Управління ресурсоспоживанням та ресурсозбереженням в тваринництві
РЕФЕРАТ на тему:
Управління ресурсоспоживанням та ресурсозбереженням в тваринництві
Зміст
1. Енергозбереження у кормовиробництві
2. Прогресивні технології як основа мінімізації сукупних витрат енергії
Використана література
1. Енергозбереження у кормовиробництві
Тваринництво та кормовиробництво - основні споживачі рідкого палива та електроенергії в сільському господарстві. Виробництво продуктів тваринного походження - м’яса, молока, яєць, вовни, відтворення поголів’я, а також використання худоби на сільськогосподарських роботах пов’язані з перетворенням енергії.
Енергію, необхідну для процесів життєдіяльності, росту й виробництва продукції тваринництва одержують із корму. Значна кількість одержуваної організмом енергії йде на засвоєння й обмін поживних речовин на клітинному рівні. Тому лише невелика частина спочатку спожитої енергії є „корисною", тобто переходить в енергію кінцевого продукту. Енергетична ефективність трансформації кормів у продукцію, що визначається співвідношенням енергії кінцевого продукту та повної енергоємності виробництва кормів у молочному скотарстві та свинарстві не перевищує 30%, у бройлерному птахівництві - 10%, виробництві яловичини - 7%.
Ефективність ведення тваринництва значною мірою визначається кормозабезпеченістю худоби і птиці. Найвища продуктивність сільськогосподарських тварин досягається при оптимальному забезпеченні кормами.
Як відмічають в своїх роботах В.В. Гришко, В.І. Перебийніс та В.М. Рабштина витрати кормів на одиницю продукції тваринництва в Україні у 1,5…2 рази перевищують середній рівень розвинених країн. Одна з причин такого становища - незбалансованість поголів’я худоби і кормової бази.
Незбалансованість кормів по протеїну - інша причина. Внаслідок цього щорічно в Україні перевитрачається близько 6 млн. т зерна.
У США, наприклад, серед основних сільськогосподарських культур перше місце займала кукурудза, друге - соя, третє - багаторічні трави на сіно, четверте і п’яте - сорго і ячмінь.
Якщо ж оцінювати енерговитрати з урахуванням вмісту кормопротеїнових одиниць, то найменша енергоємність виробництва зерна ярого ячменю і гороху.
Замінити зерно у комбікормах можна трав’яним борошном (для свиней і птиці до 10%, для великої рогатої худоби (ВРХ) - до 15…20%). Але з енергетичної точки зору заміна зерна трав’яним борошном недоцільна, оскільки енерговитрати в розрахунку на кормову одиницю у трав’яному борошні вищі у 6,3…15,0 разів.
У тої же час серйозного заощадження палива можна досягти завдяки поєднанні пров’ялювання та застосування у процесі сушіння відпрацьованого тепла сушильного агенту, бо майже 75% теплової енергії викидається з теплоносієм. Замкнений цикл проходження повітря з теплоносієм (з температурою 120°С) для попереднього сушіння зеленої маси значно зменшує енерговитрати.
Ліквідувати дефіцит протеїну доцільно за рахунок шротів та макухи соняшника, сої, ріпаку. За даними Інституту кормів УААН, освоєння кормових сівозмін, насичення багаторічними бобовими культурами, травами більш, ніж на 50% зернофуражними культурами, проміжними посівами дасть можливість збільшити виробництво кормів і кормового протеїну на 42…48%, зменшити витрати праці і палива на обробіток ґрунту на 20%, заощадити азотні добрива за рахунок біологічної фіксації азоту багаторічними бобовими і зернобобовими культурами. На гектар культурних пасовищ витрачається у 4…12 разів менше енергії, ніж на зернові чи технічні культури; а прибуток з гектара їх посіву у 4 рази вище, ніж з гектара цукрових буряків, і у 16 разів, ніж з гектара зернових культур.
З кормів, виготовлених із 1000 т зеленої маси для переважного використання у стійловий період, найменших витрат сукупної енергії потребують пресоване сіно (1392,1 МДж), сінаж (1603,7 МДж) і брикети (2197,6 МДж), найбільших - трав’яне борошно (8081 МДж).
Основна питома вага витрат сукупної енергії при виробництві кормів із зеленої маси припадає на машини (13,7…32,0%), паливно-мастильні матеріали (19,0…67,5%) та витрати, пов’язані з виробництвом вихідної зеленої маси (5,9…34,3%).
