Роль энергосбережения в сельском хозяйстве

Одним из наиболее используемых нетрадиционных источников является ветровая энергия. Она обладает потенциалом, равным 1% от годовой солнечной энергии. Для приземного слоя толщиной в 500 метров она составляет примерно 82 триллиона  киловатт-часов в год. Если даже использовать хотя бы 10% потенциала этого альтернативного  источника (что вполне реально и  экономически оправдано), то это примерно равно количеству электроэнергии, вырабатываемой на всем земном шаре.

 
Несмотря на явные преимущества, даже самая совершенная ветровая электростанция имеет ряд недостатков. Прежде всего они заключаются  в том, что ветер почти всегда дует неравномерно, создавая то большую, то меньшую мощность, из-за чего производимый ток имеет непостоянную мощность, причём периодически его подача и  вовсе может прекращаться. В итоге  любая ветроустановка работает на полную мощность только определенное время. Для  компенсации подачи тока ветроустановки снабжают аккумуляторами, но это не слишком эффективно и довольно дорого.

Таким образом, ветроустановки не могут сами по себе служить надежной основой энергетики. Ветроэнергетика может рассматриваться как способ получения альтернативной энергии. Поэтому они, как правило, или дополняют основные мощности, внося определенный вклад в производство электроэнергии, или же являются источником энергии в отдаленных или изолированных местах, где трудно или невозможно обеспечить подачу электроэнергии обычным способом.

г) Геотермальная  энергия 
 

Геотермальная энергия и особенно вода очень полезна в сельском хозяйстве. В сельском хозяйстве использование геотермальной энергии базируется, главным образом, в качестве источника тепла и влажности. Ирригационные каналы могут принести горячую воду к холодной земле, позволяя вырастить растения, которые иначе бы умерли. Такая же вода может также быть передана по каналу в оранжереи, чтобы сохранить их теплыми и поддержать влажность. 
 
Как с большинством другого использования геотермальной энергии, геотермальное сельское хозяйство практично в областях, в которых есть геотермальные ресурсы. Возможность в сельском хозяйстве использовать геотермальную воду, которая является слишком холодной для производства электроэнергии или даже отопления домов. К сожалению, только несколько стран к настоящему времени используют геотермальное тепло в сельскохозяйственных целях. Это государства Теда, Кения, Греция, Гватемала, Израиль, и Мексика. 
 
Текущее использование геотермической энергии в сельском хозяйстве 
Основное сельскохозяйственное использование геотермической воды включает нагревание и полив открытых полей, нагревание и увлажнение оранжерей. 
 
Геотермальная вода может использоваться, чтобы сохранить почву в открытых полях при устойчивой теплой температуре. Фермеры выполняя ирригацию передают воду по каналу под почвой, чтобы обеспечить тепло и влагу к растениям. Растения и быстро растущие деревья развиваются быстрее в изобилии если температура почвы сохраняется приблизительно равной 70 °F (21 °C). Используя геотермальную воду для ирригации, расширяется сельскохозяйственный сезон и возникают препятствия для повреждения растений от низкой температурой воздуха. 
 
Геотермическая вода может также стерилизовать почву, чтобы уничтожить вредителей, грибы, и болезни, которые могут вредить растениям. Стерилизация требует очень горячей воды так, чтобы пар мог быть применен непосредственно к почве. Фермеры нагревают почву от каналов под ней, или они применяют пар выше почвы и покрывают её пластмассовым листом или полиэтиленом, чтобы сдержать тепло внутри. 
 
Вторичные источники энергии. 
 
Использование вторичных источников энергии - является главным резервом сохранения энергии и главным образом это - применение энергосберегающих технологий, основными из которых являются: - совершенствование конструктивных решений систем вентиляции, средств регулирования микроклимата, эксплуатации теплового оборудования и т.д.; - использование тепловых насосов; - регенерация теплоты на животноводческих фермах; - использование биогаза; - использование естественного холода; - использование отходов (солома, стебли, опилки, ветки деревьев и т.д.) для целей отопления; - использование вторичных энергоресурсов промышленных предприятий;

Конечно же, все мероприятия  по энергосбережению должны проводиться  на различных уровнях их реализации. И первый уровень включает мероприятия, которые зависят от работников хозяйств, и выражается в поддержании технических  параметров машин и оборудования в процессе эксплуатации на уровне их значений в соответствии с ГОСТами  на их изготовление. Своевременная  замена неисправных деталей системы  питания (форсунок, свечей), устранение течей трубопроводов и др. Сюда также относятся и мероприятия  по рациональному использованию  и обслуживанию машин: повышение  загрузки, использования пробега, квалификации, а также обеспечение механизированной доставки, хранения и заправки машин  ТСМ.

