Энергоэффективная технология сушки зерна, использующая солнечную энергию

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ СУШКИ ЗЕРНА, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ СОЛНЕЧНУЮ ЭНЕРГИЮ

Н.Ю. Курченко, Ю.В. Даус,

А.В. Квитко, Д.Н. Грищенко

Аннотация

Актуальность. Проблема высокого и неэффективного потребления энергии всегда является одной из первоочередных и может быть решена за счет использования технологий утилизации солнечной энергии. Широкое распространение получили сушилки с теплогенераторами прямого или косвенного нагрева, работающие на дизельном топливе. Затраты энергоресурсов на послеуборочную сушку зерновых могут достигать 30 % всех затрат на производство. Следовательно, повысив энергоэффективность процесса сушки, можно снизить себестоимость зерна и повысить рентабельность производства. Цель исследования - проанализировать возможность применения воздушных солнечных коллекторов для сушки зерновых для реального сельскохозяйственного предприятия юга России. Объект исследования. Хозяйство, основным видом деятельности которого является выращивание зерновых культур ООО «Кубань рис» (ст. Полтавская Краснодарского края). Материалы и методы. Для расчета производительности солнечного коллектора использована стандартная методика расчета теплового режима коллектора. Результаты и выводы. Объем топлива, затраченного на сушку, составляет 2,2 л (1,89 кг) дизельного топлива на 1 т со снятием 1 % влажности. Анализ технических характеристик солнечных коллекторов мировых производителей (GrammerSolar, BUSO, Valliant) показывает, что с энергетической точки зрения c 10 м² солнечного коллектора можно получить до 27 МДж/ч (TwinSolar 10, TwinSolar 12, 55) при подаче 350 м³/ч нагретого воздуха. При средней долготе дня 12 ч с учетом погодных условий энергетический выход составит не более 280 МДж/сут. Таким образом, существует принципиальная энергетическая возможность применения солнечных коллекторов для сушки зерновых.

Ключевые слова: солнечные коллекторы, сушка зерна, технологии сушки зерна, энергетический выход.

Введение

Важнейшая задача сельского хозяйства - обеспечение населения продовольствием высокого качества приемлемой стоимости, что требует постоянной оптимизации производства в рыночной экономике для сохранения баланса экономических интересов между производителем продукции и ее потребителем [1]. Все это требует ускорения темпов сельскохозяйственного развития, что неразрывно связано с повышением производительности труда. В свою очередь, повысить эффективность сельскохозяйственного производства и снизить себестоимость продукции невозможно без внедрения достижений научно-технического прогресса [3].

Растениеводство - важнейшая отрасль сельскохозяйственного производства. На долю сектора приходится около 3 % общего валового внутреннего продукта и около 6 млн человек, занятых в данной отрасли экономики. Вследствие сложившейся экономической конъюнктуры, себестоимость зерна только за последний год увеличилась на 40 % из-за роста цен на удобрения, средства защиты и ГСМ. В свою очередь, рост стоимости зерна привел к снижению рентабельности производства, что потребовало от аграриев внедрения дополнительных мер для снижения себестоимости продукции.

Один из путей увеличения рентабельности производства - переработка первичного сырья, что позволяет не только влиять на качество продукции, но и ее добавочную стоимость.

Поддержание характеристик зерна после сбора урожая необходимо для того, чтобы гарантировать потребителям зерно высокого качества [10, 12]. Взаимосвязь между влажностью, температурой и сроками хранения имеет основополагающее значение при определении безопасных условий хранения зерна, что обеспечивает сохранение биоактивных, технологических и биологических показателей зерна разных видов [6, 7].

На большей территории РФ у свежеубранного зерна при нормальных погодных условиях влажность составляет 18...20 %, при неблагоприятных условиях достигает 25...35 %, тогда как стандартные требования к качеству поставляемой пшеницы ограничивают верхнюю границу значения влажности в 13,5-14,5 %.

Сушка - самый простой, экономичный способ сохранения качества и ингредиентов сельскохозяйственной продукции на длительное время. Сушка продукта обеспечивает меньший размер при хранении и меньший вес при транспортировке [11]. При этом сушка зерна - один из наиболее энергозатратных процессов послеуборочной обработки. Так, затраты энергоресурсов на послеуборочную сушку зерновых могут достигать 30 % всех затрат на производство. Следовательно, повысив энергоэффективность процесса сушки, можно снизить себестоимость зерна и повысить рентабельность производства.