Енерговитрати на заготівлю розсипного сіна розподіляються таким чином:
на скошування злакових і бобових трав урожайністю 275 і 250 ц/га - 9,9…13,8%;
на перевертання - 4,1…4,4%;
згрібання у валки - 6,0…6,4%;
складання копиць - 10,7…10,3%;
навантаження кіп - 26,0…24,1%;
транспортування - 26,0…24,0%;
скиртування - 17,8…16,7%;
оборювання скирти - 0,6…0,5%.
Витрати палива на виробництво 1 т сіна становлять 10 кг, а на 1 га - до 50 кг.
Для зменшення енергоємності кормових раціонів доцільно збільшення частки об’ємних кормів (силосу, сіна, зеленої маси), пасовищне використання кормових угідь, заготівля сіна шляхом активного вентилювання, силосування кормів з попереднім прив’ялюванням зеленої маси у полі і наступним її сушінням плівковими сонячними колекторами, одержання корму з кукурудзи за рахунок подрібнення разом з стрижнями вологих качанів та наступного їх самоконсервування, приготування збалансованих кормосумішок у кормоцехах без теплової обробки тощо.
2. Прогресивні технології як основа мінімізації сукупних витрат енергії
Основним напрямом зменшення енергоємності виробництва продуктів тваринництва є мінімізація сукупних витрат енергії на основі використання прогресивних технологій.
Вдосконалення традиційної технології виробництва молока шляхом використання резервів енергозбереження (за даними В.В. Гришко) дає змогу зменшити її питому енергоємність на 36,3…73,1 ГДж на голову за рік, або на 37…55%. Це дозволяє підвищити біоенергетичний коефіцієнт молока до 11…15% замість 7,6%.
Структура повної енергоємності утримання корів у традиційних і комплексно-механізованих (у дужках) фермах, %:
корми - 77,7 (73,2);
будівлі та споруди - 5,8 (8,4);
машини та обладнання - 4,2 (7,3);
транспорт - 7,6 (8,3);
жива праця - 4,7 (2,8).
Повна енергоємність утримання корови на фермі традиційного типу становить 30578,9, а на комплексно-механізованій - 30492,2 МДж.
У сукупному енергетичному балансі виробництва молока прямі витрати енергії становлять 12%, решта - непрямі витрати, що включають 29,1% енерговитрат на мінеральне удобрення кормових культур, 44,0% - на концентровані корми (40% цієї величини витрачається на вирощування кормів, 39% - на сушіння, 18% - на транспортування, 6% - на подрібнення та пресування), 2,1% - на виготовлення трав’яного борошна, 1,4% - на зберігання кормів, 4% - на техніку й обладнання, 5,6% - на тепло та освітлення у приміщеннях, 1,8% - на службові потреби.
Середньорічні прямі питомі витрати енергії на виробництво 1 кг молока становлять 0,95 МДж, непрямі - у 7 разів вище. В умовах комплексної механізації виробництва молока енерговіддача становить усього 13,6%.
У сукупній енергоємності виробництва молока питома вага кормів становить 60,4…61,4%; енергії приміщень, засобів механізації, паливно-мастильних матеріалів і електроенергії - 10,0…11,2%, теплової енергії (обігрів приміщень, підігрів води для доїльно-молочного блоку) - 22,2…22,5%.
У структурі енергоспоживання тваринницьких ферм частка прямих енерговитрат на створення й підтримання оптимального мікроклімату в приміщеннях становить 40…90%. З огляду на це визначено основні напрямки, що забезпечують їх зниження:
відповідна конструкція будівель;
вдосконалення обладнання, що забезпечує вентиляційне повітря.
У першому випадку необхідно підвищувати теплозахист будівель, оптимізувати термічний опір конструкцій, застосовувати раціональні об’ємно-планувальні рішення, нові матеріали. Однак потенційні, можливості цього напрямку незначні, бо навіть зниження у 2…3 рази теплових втрат через удосконалення конструкцій дозволить зменшити розрахунковий дефіцит тепла приміщення лише на 10…20%.
Можливості, що надає другий напрямок, значно ширші. Система вентиляції, яка використовується в тваринництві, має суттєві недоліки. Так, у структурі питомих витрат електричної енергії на утримання корови найбільшу питому вагу має електропривод вентиляторів (до 46,3%).
