Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета, 2006, №18

УДК 621.936-61 

 

О ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ТОП
ЛИВ В ДВС СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ 

 

Чекемес Ю. Т. – к. т. н. 

Кубанский государственный аграрный университет 

 

В статье рассматривается возможность использования альтернативных топлив в 

двигателях внутреннего сгорания сельскохозяйственного назначения. Анализируются 

возможные ресурсы различных видов отходов растениеводства, их основные свойства, а 

также способы подготовки и использования в ДВС, возможные показатели двигателей при 

работе на этих топливах. 

 

Ключевые слова: ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТОПЛИВО 

ДВС СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЕ НАЗНАЧЕНИЕ 

 

 
Полное и бесперебойное энергоснабжение сельскохозяйственного про
изводства уже в настоящее время, а тем более в ближайшем и отдаленном бу
дущем, невозможно без использования возобновляемых источников энергии 

и альтернативных энергоносителей. 

Исторически на определенном этапе развития сельского хозяйства сло
жилось два основных способа энергообеспечения работ в сельском хозяйстве: 

мобильных процессов – за счет жидких топлив, используемых в тракторах, 

самоходных машинах и автомобилях; стационарных – от централизованных 

государственных электрических сетей. В силу ряда причин оба вида энерго
обеспечения становятся все более дорогими и ненадежными, поэтому в раз

личных концепциях развития энергетики чаще упоминаются системы децен
трализованного энергоснабжения. 

Из альтернативных видов топлив в ближайшее время наиболее пер
спективными являются сжиженный нефтяной газ и природный газ. В автомо
бильном транспорте они получают все большее применение. Разработаны 

также конструкции практически всех отечественных тракторов для работы на 

газообразном топливе. Однако практическое применение таких тракторов 

(как и газовых автомобилей в сельскохозяйственном производстве) ограничи
вается трудностями и высокой стоимостью организации заправки газовым 

топливом. Поэтому более простым и перспективным в сельскохозяйственном 

производстве может быть использование природного газа в системах резерв
ного энергообеспечения мобильными и передвижными электростанциями с 

двигателями внутреннего сгорания. 

В перспективе решение энергетической проблемы не представляется 

без использования возобновляемых источников энергии. 

Анализ литературных данных позволяет назвать в качестве перспек
тивных для степных районов Краснодарского края следующие возобновляе
мые источники и энергоносители: солнечную, ветровую энергию и биомассу 

(главным образом отходы растениеводства и животноводства). Первые два 

вида имеют очевидные достоинства, и над программами их широкого приме
нения работают многие организации. Однако в силу особенностей климати
ческих условий их непрерывное использование даже в комплексе затруднено: 

именно в периоды наименьших возможностей потребности в энергии многих 

технологических процессов в растениеводстве и животноводстве наиболь
шие. Для закрытия таких периодов необходимы большие и дорогостоящие 

аккумулирующие установки или применение других видов энергоносителей. 

Биомасса, которую достаточно просто запасать и хранить, может быть таким 

видом. 

В первую очередь и наиболее просто биомасса может быть использова
на для получения тепловой энергии, что имело широкое распространение в 

сельском хозяйстве в недавнем прошлом. Однако с точки зрения подготовки 

преобразования биомассы в источник энергии во многих случаях целесооб
разным может быть ее использование для получения механической работы. В 

настоящее время наиболее известным преобразователем является двигатель 

внутреннего сгорания. Поэтому именно этот двигатель необходимо рассмат
ривать с точки зрения использования биомассы с такими целями. 

Биомасса в твердом виде не может быть использована как топливо 

ДВС, она должна быть переработана в жидкие или газообразные виды. Для 

обеспечения этой возможности необходимы исследования вопросов конвер
тации ДВС, применяющихся в сельском хозяйстве, на природный газ при ис
пользовании их в стационарных или передвижных энергетических установ
ках. 

Использование отходов растениеводства как топлива ДВС представля
ется реальным в скором будущем. При этом необходимо проведение исследо
ваний по определению ресурсов различных видов отходов растениеводства в 

сельскохозяйственных предприятиях края, способов их подготовки, опти
мальных способов конвертации ДВС, технологических схем энергетических 

установок. 

