и электрификации животноводческих процессов). В связи с этим важное значение имеют подходы, методы, способы, позволяющие точно и объективно оценивать объемы потребляемой энергии для сельскохозяйственного производства в зависимости от конкретных сочетаний факторов.

Необходим методический подход для объективной оценки затрат конкретного сельскохозяйственного объекта (хозяйство, регион, отрасль) на энергоресурсы по их видам как для существующих, так и для перспективных технологий.

Применяемые в настоящее время методы оценки производства сельскохозяйственных культур и продуктов животноводства по экономическим показателям (приведенные затраты, рентабельность и др.) имеют существенные колебания, определяемые политикой ценообразования, и не всегда объективно оценивают затраты. Одним из показателей, позволяющих более достоверно определить затраты на производство сельхозпродукции, является энергоемкость - затраты материально-энергетических ресурсов на единицу производимой продукции растениеводства и животноводства. Этот показатель более объективен и не зависит от конъюнктуры рынка.

Энергоемкость, включенная в общую систему показателей производства сельскохозяйственной продукции, позволяет:

- обосновать потребности сельского хозяйства в энергоресурсах;

- применять энергосберегающие технологии и уточнить требования к энергетическому оборудованию;

- выявить резервы экономии топлива и энергии и разработать предложения по их экономии в сельскохозяйственном производстве.

В настоящее время имеются методики энергетического анализа. Однако с их помощью можно получить только фиксированное значение показателя энергоемкости без учета всего многообразия реальных условий.

В данной работе предложены основные методические принципы определения энергозатрат и в целом энергоемкости сельскохозяйственного производства, усредненные показатели энергозатрат, которые могут быть использованы для определения рациональных (минимальных) объемов энергопотребления (Q) в хозяйствах, предложены методические приемы для определения Q в отдельных регионах и стране в целом.

В методических рекомендациях использованы следующие термины и определения:

Биофункциональное производство - производство, технологические процессы которого обеспечивают функционирование (жизнедеятельность) биологических объектов (животных, растений).

Базовый показатель технологии производства - параметр производства, оказывающий наибольшее влияние на расход энергии (удельную мощность, время использования).

Нормативная характеристика удельной мощности - зависимость удельной мощности от базового показателя технологии производства.

Нормативная характеристика времени использования - зависимость длительности работы энергетической установки от базового показателя технологии производства.

Нормативная характеристика расхода энергии - зависимость расхода энергии от базового показателя технологии производства.

Энергозатраты - удельный показатель предельного значения расходования энергии (электрической, тепловой, мобильного топлива), отнесенного к производственному показателю, характеризующему технологический процесс производства (кВт·ч/гол.; кВт·ч/1000 шт. яиц; кал/гол.; кал/т прод; л/т·км). Энергозатраты - прямая составляющая полной энергоемкости производства продукции. Существуют различия в указании поголовья на предприятиях и в статистической отчетности. Например, птицефабрики по выпуску 3 млн. бройлеров в год в форме отчетности указывают показатель поголовья на 01 (месяца, квартала, года) - примерно 600 тыс. голов птицы, что отражается в Госстатотчетности. В связи с этим для I - III уровней предлагаются удельные энергозатраты на единицу производственной мощности, т.е. на несушку, бройлера, свиноматку и т.д., для уровней IV - V - средневзвешенные показатели на условную голову.

Энергоемкость - общая величина расхода всех видов энергии и топлива (прямые, косвенные, овеществленные) на производство единицы продукции в соответствии с действующими технологиями в сельском хозяйстве, рассчитанная в условных энергетических единицах.

Потребность - общие объемы предельных энергозатрат на уровне хозяйства, региона и страны для производства требуемого объема продукции.

Определение энергоемкости. Энергоемкость производства сельскохозяйственной продукции состоит из двух частей: эксплуатационные затраты (прямые и косвенные) и инвестиционные. Эксплуатационные затраты энергии полностью расходуются в процессе одного производственного цикла и включают в себя расход топлива, тепловой, электрической и других видов энергии (в пределах рассматриваемой инфраструктуры анализируемой системы) технологическим оборудованием и машинами по следующим процессам:

а) прямые:

производство, переработка и хранение сельскохозяйственной продукции (или продуктов питания);

производство и преобразование носителей энергии, использованных в технологических процессах;

транспортирование энергоносителей, сырья, материалов, машин от центров снабжения и внутрихозяйственные перевозки;

б) косвенные:

затраты энергии вне рассматриваемой инфраструктуры производства на изготовление материалов, семян, удобрений, запчастей, производство кормов и т.д.