Развитие второго уровня зависит от работников управленческих структур и отраслей АПК, научно-конструкторских  организаций, обслуживающих и снабженческих  предприятий. К этому уровню относят  в основном мероприятия научно-технического прогресса. Создание новой техники позволит снизить расход или уменьшить потери топлива и электроэнергии, которые возникают из-за несовершенства имеющихся 
конструкций. Третий уровень зависит от политики государства проводимой в сфере энергосбережения. 
 
Получение и применение биотоплива. 
Получение биотоплива из навоза.

Отходы сельского хозяйства позволяют  получать энергию. Энергию из ничего. Такими отходами могут быть навоз  скота, свиней, птичий помет, отходы боен, пивная дробина, после спиртовая  барда, свекольный жом, канализационные  стоки и др.

Переработка отходов  на биогазовой установке дает:

- биогаз. В процессе  брожения из биоотходов вырабатывается  биогаз. Этот газ может использоваться, как и обычный природный газ  для обогрева, выработки электроэнергии. Его можно сжимать, использовать  для заправки автомобиля, накапливать,  перекачивать.

- электроэнергию. Из  одного м3 биогаза можно выработать 2 кВт*ч электроэнергии (биогаз, который  при сжигании в когенераторе  дает электроэнергию)

- тепло. В установке  от охлаждения электрогенератора  вырабатывается тепло без дополнительного  сжигания газа.

- биоудобрения. Переброженная  масса - это экологически чистые  жидкие и твердые удобрения  (биогумус). Урожаи растут на 40-50%.

- утилизацию или  очистку. Обычные биоотходы (например, навоз) нельзя использовать, по крайней мере, 3 года (надо хранить в лагунах). А установка перерабатывает отходы в удобрение (биоудобрение), готовое к использованию.

- топливо для  авто. Биогаз после очистки от  СО2 - это метан, которым заправляют  автомобили.

Использование биогаза.

Биогаз - продукт  сбраживания органических отходов (биомассы), включая органическую фракцию  твердых бытовых отходов, навоз  и фекалии человека, в анаэробных условиях (в метантенках). Представляющийсобой  смесь метана и углекислого газа. Разложение биомассы происходит под  воздействием бактерий класса метаногенов. Этот вариант биоэнергетики самый  экологичный, так как для производства топлива не используется продовольственное  сырье.

Небольшие установки  для получения биогаза широко применяются в теплых странах. Лидер  по использованию биогаза - Китай. В  этой стране работает более 10 млн небольших  биогазовых установок, дающих энергию  для нужд сельского населения. Кроме  того, 64 тыс. биогазовых станций обеспечивают работу 190 электростанций и более 60% автобусного парка, работающего  на сжиженном биогазе.

Также бурно развивается  производство биогаза в Индии. При  получении биогаза из навоза одновременно решаются две проблемы: получается дешевая энергия и утилизируется бесподстилочный навоз крупных животноводческих комплексов и фекалии птицефабрик.

Как известно, бесподстилочный  навоз плохо компостируется, его  предварительно нужно смешивать  с дополнительной органикой (соломой  или опилками), что дорого. А без  компостирования вносить его  на поля нельзя, так как он токсичен и убивает почвенную микрофлору. Отходы получения биогаза из такого навоза являются хорошим удобрением.

В мире работают сотни  больших биогазовых заводов, перерабатывающих навоз. В Германии их 500 (сырьем служит смесь из 70% коровяка и 30% птичьих  фекалий), в США создан крупный  биогазовый завод, на котором утилизируется  навоз от 115 тыс. коров! Этот опыт, несомненно, полезен для России, где вновь  начато строительство крупных животноводческих комплексов, навоз которых пока накапливается  в хранилищах.

В Швеции, которая  сегодня стала лидером по использованию  нетрадиционной энергетики в ЕС, биогаз получают из отходов мясокомбинатов (внутренностей животных). Даже курсирует  особый поезд, работающий на сжиженном  биогазе. Биогаза, полученного при  переработке внутренностей одной  коровы, достаточно, чтобы поезд  проехал 4 км. 
В нашем климате для того, чтобы успешно протекал биохимический процесс, метантенк нужно подогревать. В Мурманской области работают две крупных биогазовых установки с реакторами объемом в 50 м3.

