Энергетика тепличного хозяйства
Текст: А. Куприянов, инженер, менеджер по коммерческим вопросам компании Haifa-Chemicals Ltd. на территории РФ
Из-за высокой цены на энергоносители доля затрат на этот ресурс в производстве тепличной продукции составляет в среднем 50–60 процентов, что вынуждает предпринимателей размещать комплексы в южных регионах России. Однако является ли это решение единственным выходом из ситуации?
В октябре 2015 года Президент РФ Владимир Путин поручил Правительству России разработать механизмы снижения стоимости электроэнергии для аграриев, выращивающих овощи в защищенном грунте. Это говорит о желании государства улучшить ситуацию в тепличном секторе страны и частично решить одну из главных проблем этого направления АПК. Пока сельхозпроизводители старались регулировать ее самостоятельно — искали способы экономии посредством строительства крупных тепличных проектов в Краснодарском и Ставропольском краях, Ростовской области и других южных регионах страны, где за счет высокой среднегодовой температуры и большого количества солнечных дней можно немного экономить на энергетических расходах.
БОЛЬНОЕ МЕСТО
Основным сдерживающим фактором развития тепличных хозяйств служит безудержный рост тарифов на тепловую и электрическую энергию, коммунальные платежи. За пять последних лет стоимость газа выросла почти на 300 процентов, а для того чтобы подвести к тепличному комплексу электричество, приходится платить большие денежные суммы. Закупками по оптовым ценам обеспечиваются лишь около 50 процентов необходимого объема газа и примерно 30 процентов электроэнергии. Недостающее количество приобретается по коммерческой стоимости, между тем как тарифы на газ и электричество повышаются каждый год, перекрывая инфляцию в несколько раз.
Поставщики оказывают значительное влияние на цены, качество и условия поставки, в то время как тепловые ресурсы — важнейшая составляющая в производстве тепличной продукции. Сегодня структура затрат на выращивание овощей неоднородна: на удобрения приходится 5–8 процентов от общего объема, на семенной и посадочный материал — 4–6 процентов, оплату труда — 20–25 процентов, электроэнергию — 14–18 процентов, тепловую энергию и газ — 35–40 процентов, прочие затраты расходуют 10–15 процентов. Очевидно, что суммарные издержки тепличных хозяйств на электричество и тепло составляют в среднем не менее 50 процентов всех расходов. В некоторых теплицах доля затрат на электро- и тепловую энергию может доходить до двух третей от общего объема расходов. Все это предопределяет необходимость поиска альтернативных и более дешевых источников энергии для данных целей.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ УГРОЗА
В сложившихся условиях есть один действенный выход: необходимо широко использовать сберегающие технологии при строительстве тепличных комплексов и выращивании овощной продукции, а также применять внутренние ресурсы энергетических станций, создавая тепличные хозяйства на базе АЭС и ТЭС. На подобных предприятиях в результате технологического цикла образуется избыточная тепловая энергия. Она зачастую не используется и при этом служит причиной загрязнения прилегающих к станциям ареалов и нарушения биологического разнообразия в них. Вследствие повышения температуры в водоеме и вызванного этим изменением их естественного гидротермического режима ускоряются процессы цветения воды из-за развития сине-зеленых водорослей; уменьшается растворимость газов в воде, что особенно опасно для гидробионтов — рыб. Также меняются физические свойства жидкости и активизируются все химические и биологические механизмы в ней. В зоне подогрева снижается прозрачность воды, растет уровень рН, убыстряется разложение легко окисляющихся веществ. Скорость фотосинтеза в таком водоеме заметно понижается. Восприимчивость живых организмов к токсичным веществам с возрастанием температуры воды обычно увеличивается.
