Роль энергосбережения в сельском хозяйстве

Введение. 
 
В настоящее время становится очевидно, что мировым продовольственным системам необходимо снизить зависимость от органического топлива, чтобы обеспечить продовольствием растущую численность населения мира.   
Ведь существует обоснованный повод для беспокойства, что текущая зависимость продовольственного сектора от органического топлива может ограничить способность сектора удовлетворить мировой спрос на продовольствие. Основная задача состоит в разделении цен на продовольствие от растущих цен на органическое топливо.

Высокие и нестабильные цены на органическое топливо и сомнения в отношении их доступности в будущем означают, что агропромышленным комплексам необходимо переключиться на модель использования альтернативных источников энергии.  

Важно понимать, что продовольственный сектор как потребляет энергию, так сам ее и производит. Отсюда должен быть выработан специальный подход к сельскому хозяйству, учитывающий этот энергетический фактор. Необходимо предложить способ, каким образом лучше воспользоваться преимуществами этого двустороннего взаимодействия энергетической и продовольственной составляющих.      
 
В сельском хозяйстве используется огромное количество энергии: для накачки воды, содержания животных, выращивании урожая, поддержания температурных режимов для с\х культур, сушки, хранения. После сбора урожаев она используется в переработке, упаковке, хранении, транспортировке и потреблении.   При этом всем около трети всей затраченной энергии теряется или расходуется впустую. Что недопустимо в современных условиях сырьевой зависимости. 
 
Таким образом, первостепенной задачей является развитие огромного потенциала сельского хозяйства в производстве энергии, необходимой для того, чтобы прокормить население планеты и помочь сельскому развитию. 
Использование местных возобновляемых энергетических ресурсов по всей производственной цепи поможет улучшить доступ к энергии, диверсифицировать доходы фермеров и перерабатывающей индустрии, минимизировать продовольственные отходы, снизить зависимость от органического топлива и выбросы парниковых газов и помочь достигнуть целей устойчивого развития. 
 
Важно отметить, что переход к сельскому хозяйству, учитывающему энергетический фактор, это сложный процесс, требующий долгосрочного видения, но который должен начаться уже сейчас. 
Ключевыми составляющими такого подхода является обеспечение доступа к энергии для всех, особенно для сельских жителей; улучшение энергетической эффективности на всех этапах продовольственной цепи и замена органического топлива возобновляемыми источниками энергии в продовольственном секторе. 
 
Роль энергосбережения в сельском хозяйстве . 
 
Энергосбережение с каждым годом становится все более актуальной проблемой. Ограниченность энергетических ресурсов, высокая стоимость энергии, негативное влияние на окружающую среду, связанные с её производством, все эти факторы невольно наводят на мысль, что разумней снижать потребление энергии, нежели постоянно увеличивать её производство, а значит, и количество проблем. Во всем мире уже давно не только постоянно ведется поиск путей уменьшения энергопотребления за счет его рационального использования, но и достаточно эффективно применяется. Наглядным примером является опыт Швеции, Германии, Франции, Канады. В нашей стране этому вопросу уделялось недостаточное внимание и носило слабый характер. Тем не менее, несколько лет назад и у нас началось формирование такого понятия, как энергосберегающая политика.

Сохранение энергии - наиболее обещающий путь к решению в  ближайшей перспективе проблем  нехватки ископаемого топлива для  производства и переработки сельскохозяйственной продукции. Здесь хотелось бы отметить, что, с одной стороны, сельское хозяйство  не является самым крупным потребителем ископаемого топлива. С другой стороны для увеличения производства продукции сельское хозяйство должно развиваться, интенсивно используя индустриальные технологии, а этот процесс неразрывно связан с возрастанием потребления энергии. На сегодняшний день прирост продукции на 1 % влечет за собой увеличение расхода энерго-ресурсов на 2 - 3 %. Затрагивая мировые тенденции энергосбережения, хотелось бы отметить, что сельское хозяйство России значительно отстает в этой области от зарубежных стран. Это объясняется, главным образом тем, что разразившийся в 70-е годы энергетический кризис заставил страны Западной Европы, США, Канады, Японии разработать и внедрить систему технических, технологических, организационных и экономических мероприятий, позволивших обеспечить рост производства продукции сельского хозяйства при уменьшении энергозатрат. Например, удельный вес энергозатрат в объединенной Германии в стоимости продукции составляет порядка 7 %, в России же - свыше 20. Причем отмечаются тенденции роста не только общих энергозатрат, но и удельных (на 1 га, на 1 работника, на 1 рубль валовой продукции). В структуре потребления наибольший удельный вес приходится на дизельное топливо - порядка 30 %; бензин - 11-16 %; природный газ -20%; электроэнергия и уголь - 10-11%. Как видно основное потребление энергии осуществляется за счет использования первичных не возобновляемых источников энергии. Поэтому в современных условиях вопрос экономии топливно-энергетических ресурсов приобретает особую остроту.

