Обгрунтування принципів створення енергетично незалежного та екологічно чистого сільськогосподарського виробництва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Обґрунтування принципів створення енергетично незалежного та екологічно чистого сільськогосподарського виробництва

сільськогосподарський природокористування альтернативний енергія

П.І. Копач

До недавнього часу в суспільстві панувала ідея, що інтенсивний розвиток матеріального виробництва може забезпечити його оптимальний стан. На базі цього твердження реалізувалася концепція прискоренного розвитку. Створені на основі цієї концепції техногенні системи і засоби виробництва досить часто не враховували екологічні вимоги і навіть кардинально їм суперечили. В звязку з цим виникла необхідність пошуку принципово нових концепцій розвитку суспільства і на основі останніх - розроблювати нові принципи природокористування, які були б здатні привести до гармонізації суспільства та природи, економіки та екології.

В останні роки стало очевидним, що замість прискореного та необмеженого росту виробництва необхідно розробити та прийняти до виконання концепцію сталого розвитку суспільства з точним регулюванням споживання ресурсів. Наукова думка різних країн працює над спробами узгодження економічного розвитку та захисту довкілля, формулювання головних засад стратегії стабільного розвитку суспільства. Ця стаття своєю метою має розвиток цих ідей стосовно особливостей сільськогосподарського виробництва.

Фундаментальним принципом будь-якого виду сільськогосподарського виробництва є принцип перетворення природного ресурсу в харчовий продукт за допомогою енергії Сонця. Але сучасне виробництво харчових продуктів досить далеко відійшло від цього фундаментального принципу, попавши в залежність від поставок зовнішніх енергоресурсів. Збільшення виробництва сільськогосподарської продукції на 1 % тягне за собою збільшення витрат енергоресурсів на 2-3 %.

Часто, як прообраз сільськогосподарського природокористування майбутнього, висувають північноамериканське сільське господарство. Але цей зразок не може бути зразком для тиражування в нашій країні хоча би тому, що на одну харчову калорію там спалюється 10 калорій викопного топлива.

Проблема енергоємності сільськогосподарського виробництва, крім загальноприйнятного економічного та технологічного обґрунтування, вимагає ще і глибокої екологічної проробки з урахуванням приведеного вище фундаментального принципу - максимального використання відновлювальних джерел енергії.

На даний час існують окремі випадки використання в сільському господарстві нетрадиційних енергоресурсів. Але енергоагрегати, які при цьому використовуються, створювались без врахування умов їх використання в сільському господарстві. Тому вони розглядаються як додаткове джерело та спосіб економії енергії, вирішують локальну задачу, а не проблему енергозабезпечення виробництва в цілому.

Вирішення проблеми сільськогосподарського природокористування в умовах реалізації стратегії сталого розвитку необхідно здійснювати при комплексному врахуванні фізико-технічних, енергетичних, економічних та екологічних аспектів створення екологічно чистого та енергетично незалежного господарства шляхом розробки методології оптимізації його структури, масштабу виробництва, а також особливостей його функціонування в умовах конкретного природного середовища. Це можливе при гармонійному включенні виробничих процесів в геохімічний цикл природного середовища з перетворенням виробництва в геохімічно та енергетично замкнуту систему. Для цього необхідно виконати наступні передумови - повна утилізація відходів та мінімальне вилучення або залучення в природні системи речовини та енергії ззовні.

Обгрунтування параметрів такого господарства вимагає комплексних досліджень з врахуванням таких напрямків: фізико-технічного, який є основою для створення нетрадиційних енергозберігаючих технологій та пристроїв; біоенергетичного, який відтворює процес перетворення комплексу ресурсів при виробництві продуктів харчування; екологічного, який забезпечить мінімальний антропогенний вплив на природне середовище; економічного, що забезпечить створення конкурентоспроможного сільськогосподарського виробництва.

Автором виконаний аналіз структури енергоспоживання при виробництві продукції рослинництва та тваринництва, наявності технічних способів для зниження енергомістності внутрішніх енергетичних можливостей господарства з урахуванням нетрадиційних джерел енергії. В умовах степової зони України існує великий резерв внутрішніх енергоресурсів, які не використовуються. В енергетичному еквіваленті тільки переробка відходів тваринницького комплексу на біогаз перевищує його потребу в енергоресурсах. Але, враховуючи необхідність для господарства використання різноманітних відходів енергоносіїв, зроблений висновок про доцільність комплексного застосування різних нетрадиційних енергоресурсів. Встановлено, що біля 55-60 % енергозатрат господарства може бути задоволено за рахунок біогазу та сонячної енергії, 10-15 % енерговитрат - при впровадженні вітроенергетичних агрегатів. Решту (30 %) - потреба в моторному паливі, часткове покриття якої можливе за рахунок палива з рослинного масла та спиртового палива, отриманого при переробці біомаси.

Але сказати, що нам потрібно в широких масштабах використовувати відновлювальні джерела енергії, це все одно що нічого не сказати. Головне в цьому питанні - з застосуванням яких технологій це використання буде здійснюватися. Ці технології повинні відповідати наступним вимогам: низької матеріалоємності в процесі експлуатації; високої енергоефективності; незначних капітальних витрат на будівельно-монтажні роботи; здатність “вписуватися” в природні компоненти без порушення умов їх функціонування; можливості тривалого використання, легкого ремонту та модернізації з метою адаптації до місцевих умов; тиражування технологій у звичайних умовах; використання розповсюджених матеріалів для їх створення та експлуатації; задоволення першочергових, нагальних потреб суспільства.