Инвестиционные (овеществленные) затраты энергии (E_оi) состоят из расходов топлива и энергии на:

- строительство производственных и вспомогательных объектов;

- производство машин и оборудования для сельского хозяйства.

Таким образом, удельный показатель суммарной энергоемкости равен:

где e₁, e₂ - показатели энергоемкости - соответственно эксплуатационный и инвестиционный;

E_эi - эксплуатационные энергозатраты i вида;

E_оi - овеществленные энергозатраты i вида;

B - количество продукции, объем работ.

Величину e₁ следует определять по следующей формуле:

где - расход топлива, электроэнергии и других видов энергии оборудованием и машинами на анализируемом объекте (прямые);

- расход энергоресурсов на производство материалов, кормов, сырья, семян и т.д., необходимых для нормального функционирования одного технологического цикла (косвенные);

n - количество последовательных процессов или операций.

Эксплуатационные затраты энергии (E_эi) при расчете энергоемкости определяются для двух вариантов:

- полезный расход энергии, необходимый для функционирования системы (отрасли) производства сельскохозяйственной продукции (без учета режимов работы, КПД машин и оборудования, потерь ТЭР при хранении и транспортировании и т.д.);

- полный расход энергии (энергоресурсов), при котором учитываются КПД машин и оборудования, потери топлива и энергии при хранении, перевозке и транспортировании, использовании сельскохозяйственных машин и оборудования в пределах рассматриваемой инфраструктуры.

К первичным энергоносителям относятся:

- твердое, жидкое и газообразное топливо (уголь, торф, древесина, нефть и нефтепродукты, газ);

- возобновляемые источники энергии (энергия падающей воды, солнца, ветра, геотермальных вод);

- теплота, получаемая от ТЭЦ и промышленных предприятий.

Расход энергоносителей измеряется в физических единицах международной системы СИ Дж, калориях с применением энергетических эквивалентов.

Прямые затраты энергии включают в себя расход топлива, тепловой, электрической энергии технологическим оборудованием и машинами на:

- производство, переработку и хранение сельскохозяйственной продукции (или продуктов питания);

- производство и преобразование носителей энергии, использованных в технологических процессах;

- транспортирование энергоносителей в пределах анализируемой системы производства сельскохозяйственной продукции;

- транспортирование сырья, материалов, машин от центров снабжения и внутрихозяйственные перевозки.

Показатели энергозатрат должны учитывать особенности сельскохозяйственного производства, направленные на обеспечение биологических потребностей животных:

- изменение параметров производства в зависимости от биологического времени (возраста) живого объекта;

- изменение параметров производства в зависимости от совмещения (скольжения) биологического времени и календарного (времени года);

- непостоянство объемов производства.

Показатели энергозатрат должны учитывать разнообразие технологий выращивания и содержания животных и птиц, степень переработки продукции; обеспечивать необходимые параметры микроклимата.

I уровень - технологический процесс или операция:

освещение - технологическое, рабочее основных и вспомогательных помещений; дежурное и аварийное; уличное территории объекта;

водоснабжение - привод насосных установок для обеспечения непрерывного технологического процесса;

технологические процессы - привод установок, обеспечивающих основные технологические процессы согласно профилю предприятия (доение, переработка молока, розлив, упаковка молока, сбор, сортировка, упаковка яиц, забой, обработка птицы и т.д.);

кормление - транспортирование, приготовление, раздача;

уборка помещений - привод навозоуборочных установок, отгрузка и вывоз навоза;

микроклимат помещений - привод вентиляционных установок, обогрев, облучение, местный обогрев животных (птиц);

реализация продукции - погрузка, транспортировка до склада (или до места реализации);

II уровень - предприятие (сумма имеющихся процессов), ферма-цех (группа однотипных помещений);

III уровень - предприятие (хозяйство по производству одного или нескольких видов продукции - молоко, яйца, мясо);

IV уровень - региональное управление сельхозтоваропроизводителей;

V уровень - отрасль (птицеводство, животноводство, сельскохозяйственное производство, сельское хозяйство России).

Энергозатраты, определенные в соответствии с предложенной классификацией, каждого нижестоящего уровня служат основой для определения энергозатрат для последующего вышестоящего.