На атомных электростанциях наряду с выработкой электроэнергии выделяется огромное количество тепла: до 4 кВт ч тепловой энергии на 1 кВт ч электрической. Например, Волгодонская АЭС для охлаждения только одного ядерного реактора использует более 120 тыс. куб. м воды в час, после чего с температурой около 30°С ее направляют в водоем-охладитель. При этом ухудшается экологическая обстановка на обширной территории. С целью снижения теплового загрязнения окружающей природной среды на некоторых АЭС строят гигантские градирни, более 100 м в высоту и стоимостью около миллиарда рублей. Подсчитано, что станция, вырабатывающая в год 3000 МВт электроэнергии, одновременно производит и побочное тепло, для рассеивания которого требуется водоем площадью не менее 1800 га и глубиной 9–10 м. Вода, поглощающая эту избыточную тепловую энергию, поступает в пруд-охладитель. Еще теплая — температура может достигать 35–50°С — она сбрасывается в близлежащие реки или другие водоемы. Это ведет к нарушению естественного теплового баланса, изменяет биоритмы водных обитателей, повышает их восприимчивость к токсинам и радионуклидам, способствует развитию сине-зеленых водорослей. При повышении температуры воды всего на 1°С биологическое потребление кислорода возрастает на 15–20 процентов.
БЛИЗКОЕ РЕШЕНИЕ
Как пример пагубного влияния вторичного тепла АЭС на окружающую среду можно привести гибель в 1988 году озер Посьво и Удомля, куда отводились воды из пруда-охладителя Тверской АЭС. Зимой вода имела температуру 46°С, летом — 25–34°С. Вследствие этого произошло то, о чем предупреждали ученые: бурное развитие бактерий, водорослей, гибель рыбы, а за ней и других гидробионтов.
Аналогичные расчеты для ТЭС показывают, что для электростанции мощностью 1000 МВт требуется водоем площадью 810 га и глубиной около 9 м. Подобные производства в среднем повышают температуру воды по сравнению с окружающей средой на 5–15°С. Если этот показатель в водохранилище составляет 16°С, то вода, отработанная на ТЭС, будет нагрета до 22–28°С, а в летний период — до 30–36°С. Таким количеством энергии можно обогреть значительные площади тепличных хозяйств, которые помимо этого выполнят функцию искусственного радиатора-охладителя — при сбросе в водоем температура воды снизится. Использование данного избыточного тепла на обогрев тепличного хозяйства или даже ряда крупных комплексов, находящихся на соответствующих расстояниях от энерговырабатывающих предприятий, позволит не только значительно уменьшить статью расходов на обогрев, но и существенно снизить негативные последствия загрязнения прилегающих ареалов.
Тепличные хозяйства также сталкиваются со значительными эксплуатационными расходами на освещение в ночное время, в котором остро нуждаются растения. Между тем тепловые и атомные электростанции постоянно имеют дело с проблемой невостребованности «ночной» энергии, которую можно частично реализовывать в рамках близлежащих крупных тепличных комплексов. При этом главное преимущество электростанций — низкая стоимость вырабатываемой энергии. Согласно расчетам, АЭС или крупная ТЭС — угольная либо газовая — за счет использования своих энергетических ресурсов могла бы относительно легко обеспечить потребности в тепле крупного — до 100 га — тепличного хозяйства. Практика показывает, что сотрудничество теплиц и энерговырабатывающих предприятий, прежде всего тепловых электростанций, вполне реально. По данным Минсельхоза, уже около 30 процентов комплексов используют тепло, получаемое от ТЭС и других энерговырабатывающих предприятий.
ВЗАИМНАЯ ВЫГОДА
Избыточное тепло может поставляться и другими энерговырабатывающими предприятиями. Например, в хозяйствах одного московского агропромышленного комбината, получающих тепло от местного нефтеперерабатывающего завода, годовые затраты на обогрев теплиц в 2–2,5 раза ниже, чем в комплексах, теплоснабжение которых ведется от собственных котельных. При утилизации тепловых отходов промышленности расход топлива сокращается в шесть раз. Однако не всегда сотрудничество с ТЭС оказывается выгодным. Многое зависит от расстояния между теплицей и ТЭС, а также состояния трубопровода. Например, тепличный комбинат в Саратовской области столкнулся со следующей проблемой: протяженность трубопровода до городской ТЭЦ составляет 11 км, и его состояние оставляет желать лучшего. Поэтому предприятие пришло к решению о строительстве собственной котельной.