Проблема высокого и неэффективного потребления энергии всегда является одной из первоочередных [9] и может быть решена за счет использования технологий утилизации солнечной энергии [8]. Рост тарифов на электрическую энергию способствует широкому применению альтернативных централизованному электроснабжению способов производства электрической энергии [2]. Кроме того, сельские районы являются одними из наиболее привлекательных регионов для использования оборудования возобновляемой энергетики [5].

В настоящее время широкое распространение получили сушилки с теплогенераторами прямого или косвенного нагрева, работающие на дизельном топливе. Данная технология сушки относительно проста, но, как и любая технология, может быть либо заменена более энергоэффективной, либо усовершенствована.

Немаловажное значение в современном производстве отводится вопросам экологии. Внедряются различные устройства для утилизации возобновляемых источников энергии, в частности солнечные коллекторы. Ввиду высокой потребности в тепловой энергии при сушке зерновых логично предположить, что сократить потребление органического топлива при производстве теплоты, а значит, и повысить экологичность технологического процесса сушки можно применением солнечных коллекторов.

Цель исследования - проанализировать возможность применения воздушных солнечных коллекторов для сушки зерновых для реального сельскохозяйственного предприятия юга России.

Объект исследования

Для оценки эффективности применения воздушных солнечных коллекторов при сушке зерновых использованы данные хозяйства, основным видом деятельности которого является выращивание зерновых культур ООО «Кубань рис» (ст. Полтавская Краснодарского края). Данные о производстве и сушке пшеницы в ООО «Кубань рис» в период с 2018 год по 2020 год приведены в таблице 1.

Таблица 1

Производство и сушка пшеницы в ООО «Кубань рис»

Технологический процесс сушки длился в среднем 30 дней (25-35 дней) и проводился в период с 10 сентября по 15 октября тремя стационарными сушилками марки Agrex PRT250/FE-SC с теплообменниками (таблица 2) производительностью 75 т/сутки. 22 часа в сутки с периодом активного вентилирования 13,2 часа.

Таблица 2

Техническая характеристика сушилки Agrex PRT250/FE-SC

Объем топлива, затраченного на сушку, - 2,2 л (1,89 кг) дизельного топлива на 1 т со снятием 1 % влажности. Сушилки обслуживает оператор с заработной платой 42 000 р./мес. Техническое обслуживание трех сушилок ежедневное стоимостью 3500 р./мес. Дополнительно сервисная компания три раза в год проводила техническое обслуживание трех сушилок стоимостью 80 тыс. р./год. Удельные затраты на сушку составляют 290-330 р./т со снятием 3 % влажности зерна в зависимости от объема зерна.

Материалы и методы

Для расчета производительности солнечного коллектора использована стандартная методика расчета теплового режима коллектора [4].

Результаты и обсуждение

При оценке эффективности применяемого и анализируемого технологического процесса сушки целесообразно перейти к энергетическим единицам, что позволит на данном этапе анализа уйти от стоимости солнечных коллекторов и оценить эффективность их применения с энергетической точки зрения. При удельной теплоте сгорания дизельного топлива в 43 МДж/кг, применяемого в сушилках, показатель суммарного удельного расхода теплоты на испарение 1 кг влаги Eq = 240 кДж/кг пшеницы со снятием 3 % влажности (при п = 0, 95) при расходе воздуха 53 000 м³/ч.

Анализ технических характеристик солнечных коллекторов мировых производителей (GrammerSolar, BUSO, Valliant) показывает, что с энергетической точки зрения c 10 м² солнечного коллектора можно получить до 27 МДж/ч (TwinSolar 10, TwinSolar 12, 55) при подаче 350 м³/ч нагретого воздуха (таблица 3).

При средней долготе дня 12 ч с учетом погодных условий (рисунок 1) энергетический выход составит не более 280 МДж/сут.

Таблица 3

Технические характеристики солнечных коллекторов

С учетом данных хозяйства получаем суточную потребность в теплоте при сушке (таблица 4).

