Перспективные направления энергосбережения в орошаемом земледелии Республики Крым

Почти вся территория агросистем Крымского региона по естественному увлажнению характеризуется неблагоприятными для сельского хозяйства климатическими условиями. Это является основным фактором снижения урожайности, поэтому альтернативы орошению сельскохозяйственных культур в степной и предгорной зоне Республики Крым нет. В последние два года на территории региона сформировались ресурсоограниченные условия. Это касается в особенности воды и энергии. Одним из основных потребителей данных ресурсов являлась подотрасль орошаемого земледелия, которая в результате формирования вододефицитных условий стала самым пострадавшим звеном среди основных групп водопользователей. Первым шагом в стабилизации сложившейся ситуации является рациональное использование водных и энергетических ресурсов. К тому же это отвечает основным требованиям мировых тенденций, сформировавшихся в последние 20 лет и направленных на внедрение в производство экологобезопасных технологий. В отношении орошаемого земледелия это в первую очередь подразумевает эффективное использование воды, топлива, электрической энергии и соблюдение основных правил технологического процесса полива. Первым шагом в этом направлении является правильный выбор способа полива.

Ключевые слова: способ полива, капельное орошение, дождевание, полив по бороздам, энергосбережение

К основным приоритетам энергетической политики Российской Федерации относится переход на энергосберегающие технологии и повышение эффективности использования имеющихся энергоресурсов. Рациональное использование данного вида ресурса в орошаемом земледелии необходимо вести в двух направлениях. Первое — снижение энергозатрат при транспортировке воды на участок, второе — уменьшение энергоемкости самого полива. Рассмотрим по отдельности каждое направление.

Энергозатраты на транспортирование воды в первую очередь зависят от технического состояния систем, которое для Республики Крым практически можно оценить как неудовлетворительное.

В таблице 1 приведены результаты инвентаризации этих сооружений, проведенной специалистами структурных подразделений ГБУ РК «Крымское управление водного хозяйства и мелиорации» в 2014 году.

Таблица 1

Итоги инвентаризации 2014 года оросительных сетей Республики Крым

Из анализа таблицы 1 видно, что потребность в капитальном ремонте хотя бы по одному из показателей превышает 55 %, а в восстановлении — 14 %. По итогам поливного сезона 2014 года при транспортировке было потеряно более 4 млн. м³ воды при водозаборе — 21,8 млн. м³ [1, с. 14, 16], то есть η водоподачи составил 0,81. Таким образом, по причине плохого технического состояния транспортирующих сетей на поставку заданного объема воды при механической подаче приходится затрачивать значительное количество электроэнергии, чтобы покрыть потери на фильтрацию, испарение, утечки.

Для улучшения сложившейся ситуации необходимо:

− на оросительных системах, которые характеризуются удовлетворительным техническим состоянием, и на которых не предусмотрена реконструкция, осуществить мероприятия по энергосбережению и повышению эффективности технологического процесса [2, с. 115];

− на оросительных системах, которые пребывают в неудовлетворительном, но работоспособном состоянии, предусмотреть полное техническое переоснащение или реконструкцию с заменой не только сети, но и оборудования насосных станций [2, с. 115], запорно-регулирующей арматуры;

− при проектировании и строительстве новых сетей отдавать предпочтение конструкциям, позволяющим снизить возможные потери на испарение и фильтрацию и т. д.

Затраты энергетического ресурса непосредственно при поливе зависят от выбранного способа и возделываемой культуры. Это находит подтверждение в Методических рекомендациях по расчету норм расхода электрической энергии в сельскохозяйственном производстве [3, с. 27–28]. Основными величинами, характеризующими расход электроэнергии на орошение, являются мощность насосных станций, режим их работы и КПД. Количество энергии, затрачиваемой на полив, может быть определено по формуле (1):

(1)

где Q — объем воды необходимый для орошения (оросительная норма), м³/га в год; Н_н — напор насоса, м; η_н и η_п — КПД соответственно насоса и подводящих сетей.

Или с учетом средних значений КПД:

(2)

Таким образом, потери при транспортировании зависят от количества перекачиваемой воды в единицу времени в зависимости от техники полива, то есть от поливной и оросительной нормы.