Сельскохозяйственное производство характеризуется большим разнообразием производств и типов предприятий, различных по организационным принципам, назначению, технологиям содержания животных и птицы. Удельный расход энергии на одну голову даже для однородной продукции зависит от множества факторов и изменяющихся характеристик производства. Объективная оценка удельных показателей расхода энергии и топлива при многообразии факторов, влияющих на них, и сложных взаимосвязях возможна только при комплексном исследовании всего производства. При этом необходимо учитывать как основные, так и вспомогательные процессы, влияющие на величину удельных энергозатрат конечного продукта. В основу разработки удельных энергозатрат должны быть положены модели, которые отражают все особенности производства, на моделях выявляются закономерности формирования, определяются влияющие факторы.

- цех (ферма) взрослого поголовья (коров, свиней, птицы) (блок I);

- цех (ферма) молодняка (блок II);

- другие объекты, например, инкубатории.

- плотность размещения животных и птицы (, гол./м²);

- удельный объемный коэффициент (объем здания, приходящийся на одну единицу содержания биообъекта (v, м³/гол.);

- возрастная группа животных или птицы, т.е. масса биообъекта (m, кг) или порода (мясная, молочная, яичная и т.д.) (B_n, сут);

- климатическая зона;

- распределение температур наружного воздуха (t_i, °C);

- нормируемая освещенность.

1.3.4.1. Состав и значение базовых показателей определяются конкретно в каждом случае, исходя из условий производства рассматриваемого объекта по влиянию на процесс энергопотребления:

- границы изменения показателей плотности размещения животных и птицы и объемной плотности помещений;

- виды и возраст размещенных животных.

1.3.4.2. Для выполнения требований норм технологического проектирования РНТП (параметров воздушной среды) главными базовыми показателями режима (изменения во времени) теплопотребления являются:

- возраст (B_n, сут) и масса (m, кг) биообъекта;

- распределение температур наружного воздуха (t_i, °C);

- климатическая зона.

Для электропотребления - технология, тип оборудования и режимы работы: вентиляции; освещения; приготовления и раздачи корма; утилизации навоза и т.д.

Все вышеуказанные базовые показатели следует использовать для расчета нормативных характеристик энергопотребления, которые должны быть получены расчетным путем из условий обеспечения параметров воздухообмена, температурного режима, норм кормления и других характеристик (базовых показателей).

где P_потр.i - потребляемая мощность агрегата;

P_уст.i - установленная мощность агрегата;

n_i - КПД установки;

Q_i - годовое количество перерабатываемой продукции;

q_i - часовая производительность оборудования;

K_исп.i - коэффициент несоответствия установленной мощности при номинальной ее производительности;

N - объем производства (поголовье, валовая продукция и др.).

Используя вышеприведенные зависимости, получают последовательность расчета энергозатрат (электрической и тепловой энергии) для процессов отопления, вентиляции, освещения, раздачи кормов, уборки навоза и помета, яйцесбора, доения и переработки молока и пр.

Использование приведенных зависимостей позволяет разработать удельные энергозатраты для i уровня (процесса) и II уровня определения (сумма процессов по помещению).

Для птицеводческой отрасли, которая отличается большим разнообразием технологий содержания, типов оборудования, энергонасыщенностью, был применен методический подход разработки и использования нормативных характеристик мощности энергопотребителей от базовых показателей. Подробное изложение указанного метода приведено в прил. 1.1 (а - для электропотребления, б - теплопотребления).

Для III - V уровней определения удельных энергозатрат следует использовать средневзвешенные показатели.

где - норматив расхода энергии по помещению, содержащему живые объекты, кВт·ч/гол.; ккал/гол.;

n_i - поголовье животных (птицы) в помещении с соответствующими энергозатратами, гол.;

N - общее поголовье по цеху, ферме, гол.;

z - общее количество помещений в цехе (ферме).

Кроме помещений с животными, на предприятиях имеются различные вспомогательные цехи и службы, обеспечивающие технологический процесс производства (котельная, кормоцех, склады, ветеринарно-санитарные службы и т.д.). С учетом энергозатрат на эти службы средневзвешенный показатель можно получить по формуле

где - удельные энергозатраты по цехам и помещениям, содержащим животных, кВт·ч/гол.; ккал/гол.;

- удельные энергозатраты в помещениях, не содержащих животных, кВт·ч/ед. изм.; ккал/ед. изм.;

G_всп - объем производства продукции соответствующего вспомогательного помещения;

N - общий показатель деятельности предприятий (поголовье животных, птицы; объем продукции - молока (т), мяса (т) и т.д.).

