Энергетика технологических процессов сельскохозяйственных производств

АГРАРНЫЙ

Министерство сельского хозяйства РФ

С А Н К Т - П Е Т Е Р Б У Р Г С К И Й
Г О
С
У Д
А
Р С
Т В Е Н
Н
Ы
Й

У Н И В Е Р С И Т Е Т

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, B.C. ВОЛКОВ

ЭНЕРГЕТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ПРОИЗВОДСТВ

Учебное пособие для обучающихся по направлению 
подготовки 35.06.04 Технологии, средства механизации и 
энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном
хозяйстве

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ -  2019

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ 
ФГБОУ ВО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, B.C. ВОЛКОВ

ЭНЕРГЕТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ
ПРОИЗВОДСТВ

Учебное пособие для обучающихся по направлению 
подготовки 35.06.04 Технологии, средства механизации и 
энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном
хозяйстве

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ - 2019

УДК 621.311(07) 
ББК 40.76

Беззубцева М.М., Волков B.C. Энергетика технологических процессов 
сельскохозяйственных производств. Учебное пособие для обучающихся по 
направлению подготовки 35.06.04 Технологии, средства механизации и 
энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве. -  СПб.: 
СПбГАУ, 2019. -  191 с.

Рецензенты:
доктор техн. наук, профессор Ракутько С.А (ИАЭП); 
доктор техн. наук, профессор Новоселов А.Г. (НИУ ИТМО).

В учебном пособии для самостоятельной работы аспирантов представлена 
методология энергетического обследования сельскохозяйственных предприятий, 
включающая 
мониторинг 
структуры 
энергопотребления 
с 
анализом 
энергоемкости отраслей сельскохозяйственного производства и выявлением 
количества потребления энергоресурсов (электрической и тепловой энергии, 
природного газа, а также твердого и жидкого топлива). Представлены методики 
оценки 
энергоэффективности 
электротехнологических 
процессов 
сельскохозяйственного 
производства. 
Учебное 
пособие 
составлено 
в 
соответствии 
с 
рабочими 
программами 
дисциплины 
«Энергетика 
технологических процессов сельскохозяйственных производств» и предназначено 
для обучающихся по направлению 35.06.04 Технологии, средства механизации и 
энергетическое оборудование в сельском, лесном и рыбном хозяйстве. Учебное 
пособие 
также 
может 
быть 
использовано 
научными 
сотрудниками 
и 
инженерами, работающими в различных областях АПК.

Рекомендовано к публикации на электронном носителе для последующего размещения в 
электронной сети СПбГАУ, согласно соответствующему договору Учебно-методическим 
советом СПбГАУ, Протокол № ___от___ февраля 2019 г.

© М.М.Беззубцева, B.C. Волков, 2019 
© СПбГАУ, 2019

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.................................................................................................................. 7
Основные термины и определения.............................................................................. 13
Глава 1. Общая методика энергетического мониторинга 
сельскохозяйственных объектов при определении резервов и потенциала 
экономии топливно-энергетических ресурсов.......................................................17
1.1. Обследование и сбор исходных данных на действующих объектах.................17
1.2. Общая методика (алгоритм) энергетического мониторинга 
сельскохозяйственных процессов и объектов при определении резервов потенциала 
экономии топливно-энергетических ресурсов............................................................22
1.2.1. Понятия и расчетные зависимости для определения резерва и потенциала 
энергосбережения.....................................................................................................22
1.2.2. Алгоритм расчета резерва и потенциала экономии энергоресурсов.........22
1.3. Общие рекомендации по реализации резервов и потенциала экономии
топливно-энергетических ресурсов..............................................................................28
Глава 2. Энергетический мониторинг в растениеводстве защищенного грунта,
выявление резервов и потенциала экономии ТЭР................................................30
Глава 3. Энергетический мониторинг технологии хранения плодоовощной
продукции.......................................................................................................................41
Глава 4. Энергетический мониторинг сельскохозяйственных объектов, 
использующих в качестве энергоносителей в производстве теплоты и 
технологиях электрическую энергию, газ и твердое топливо, выявление 
резерва и потенциала экономии ТЭР........................................................................51
4.1. Исходные данные и показатели для определения энергозатрат в тепловых 
процессах животноводческих ферм............................................................................. 51
4.2. Методические положения по расчету энергозатрат на теплоснабжение 
животноводческих ферм................................................................................................54
4.3. Определение фактических энергетических параметров и энергозатрат по 
отдельным тепловым процессам и в целом по объекту..............................................63
4.4. Основные способы и пути экономии энергоресурсов.........................................68
4.5. Рекомендуемое энергосберегающее оборудование. Резервы и потенциал 
экономии ТЭР и их влияние на технико-экономические показатели объекта........ 70
4.5.1. Рекомендуемое оборудование.......................................................................70
4.5.2. Резервы и потенциал экономии ТЭР и их влияние на техникоэкономические показатели объекта....................................................................... 74
Глава 5. Энергетический мониторинг сельскохозяйственного
водоснабжения, выявление резервов и потенциала экономии ТЭР..................78
Глава 6. Энергетический мониторинг электроприводов сельскохозяйственных 
объектов, выявление резервов и потенциала экономии ТЭР..............................96
6.1. Обследование объекта и сбор исходных данных по мониторингу 
электроприводов............................................................................................................ 99
6.2. Методика определения резерва и потенциала энергосбережения и потенциала в 
электроприводах...........................................................................................................107

