К вопросу определения методов модернизации электротехнологий производственных процессов на предприятиях АПК



Дальнейшее устойчивое развитие сельскохозяйственного производства возможно за счет государственной поддержки сельскохозяйственных товаропроизводителей, грамотного формирования производственно-экономических отношений, эквивалентным обменом между городом и селом, систематическим использованием потенциала деревни в качестве инвестиционного и трудового донора для других отраслей народного хозяйства.

Важнейшей составляющей в решении данной задачи является повышение уровня механизации и электрификации технологических процессов сельскохозяйственного производства, а также применение современных технологий, достижений науки и техники [1].

Улучшение качества эксплуатации электрооборудования одна из главных задач на современном этапе сельского хозяйства. Поэтому среди мероприятий, обеспечивающих снижение интенсивности отказов электрооборудования, важное значение придаётся защите электроустановок при аварийных режимах, внедрению перспективной системы технического обслуживания и ремонта электрооборудования и средств автоматизации.

Энергетическую базу сельского хозяйства составляют мобильная и стационарная тепло и электроэнергетика. Общая мощность электроустановок сельскохозяйственных потребителей составляет более сто миллионов киловатт. Применение электроэнергии для механизации и автоматизации технологических процессов ведет к увеличению производительности, улучшению условий труда и снижению себестоимости продуктов животноводства.

Наряду с преобразованием электрической энергии в механическую, целесообразно применение электрического нагрева в сельском хозяйстве. Электрический нагрев обладает значительными техническими преимуществами перед другими видами нагрева, поскольку электронагревательные устройства и установки постоянно готовы к использованию, почти не требуют обслуживания, легко автоматизируются и обеспечивают высокое качество технологического процесса, часто недостижимое при огневом нагреве. По сравнению с огневыми, они уменьшают пожарную опасность, улучшают санитарные и гигиенические условия, имеют, как правило, меньшие габариты и металлоемкость, хорошо вписываются в систему электрифицированного сельскохозяйственного производства. Применение их в большинстве случаев экономически целесообразно, особенно при включении в провалы графиков электрических нагрузок с аккумулированием теплоты.

Для обеспечения рациональных способов электротеплоснабжения необходимы электронагревательные устройства, более полно отвечающие общетехническим и технологическим требованиям сельского хозяйства. Экономичности, безопасности, надежности в работе, возможности автоматического регулирования, простоты конструкции, стоимости оборудования, возможности ремонта в условиях мастерских хозяйства и обслуживания малоквалифицированным персоналом, обеспечения высоких санитарных требований и экологии [2].

Комплексная электрификация сельскохозяйственного производства предусматривает перевод на электроэнергетическую базу максимально возможного с технологической и экономической точек зрения, количества объектов и процессов сельскохозяйственного производства.

При этом должно быть обеспечено гармоничное сочетание прогрессивной технологии производства и автоматизированной системы электрифицированных машин, при рациональной организации труда и производства. Все это должно обеспечить повышение производительности труда, увеличение количества и повышение качества продукции сельского хозяйства, в данном случае фермы КРС.

Комплексная электрификация осуществима при наличии высокомеханизированных прогрессивных технологий, широкой автоматизации машин и установок, передовых форм организации труда и управления производством. Основой комплексной электрификации является всестороннее использование электрической энергии в силовых стационарных и мобильных процессах, тепловых процессах, для освещения и облучения, в системах обеспечения заданного микроклимата и процессах электротехнологии.

Электротехнология — это совокупность методов и приемов воздействия электрической энергии на технологические процессы с целью получения высококачественной продукции. Использование электротехнологий в сельском хозяйстве позволяет стимулировать развитие живых организмов, что дает возможность увеличить количество и улучшить качество продукции без расширения площадей и увеличения поголовья животных и птицы, защитить полезные растения от сорняков и вредителей, животных от болезней и таким образом повысить сохраняемость готовой продукции. Электротехнология предполагает использование электроэнергии при минимальных ее преобразованиях в технологическом процессе (часто без специальных рабочих органов).

Отличительная особенность использования электроэнергии в сельском хозяйстве — это электрофизическое воздействие различными методами на живые организмы с целью стимулировать регуляторные процессы, способствующие проявлению желаемой программы их развития. Поскольку все живые организмы возникли, развивались и функционируют благодаря взаимодействию внешних и внутренних факторов, большинство из которых имеет электромагнитную природу, при электрофизических воздействиях в них происходят сложные процессы, весьма чувствительные к различным дозам. Установлено, что относительно малые (стимулирующие) дозы могут существенно увеличить продуктивность живых организмов, в то время как большие (угнетающие) резко снижают ее, вызывая в отдельных случаях гибель этих организмов.

Использование электротехнологий в производственных процессах облегчает и ускоряет автоматизацию сельского хозяйства, так как всем электроустановкам присуще более гибкое управление энергией и технологическими режимами и для них имеется широкая номенклатура средств автоматики [3].

Значительное место в деле успешного развития комплексной электрификации играют вопросы правильного проектирования, то есть выбора наиболее экономически и технически совершенного варианта построения и функционирования данного объекта электрификации.

Основными технологическими процессами коровника являются: раздача кормов, поение животных, доение коров и первичная обработка молока, вентиляция и отопление коровника, удаление навоза, горячее водоснабжение.

Эти технологические процессы первостепенно влияют на количество и качество производимой продукции. Электрификация процессов животноводства отражается на их продуктивности, то есть ведет к увеличению, а также ведет к улучшению условий труда рабочих на ферме. Эти факторы являются одними из самых важных.