Источниками биомассы как энергоносителя в сельхозпроизводстве мо
гут быть специально выращиваемые культуры, а также отходы растениевод
ства и животноводства. Наиболее перспективными культурами, выращивае
мыми как энергоноситель, могут быть рапс, сахарное сорго, топинамбур, а 

также некоторые быстрорастущие древесные породы. Однако в ближайшее 

время более целесообразным представляется использование отходов расте
ниеводства. 

Отходы растениеводства (стебли подсолнечника, солома и др.) тради
ционно использовались в степных районах в качестве топлива. Однако в 

дальнейшем они были заменены каменным углем и природным газом и прак
тически перестали использоваться как источник энергии, а их утилизация 

превратилась в борьбу и сопровождается затратами труда, энергетических ре
сурсов и ухудшением экологии. Поэтому в будущем использование отходов 

растениеводства для получения энергии как способ их утилизации неизбеж
но.  

При планировании использования отходов растениеводства в качестве 

энергоносителей в каждом конкретном случае необходимо знать их ресурсы и 

основные характеристики как источника энергии. 

В таблице, полученной на основе литературных данных, приведены 

наиболее важные характеристики основных видов отходов растениеводства 

Краснодарского края. 

Таблица 1 – Характеристика отходов растениеводства 

Материал 
Средняя 
урожайность, 
т/га 

Средняя 
плотность, 
3
м
/
кг
 

Теплота сгорания (при влажности 20 %) 
МДж/кг 

Примерный эквивалент жидкого топлива, 
кг/кг жидк. 
топл. 

1. Солома 
зерновых 
культур 

2,5–4 
55 
11,5 
4 

2. Стебли 
подсолнечника 

3 
40 
12,5 
4,2 

3. Стебли кукурузы 
6 
45 
12,5 
4,3 

4. Виноградная лоза 
2–4 
650 
14 
3,5 

5. Ветки после обрезки 
плодовых 
культур 

2–8 
750 
10,5 
4 

6. Древесина 
раскорчеванных садов 

40–100
750 
10,5 
4 

Как видно из таблицы, ресурсы некоторых из отходов огромны. Боль
шинство из них не используется или используется мало. Например, солома, 

ресурсы которой в крае наиболее велики, от трети до половины урожая сжи
гается на полях, а обрезанные ветви деревьев, виноградная лоза, древесина 

раскорчеванных садов сжигаются практически полностью.  

Отходы растениеводства имеют ряд свойств, которые отличают их друг 

от друга, а также от традиционных видов топлива. Это такие свойства, как 

плотность, размеры частиц, влажность и др. Поэтому даже при использова
нии их в простейшем варианте, для отопления, необходимо или усложнять 

конструкцию топочных устройств, или изменять их свойства переработкой 

(перемалывание, дробление, прессование и т. п.). В то же время наиболее 

важные характеристики отходов с точки зрения использования их как энерго
носителей – теплота сгорания единицы массы, химический (элементный) со
став – достаточно близки. Поэтому при соответствующей переработке они 

могут быть использованы в однотипных энергетических установках без су
щественных изменений их конструкции.  

Для компенсации дополнительных энергетических затрат на подготов
ку отходов растениеводства как топлива целесообразно преобразование хи
мической энергии отходов в механическую работу. В настоящее время таким 

преобразователем реально может быть только двигатель внутреннего сгора

ния. Поэтому необходимо изучение возможностей и способов использования 

отходов растениеводства именно в данном типе двигателей. 

Химическая энергия, заключенная в отходах растениеводства, в двига
телях внутреннего сгорания может быть использована только при их перера
ботке в жидкие или газообразные виды топлив. Естественно, применение 

жидких топлив на мобильных машинах сельскохозяйственного производства 

более естественно и целесообразно. В настоящее время известно достаточно 

много способов переработки твердых отходов в различные жидкие топлива: 

углеводородные, различные спирты и др. 