Дані технології не можуть і не повинні замінювати традиційні, але в перехідний період вони створять альтернативу у напрямку технологічного прогресу.

Один із основних недоліків альтернативних видів енергії - їх порівняно низький потенціал і розсіяність по території, що зумовлює їх широке впровадження в першу чергу у сільських місцевостях. Другим недоліком є зміна енергетичного потенціалу в різні пори року (вітер більш інтенсивний взимку, сонце - влітку тощо). Цей фактор висовує вимоги комплексності використання відновлювальних енергоджерел, тобто створення комплексних енергетичних станцій. Комплектація енергетичних станцій, що працюють на відновлювальних енергоджерелах, повинна бути продиктована природними умовами конкретної території. Для умов півдня України складовими комплексних енергетичних станцій можуть бути установки конверсії енергії біомаси, вітрової енергії, сонячної енергії, малої гідроенергетики.

Україна володіє значними ресурсами біомаси в різних її видах. Щорічне утворення органічних відходів у країні орієнтовно складає 200 млн. тонн в сухій масі, в тому числі міські відходи - 50 млн.тонн, сільськогосподарські відходи - 150 млн. тонн, із них на тваринництво припадало (за даними 1991 року) біля 30 млн. тонн відходів. Тільки із відходів тваринництва може бути отримано 9 млрд.м3 метану або 1,2 млн. тонн умовного палива. Із відходів рослинництва солома злакових складає 50 млн.тонн, з яких лише половина використовується. Невикористана частина соломи може дати 5 млрд.м3 метану або 6,5 млн.тонн умовного палива. Із методів конверсії біомаси найбільш прийнятними є отримання біогазу та етилового спирту. Проте, спиртова ферментація біомаси вимагає значних витрат енергії, крім того, утворюється велика кількість залишків води після перегонки та промивки. Тому цей метод може бути застосований лише при створенні комплексних біоенергетичних станцій. Основні вимоги, які ставляться до установок анаеробної ферментації біомаси - надійність, простота обслуговування, дешевизна. Це повинно сприяти їх широкому впровадженню.

Енергія вітру - це самий давній і самий знехтуваний науково-технічним прогресом вид енергії. Україна володіє порівняно невисоким вітроенергетичним потенціалом. Середньорічна швидкість вітру складає для Полісся - 3,0-4,0 м/с, для степової зони - 4,5-5,0 м/с, для Причорноморя - 5,6 м/с. Тривалість вітру у різні місяці змінюється від 65 до 80 %, що складає від 5700 до 7000 годин на рік. У звязку з цим, розробка та створення вітрових енергоустановок повинна здійснюватися з урахуванням особливостей природного середовища, в якому вони будуть функціонувати. існуюча раніше думка щодо доцільності створення швидкісних вітроенергоустановок великої потужності є помилковою як з екологічної, так і з економічної точки зору. Акцент при впровадженні та тиражуванні необхідно зробити на прості та дешеві установки, що не потребують особливих умов експлуатації. Враховуючи еколого-кліматичні особливості більшої частини території України (виключаючи Карпати та Крим), найбільш перспективними є тихохідні багатолопасні вітроенергетичні установки потужністю до 24 кВт. На наш погляд, першочергово потрібно здійснити впровадження систем з прямою подачею енергії вітру до виконавчого органу (вітряні млини, обладнання водопідйому); ефективне обладнання стабілізації електроенергії, що виробляється, за частотою та напругою; вітроенергетичних установок, які працюють у комплексі з іншими енергостанціями; а також обладнань акумулювання енергії вітру.

Потік сонячного випромінювання на 1 м2 горизонтальної поверхні для України складає від 400 до 1000 вт. Річна тривалість сонячного сяйва дорівнює 2000-2100 годин. Таким чином, річна потужність потоку сонячного випромінювання змінюється в межах від 800 до 2100 кВт.г/см2. В галузі використання сонячної енергії найбільш приорітетним є впровадження систем теплозабезпечення з сезонним акумулюванням тепла. Необхідно першочергово забезпечити впровадження піонер-проектів систем з високоефективними малоресурсоємки-ми, простими в обслуговуванні та надійними сонячними колекторами: конструкцій і обладнань для добового та сезонного акумулювання тепла.

В галузі гідроенергетики невикористаний резерв відноситься до малої та безгребльової енергетики. Першочерговими етапами впровадження в цій галузі мають бути: інвентаризація та обстеження діючих, законсервованих та списаних малих гідроелектростанцій, їх технічне переозброєння і реконструкція, оцінка енергетичного потенціалу водотоків на гідроспорудах неенергетичного призначення, впровадження систем з прямою подачею (без трансформації в електроенергію) енергії води до виконавчого органу (водяні млини, обладнання водопідйомну тощо) впровадження принципово нових та удосконалення існуючих гірляндних та струменевих гідроелектроустановок.

Размещено на Allbest.ru