К тому же растущий дефицит сельхозмашин и низкий уровень их готовности в  сочетании с удорожанием топлива  и смазочных материалов привел к  тому, что площади посевов и  поголовье скота неизменно сокращается. Надежды на то, что это может  быть компенсировано ростом урожайности и продуктивности, не подтверждаются. Более того, снижение потребления минеральных и органических удобрений привело к падению плодородия почв. По сути дела, в последние годы сельскохозяйственное производство осуществлялось в “долг”, за счет эксплуатации природного потенциала земли, без его восстановления сельское хозяйство становится все более уязвимым к перепадам погодных условий, все более неустойчивым и труднопрогнозируемым. Следовательно, без организации товарного производства на базе энергоресурсосбережения не может быть нормального отечественного рынка продовольствия, сориентированного на массового потребителя.

К вышесказанному хотелось бы добавить, что проблема энергосбережения является комплексной и включает целый  ряд задач. Поэтому попытки решать отдельные вопросы обособленно  чаще всего не приводят к хорошему результату. Только рассмотрение их оптимальных сочетаний позволит достигнуть необходимого эффекта. Одним из приоритетных направлений снижения энергоемкости единицы продукции в сельском хозяйстве можно назвать правильно организованное энергосбережение, а также поиски способов и путей повышения энергоэффективности. Если рассматривать вопрос комплексно, то можно смело говорить о наличии достаточно большого потенциала в вопросах энергосбережния в отрасли сельского хозяйства. 
Итак, какие же конкретно мероприятия могут привести к увеличению энергоэффективности и более рациональному использованию энергоресурсов в сельском хозяйстве.  
Необходимо внедрять малоэнергозатратные технологии, особенно это касается вопросов обработки почвы. 
Отдавать предпочтение использованию машин и тракторов с высокой энергоэффективностью, кроме того – своевременно проводить ремонт, обслуживание и регулировки узлов во всех машинах. Это позволит повысить их производительность. 
Существенного снижения затрат на освещение можно добиться путем замены обычных ламп на энергосберегающие, а также исключение их нерационального использования. 
Использование биогазовых установок, которые позволяют использовать органические отходы для производства газа.  
Исключение инфильтрации и снижение потерь тепла, происходящего через ограждающие конструкции. 
Активное внедрение и использование альтернативных источников энергии.

В свете всего  вышеуказанного выделяются два пути энергосбережения: использование первичных  и вторичных энергоресурсов. Причем при использовании первичных  источников энергии, образовавшихся в  результате геологического развития Земли, главный упор необходимо сделать  на использование первичных возобновляемых источников энергии (использование  энергии Солнца, ветра, приливов-отливов, геотермальной энергии и т.д.) иначе альтернативных источников энергии. В данном случае предполагается альтернатива использованию первичных невозобновляемых источников энергии (уголь, нефть, газ, слюда, сланцы и т.д.).  
Таким образом, в современных условиях энергосбережение объективно должно стать базовой технологией приостановления разрушительных тенденций в сельском хозяйстве. Откладывать активную работу по энергосбережению - это значит приближать катастрофические явления в сельском хозяйстве. 
       В процессе реализации энергосбережения используется метод системной интеграции, передового опыта и научных достижений в энергетике, технологии сельскохозяйственного производства, а также экономических, организационно-правовых аспектов и социальной политики. 
 
Альтернативные источники энергии в сельском хозяйстве. 
 
Основные виды первичных источников: 
а) Энергия солнца 
 
Использование солнечной энергии в сельском хозяйстве стало проще и доступнее в связи с быстрым развитием технологий и повышением осведомленности о возобновляемых источниках энергии.

Хотя во многих хозяйствах трудно использовать только солнечную  энергию, естественные методы использования  энергии солнца и установленные  солнечные панели — это те основные методы, которые могут быть приняты  почти всеми владельцами фермерских хозяйств.

1. В идеале нужно место  под прямыми солнечными лучами  в течение большей части дня  без различных препятствий. Такие  идеальные места включают в  себя очищенные поля и здания  со стеклянными или открытыми  крышами.

2. Установка фотоэлектрических  (PV) систем. Такая система включает  в себя фотоэлектрические элементы, которые могут преобразовывать  солнечный свет в электричество.

Электричество может быть использовано для нескольких задач  на ферме, например, для откачки воды или увеличения мощности вентиляторов и других инструментов, которые используют электроэнергию.

Установка фотоэлектрических  систем могут быть дорогостоящим  удовольствием, если имущество требует  большого использования энергии, но, в конечном счете, представляет собой  экономически эффективное решение  для уменьшения счетов за электричество.

3. Воспользоваться преимуществами солнечной энергии для отопления помещений можно в районах, где сельское хозяйство требует отопления. Можно использовать солнечное тепло, чтобы содержать крупный рогатый скот.

Во многих зданиях на фермах необходимо держать температуру  и влажность на определенном уровне в интересах здоровья и роста  животных. Солнечная система отопления  следит за условиями внутри здания, где активные солнечные экраны и  системы вентиляции поддерживают температуру  и влажность на оптимальном уровне.