Исходя из практики работы хозяйств с ТЭС, можно констатировать, что затраты на тепло в данном случае уменьшаются в два раза. Себестоимость продукции теплицы сокращается в среднем на 18–20 процентов, что существенно при довольно низкой рентабельности тепличного производства. Данный эффект может значительно усилиться, если крупные тепловые электростанции диверсифицируются. Такое возможно при высокой ликвидности выпускаемой ими продукции. Впоследствии АЭС или ТЭС, претерпевшая частичную диверсификацию, может поставлять на рынок новую для себя, но постоянно востребованную потребителями продукцию, например строительство и обеспечение функционирования хранилища-холодильника, который должно иметь каждое крупное тепличное предприятие. При этом использование внутренних ресурсов сделает электростанцию высококонкурентной, также выиграет и население, покупая относительно дешевые и качественные овощи и фрукты, получит пользу государство за счет снижения затрат на импорт.
Источник статьи: http://agbz.ru/articles/energetika-teplichnogo-hozyaystva/
Сколько нужно мощности, чтобы отопить дом электричеством — давайте посчитаем
Тема отопления в России будет важна всегда — а если у вас есть свой дом, то вдвойне . Давайте представим, что нам нужно отопить дом электричеством . Это дорого, но если вам нужно греть жильё время от времени вполне терпимо .
Сколько киловатт понадобится, чтобы обогреть небольшой дом для «наездов» по выходным и праздникам — или на постоянку — давайте посчитаем !
Считаем теплопотери (без формул — просто и понятно)
Что такое отопление дома и зачем оно вообще нужно? Для комфортного жития нам всем нужно, чтобы вокруг было не слишком холодно , иначе наша внутренняя «печка», компенсирующая перепады температуры перестанет справляться и мы начнём терпеть неудобства , болеть и жечь на полу костры 🙂
Летом температура комфортна и без отопления — где-то начиная с 16 градусов тепла нужда во внешних источниках тепла отпадает — достаточно одеться потеплее. Но вот осенью и тем более зимой , мы просто вынуждены производить внутри наших домов тепло , которое скомпенсирует потери энергии , выходящей через стены, пол и потолок, но больше всего — через двери и окна.
Как понять, сколько именно тепла мы должны произвести для того, чтобы жить в доме стало комфортно ? Есть сложные формулы, но я не буду вас грузить — если вам нужно точно посчитать теплопотери дома, найдите в гугле «онлайн калькулятор теплопотерь» (нужно вбить поиск эту фразу) и посчитайте. А я уже сделал это за вас — я посчитал несколько вариантов частных домов из разных материалов, принимая, что:
- площадь дома равна 100 квадратных метров (1 этаж 10х10);
- температура снаружи минус 10 градусов;
- температура внутри плюс 20 градусов.
Результаты этих расчётов я собрал в таблицу, которую вы можете увидеть ниже.
Само-собой, более скромные дома будут «съедать» меньше энергии — её можно посчитать, уменьшая цифру из таблицы пропорционально уменьшению площади дома.
Уменьшить теплопотери можно уменьшая количество и площадь окон , наращивая толщину стен , а лучше — добавляя ещё слой теплоизоляции , нелишним будет тамбур перед входной дверью. Но средние цифры будут колебаться примерно в указанных числах.
Хватит ли одной фазы для отопления дома?
Зная, что для обогрева дома нужно не меньше 10 кВт в пике, можно понять, что одной фазы для реализации этой задачи не хватит . Дело в том, что энергосети не выдают на одну фазу больше 7,5 кВт, это нужно, чтобы избежать перекоса фаз. 7,5 кВт хватит на осеннее время, но зимой, когда вода снаружи превратится в снег и лёд, в доме будет слишком холодно — что-то около 12 градусов.
Тут есть два пути. Первый — подключать три фазы , тогда у вас будет 15 кВт и тепла хватит . Второй — оставить одну фазу и отапливать весь дом до 10-12 градусов, чтобы избежать порчи отделочных материалов. Спальню при этом нужно прогревать отдельно , увеличенной мощностью. Если дополнительно утеплить этот «островок тепла», например установить более толстую межкомнатную дверь и трехкамерный стеклопакет, получится вполне сносно.