6.3. Мероприятия по экономии электроэнергии при использовании
электроприводов.................................................................................................... 108
Глава 7. Энергетический мониторинг процессов освещения и облучения 
сельскохозяйственных объектов, выявление резервов и потенциала
экономии ТЭР....................................................................................................... 111
7.1. Методика обследования и сбора данных по освещению на 
сельскохозяйственных объектах.......................................................................... 111
7.2. Методика определения резерва и потенциала энергосбережения объектов 
 
121
7.3. Мероприятия по экономии электроэнергии в осветительных установках 122 
Глава 8. Энергетический мониторинг зернопунктов, выявление резервов и
потенциала экономии ТЭР................................................................................ 125
8.1. Обследование и сбор исходных данных о зернопунктах............................125
8.2. Расчет резерва и потенциала экономии топливно-энергетического ресурса 
(ТЭР)....................................................................................................................... 129
8.3. Рекомендации по реализации выявленных резервов и потенциалов
экономии ТЭР........................................................................................................ 131
Глава 9. Примеры расчета................................................................................. 132
Приложения........................................................................................................... 143
Приложение 1 ........................................................................................................ 143
Приложение 2 ........................................................................................................ 166
Приложение 3 ........................................................................................................ 167
Приложение 4 ........................................................................................................ 168
Приложение 5 ........................................................................................................ 169
Приложение 6 ........................................................................................................ 177
Библиографический список.............................................................................. 187

ПРЕДИСЛОВИЕ

В 
условиях 
роста 
спроса 
на 
энергетические 
ресурсы, 
возрастающих тарифов на оплату энергоресурсов необходима оценка 
энергоэффективности сельскохозяйственной продукции, проведение 
обследования энергохозяйств сельскохозяйственных организаций с 
целью оценки потенциала энергосбережения и нерациональных 
потерь тепловой, электрической энергии, воды, разработка мер и 
обоснование технико-экономических решений, позволяющих снизить 
финансовые затраты на оплату энергоресурсов [1, 16, 17].
ФЗ №261 даёт определение: «энергетическая эффективность — 
это характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от 
использования энергетических ресурсов к затратам энергетических 
ресурсов, произведённым в целях получения такого эффекта, 
применительно 
к 
продукции, 
технологическому 
процессу, 
юридическому лицу, индивидуальному предпринимателю» [25, 36].
Энергоэффективность 
— 
эффективное 
(рациональное) 
использование энергетических ресурсов — достижение экономически 
оправданной эффективности использования топливно-энергетических 
ресурсов при существующем уровне развития техники и технологии 
и соблюдении требований к охране окружающей среды.
Эффективное использование энергии — это использование 
меньшего количества энергии, чтобы обеспечить тот же уровень 
энергетического обеспечения зданий или технологических процессов 
на производстве.
В отличие от энергосбережения (сбережение, сохранение 
энергии), 
главным 
образом 
направленного 
на 
уменьшение 
энергопотребления, 
энергоэффективность 
(полезность
энергопотребления) 
— 
полезное 
(эффективное) 
расходование 
энергии.
Энергоэффективность 
и 
энергосбережение 
входят 
в 
стратегические 
направления 
приоритетного 
технологического 
развития. Энергосбережение является общенациональной задачей, в 
процесс модернизации экономики России включены не только