Показатели в формуле (5) - удельные энергозатраты по цехам и помещениям, содержащим животных и не содержащим животных , приведены только для птицеводческих предприятий. Для остальных животноводческих подотраслей удельные показатели по отдельным помещениям не выделялись, а были включены в общий норматив III уровня. Значение удельного показателя расхода энергоресурсов III уровня наиболее распространенных типов предприятий для КРС, свиней, птицы приведено в таблице прил. 1.2.

где - средневзвешенные энергозатраты для IV - V уровней, кВт·ч/показатель, ккал/показатель;

n - число анализируемых объектов (ферм, предприятий и т.д.);

M - суммарный производственный показатель деятельности анализируемых объектов.

Для мобильных процессов в качестве моторного топлива могут применяться бензин, дизельное топливо или сжиженный газ.

Расход моторного топлива на транспортные операции зависит от массы перевозимого груза в течение технологического цикла, дальности перевозок, применяемых транспортных средств, дорожных условий. При определении энергозатрат для транспортных средств на 100 км пробега можно использовать следующую формулу:

где B - расход моторного топлива за год (цикл);

- среднее расстояние перевозки от погрузки до выгрузки, км;

M - масса перевозимого за год (цикл) груза, т;

m_o - грузоподъемность транспортного средства, т;

E - коэффициент использования грузоподъемности;

b_o - норма расхода топлива на единицу пробега данного транспортного средства.

Косвенные затраты энергии включают:

- производство исходного сырья и материалов, используемых в данном производстве (семена, корма, племенные животные и т.д.);

- производство, транспортирование и внесение химических удобрений, средств защиты растений, лекарственных препаратов, вакцины и т.д.

В зависимости от границ рассматриваемой системы косвенные затраты могут переходить в разряд прямых (собственное производство кормов, выращивание племенных животных).

Они учитываются суммированием соответствующих энергетических эквивалентов на производство сырья и материалов.

Примерные значения эквивалентов для определения косвенных энергозатрат приведены в таблице прил. 2.

Инвестиционные затраты энергии состоят из расходов топлива на строительство зданий и сооружений, производство машин и оборудования для сельского хозяйства.

Особенностью этой составляющей является то, что в процессе одного цикла сельскохозяйственного производства энергия, затраченная на эти средства, используется лишь частично. Для количественной оценки инвестиционной составляющей следует разделить величину энергозатрат для изготовления средств производства на срок их службы и умножить на время использования в течение одного технологического цикла.

Инвестиционный показатель энергоемкости можно определить по формуле

где E_2i - расход первичных энергоресурсов на строительство зданий и сооружений и создание машин и оборудования для соответствующей сельскохозяйственной технологии;

T_2i - нормативный срок службы зданий, сооружений, машин и оборудования;

K_2i - коэффициент участия в технологическом процессе.

Примерные значения энергетических эквивалентов материалов для определения инвестиционных затрат энергии приведены в таблице прил. 3.

Разработанные показатели энергозатрат дают возможность определить потребность сельского хозяйства в энергоресурсах. В соответствии с классификацией и уровнем удельных энергозатрат потребность может быть определена для всех энергопотребителей и любого уровня определения. Располагая информацией об экономическом развитии отрасли, региона, объекта и используя показатели энергозатрат соответствующего уровня, можно определить объемы полезно-необходимой энергии:

где - удельные показатели расхода электроэнергии по каждому объекту (i), кВт·ч/гол.; кВт·ч/ед. продукции;

q_i - удельные показатели расхода тепловой энергии, ккал/гол.; ккал/ед. продукции;

p_i - удельные показатели расхода моторного топлива, кг топлива;

G - суммарный показатель производства (поголовье, объем продукции);

n - количество анализируемых объектов;

K₁, K₂, K₃ - коэффициенты перевода кВт·ч, ккал, кг натурального топлива в Джоули (прил. 4, табл. 1).

Для определения полного расхода энергии следует учитывать коэффициент использования топлива (КПИ) в границах АПК. Есть некоторые расхождения в оценке потерь транспортировки топлива и энергии и его использования в установках. Большинство специалистов называют следующие КПИ: для газа - 0,7; для твердого топлива - 0,4.

где Q_у.т - теплотворная способность условного топлива = 7000 ккал/кг;

h - средневзвешенный КПИ в зависимости от используемых энергоустановок.

Для удобства пользования формулами (9, 10) все расчеты сведены в таблицу, приведенную ниже.