Резерви зниження витрат енергії у застосуванні вентиляторів із безступінчастим режимом переключення, що працюють з напругою від 90 до 220В і які споживають на 25…30% менше енергії, ніж ступінчасті.
У той же час з вентильованим повітрям видаляється значна кількість тепла, яке можна було б утилізувати, використавши, наприклад, для первинної обробки молока та нагрівання води тощо. На виконання цих процесів використовується відповідно 30,7 та 20,8%, а на освітлення - 20,2% від всій електроенергії, що витрачається на молочних фермах.
Підвищення рівня автоматизації тепловентиляційного обладнання; оптимізація управління цим обладнанням; застосування ефективних способів розподілу повітря, що забезпечують підвищення асиміляції шкідливих газів і вологи вентиляційним повітрям; використання децентралізованих вентиляційно-опалювальних установок забезпечує зменшення енерговитрат на створення оптимальних параметрів мікроклімату.
Доцільне використання технічних засобів для утилізації тепла викидного повітря і покриття дефіциту тепла приміщення. Дефіцит тепла приміщення із значним внутрішнім виділенням вологи (корівники, свинарники) прямо пропорційний їх повітрообміну.
Із метою зменшення енергоємності мікроклімату слід мати установки, які регенерують тепло, що виділяється з тваринницьких приміщень. Доцільно мати теплоутилізатори, розміщені під дахом, які дозволяли б підігрівати свіже повітря за рахунок відпрацьованого.
На діючих молочних фермах можна використовувати без значних капіталовкладень 40% конденсаційного тепла, при проектуванні нових ферм - 65…70% і задовольнити сукупну потребу ферм у теплій воді.
На фермі на 100 корів заощаджується протягом року 145 тис. кВт. год енергії. Капітальні вкладення окупаються за 2…3 роки.
Використання тепла
молока, одержаного від 70 дійних корів
(продуктивність - 5000 кг молока за рік),
дозволяє щоденно нагрівати 200 л води до
температури 55°С. Середньорічні витрати
електроенер
гії
на фермі знижуються на 100 тис. кВт-год.
Поелементний аналіз можливостей заощадження енергії на молочній фермі свідчить про наявність значних резервів. Зокрема, завдяки рекуперації тепла, що виділяється при охолодженні молока, й використанні його на нагрівання води заощаджується від 114 до 152 кВт-год енергії.
Теплонасосна установка для приготування технологічної води окупається за 6…7 років при терміну служби 10…12 років. Використання напувалок без підігріву води зменшує сукупні витрати енергії на 13…70%.
Енергоємність приготування кормосумішок для великої рогатої худоби залежить від складу поточної лінії, питомого енергоспоживання, обладнання, режимів його роботи, автоматизації процесів і коливається від 3 до 10 кВт. - год/т.
Зважаючи на те, що у технологічних лініях використовуються машини з різними параметрами продуктивності, питомі енерговитрати кормоцехів на багатьох фермах вищі за нормативні.
Витрати сукупної енергії у розрахунку на 1000 т зерна при подрібненні його на ДКМ-5 із наступним змішуванням на СЕК-0,5 становлять - 1518,5 ГДж, при плющенні його на ПЗ-3 - 3860,5, а при виготовленні комбікормів за допомогою КОРК-15 - 5375,9 ГДж, тобто у 2,5…3,5 рази вищі.
Суттєво зменшити питомі енерговитрати можна шляхом оптимального вибору комплекту обладнання кормоцеху, дотримання нормативів дозування компонентів, застосування систем автоматичного регулювання видачі кормів
Враховуючи, що процеси виробництва продукції галузі тваринництва переважно здійснюються в стаціонарних умовах, створюються сприятливі можливості використання електроенергії. Застосування електрифікованих машин у тваринництві дає змогу значно підвищити продуктивність праці. Розширення зони використання електроенергії у тваринництві доцільно не тільки з позиції зменшення витрат матеріальних ресурсів на енергію, але й з погляду скорочення витрат енергії на виробничі потреби.
Оцінювання технологій виробництва молока і м’яса за біоенергетичними показниками свідчить, що основні витрати енергії, пов’язані з використанням паливо-мастильних матеріалів (ПММ), припадають на роздавання кормів (2,5…2,8 ГДж за рік). Використання для цієї мети мобільних кормороздавачів з електроприводом замість двигунів внутрішнього згоряння понижує енергоємність процесу майже у 8 разів.