солнечный коллектор сушка зерновой

Таблица 4

Энергетический выход солнечных коллекторов

Выводы

Возможность применения воздушных солнечных коллекторов для сушки зерновых была исследована за период с 2018 год по 2020 год на примере действующего сельскохозяйственного предприятия, основной производственной деятельностью которого является выращивание зерновых культур ООО «Кубань рис» (ст. Полтавская Краснодарского края).

Объем топлива, затраченного на сушку, составляет 2,2 л (1,89 кг) дизельного топлива на 1 т со снятием 1 % влажности. Анализ технических характеристик солнечных коллекторов мировых производителей (GrammerSolar, BUSO, Valliant) показывает, что с энергетической точки зрения c 10 м² солнечного коллектора можно получить до 27 МДж/ч (TwinSolar 10, TwinSolar 12, 55) при подаче 350 м³/ч нагретого воздуха. При средней долготе дня 12 ч с учетом погодных условий энергетический выход составит не более 280 МДж/сут.

Таким образом, существует принципиальная энергетическая возможность применения солнечных коллекторов для сушки зерновых. Причем коллекторы могут быть как единственные источники теплоты, так и работать в составе традиционных технологий сушки. Эффективность их функционирования будет определяться следующими условиями: наличие свободных площадей для размещения солнечных коллекторов; местом расположения предприятия с учетом уровня потенциала солнечной энергии.

Библиографический список

1. Акупиян О. С., Капинос Р. В. Инновационные подходы к развитию сельских территорий //Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2018. № 3 (19). С. 50-60.

2. Даус Ю. В., Головинов В. В. Крышная фотоэлектростанция для электроснабжения системы круглосуточного внутрицехового освещения мельницы // Инновации в сельском хозяйстве. 2017. № 2 (23). С. 133-138.

3. Здоровец Ю. И. Особенности калькулирования себестоимости продукции зерновых культур // Вестник Белгородского университета кооперации, экономики и права. 2018. № 6 (73). С. 275282.

4. Камара С., Сулин А. Б., Лысёв В. И. Аналитическое исследование производительности коллектора комбинированного типа для солнечного нагрева и ночного радиационного охлаждения // Вестник МАХ. 2022. № 1. С. 26-35.

5. Ресурсный потенциал солнечной энергии для установок, использующих ее в системе энергоснабжения потребителей г. Волжского / Ю. В. Даус, Н. М. Веселова, И. В. Юдаев, С. А. Ракитов // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2017. № 129. С. 297-307.

6. Comparative physiology and proteomics of two wheat genotypes differing in seed storage tolerance / X. Chen, G. Yin, A. Borner, X. Xin, J. Ele, M. Nagel, X. Liu, X. Lu // Plant Physiol. Biochem. 2018. V. 130. P. 455-463.

7. Effect of artificial aging on wheat quality deterioration during storage / P. P. Tian, Y. Y. Lv, W. J. Yuan, S. B. Zhang, Y. S. Hu // J. Stored Prod. Res. 2019. V. 80. P. 50-56.

8. Increasing Solar Radiation Flux on the Surface of Flat-Plate Solar Power Plants in Kamchatka Krai Conditions / Y. V. Daus, I. V. Yudaev, K. A. Pavlov, V. V. Dyachenko // Applied Solar Energy. 2019. Vol. 55. No 2. P. 101-105.

9. Performance analysis of a residential heating system using borehole heat exchanger coupled with solar assisted PV/T heat pump / J. Yao, W. Liu, L. Zhang, B. Tian, Y. Dai, M. Huang // Renew. Energy. 2020. V. 160. P. 160-175.

10. Physiochemical changes in wheat of different hardnesses during storage / S. B. Zhang, Y. Y. Lv, Y. L. Wang, F. Jia, J. S. Wang, Y. S. Hu // J. Stored Prod. Res. 2017. V. 72. P. 161-165.

11. Singh A., Sarkar J., Sahoo R. R. Experimental performance analysis of novel indirectexpansion solar-infrared assisted heat pump dryer for agricultural products // Sol. Energy. 2020. V. 206. P. 907-917.

12. Ziegler V., Paraginski R. T., Ferreira C. D. Grain storage systems and effects of moisture, temperature and time on grain quality - a review // J. Stored Prod. Res. 2021. V. 91. P. 101770.

Размещено на Allbest.ru