Анализ энергобаланса птицеводческих предприятий показывает, что основную долю в потреблении энергии составляют объекты организационной структуры, в которых размещено биофункциональное производство, содержащее живую птицу: цех взрослой птицы (блок I); цех молодняка (блок II); инкубаторий.

Расход электрической и тепловой энергии этих объектов дифференцирован по технологиям, для каждой из которых определены нормативные характеристики со следующими базовыми показателями:

- плотность посадки , гол./м²;

- удельный объемный коэффициент (v), м³/гол.;

- возрастная группа птицы (B_п), сут, и масса птицы (m), кг, или порода птицы (мясная или яичная);

- климатическая зона;

- распределение температур наружного воздуха (t₁), °C;

- использование естественной вентиляции воздуха (с шахтами и без них);

- нормируемая освещенность (E₁), лк;

- зависимость продолжительности светового дня от возраста птицы (T_д1), B_п.

Плотность посадки условно можно классифицировать следующим образом:

- для взрослой птицы:

- 1,5 ... 2,9, - 3 ... 5 - напольное содержание;

- 6 ... 8 - одноярусное клеточное содержание;

- 10 ... 12 - двухъярусное;

- 17 гол./м² и более - 3 - 4-ярусное оборудование для молодняка;

- 10 ... 18 - напольное содержание;

- 6 ... 30 гол./м² - клеточное содержание.

Значения плотности посадки приведены для общих габаритов помещений.

Нормативные характеристики мощности осветительных приборов определены согласно отраслевым нормам освещения: 5, 10, 15, 20, 30 лк - для ламп накаливания; 75 лк - для люминесцентных.

Режим использования осветительного оборудования характеризуется продолжительностью светового дня (T_д, ч), изменяющейся от возраста птицы. Каждое предприятие может иметь свой график светового дня. Мощность осветительных приборов в птичниках определяется двумя параметрами - плотностью посадки и требуемой освещенностью (E). Нормативные характеристики мощности освещения получены расчетным путем и приведены на рис. A.1.

Нормативные характеристики вентиляционных установок P_вi (Вт/гол.) получены расчетным путем из условий обеспечения параметров воздухообмена.

Значения мощности P_вi являются суммарными показателями мощностей приточной и вытяжной вентиляции на подачу и удаление требуемого на одну голову количества воздуха. Эти значения обеспечивают необходимый воздухообмен во всем диапазоне наружных температур (t_нi, °C) для всех возрастных групп птицы мясных и яичных пород. Наиболее распространенная схема воздухообмена - с использованием шахт для свободной подачи воздуха в теплый период. Нормативные характеристики мощности для данного режима работы вентиляционной системы приведены на рис. A.2.

Значения P_вi при условии работы приточной вентиляции в течение всего года во всем диапазоне наружных температур (t_min, t_нi, t_max) показаны на рис. A.3.

Для учета избытка теплопоступлений от солнечной радиации через ограждающие конструкции при различном поголовье птицы расход электроэнергии на вентиляцию следует определять с коэффициентом технологии K_т. Значения коэффициента для помещений с молодняком и взрослой птицей приведены в табл. A.1.

A.4.1. Освещение

Удельный показатель расхода электроэнергии на освещение за исследуемый период определяется по формуле

где - мощность освещения, определяемая по нормативной характеристике мощности освещения, Вт/гол., как функция плотности посадки птицы (гол./м²) и нормируемой освещенности E_i (см. рис. A.1);

T_дi - продолжительность светового дня в зависимости от возраста птицы B_пi, ч;

T_п - период исследования (год, квартал, месяц).

Наиболее распространенный на птицефабриках график светового дня приведен на рис. A.4. По приведенному графику и нормативным характеристикам мощности освещения (см. рис. A.1) получены удельные показатели расхода электроэнергии на освещение за месяц: для несушек при E₁ = 30 лк (рис. A.5), при люминесцентном E₂ = 75 лк и лампах накаливания с E₂ - 15 лк (рис. A.6); для молодняка - рис. A.7.

При продолжительности светового дня, отличной от указанной на рис. A.4, удельные показатели (см. рис. A.5, рис. A.6, рис. A.7) следует пересчитать для собственного режима освещения.