Для зниження загальної енергоємності виробництва продуктів тваринництва необхідно розробляти більш ефективні електромобільні системи транспортування й роздачі кормів, обладнані надійними індивідуальними джерелами електроенергії (типу акумуляторних батарей).
При цьому енергоємність транспортування й роздавання кормів, одержання гарячої води, обігріву приміщень скорочується у 5,5…7,3 рази В середньому 1 кВт-год. електроенергії, використаної на виробничі процеси у тваринництві, заощаджує 15 люд. - год. трудовитрат.
Застосування електроенергії при доїнні корів, стрижці овець заощаджує - 50% робочої сили, на водопостачанні тваринницьких ферм - 70%, на силосуванні кормів - 60%. Використання електроенергії для транспортування і роздавання кормів, виробництва пари та гарячої води, нагрівання приміщень дозволяє скоротити їх енергоємність в 5,5…7,3 рази.
Позитивний вплив на організаційно-технологічні основи сільськогосподарського виробництва за рахунок застосування електроенергії обумовлює зменшення енергоємності процесів, зокрема, це:
холодна пастеризація молока ультрафіолетовим випромінюванням;
ультразвуковий спосіб знищення бактеріальної флори у молоці;
аеронізація повітря в тваринницьких приміщеннях.
Основний напрямок заощадження електроенергії - це її високопродуктивне витрачання шляхом погодження потужності електрообладнання з конкретними потребами; дотримання графіка роботи електрообладнання, який унеможливлює холосту роботу і неповне завантаження; підтримання електрообладнання в технічно справному стані, при якому усувається відхилення від нормативного стану.
Резерви зменшення витрат електроенергії на освітлення у заміни ламп розжарювання, що перетворюють на світло лише - 5…8% спожитої енергії, люмінесцентними лампами, корисна віддача яких - 20…30%.
Утримання молодняка ВРХ на великих фермах вимагає значних витрат електроенергії (64,2% до загальної кількості) на підтримання мікроклімату. Тут на освітлення витрачається у 7,7 рази енергії більше, ніж на відгодівельних майданчиках (табл.1).
Таблиця 1.
Структура енергоємності виробництва яловичини при електрифікованих виробничих процесах, %
|
Технологічні процеси |
Комплексно-механізовані ферми по відгодівлі молодняка |
Відгодівельні майданчики |
|
Прибирання гною |
0,6 |
- |
|
Роздавання кормів |
9,5 |
26,8 |
|
Напування тварин |
3,9 |
33,9 |
|
Вентиляція приміщень |
64,2 |
- |
|
Переробка гною |
2,7 |
- |
|
Освітлення |
12,1 |
22,6 |
|
Інші потреби |
7,0 |
16,8 |
|
Всього |
100,0 |
100,0 |
В умовах енергетичної кризи варто змінити підходи до розміщення поголів’я, зважаючи на економічну доцільність енергозбереження.
Із 905 МДж енерговитрат для видалення гною ВРХ на засоби механізації припадає 161, на електроенергію - 133, на паливно-мастильні матеріали - 611 МДж.
Важливим резервом зниження енергоємності виробництва молока при прив’язному утриманні корів є перехід на доїння в доїльних залах. Витрати праці на разове доїння корів на установках УДТ-8, УДЕ-8А та УДА-16А зменшуються в 2…3 рази відносно агрегатів ДАС-2Б і АДМ-8. Витрати енергії на доїння корів на установках УДА-8 і УДА-16 та первинну обробку молока складають 1534,8 і 1489,3 МДж на голову у рік.
За показником витрат енергії на центнер приросту молодняку великої рогатої худоби за ефективністю є технологія безприв’язного утримання на глибокій підстилці, потім - з використаннями комбібоксів і прив’язного утримання. При цьому найбільше заощаджується паливно-мастильні матеріали (ПММ) та електроенергія.
Структура повної енергоємності виробництва свинини, %:
корми - 68,1…93,5;
паливо - 2,27…23,85;
машини та обладнання - 1,06…7,85;
електроенергія - 0,91…6,29;
найбільша частка витрат електроенергії припадає на електропривід вентиляційних установок - 44,0…55,3%;
жива праця - 0,66…2,13;
тваринницькі
будівлі - 0,07…0,11%.