4. Сборка из солнечных  парников сохраняет тепло солнца. Парники позволяют солнечному  свету проникать через свои  стеклянные панели, но как только  свет преобразуется в тепло  — он не может выйти через  стекло.

Солнечные теплицы имеют следующие дополнительные характеристики, которые максимизируют этот метод, позволяя сохранять тепло даже в зимние дни. 

- Стеклопакет, который  позволяет получить больше света  и предотвращает выделение тепла. 
 
- Материалы, которые размещены внутри теплицы, улавливают и хранят тепло солнца. 
- Изоляция помогает избежать потери тепла.- Естественные методы охлаждения, отопления и  

вентиляции снижают потребление энергии. 

Рис. 4 - Отдельно стоящая  солнечная теплица: 1 - светопрозрачная  изоляция; 2 - теплоизолированная передняя стенка; 3 - теплоизолированная северная стенка; 4 - крыша; 5 - теплоизоляция; 6 - теплоизолированный фундамент; 7 - аккумулятор теплоты

5. Сушка продуктов на солнце после сбора урожая. Можно оставлять любые зерновые или фруктовые культуры, которые должны быть высушены, на поле или в отдельной открытой местности.

Воздействие солнца поможет  также защитить продукцию от птиц, насекомых и грызунов. Этот метод  известен также как урожай после  солнечной сушки.

6. Использование солнечной  энергии для нагрева воды в  сельском хозяйстве. Водонагреватели  используют солнцезащитное стекло, чтобы захватить солнечную энергию  и передают ее в цистерны  для хранения воды.

Другие части насосной системы, такие как трубы и  насосы используются для обеспечения  циркуляции тепла и снижения его  потерь.

б) Энергия  воды 
 
Гидроэнергия в качестве энергоресурса имеет принципиальные преимущества по сравнению с углем или ядерным топливом. Ее не нужно добывать, как-либо обрабатывать, транспортировать, ее использование не дает вредных отходов и выбросов в атмосферу. Поэтому увеличение числа бесплотинных ГЭС на малых реках может оказаться полезным для удовлетворения энергопотребностей поселков и деревень. Это тем более необходимо в связи с исчерпанием гидроресурсов в европейской части России и необходимостью передачи энергии из Сибири. 
Использование ресурсов некоторых рек может помочь решить локальные проблемы  
многих фермерств в центральной части России.

Если говорить о  территориях, имеющих выход к  морям, то в этом случае потенциал  воды так же может являться источником энергии. 
Первая возможность - это использование энергии приливов. Во время прилива уровень морской воды повышается, и этим можно воспользоваться для заполнения какого-либо резервуара. На пути потока воды можно поставить турбину, которая будет вырабатывать электроэнергию. Обратный поток воды во время отлива также может вращать турбину, если ее конструкция обеспечивает возможность прямого и обратного вращения и выработки при этом электроэнергии. 
Рассматривая волновую энергию в качестве одного из возможных энергоресурсов, следует указать на значительную ее неравномерность, связанную с изменением интенсивности воздушного потока над поверхностью морских вод. Тем не менее имеющийся способ эксплуатации волновых электростанций небольшой мощности свидетельствует о полезности их применения.

В настоящее время в  ряде зарубежных стран ведутся поисковые  работы по изучению возможности использования  тепловой энергии океана. По результатам  этого изучения можно будет судить о всех достоинствах и недостатках  этого вида энергоресурса.

Мировые запасы волновой энергии  составляют около 2,7 млрд.кВт. Проблема состоит в том, чтобы найти  эффективные по стоимости способы  преобразования энергии движущихся волн в механическую или пневматическую форму, которую можно использовать для привода в действие турбогенераторов. Поскольку у морских волн широкий  диапазон длин и амплитуд, любое  эффективное устройство либо должно быть широкополосным, либо иметь частотную  регулировку. Здесь техническая  задача в некотором смысле сходна с задачей использования ветровой энергии. 
 
в) Энергия ветра 
 
 
 
  Энергия ветра на земле неисчерпаема. Многие столетия человек пытается превратить энергию ветра себе на пользу, строя ветростанции, выполняющие различные функции: мельницы, водяные и нефтяные насосы, электростанции. Как показала практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, поскольку, во- первых, стоимость ветра равна нулю, а во-вторых, электроэнергия получается из энергии ветра, а не за счет сжигания углеродного топлива, продукты горения которого известны своим опасным воздействием на человека (СО, SO2…….).  
 
  В связи с постоянными выбросами промышленных газов в атмосферу и другими факторами возрастает контраст температур на земной поверхности. Это является одним из основных факторов, который приводит к увеличению ветровой активности во многих регионах нашей планеты и, соответственно, актуальности строительства ветростанций - альтернативных источникой энергии. 
Энергия ветра — уникальный ресурс, так как человечеству необходимо лишь использовать её, не предпринимая никаких усилий по возобновлению её запасов. При существующем уровне научно-технического прогресса энергопотребление может быть покрыто лишь за счет использования органического топлива (уголь, нефть, газ) и атомной энергии, относящихся к невозобновляемым источникам.