Ну и не забывайте, что отопление электричеством это дорогое удовольствие: если «жарить по-полной», в месяц может уходить 15 тысяч рублей и даже больше . Обязательно подключайте двойной тариф, чтобы ночью платить не 6 рублей, а всего 2,5 за киловатт-час.
Оценивайте свой бюджет и будьте к этому готовы. Утешением может послужить факт, что отопление электричеством самое экологичное , простое в устройстве и надёжное .
Спасибо, что дочитали до конца — знать точные цифры очень важно, и теперь они у вас есть. Тепла в ваш дом и комфорта вашей жизни — ставьте лайк , если вам пригодилось и делитесь этой статьёй с друзьями — кнопочки для этого есть чуть ниже 🙂
Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/elektrik/skolko-nujno-moscnosti-chtoby-otopit-dom-elektrichestvom-davaite-poschitaem-5ffbf2eeaf142f0b17795d65
Автономная генерация для теплиц: урожай выше – энергозатраты ниже
Опубликовано: 02 ноября 2018 г.
Искусственно создавая оптимальные условия роста в теплице, можно круглый год выращивать овощи, домашние растения, цветы и саженцы даже в местах с суровым климатом. Отрасль защищенного грунта является индустриальной и высокотехнологической, но и энергоемкой. В большинстве хозяйств в структуре себестоимости продукции стоимость энергоносителей достигает 50-60%.
Н еобходимость подогрева воздуха в теплицах, воды для полива высаженных культур, грунта требует колоссального количества тепловой энергии особенно при низких температурах окружающего воздуха. Для получения тепла большинство отечественных тепличных хозяйств используют котельные, в которых первичный энергоноситель (газ, дизтопливо, уголь и др.) сжигают только для того, чтобы получить тепловую энергию для обогрева. Поставщиком электрической энергии для электроснабжения технологического оборудования теплиц (насосное и вентиляционное, холодильное оборудование, транспортеры и т.д.) как правило выступают территориальные энергосбытовые компании (рис. 1).
Не секрет, что линии электропередачи и коммутационное оборудование за долгое время эксплуатации морально и технически устарели. Но даже высокие тарифы на электроэнергию, которые за последние несколько лет выросли в разы и, судя по всему, будут продолжать расти, не дают гарантии владельцу тепличного комплекса, что он в какой-то момент не столкнется с обесточенным хозяйством. Длительное отсутствие электро- и теплоснабжения и, следовательно, невозможность осуществления технологических процессов, могут привести к гибели урожая и даже к обрушению теплиц.
Известны факты, подтверждающие не совсем взаимовыгодные отношения тепличных хозяйств и энергосбытовых компаний. Так, некоторые ТСО и ЭСК сегодня ставят вопрос о подписании договора на энергоснабжение теплиц на пять лет вперед с учетом почасовых (!) лимитов электроэнергии. Эти требования ставят тепличные хозяйства в затруднительное положение – энергопотребление теплиц в большой степени зависит от температуры окружающего воздуха и погоды, предсказать которую даже на месяц вперед с высокой степенью вероятности невозможно.
Рост растений определяется процессами фотосинтеза, для которого главным источником энергии является свет, а темпы роста и развития растений пропорциональны уровню их освещенности. Поэтому все чаще российские компании отрасли защищенного грунта используют технологии досвечивания, особенно в зимний, весенний и осенний периоды, когда низкий уровень естественной солнечной радиации сопровождается коротким световым днем.
Доказано, что использование правильных технологий освещения позволяет вдвое повысить урожайность, продлить сезон, расширить ассортимент культур, улучшить качество продукции и гарантировать поставки. Ограниченное предложение на рынке сельскохозяйственной продукции и относительно высокие цены на нее в период осень-весна делают рентабельными системы электрического досвечивания. Однако эти системы требуют значительного количества электрической энергии (от 70 до 100 Вт на 1 м2 площади), чтобы достичь уровня освещения до 6-7 кЛк. Большая урожайность достигается при освещении 20 кЛк и выше. Соответственно, для этого необходимо устанавливать большее количество светильников и при эксплуатации расходовать большее количество электрической энергии. Несложно подсчитать, что суммарное энергопотребление тепличного хозяйства на досвечивание может достигать до 10 МВт.