Розмір ферми і система утримання свиней суттєво не впливають на питому енергоємність. Технологічні особливості утримання свиней обумовлюють порівняно меншу різницю електроємності виробництва свинини на традиційних і комплексно-механізованих свинофермах - 16,7%. Тому структура енерговитрат багато в чому подібна. Найбільша частка витрат електроенергії припадає на електропривід вентиляційних установок - 44,0…58,3%.
Таким чином, щоб уникнути значного зростання енергоємності виробничих процесів у тваринництві за рахунок їх теплофікації, доцільно здійснити такі заходи:
ущільнення тварин і птиці у приміщеннях, довівши їх кількість до оптимального значення;
зменшення втрат енергії через огороджувальні конструкції будівель шляхом підвищення теплового захисту;
застосування для підігрівання молодняка худоби теплоакумулюючих електронагрівачів замість електрокалориферів;
використання для підігрівання води рекупераційних установок, які утилізують тепло, що виділяється при охолодженні молока;
регенерація тепла, що виводиться разом з повітрям з тваринницьких приміщень;
застосування для опалення і кондиціювання петротермальних систем (трубопроводів, прокладених на певній глибині, через які вентилятори прокачують повітря, що використовується для нагрівання взимку, а влітку - для охолодження приміщень);
удосконалення вентиляційних систем тваринницьких приміщень шляхом автоматизації управління повітророзподілу, асиміляції шкідливих газів і вологи у вентильованому повітрі;
подавання свіжого повітря у зону знаходження тварин і птиці та локальне виведення відпрацьованого повітря;
ізолювання трубопроводів;
дотримання нормативного режиму горіння у котлах, оптимальної температури води у системах опалення;
недопущення накипу на стінках котлів; заміна водонагрівальних котлів на твердому і рідкому паливі електроводонагрівачами та електропароутворювачами.
Технічні заходи передбачають:
автоматизацію управління електронагрівальних і освітлювальних установок, систем водопостачання, установок мікроклімату, електроприводів тощо;
відключення електронагрівальних установок у години максимального навантаження енергосистеми;
погодження потужності нагрівальних елементів з тепловою продуктивністю установок;
оптимізацію завантаження електродвигунів;
індивідуальну компенсацію потужності, що споживається електродвигуном;
застосування газорозрядних ламп освітлення;
обмеження напруги в освітлювальній електромережі вночі;
компенсацію реактивної потужності на електропідстанціях за допомогою конденсаторних установок;
проведення зустрічного регулювання напруги;
заміну електрокалориферів розподільчими електронагрівальними установками (у свинарниках - електронагрівальними підлогами, в телятниках - електронагрівальними стінами).
Загалом, основними джерелами зменшення енергоємності виробництва продукції тваринництва є:
підвищення продуктивності тварин;
оптимізація чисельності поголів’я;
поліпшення породного складу худоби і птиці;
застосування енергоощадних технологій утримання поголів’я;
дотримання головних принципів організації виробництва (потоковості, ритмічності, синхронності).
Одним із найефективніших способів трансформації енергії біомаси, зокрема енергії гною, є анаеробна ферментація гною для отримання метану тобто, реальна можливість отримання енергії з гною, що отримують за безпідстилочного утримання тварин шляхом метанового бродіння.
За температури 31°С 1 кг органічної маси дає 0,8...1,0 м3 біогазу. Якщо врахувати, що від 40 до 50% органічної речовини гною втрачається у процесі метаногенезу і від 1 м3 біогазу, який є сумішшю метану й вуглекислого газу, отримують 20…25 МДж енергії, то очевидні переваги широкого застосування цього способу.
У виробничих дослідах у Швеції у розрахунку на одну корову за добу було отримано 2 м3 біогазу. За енергетичним еквівалентом отриманий на одній фермі біогаз може забезпечити потребу в енергії двох ферм.
Використана література
Ревенко І.І., „Механізація виробництва продукції тваринництва”, Київ „Урожай" 1994 р., 264 с.
Ревенко І.І., Роговий В.Д., Кравчук В.І., Манько В.М., Чос М.М., „Проектування механізованих технологічних процесів тваринницьких підприємств", Київ „Урожай" 1999 р., 200 с.
Ревенко І.І., Манько В.М., Кравчук В.І., „Машиновикористання у тваринництві”, Київ „Урожай" 1999 р., 208 с.
Корчемний М. та інш. Енергозбереження в агропромисловому комплексі. - Тернопіль: 2001 - 657 с.