Однако технологии получения углеводородных жидких топлив требуют 

больших капитальных вложений, а применение различных спиртов – решения 

многих достаточно сложных проблем. 

При переработке в газообразное состояние могут быть получены газо
образные топлива в основном двух типов: биогаз, основным горючим элемен
том которого является метан, и генераторный газ.  

Технологии получения биогаза достаточно отработаны, однако, как и 

получение жидких топлив, требуют значительных первоначальных затрат и 

не могут быть реализованы в сельскохозяйственном производстве, если не 

будут включены в федеральную и региональную программы развития энерге
тики. 

Генераторный газ может быть получен в газогенераторных установках, 

конструкция которых достаточно хорошо известна и не требует существен
ных предварительных капитальных вложений. 

Во многих странах мира, в том числе в СССР, в 20–50-е годы 20 века 

выпускались газогенераторные тракторы и автомобили. Однако в дальней
шем от их производства и разработки отказались по многим причинам, самы
ми существенными из которых считаются меньшая мощность двигателя (на 

35–45 %) по сравнению с соответствующим двигателем на жидком топливе, а 

также большая масса газогенераторной установки и перевозимого топлива, 

больше 5 % конструкционной массы машины. Эти факторы очень существен
ны для мобильной машины, так как значительно снижают производитель
ность и экономичность ее работы. Однако для стационарных и передвижных 

энергоустановок эти недостатки гораздо менее существенны. Передвижные 

газогенераторные установки могут быть перемещены к местам скопления от
ходов растениеводства, обеспечивая компенсацию энергетических затрат на 

подготовку отходов растениеводства как топлива. Эффективность стационар
ных энергоустановок может быть существенно повышена при комплексном 

использовании энергии подготовленного из отходов растениеводства топлива 

на получение механической работы и тепловой энергии. 

Так как чисто газогенераторные двигатели в настоящее время не вы
пускаются, они могут быть разработаны на основе выпускающихся дизель
ных и карбюраторных двигателей. Как показали анализ и произведенные рас
четы, конвертация дизельного двигателя в чисто газогенераторный требует 

слишком большой конструктивной переработки, а при переводе на газоди
зельный цикл при снижении мощности в допустимых пределах замещение 

дизельного топлива может составить всего 30–40 % в зависимости от режима 

работы. Поэтому наиболее целесообразным представляется перевод на гене
раторный газ карбюраторных автомобильных двигателей, которые широко 

используются в сельском хозяйстве, для некоторых из них (например, ЗИЛ
130) имеются разработанные конструкции газогенераторных установок. 

Проведенные расчеты показали, что мощность таких двигателей при 

переводе на генераторный газ может уменьшиться на 25–30 % по сравнению 

с бензиновым вариантом, однако полученная мощность может быть доста
точной для использования их в качестве двигателей для различных типов пе

редвижных и стационарных энергетических установок, а полная замена в них 

жидкого топлива может дать экономический и экологический эффект. 

Анализ имеющихся данных показал, что в первом приближении основ
ные показатели двигателей, работающих на альтернативных топливах (газо
генераторные, на биогазе), могут быть определены, как и для двигателей на 

обычных жидких и газообразных топливах, методом теплового расчета. 

Показатели газогенераторного двигателя могут быть определены мето
дом теплового расчета газового двигателя. При этом должны быть внесены 

уточнения, связанные с особенностями наполнения, сжатия и сгорания рабо
чей смеси с генераторным газом, а также теплоты сгорания газа и смеси, теп
лоемкости смеси и продуктов сгорания. Такие уточнения могут быть сделаны 

на основании данных ранее проводившихся исследований газогенераторных 

двигателей с учетом особенностей состава и параметров генераторного газа, 

получаемого при использовании различных твердых топлив. 

 

Выводы  

1. Решение проблемы энергообеспечения мобильных технологических 

процессов в сельскохозяйственном производстве может быть достигнуто при 

одновременном использовании энергосбережения (применение энергосбере
гающих технологий, экономных машин, поддержании их экономичности в 

процессе эксплуатации и т. д.) и применения альтернативных топлив, возоб
новляемых источников энергии и энергоносителей. 