Близок к биогазу  свалочный газ, который вырабатывается в толщах гигантских «метантенков» - старых городских свалок и добывается оттуда через скважины примерно так  же, как природный газ. Биогаз - газ, получаемый метановым брожением  биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие  бактерии питаются продуктами жизнедеятельности  предыдущих. Первый вид - бактерии гидролизные, второй - кислотообразующие, третий - метанобразующие. В производстве биогаза участвуют  не только бактерии класса метаногенов, а все три вида.

Состав биогаза 50-87 % метана, 13-50 % CO2, незначительные примеси H2 и H2S. После очистки биогаза от СО2 получается биометан. Биометан - полный аналог природного газа, отличие только в происхождении. 
Сырьё для получения биогаза.

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, помет, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха, трава, бытовыеотходы, отходы молокозаводов (соленая и сладкая молочная сыворотка), отходы производства биодизеля (технический  глицерин от производства биодизеля  из рапса), отходы от производства соков (фруктовый, ягодный, овощной, виноградная  выжимка), водоросли, отходы производства крахмала и патоки, отходы переработки  картофеля, производства чипсов, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Выход биогаза зависит  от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150-500 м³ биогаза из различных  видов растений с содержанием  метана до 70%. Максимальное количество биогаза - это 1300 м³ с содержанием  метана до 87% - можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и техническиреализуемый  выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял  всего 20-30% от теоретического. Сегодня  применение энзимов, бустеров для искусственной  деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычно установке с 60% до 95%. В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа. На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать  выход биогаза из конкретного  сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении  последних важно узнать процентное содержание:быстро разлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудно разлагаемых  веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Ранее, когда не существовало науки о биогазе, и  биогаз ассоциировался с навозом, применяли  понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического  сырья, это понятие отошло и перестало  использоваться. Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а  также водорослей. Выход газа может  достигать до 500 м³ из 1 тонны.

Экологические аспекты.

Производство биогаза  позволяет уменьшить выбросы  метана в атмосферу. Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются  в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить  применение химических удобрений, сокращается  нагрузка на грунтовые воды.

Об удобрении. 
Экологически чистое высокоэффективное органическое жидкое удобрение является продуктом биотехнической переработки навоза крупного рогатого скота. Оно содержит все необходимые компоненты удобрений (азот, фосфат, калий, макро и микроэлементы) в растворенном виде в соотношениях нужных для растений, а также активные биологические стимуляторы класса ауксинов, повышающие выход урожая в два и более раза.  
Литр концентрированных жидких экологически чистых органических удобрений по своему эффекту и воздействию на рост растений и получению урожая эквивалентен 100 кг коровьего навоза. Жидкое удобрение обеспечивает повышение урожайности культур в 2-3 раза в зависимости от вида культуры, состояния почвы и климатических условий.  
Удобрение действует на растение сразу же после применения, снижает кислотность почвы, повышает устойчивость растений к неблагоприятным воздействиям среды, особенно к засухе. Используется во всех климатических зонах для всех видов почв, повышая их плодородие и улучшая экологическое состояние. Применяется в качестве удобрения для всех видов сельскохозяйственных и декоративных культур в разбавленном водой виде путем поверхностного полива почвы или инъектирования непосредственно в почву.  
Литра концентрированного удобрение достаточно для обработки от 2 до 15 кв. м. почвы.  
 
Эффективность удобрений имеет следующее научное обоснование:  
При биологической обработке коровьего навоза и птичьего помета специальной культурой экологически чистых микроорганизмов основные составляющие удобрений - азот, фосфор и калий, а также все необходимые биогенные элементы, например сера, кальций и микроэлементы переходят в минерализованное, свободное, растворимое, наиболее доступное для растений состояние. Аммонийный азот, окись фосфора, окись калия и свободные микроэлементы, которые сразу же усваиваются растениями с момента внесения жидких удобрений в почву в отличие от навоза, который дает эффект на второй и третий год после его запашки.  
 
При биологической обработке образуются гуминоподобные соединения, улучшающие структуру почвы, что способствует улучшению влаговоздушного обмена вокруг корневой системы растений.  
 
Удобрения имеют нейтральную или слабощелочную реакцию среды, что при внесении их в почву снижает кислотность почв.  
 
При биологической обработке навоза и птичьего помета в удобрениях накапливаются такие биологически важные и необходимые для ризосферной (околокорневой) микрофлоры и растений соединения, как амнокислоты, в том числе и незаменимые, все витамины группы В и соединения многочисленной группы витамина В-12.  
 
Таким образом, при использовании таких удобрений улучшается качество почв,  
что делает их более плодородными и частично решается немаловажная проблема утилизации с\х отходов.