A.4.2. Вентиляция

Удельные показатели расхода электрической энергии на вентиляцию за период времени T_пi определяют по формуле

где K_m - коэффициент, учитывающий показатель плотности посадки (см. табл. A.1);

Pb_i - нормативы суммарной мощности вентиляционных установок для различных температур (см. рис. A.2, A.3), Вт/гол.·ч;

- продолжительность (°C) температур в j диапазоне времени, ч;

T_п - продолжительность исследуемого периода, ч;

K_в - коэффициент, учитывающий условия климатических зон (расчетные значения для основных регионов России приведены в табл. A.2).

При использовании вентиляционного оборудования с частичной подачей воздуха за счет естественной вентиляции (шахты) норматив мощности принимается по зависимостям (см. рис. A.2), а без естественной вентиляции (без шахт) - по зависимостям (см. рис. A.3).

Средние значения , полученные для среднестатистической повторяемости температур наружного воздуха в условиях Центрального района - в табл. A.3. Расчетные значения удельных показателей расхода электроэнергии по всем процессам для помещений с шахтами по месяцам для характерных возрастных групп приведены в табл. A.3. Расчеты выполнены для птиц яичных пород при клеточном содержании для значений в помещениях с несушками и - более 20 гол./м² с молодняком. Для других значений плотности посадки расход электроэнергии следует учитывать с коэффициентом K_m (см. табл. A.1); для птицы мясных пород данные приведены при условии содержания на полу.

A.4.3. Привод транспортирующих устройств

В помещениях с птицей применяют транспортирующие устройства для раздачи корма, уборки помета, яйцесбора.

Удельный показатель расхода электрической энергии на привод транспортирующих устройств определяется по формуле

где - максимально возможный удельный расход электроэнергии (при напольном содержании), кВт·ч/гол.;

b - коэффициент (кВт·ч/м²/гол.), учитывающий изменения удельного расхода электроэнергии в зависимости от плотности посадки птицы;

- фактическая плотность посадки, гол./м².

Расчетные значения максимально возможного удельного расхода и коэффициент приведены в табл. A.4.

A.4.4. Обогрев брудерами

Удельный показатель расхода электроэнергии на электрообогрев брудерами составляет не более 1,3 кВт·ч за цикл выращивания при условии работы его круглосуточно в первые 28 суток выращивания молодняка при норме размещения 500 голов/брудер.

Второй уровень предполагает расход электроэнергии в целом по помещению и определяется как сумма удельных показателей по отдельным процессам.

где - удельные показатели расхода электроэнергии по технологическим процессам;

k - число процессов.

Удельные показатели расхода электроэнергии на содержание птицы для наиболее распространенных технологий и оборудования приведены в табл. A.5 (взрослое поголовье) и A.6 (ремонтный молодняк и бройлеры).

Для помещений, не содержащих птицу, удельные показатели расхода электроэнергии указаны в прил. 1.B раздела 1.1.B.

Тепловая энергия предназначена для обеспечения требуемых условий при осуществлении технологических процессов: содержание птицы, хранение и переработка яиц, забой и обработка птицы, инкубация.

Количество теплоты, необходимое для обеспечения технологического процесса, в общем виде определяется по формуле:

где Q - количество теплоты, которая необходима для осуществления технологического процесса;

m - поток теплоносителя в единицу времени;

c - теплоемкость теплоносителя;

t_н, t_к - начальная и конечная температуры;

- время окончания технологической операции.

Наибольший удельный вес теплоты приходится на отопление помещений с птицей. Базовым показателем для отопления является объемный коэффициент.

Удельный объемный коэффициент (v) условно можно классифицировать следующим образом:

для взрослой птицы: мясные породы - v = 0,8; 1,0; 1,3; 2,6; яичные породы - v = 0,23; 0,38; 0,8; 1,0; 1,6;

для молодняка:

мясные - v = 0,2; 0,7; 1,5; яичные - v = 0,1; 0,23; 0,38; 0,6; 0,8; 1; 1,6 м³/гол.

Приведенные значения объемных коэффициентов определены для общих габаритов помещений.

B.1.1. Выполнение требований норм технологического проектирования РНТП-4-93 (параметров воздушной среды)

Главными базовыми показателями режима теплопотребления являются: возраст (B_п, сут) и масса (m, кг) птицы; распределение температур наружного воздуха (t_н, °C); климатическая зона.

B.1.2. Состав и значение нормативных характеристик

Нормативные характеристики тепловой потребности были получены расчетным путем из условий обеспечения параметров воздухообмена (рис. B.1), температурного режима и других характеристик.

