VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

В связи с обострением ситуации в продовольственном секторе агропромышленного комплекса Российской Федерации на фоне введения в августе 2014 года санкций, возникла необходимость в принятии мер, направленных на стабилизацию обстановки в затронутых отраслях. В связи с этим, была разработана и введена программа импортозамещения [1], основной задачей которой является увеличение объемов производимой на территории России сельскохозяйственной продукции всех видов. Таким образом, на ближайшие годы прогнозируется значительный рост производства в агропромышленном комплексе.

Увеличение объемов производства несомненно отразится на проблеме утилизации отходов, которая на сегодняшний день является одной из самых важных в сфере АПК. Для сокращения числа негативных факторов экологического и экономического характера, вызванных увеличением объемов отходов, необходимо проектирование и применение в сельскохозяйственном секторе инновационных технологий. Для достижения наилучших результатов, инновации в сложившейся ситуации должны быть направлены не только на решение потенциальных основных проблем в сфере АПК, но и на увеличение объемов производств предприятий, минимизацию урона экологии, а также на экономию энергетических ресурсов.

В данной статье в качестве средства решения поставленных задач предлагается рассмотреть модель современного сельскохозяйственного кластера, объединяющего наиболее важные объекты продовольственного производства и средства альтернативной энергетики. На территории кластера располагаются:

- свинокомплекс на 10000 голов;

- тепличное хозяйство производственной площадью 5000 м²;

- площадка биогазовой станции.

Первоначально необходимо определить количество отходов свинокомплекса, которые необходимо подвергнуть переработке. Свинокомплекс рассчитан на постоянное содержание 10000 голов, из которых 1600 – поросята на доращивании. Учитывая суточные нормы выхода навоза на одну особь [2], определим объем ежесуточно получаемых отходов. Полученные данные заносим в таблицу 1.

Таблица 1. Определение суточных объемов навоза

Группа животных	Норма выхода навоза, кг/сут	Постоянное поголовье,гол.	Выход навоза в сутки, т/сут
Поросята	1	1600	1,6
Свиньи	5,75	8400	48,3
Всего	6,75	10000	49,9

Следует учесть, что кроме навоза в канализационную систему в равном объеме поступает вода, предназначенная для технологических нужд. Суммарный объем стоков при этом составит приблизительно 100 т/сут. Влажность свиного навоза составляет ориентировочно 88%. Конечная влажность стоков составит порядка 94%. При таких физических параметрах общий объем стоков свиноводческого комплекса эквивалентен 6 тоннам ежесуточно получаемого сухого органического вещества. Известно, что при переработке 1 кг сухого свиного навоза в биогазовой установке, на выходе получается 0,45 м³ биогаза [3]. Таким образом, биогазовая станция, входящая в состав сельскохозяйственного кластера, позволяет ежесуточно получать 2700 м³ биогаза.

Полученный биогаз используется в качестве топлива на мини-ТЭЦ, работающей на базе когенерационной установки и расположенной на площадке биогазовой станции. При сжигании биогаза образуется тепловая и электроэнергия, используемая на нужды сельскохозяйственного кластера, в частности на обогрев и освещение теплиц.

Количество тепловой и электроэнергии на нужды теплиц определяется в основном климатическими условиями и зависит от времени года. Так, технология выращивания овощных культур предусматривает использование искусственного освещения в объеме 80 Вт/м² производственной площади при недостатке естественного. Зная среднюю продолжительность светового дня по месяцам [4], становится возможным определение среднесуточного времени использования искусственного освещения. При этом следует учесть, что в данном проекте сельскохозяйственный кластер расположен на территории Белгородской области. Внесем результаты в таблицу 2.

Таблица 2.Объем электроэнергии, потребляемый теплицами.

Месяц	Январь	Февраль	Март	Апрель
Потребляемая электроэнергия, кВт*ч/сут	6240	5653	4973	4207
Месяц	Май	Июнь	Июль	Август
Потребляемая электроэнергия, кВт*ч/сут	3520	3087	3160	3700
Месяц	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Потребляемая электроэнергия, кВт*ч/сут	4433	5173	5887	6327

При сжигании биогаза в мини-ТЭЦ на базе когенерационной установки можно получить 2 кВт*ч электроэнергии [5]. Таким образом, при сжигании 2700 м³ ежесуточно получаемого биогаза, суточный объем электроэнергии составит 5400 кВт*ч. Графическое отображение сравнения объемов получаемой и вырабатываемой электроэнергии представлено на рисунке 1.

Рис.1 Сравнение потребляемой и вырабатываемой электроэнергии

Объем тепловой энергии, получаемой при сжигании 1 м³ биогаза, составляет 2,75 кВт [5]. Технология выращивания овощей предусматривает поддержание температуры на уровне 20 °С. Зная средние значения температур, общую площадь остекления (5840 м²), а также значение коэффициента сопротивления теплопередаче, определим средние суточные теплопотери теплиц и внесем результаты в таблицу 3.

Таблица 3.Средние суточные теплопотери теплиц по месяцам

Месяц	Январь	Февраль	Март	Апрель
Суточные теплопотери, кВт	9079	8410	7167	3982
Месяц	Май	Июнь	Июль	Август
Суточные теплопотери, кВт	1720	669	32	414
Месяц	Сентябрь	Октябрь	Ноябрь	Декабрь
Суточные теплопотери, кВт	2262	4332	6275	7804

Учитывая затраты вырабатываемого тепла на собственные нужды (порядка 10%), вычислим суточную выработку тепловой энергии, которая составит 6700 кВт. Отображение сравнения объемов получаемой и вырабатываемой тепловой энергии представлено на рисунке 2.

Рис.2 Сравнение потребляемой и вырабатываемой тепловой энергии

Сравнивая потребность тепличного комплекса в тепловой и электроэнергии с объемом её производства площадкой биогазовой станции, можно сделать следующие выводы:

- электроэнергии, полученной при сжигании биогаза достаточно, чтобы полностью покрыть потребность тепличного комплекса на протяжении восьми месяцев с марта по октябрь;

- тепловой энергии, полученной при сжигании биогаза достаточно, чтобы полностью покрыть потребность тепличного комплекса на протяжении восьми месяцев с апреля по ноябрь.

Таким образом, использование биогаза в сельскохозяйственном кластере позволяет решить ряд проблем, связанных с утилизацией отходов крупных животноводческих ферм, значительно снижая вред, наносимый экологии, а также способствует сокращению энергетических расходов. Объединение производственных предприятий АПК и средств альтернативной энергетики в единое целое способствует повышению эффективности работы всех объектов.

Список использованной литературы:

1. Статья об Импортозамещении: [Электронный ресурс] // Интернет-портал Российской газеты,URL: http://www.rg.ru/2014/08/05/za- meshenie.html (Дата обращения: 26.04.2015).

2. НТП 17-99 «Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета».

3. Баадер В., Бренндерфер М. Биогаз: теория и практика (Пер. с нем. и предисловие М. И. Серебряного.) - М.Колос, 1982 – 148 с.

4. Статья «Светокультура растений в теплицах»: [Электронный ресурс] // URL: http://www.greenhouses.ru/Svetokultura-rastenij-v-teplice (Дата обращения: 27.04.2015).

5. Статья «Двигатели, работающие на биогазе»: [Электронный ресурс] // URL: http://www.rosbiogas.ru/literatura/rukovodstvo-po-biog-azovim-texnologiyam/dvigateli-rabotayushie-na-biogaze.html (Дата обращения: 28.04.2015).

Код для цитирования: Скопировать