2. Одним из важнейших возобновляемых альтернативных видов топли
ва для сельскохозяйственного производства может быть биомасса отходов 

растениеводства и животноводства. Ресурсы ее очень велики, имеются из
лишки, утилизация которых сопровождается существенными экономически
ми и экологическими издержками. В то же время биомасса, обладая значи

тельными запасами энергии, может достаточно просто запасаться и храниться 

в отличие от других видов возобновляемых источников энергии (солнце, ве
тер и др.). 

3. Для компенсации неизбежных дополнительных затрат на подготовку 

биомассы как топлива целесообразно преобразование ее химической энергии 

в механическую работу, что в настоящее время реально может быть осущест
влено в двигателе внутреннего сгорания после переработки биомассы в жид
кие или газообразные топлива.  

4. В ближайшее время более перспективными представляются газооб
разные продукты переработки: биогаз и генераторный газ, которые могут 

быть использованы в конвертируемых на эти топлива карбюраторных, газо
вых или дизельных двигателях. Параметры этих двигателей могут быть рас
считаны на основании известных методик с предлагаемыми уточнениями. 

5. Наиболее целесообразно использование двигателей, которые работа
ют на получаемом при переработке биомассы газообразном топливе, в соста
ве передвижных энергетических модулей, смонтированных на автомобиль
ном или тракторном прицепе, производство которых возможно на базе пред
приятий АПК. 

 

Список литературы 

1. Автомобильные и тракторные двигатели (Теория, системы питания, конструкции 
и расчет) / под ред. проф. И. М. Ленина. – М. : Высшая школа, 1969. 
2. Артамонов, М. Д. Автотракторные газогенераторы / М. Д. Артамонов. – М. : Огизсельхозиздат, 1937. 
3. Баадер, В. Биогаз: теория и практика / В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер : пер. с 
нем. и предисловие М. И. Серебряного. – М. : Колос, 1982. 
4. Безруких, П. П. Нетрадиционная энергетика Индии: состояние и перспективы / П. 
П. Безруких, Т. М. Дорогина // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1997. – № 6. 
5. Биомасса как источник энергии : под ред. С. Соуфера, О. Заборски, пер. с англ. – 
М. : Мир, 1976. 

6. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей : под ред. А. С. Орлина, М. Г. Круглова. – М. : Машиностроение, 1983. 
7. Звонов, В. А. Экология: альтернативные топлива с учетом их полного жизненного 
цикла / В. А. Звонов, А. В. Козлов, А. С. Теренченко // Автомобильная промышленность. – 2001. – № 4. 
8. Колчин, А. И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей / А. И. Колчин, В. 
П. Демидов. – М. : Высшая школа, 1971. 
9. Лиханов, В. А. Снижение токсичности автотракторных дизелей / В. А. Лиханов, А. 
М. Сайкин. – М. : Агропромиздат, 1991. 
10. Некрасов, В. Г. Автотракторная техника на твердом топливе / В. Г. Некрасов // 
Тракторы и сельскохозяйственные машины. – 2001. – № 3. 
11. Огурлиев, А. М. Использование биотоплива в сельскохозяйственной энергетике / 
А. М. Огурлиев, З. А. Огурлиев // Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 2001. – № 2. 
12. Сиейнфорт, А. Р. Солома злаковых культур / А. Р. Сиейнфорт : пер. с англ. Г. Н. 
Мирошниченко. – М. : Колос, 1983. 
13. Стребков, Д. С. Проблемы развития возобновляемой энергетики / Д. С. Стребков 
// Механизация и электрификация сельского хозяйства. – 1997. – № 6. 
14. Тареев, В. М. Справочник по тепловому расчету двигателей внутреннего сгорания / В. М. Тареев. – М.-Л. : Издательство Министерства речного флота, 1947. 
15. Усаковский, В. М. Возобновляемые источники энергии / В. М. Усаковский. – М. : 
Россельхозиздат, 1986.