Особенности функционирования сельскохозяйственной отрасли связаны с тем, что в качестве объекта воздействия машинных технологий чаще всего выступают биологические объекты: почва, растение, животное. Это накладывает отпечатки на особенности потребления и распределения энергии, а также возможные энергетические источники. Структура теплоэнергетических ресурсов для сельского хозяйства помимо традиционных источников энергии — нефти, газа, электроэнергии; включает также солнечную энергию, энергию биологической массы, вторичные энергоресурсы.

Проблема энергосбережения в сельском хозяйстве включает последовательное решение трех задач: принятие и постепенная реализация организационно-экономических и нормативно-правовых мероприятий; внедрение энергосберегающих технологий широким использованием вторичных энергоресурсов; изменение машинных технологий с кардинальным снижением энергетических затрат.

Радикальным решением является использование нового технологического оборудования и процессов с меньшим потреблением электроэнергии, однако это требует больших разовых капиталовложений. Вместе с тем, существуют возможность постепенного снижения потребления энергии отдельными машинами и установками. Одной из таких возможностей является использование частотных регуляторов, которые используются для регулирования приводов насосов, вентиляторов, компрессоров и т. п. установок. Поскольку фактический расход воды, воздуха, газа и т. п. в какой-то момент времени может быть меньше номинального максимума, то этот фактический расход можно обеспечить с меньшей скоростью вращения двигателя. Учитывая, что мощность на валу двигателя уменьшается в кубической зависимости от снижения частоты вращения, очевидна экономия электроэнергии с помощью частотно-регулируемого электропривода. Это обусловило широкое использование частотных регуляторов во всем мире.

В то же время существует другой тип установок, в которых частота вращения двигателя должна оставаться постоянной независимо от мощности, фактически используемой для выполнения полезной работы. Использование частотных регуляторов на таких установках не имеет смысла, и соответственно, невозможно достичь экономии путем регулирования частоты вращения. И все же эта проблема была успешно решена. В США был разработан новый тип регуляторов для экономии электроэнергии в установках подобного типа — так называемых регуляторов мощности.

Регуляторы мощности предназначены для экономии электроэнергии, потребляемой одно- и трехфазными асинхронными двигателями переменного тока. Принцип действия основан на том, что регулятор непрерывно оценивает величину нагрузки электродвигателя и определяет, когда двигатель потребляет больше энергии, чем требуется. Затем регулятор «вырезает» часть синусоиды подводимого к нему питания, чтобы подать на двигатель ровно столько энергии, сколько необходимо. Длительность «вырезанной» зоны обратно пропорциональна величине нагрузки электродвигателя. Ток, потребляемый двигателем, ограничивается до уровня, достаточного для текущей нагрузки и потери энергии, пропорциональные I²R, устраняются. Многочисленные испытания и измерения в процессе эксплуатации показали, что применение регулятора мощности уменьшает потребление электроэнергии двигателем на 10…45 % в зависимости от вида нагрузки и снижает температуру двигателя на 10…15°С, что продлевает его ресурс примерно в 2 раза. В зависимости от мощности двигателя регуляторы делятся на три категории — РМ I, РМ II и РМ III. Модели РМ I рассчитаны на однофазные электродвигатели и/или устройства с ними, включаемые в обычные стеновые розетки и потребляющие не более 8А, 15А и 20А. Имеют вид сетевого адаптера в пластмассовом корпусе. Модели РМ II рассчитаны на однофазные электродвигатели и/или устройства с ними, потребляющие не более 35А и 60А. Модели РМ III предназначены для трехфазных электродвигателей и/или устройств с ними, потребляющих не более 15А, 30А, 40А, 60А, 120А, 250А и 500А.

Не стоит забывать и о том, что условия эксплуатации электроустановок в сельском хозяйстве значительно хуже, чем в промышленности. Это связано с наличием повышенной влажности, пыли, агрессивных паров и газов, разрушающих электрическую изоляцию. Наряду с необходимостью обеспечить электробезопасность людей требуется принимать меры для обеспечения электробезопасности животных [4].

Таким образом, подводя некоторые итоги, можно отметить, что для снижения себестоимости производства животноводческой продукции и повышения её конкурентоспособности необходимо направить усилия на устранение имеющихся недостатков на существующих животноводческих предприятиях и внедрение прогрессивных низкозатратных технологий. В этих условиях реконструкция имеющихся объектов животноводческого комплекса представляется вполне рациональной, так как позволит снизить расходы по сравнению со строительством новых комплексов. Важную роль в этом может сыграть и модернизация электротехнологий производственных процессов и объектов предприятий АПК нашей страны.

Литература:

1. Организационно-экономические и технологические основы механизации и автоматизации животноводства [Текст] / [Н. М. Морозов]; М-во сельского хоз-ва Рос. Федерации, Федер. гос. бюджетное науч. учреждение «Российский науч.-исслед. ин-т информ. и технико-экономических исслед. по инженерно-техническому обеспечению агропром. комплекса» (ФГБНУ «Росинформагротех»). — Москва: Росинформагротех, 2011. — 283 с.
2. Найденский М.С Кузнецов А. Ф., и др., Зоогигиена с основами проектирования животноводческих объектов. Учебник. — М: Колос, 2007. — 500 с.
3. Механизация, электрификация и автоматизация животноводства: учебник / Л. П. Карташов, А. И. Чугунов, А. А. Аверкиев. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Колос, 1997. — 368 с.
4. Алиев И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию: Учеб. пособие для вузов. — 2-е изд., доп. — М.: Высшая школа, 2000. — 255 с.