В целом эксперты отрасли приводят следующие цифры: энергопотребление 1 га теплицы составляет около 1 МВт электроэнергии и 2 МВт тепла. Принимая во внимание высокую удельную стоимость энергоносителей в цене продукции, существенного снижения себестоимости продукта и увеличения прибыльности, можно достичь лишь уменьшением «энергетической составляющей».
Эксперты при анализе существующих схем энергоснабжения тепличных хозяйств часто отдают предпочтение автономной генерации. Собственная теплоэлектростанция позволит не только исключить или значительно уменьшить платежи в адрес электро- и теплосбытовых компаний, но и значительно поднять урожайность за счет полезного использования (СО2) двуокиси углерода (углекислого газа), который в большом количестве содержится в выхлопных газах.
Технологический процесс выглядит следующим образом: когенерационная установка вырабатывает электроэнергию, в теплообменном оборудовании происходит передача тепла выхлопных газов, систем смазки и охлаждения внешнему контуру потребителя. Параллельно с этим через выхлоп происходит выброс продуктов горения. Далее выхлопные газы проходят процесс очистки и удаления оксидов азота, затем охлаждаются в теплообменном аппарате до допустимой температуры (примерно до +50°С) и удаляется конденсат.
С помощью лопастных турбовентиляторов газы подаются в систему подачи СО2 на теплицу по трубопроводам (перфорированные трубы ПВХ или перфорированные пленочные рукава) смешиваются с воздухом в теплице и доставляются непосредственно к основаниям растений. В окружающем воздухе содержится около 350 объемных долей углекислого газа. Для активного роста, в зависимости от вида растений, в атмосфере теплицы должно содержаться от 700 до 800 объемных долей СО2. За один час мини-ТЭС мощностью 1 МВт при среднегодовой нагрузке 75% вырабатывает 372 м3 углекислого газа нормального давления с содержанием СО2 на уровне 700 ppm. При таком подходе урожайность отдельно взятой теплицы возрастает примерно на 30-40%.
Совместное же использование технологий досвечивания с обогащением углекислым газом приводит к повышению урожайности в 2-2,5 раза – выгода налицо!
Энергоцентры тепличных комбинатов являются самым эффективным решением для организации автономного энергоснабжения и обеспечивают коэффициент использования топлива (КИТ) системы на уровне 95-97%. Действительно, помимо электрической и тепловой энергии потребитель получает источник углеродного питания растений, что необходимо для интенсивного процесса фотосинтеза. Электрическая энергия расходуется на покрытие собственных нужд и искусственное освещение тепличного хозяйства, а посредством системы утилизации тепла происходит снабжение агрокомплекса тепловой энергией.
Эффективное энергоснабжение агрокомплексов, согласно мнению экспертов, может быть построено на базе газопоршневых генераторных установок, работающих в когенерационном режиме по схеме, представленной на (рис. 2).
Предлагаемая схема позволяет использовать тепло всех контуров охлаждения газопоршневой электростанции, причем, с разным температурным графиком. Организация системы отопления с разделением контуров отопления на практике показывает свою эффективность в плане экономии тепла и улучшения температурных полей теплицы. Подобные схемы получили широкое распространение в европейских государствах – Бельгии, Дании, Франции, Испании, Великобритании, Португалии, а достигли своей кульминации в тепличных хозяйствах Нидерландов. Именно здесь многолетний опыт культивирования овощей и цветов сделал эту систему уникальной, не имеющей аналогов в мире. В качестве топлива может использоваться как природный магистральный газ, так и биогаз – продукт анаэробного разложения органических отходов. Помимо систем утилизации тепла и комплектных распределительных устройств 6,3 кВ или 0,4 кВ в состав энергоцентра агрокомплекса необходимо включить систему выделения СО2 из дымовых газов.
Результатом проведенной модернизации производства станет существенное увеличение производительности теплиц, повышение надежности и качества электро- и теплоснабжения и, наконец, существенная экономия денежных средств за счет отказа от услуг поставщиков электрической и тепловой энергии. В случае же использования биогаза – независимость от поставщиков топлива и дополнительный источник удобрений.
Источник статьи: http://aqua-therm.ru/articles/articles_561.html