7

хозяйствующие субъекты, но и все общество в целом, общественные 
организации, политические партии, а вопросам энергосбережения и 
энергетической эффективности уделяется особое внимание.
Специфика 
повышения 
энергоэффективности 
в 
сельском 
хозяйстве проявляется в организации управления и принятия 
решений, степени и возможности регулирования, структуре и 
схожести технических и институциональных решений.
Энергетические ресурсы как экономическая категория имеют 
качественную определенность (понятие, состав) и количественную 
характеристику (показатели). Система показателей использования 
энергетических 
ресурсов 
включает 
группы 
обобщающих 
и 
единичных (частных, локальных) показателей, а также нормы их 
расхода.
К 
обобщающим 
показателям 
относятся 
энергоотдача, 
энергоемкость производства и продукции, показатели абсолютного и 
относительного изменения объема энергетических затрат, показатели 
структуры 
потребления, 
интенсификации 
использования 
энергетических ресурсов и другие.
К единичным показателям относят показатели полезного 
использования, показатели, характеризующие долю потерь и степень 
вовлечения в производство.
Необходимо 
отметить, 
что 
в 
сельском 
хозяйстве 
энергопотребление 
имеет 
ряд 
особенностей, 
обусловленные 
особенностями функционирования сельскохозяйственной отрасли:
-  использование 
в 
производственном 
цикле 
биологических 
факторов, что обуславливает особенности потребления и 
распределения энергии, возможные энергетические источники;
-  двойственность 
энергопотребления 
в 
сельском 
хозяйстве 
(фотосинтезе 
и 
преобразовании 
энергии; 
использование 
энергоносителей);
-  структура теплоэнергетических ресурсов помимо традиционных 
источников энергии включает солнечную энергию, энергию 
биологической массы, вторичные энергоресурсы;

8

-  более неблагоприятные климатические условия, чем в развитых 
капиталистических странах, поэтому 30-40% энергетических 
ресурсов, потребляемых в сельском хозяйстве, тратится на 
обогрев помещений;
-  сельское 
хозяйство 
не 
является 
крупным 
потребителем 
энергоресурсов 
по 
сравнению 
с 
промышленностью, 
транспортом и населением.
Использование 
электроэнергии 
в 
сельскохозяйственном 
производстве происходит в следующих направлениях: освещение, 
электронагрев, 
электропривод 
машин 
и 
механизмов, 
электротехнология и системы управления [32, 39, 40].
Затраты на электропривод тесно связаны с технологией 
производства (доение, уборка навоза и т. д.) и трудно регулируются. 
Снижение затрат на электропривод повлечет изменение технологии 
производства, однако большое число двигателей в настоящее время 
эксплуатируются 
с 
минимальной 
загрузкой 
и 
резервы 
для 
энергосбережения большие [1,2, 16].
Наибольший расход электроэнергии в хозяйствах приходится 
на электроосвещение (30-45 %) и обогрев, в т. ч. нагрев воды на 
технологические 
нужды. 
При 
этом 
в 
большинстве 
случаев 
используются неэкономичные системы освещения и водонагрева.
Основное 
производство 
на 
сельскохозяйственных 
предприятиях Ленинградской области — это фермы крупного 
рогатого скота, состоящие из скотных дворов, телятников, родильных 
отделений, бойни, доильных залов. Отопление производится только 
доильных залов и родильных отделений локальными местными 
электрокотельными, в редких случаях используется теплообменники 
(7 %) в основном собственного производства для утилизации тепла 
животных [31, 34].
Дополнительное производство — сооружения для сушки и 
очистки 
зерна, 
заготовки 
кормов 
и 
сена, 
зернохранилища, 
овощехранилища, корнеплодохранилища, склады и т.п. Эта категория 
зданий и сооружений не отапливается. Вспомогательные цеха — 
мастерские, гаражи, система водоснабжения и т. п. Здесь отопление с