Составляющие норматива часового расхода (часовая характеристика) тепловой энергии, полученные расчетным путем, приведены на рисунках B.2 (а, б) - для взрослого поголовья мясных и яичных пород. Аналогично получены часовые характеристики нормативов тепловой энергии в помещениях с птицей разных возрастов для нормируемых объемных показателей, которые приведены на рис. B.3 (а, б), B.4 (а, б), B.5 (а, б).

B.2.1. Переход к показателям расхода тепловой энергии за различные периоды времени осуществляется через норматив мощности теплоты (см. рис. B.2 - B.5) и повторяемость температур наружного воздуха в часах. Умножая полученные показатели удельной мощности расхода теплоты (ккал/гол.·ч) при соответствующих температурах на число часов стояния этих температур и просуммировав результат, получаем требуемый минимум необходимого расхода полезной теплоты на голову одного вида птицы за нужный период:

где - расход тепловой энергии за требуемый период времени;

Q_ji - удельная мощность расхода теплоты при температуре i и объемной плотности j;

- число часов стояния наружной температуры (i).

В работе приведен расчет расхода тепловой энергии для несушек мясного и яичного направлений, а также характерных возрастных групп молодняка этих направлений для каждого месяца и года в целом для наиболее характерных показателей объемного коэффициента.

Все показатели тепловой энергии, которые рассчитаны в данной работе, определены для среднестатистического распределения температур в условиях Московской области. Для других климатических районов страны следует использовать климатические коэффициенты.

Полученные таким образом показатели являются удельными показателями энергозатрат тепловой энергии на конкретный вид и тип птицы и приведены в табл. B.1 и B.2 прил. 1.

Очевидно, что общий расход тепловой энергии в целом по птичнику равен:

где n_j - поголовье птицы.

В цехе, где могут находиться птичники с разными показателями объемной плотности, удельный расход тепловой энергии за требуемый промежуток времени можно получить как средневзвешенный показатель:

где - количество тепловой энергии в помещениях при различных значениях объемной плотности (j), Мкал;

n - общее поголовье по цеху, тыс. голов;

i - число птичников в цехе.

В целом по цеху молодняка расход тепловой энергии за требуемый промежуток времени определяется как сумма средневзвешенных значений по помещениям за искомый период времени.

где Q_цм - расход тепловой энергии за k период, Мкал/гол.;

Q_ij - расход тепловой энергии для возрастной группы (i) и плотность посадки (j);

n_ij - поголовье птицы возрастной группы (i) и плотность посадки (j).

Удельные показатели расхода тепловой энергии для взрослой птицы и молодняка для среднестатистического распределения температур - см. табл. B.1, B.2.

При необходимости определения расхода тепловой энергии для конкретного года следует использовать информацию о почасовом распределении температур для соответствующего года в данной местности, которую можно получить на метеостанциях.

К помещениям, не содержащим животных и птицу, относится большая группа потребителей - яйцесклад, убойный цех и пр. Предприятия в настоящее время самостоятельно развивают ряд производств по переработке сельскохозяйственной продукции. Для наиболее распространенных объектов удельные показатели энергопотребления приведены ниже.

--------------------------------

<*> H - высота подачи воды, м.

<**> От общей выработки теплоты (на собственные нужды).

Пример 1.

Определить удельные энергозатраты, годовую потребность в топливно-энергетических ресурсах и суммарную энергоемкость для производства яиц.

Исходные данные:

Процессы:

освещение (люминесцентные лампы);

вентиляция (имеются шахты);

отопление - подогрев приточного воздуха радиаторами;

раздача кормов с электроприводом;

уборка помета с электроприводом.

Освещение

Для любой продолжительности исследуемого периода, меньшей, чем год, необходимо воспользоваться формулой П.1 или рис. A.6.

В формуле (П.1) показатели P (мощность) и T определяются по номограммам (см. рис. A.1 и A.4 прил. 1) для соответствующего возраста и значения плотности посадки, т.е. 4 гол./м² для люминесцентного освещения.

За год расход электроэнергии на освещение для соответствующих условий составит 6 кВт·ч/гол. (см. табл. A.5, прил. 1).

Вентиляция

Норматив расхода электроэнергии на процесс вентиляции для несушек для указанной плотности посадки (см. табл. A.3 прил. 1), с поправочным коэффициентом K = 1,2 (см. табл. A.1 прил. 1) равен 5 кВт·ч/гол./год.

Расход электроэнергии на процессы раздачи корма и уборки помета (см. табл. A.5) равен соответственно 0,25 и 0,45 кВт·ч/гол./год.