Существует мнение, что поверхностный полив самый энергоэффективный [4, с. 152], но для условий Крыма сравнение ранее проводилось только с дождеванием (и учитывали только затраты электроэнергии, хотя энергетический ресурс согласно источников [5, с. 236] включает в себя так же и топливо). В таблице 2 приведен перечень мероприятий по организации и ведению орошения, на которые требуются затраты энергетического ресурса по видам способов полива.

Таблица 2

В качестве примера в таблице 3 приведены расчетные значения удельных затрат электрической энергии при возделывании бахчевых культур на площади в 10 га для трех энергосберегающих способов полива: капельного орошения, дождевания и полива по бороздам (согласно формулы 2). Оросительная норма принималась согласно источников [6, с. 133; 7, с. 24] и составила для капельного орошения 1700 м³/га, для дождевания — 2000 м³/га и полива по бороздам — 2400 м³/га. Расчетный напор насосной станции определялся по формуле 3 [8, с. 190]:

(3)

где Н_г — геодезическая высота подъема, м (принимаем равной 3,5 м для всех трех вариантов); Σh_пот — сумма потерь напора по длине трубопровода и местных потерь, м (потери по длине определяем согласно [9, с. 102–103]). Местные потери рассчитываем по формуле 4:

(4)

где Σh_l — сумма потерь по длине; Н₀ — напор на гидранте (водовыпуске), м.

При расчете водоподачи брутто КПД сети принимаем равным проектному значению — 0,98. Длину напорного трубопровода принимаем равной 500 м.

Таблица 3

Удельные затраты электроэнергии при возделывании бахчевых культур

Таким образом, если выстраивать цепочку приоритетных способов полива с точки зрения сочетания энерго- и водосбережения следует поставить на первое место капельный полив, во-первых, затраты топлива идут только при закладке системы, во-вторых, на входе нужно невысокое давление около 2,5–4 атм. (для ряда дождевальных машин оно может достигать 5–7 атм.) и в-третьих, данный способ является самым водосберегающим, то есть при использовании дождевания и полива по бороздам оросительная норма выше, а это может означать дополнительные затраты энергии на ее поставку.

На протяжении многих лет каждый из указанных способов полива совершенствовался, в том числе и с точки зрения экономии энергетических ресурсов. В современных условиях выбор способа полива для каждого конкретного случая необходимо осуществлять на основе предварительного технико-экономического обоснования с обязательным учетом таких показателей как эффективность использования воды и электроэнергии.

1. Годовой отчет по технической эксплуатации оросительных систем Крыма за 2014 год / Государственный комитет по водному хозяйству и мелиорации Республики Крым. Симферополь, 2014. 105 с.
2. Захаров Р. Ю. Актуальні питання підвищення енергоефективності зрошувальних систем: монографія / під ред. Р. Ю. Захарова. Сімферополь: СОНАТ, 2009. 128 с.
3. Методические рекомендации по расчету норм расхода электрической энергии в сельскохозяйственном производстве. М.: ВАСХНИЛ, 1983. 51 с.
4. Марюшин П. А. Вопросы энергосбережения при орошении земель на Украине / П. А. Марюшин, Ю. В. Ступаченко, Д. В. Лунев // Строительство и техногенная безопасность: сб. науч. тр. / НАПКС. 2007. Вып. 19–20. С. 149–153.
5. Ресурсосберегающие энергоэффективные экологически безопасные технологии и технические средства орошения: справ. — М.: ФГБНУ «Росинформагротех», 2015. — 264 с.
6. Педь В. М. Практический справочник овощевода. Выращивание овощей на орошении / В. М. Педь, О. М. Нероденко. К.: Юнивест Медиа, 2013. 256 с.
7. Режим орошения, способы и техника полива овощных и бахчевых культур в различных зонах РФ: руководство. М.: Россельхозакадемия, ГНУ ВНИИ овощеводства, 2010. 82 с.
8. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации / Л. В. Скрипчинская, А. М. Янголь, С. М. Гончаров, С. М. Коробченко. Киев: «Вища школа», 1977. 352 с.
9. Таблицы для гидравлического расчета стальных, чугунных, асбестоцементных, пластмассовых и стеклянных водопроводных труб. М.: Стройиздат, 1973. 113 с.