9

помощью электронагревателей, в основном локальное, только тех 
мест, где работают люди.
Анализ 
показывает, 
что 
наиболее 
энергоемкой отраслью 
сельскохозяйственного производства является животноводство. На 
животноводство может приходиться до 80 % затрат на энергию в т. 
у.т. хозяйства. Анализ структуры потребления энергоресурсов 
хозяйств также показал, что наиболее затратной частью является 
потребление электрического тока на долю которого приходится до 60 
% 
от 
всего 
объема 
энергоресурсов. 
Затраты 
энергии 
по 
технологическим процессам показали, что наиболее затратными 
является освещение. На освещения затрачивается до 45 % энергии, на 
втором месте затраты на электродвигатели с показателем до 35 %. 
Разработка 
только 
мероприятий 
по 
снижению 
затрат 
на 
электричество позволит уменьшить себестоимость продукции на 5-10 
%, за счет замены стандартных ламп на лампы ДНаТ [1, 34].
Учебное пособие предназначено для самостоятельной работы 
аспирантов по дисциплине «Энергетика технологических процессов 
сельскохозяйственных 
производств». 
Представлена 
методология 
энергетического обследования сельскохозяйственных предприятий, 
включающая мониторинг структуры энергопотребления с анализом 
энергоемкости отраслей сельскохозяйственного производства и 
выявлением количества потребления энергоресурсов (электрической 
и тепловой энергии, природного газа, а также твердого и жидкого 
топлива). 
Приведены 
методики 
оценки 
энергоэффективности 
электротехнологических 
процессов 
сельскохозяйственного 
производства.
Основные 
компетенции, 
приобретаемые 
аспирантами 
при 
изучении дисциплины:
а) универсальные (УК):
-  способностью к критическому анализу и оценке современных 
научных достижений, генерированию новых идей при решении 
исследовательских 
и 
практических 
задач, 
в 
том 
числе 
в 
междисциплинарных областях (УК-1);
-  
способностью 
проектировать 
и осуществлять 
комплексные 
исследования, 
в 
том 
числе 
междисциплинарные, 
на 
основе
ю

целостного системного научного мировоззрения с использованием 
знаний в области истории и философии науки (УК-2);
-  готовностью участвовать в работе российских и международных 
исследовательских коллективов по решению научных и научнообразовательных задач (УК-3);
-  готовностью использовать современные методы и технологии 
научной коммуникации на государственном и иностранном языках 
(УК-4);
-  способностью следовать этическим нормам в профессиональной 
деятельности (УК-5);
-  способностью планировать 
и решать задачи собственного 
профессионального и личностного развития (УК-6).
б) общепрофессиональные (ОПК):
-  
способностью 
планировать 
и 
проводить 
эксперименты, 
обрабатывать и анализировать их результаты (ОПК-1);
-  способностью подготавливать научно-технические отчеты, а также 
публикации по результатам выполнения исследований (ОПК-2);
-  
готовностью 
докладывать 
и 
аргументированно 
защищать 
результаты выполненной научной работы (ОПК-3);
-  готовностью к преподавательской деятельности по основным 
образовательным программам высшего образования (ОПК-4).
в) профессиональные (ПК):
-  способностью к использованию фундаментальных и прикладных 
законов 
естественнонаучных 
дисциплин 
в 
профессиональной 
деятельности, 
применения 
методов 
математического 
анализа, 
моделирования 
и 
оптимизации 
электротехнологий 
и 
электрооборудования в энергетической сфере сельского хозяйства 
(ПК-1);
-  способностью анализировать и использовать научно-техническую 
информацию, отечественный и зарубежный опыт по обеспечению 
энергоэффективного стратегического развития сельского хозяйства 
(ПК-2);
-  способностью интегрировать инновационные электротехнологии, 
электрооборудование, интеллектуальную собственность 
и научные 
методы управления энергообеспечением и энергосбережением в 
сельском хозяйстве (ПК-3);
-  способностью к преподаванию в высшем учебном заведении 
электротехнических дисциплин по программам 
магистратуры и 
бакалавриата (ПК -  4).

и