Суммарный расход электроэнергии на голову составит 11,5 кВт·ч/гол./год; в целом по помещению - 51,74 тыс. кВт·ч.

Отопление

Расход тепловой энергии в указанном птичнике равен (см. табл. A.7) 40,5 Мкал/гол./год. Потребность птичника в тепловой энергии на отопление равна 4,5 тыс. гол. x 40,5 Мкал/гол./год = 218 Гкал/год.

Для определения суммарного расхода энергии за год Q_г (ГДж) следует воспользоваться таблицей с переводными коэффициентами.

Пример 2.

Определить удельные затраты и объемы топливно-энергетических ресурсов для хозяйства мясо-молочного направления, расположенного в Курганской области.

В хозяйстве имеются:

1. Молочная ферма на 200 голов с комплексом обработки молока.

2. Ферма по откорму бычков на 300 голов в год.

3. Птицеферма на 50 тыс. несушек, молодняк закупается, содержание в клеточных батареях ККТ с плотностью посадки (по наружному размеру) 14 гол./м² и объему V = 0,38.

4. Общехозяйственные цехи (столярный, слесарный, электроцех и т.д.).

5. Убойный цех.

6. Яйцесклад.

7. Центральная котельная на газе.

Для определения объемов энергопотребления по объектам, содержащим животных и птицу, используют расчеты, которые сведены в табл. примера 2.

Пример 3.

Определение потребности энергопотребления и топлива для IV - V уровней. Исходной информацией служит бухгалтерская (статистическая) отчетность о поголовье скота и птицы на 01 число отчетного или планируемого периода. Рассмотрим два варианта расчета.

Вариант 1 предусматривает использование удельных показателей энергозатрат на голову скота и птицы.

--------------------------------

<*> - Удельные расходы энергоресурсов по табл. П1.2.

<**> - Удельные расходы энергоресурсов по табл. П1.A.5 и П1.B.1.

<***> - Удельные расходы энергоресурсов по табл. П1.B.

Вариант 2 предусматривает использование показателей энергоемкости на единицу продукции. Результаты расчета варианта 1 сведены в таблицу.

Суммарные показатели энергопотребления получены для электроэнергии с учетом среднего КПД производства электроэнергии - 0,3; для тепловой энергии с учетом среднего коэффициента полезного использования топлива в сельской местности - 0,65.

Варианты расчета несколько отличаются в связи с очень большим диапазоном значений продуктивности скота и птицы.

Пример 4.

Рассчитать энергоемкость производства свинины на комплексе с замкнутым циклом по воспроизводству стада, выращиванию молодняка и откорму его до 110 кг. Период откорма 130 дней.

Расчет. Характеристика комплекса: свинарники-откормочники на 2400 голов (4 шт.), свинарники-маточники на 120 маток (6 шт.), свинарники на 400 супоросных маток (2 шт.), свинарник на 264 холостые матки с помещением для содержания хряков.

Вспомогательное помещение: дом животновода, ветсанпропускник, изолятор, погрузочная рампа, блок подсобных помещений, насосная станция, очистные сооружения, здания электрических подстанций, водозаборные сооружения.

Кормят свиней сухими концентрированными кормами, доставляемыми автотранспортом. Расстояние перевозки 25 км. Корм раздается тросошайбовыми транспортерами. Навоз собирается в подпольных каналах, откуда с помощью гидросмыва поступает на перекачивающую станцию и очистные сооружения. Обеззараживают навоз за счет активного обогащения стоков кислородом воздуха. Обогрев помещения от электрической котельной и электрокалориферов. Вентиляция осуществляется системой "Климат". Для облучения свиней на станциях выращивания и доращивания применяют УФ- и ИК-лампы. Содержание свиней групповое в танках.

Суммарные прямые затраты составили 107044 ГДж, или в расчете на единицу продукции - 39,6 ГДж/т.

Технико-экономические показатели и параметры оборудования, показатели прямого расхода энергии, годовые инвестиционные затраты энергии, структура энергоемкости производства свинины приведены в таблицах примера 4.

Таким образом, структура полной энергоемкости производства свинины для указанных условий составляет: прямые затраты - 26,5% косвенные - 70,6, инвестиционные - 2,9%.

--------------------------------

<*> - Приложение 3.

Общая величина инвестиционных затрат составила 11787 ГДж/год. Полные затраты энергии на производство свинины 177598 ГДж/год, удельные - 65,8 ГДж/т.