ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ ФЕРМ

На пирамиде Хеопса (27 в. до н.э.) есть иероглифическая надпись: «Люди гибнут от неумения пользоваться силами природы и от незнания истинного мира». Эти слова звучат  как напоминание о том, что человек и природа нашей планеты – единое целое, что только в постоянном и тесном общении с природой он может существовать как ее высшее творение.

Солнце – источник всего на Земле: света, тепла, жизни. Только солнечный свет дарил людям тепло до того, как они научились добывать огонь, а солнечная энергетика была первой, освоенной человеческим сообществом. По-видимому, энергетика Солнца станет самой приемлемой и в будущие эпохи, благодаря своей естественности (дается-то даром), неисчерпаемости и экологической чистоте.

Территория Казахстана имеет благоприятные климатические условия для использования солнечной энергии. В южных районах продолжительность солнечного излучения составляет от 2000 до 3000 часов в год, а годовой приход солнечной энергии на горизонтальную поверхность — от 1280 до 1870 кВт·час на 1 кв. м. Следовательно, широкое использование солнечной энергии может иметь здесь важное хозяйственное значение.

В настоящее время традиционные энергоносители (уголь, нефть, газ и т.п.) становятся все более дорогими, а использование возобновляемых источников энергии(ВИЭ), в том числе энергии солнца и ветра,  становится все дешевле. Поэтому можно говорить о перспективах их массового применения, что актуально в условиях ограниченности и истощения запасов традиционных источников и ухудшающейся экологической ситуации.

Правительство РК активно поддерживает развитие «зеленой энергетики», освоение новых видов энергии. Создание и развитие энергетики на базе возобновляемых энергетических  ресурсов определено законами РК «Об энергетике», «Об энергосбережении», «О поддержке использования возобновляемых источников энергии» и рядом нормативных документов правительства.

В настоящее время мировое сельское хозяйство развивается в направлении обеспечения энергосбережения и энергоэффективности путем энерготехнологического перевооружения и  использования огромного энергетического потенциала ВИЭ.

В республике основными производителями молока стали личные подворья сельского населения, фермерские хозяйства и малые фермы с поголовьем коров до 200 голов, а также немногочисленные средние и крупные специализированные хозяйства. 

В технологических процессах производства молока широко применяют  тепловую энергию. Горячая вода и пар необходимы в многочисленных процессах первичной обработки молока, мойки и дезинфекции молочного оборудования, кормоприготовления, создания микроклимата и санитарно-гигиенической обработки помещений.

Существующие системы теплообеспечения доильно-молочных блоков ферм предусматривают использование нескольких автономно работающих электронагревательных установок разных типов (водонагреватель емкостного типа, парогенератор, проточный водонагреватель). Каждая из этих установок выполняет определенный тепловой процесс и имеет  собственный щит управления. Причем, коэффициенты использования и загрузки большинства из этих установок сравнительно низок (0,2-0,5), что снижает эффективность капитальных вложений на теплоообеспечение  малых ферм при незначительном объеме производимой продукции.

В известных системах теплообеспечения не предусматривается вовлечение в энергобаланс молочных ферм энергии возобновляемых источников. Это объясняется отсутствием научно обоснованного энергосберегающего теплового оборудования на базе ВИЭ, адаптированного для использования в молочном животноводстве.

Идея использования энергии солнца в системах теплообеспечения, в дополнение к традиционным источникам энергии, не нова. В настоящее время в мире разработано множество разновидностей солнечных установок для горячего водоснабжения и отопления жилых домов и других объектов.

Как показывает практика, использование зарубежных дорогостоящих солнечных водонагревателей, без учета специфических условий и графиков потребления теплоты в конкретном объекте, не всегда дает желаемого эффекта.

В ТОО «НПЦ агроинженерии» были проведены научно-исследовательские работы по разработке энергосберегающего комплекта теплового оборудования для животноводческих ферм с  использованием солнечной энергии и цифровых систем управления, учитывающего суточный объем и график потребления горячей воды и пара.

В состав комплекта входят два солнечных водонагревателя, электродный парогенератор с двумя встроенными теплообменниками, циркуляционные насосы, щит микропроцессорной системы управления, контрольно-измерительные приборы и запорно-регулирующая арматура. Каждый солнечный водонагреватель состоит из двухсекционного гелиоколлектора, преобразующего солнечную радиацию в тепловую энергию, насосной станции и теплоизолированного накопительного бака вместимостью 500 л с двумя теплообменниками.

Таким образом, солнечный водонагреватель рассматривается как обязательная составная часть общей системы теплообеспечения животноводческой фермы.

Все компоненты комплекта объединены в одну единую систему. Поэтому управление их работой осуществляется централизованно микропроцессорной системой, что позволяет обеспечить тщательное согласование всех тепловых и гидравлических режимов работы комплекта.

В светлое время суток нагрев воды в двух накопительных баках осуществляется гелиоколлекторами. Зимой и в облачные дни, когда интенсивность солнечной радиации низкая, включают парогенератор за 1-1,5 ч до начала доек. При прохождении нагреваемой воды через его встроенные теплообменники, ее температуры повышается до требуемого значения (65-70 ⁰С).

В остальное же время парогенератор можно использовать для пароснабжения других технологических процессов (дезинфекция молочного оборудования, пастеризация молока, запаривания кормов и т.д.).

В зимнее время систему отопления  молочного блока подключают к верхнему теплообменнику одного из накопительных баков. При этом необходимая для этой цели тепловая мощность обеспечивается  парогенератором и гелиоколлектором.

В специальном щите смонтирована вся элементная база системы управления комплектом оборудования, разработанной на базе панельного программируемого логического контроллера СПК105 компании ОВЕН. На основе разработанного программного обеспечения контроллер осуществляет бесперебойную работу парогенератора и солнечных водонагревателей в соответствии с графиком потребления пара и горячей воды.

Опытный образец комплекта теплового оборудования, предназначенного для горячего паро – и водоснабжения и отопления молочного блока ферм на 200 голов, имеет следующие технические параметры: номинальная мощность парогенератора – 25 кВт; производительность по пару – до 33 кг/ч; рабочее давление пара – до 0,1МПа; режим работы гелиоколлекторов — круглогодичный; общая вместимость двух накопительных баков – 1000 л; общее количество вакуумированных колб с тепловой трубкой  гелиоколлекторов — 120 шт.

Годовая экономия электроэнергии составляет не менее 15000 кВт/ч, и тем самым обеспечивается значительное снижение энергоемкости производимой животноводческой продукции и уменьшение затрат на теплообеспечение.

Данный комплект оборудования смонтирован и успешно эксплуатируется на модельной ферме на 200 голов в с. Какпатас Кордайского района Жамбылской области.

С целью пропаганды и распространения опыта по использованию солнечной энергии на молочных фермах был проведен семинар с участием руководителей и специалистов животноводческих хозяйств Кордайского района. Со стороны участников семинара был проявлен живой интерес к данной тематике. Им была предоставлена подробная информация о перспективах использования ВИЭ в животноводстве, даны советы и рекомендации по вопросам приобретения, монтажа и эксплуатации энергосберегающего теплового оборудования с солнечными водонагревателями.

Алдибеков Исабай Танирбергеович. – профессор Алматинского университета энергетики и связи имени Гумарбека Даукеева

Хасанов Алик Расимович. – старший научный сотрудник «НПЦ агроинженерии»