03. Энергоэкологическая оценка использования различных генерирующих источников в сельском хозяйстве / И. А. Субботин

Печать

УДК 631.371:574

DOI: 10.15507/2658-4123.029.201903.366-382

Энергоэкологическая оценка использования различных генерирующих источников в сельском хозяйстве

Брюханов Александр Юрьевич
заведующий отделом инженерной экологии сельскохозяйственного производства, главный научный сотрудник, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства, филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Россия, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), доктор технических наук, профессор РАН, ResearcherID: B-7550-2018, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4963-3821, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Субботин Игорь Александрович
научный сотрудник, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства, филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Россия, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), ResearcherID: L-6130-2015, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6189-9385, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Тимофеев Евгений Всеволодович
старший научный сотрудник, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства, филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Россия, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), кандидат технических наук, ResearcherID: C-2502-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9022-0183, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Эрк Андрей Федорович
ведущий научный сотрудник, Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства, филиал ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (196625, Россия, г. Санкт-Петербург, п. Тярлево, Фильтровское ш., д. 3), кандидат технических наук, ResearcherID: C-2518-2019, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4394-4322, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Введение. В последнее время все чаще рассматривается вопрос о децентрализованном (автономном) энергообеспечении ряда нагрузок сельских территорий. Децентрализованное энергоснабжение возможно от различных генераторов энергии небольшой мощности с использованием местных и возобновляемых источников энергии. В этом случае у потребителя возникает задача выбора генерирующего источника.
Материалы и методы. Анализ потребителей энергии, режимы работы оборудования, графики нагрузок определены по результатам энергетических обследований, проводимых институтом с 2003 года по настоящее время. Комплексный показатель негативного воздействия производства тепло- и электроэнергии на окружающую среду определен методом логико-лингвистического моделирования Спесивцева – Дроздова на основе экспертных оценок.
Результаты исследования. Энергоисточники могут быть как традиционными (дизель-генераторы и газопоршневые установки), так и возобновляемыми (ветроустановки, солнечные коллекторы, мини-ГЭС). При выборе источника энергии учитывается критерий отбора: экономия или экологичность. Экономический критерий – стоимость кВт∙ч энергии. Экологический критерий – суммарный выброс загрязняющих веществ при получении энергии (г/кВт∙ч) на различных источниках энергоснабжения. Причем учитывается не только количество выбросов, но и вредное воздействие на окружающую среду.
Обсуждение и заключение. При выборе источников энергоснабжения предлагается пользоваться коэффициентом энергоэкологичности, который представляет произведение стоимости кВт∙ч полученной энергии на объем удельных выбросов загрязняющих веществ. Оптимальное значение этого коэффициента при выборе генерирующего источника – наименьшее. Коэффициент энергоэкологичности учитывает одновременно экономическую и экологическую целесообразность при выборе генерирующих источников энергии.

Ключевые слова: энергообеспечение, автономное энергоснабжение, генерирующий источник, коэффициент энергоэкологичности

Для цитирования: Энергоэкологическая оценка использования различных генерирующих источников в сельском хозяйстве / И. А. Субботин [и др.] // Инженерные технологии и системы. 2019. Т. 29, № 3. С. 366‒382. DOI: https://doi.org/10.15507/2658-4123.029.201903.366-382

Заявленный вклад соавторов: А. Ю. Брюханов – научное руководство, постановка задачи и формулирование концепции статьи; И. А. Субботин – методика, результаты и обсуждение; Е. В. Тимофеев – введение и обзор литературы; А. Ф. Эрк – методика, результаты и обсуждение, выводы.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила 22.02.2019; принята к публикации 20.03.2019;
опубликована онлайн 30.09.2019

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Тимофеев Е. В., Эрк А. Ф., Судаченко В. Н., Размук В. А. Оптимизация схем энергоснабжения современных сельскохозяйственных предприятий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 1 (94). С. 63–71. DOI: https://doi.org/10.24411/0131-5226-2018-10008

2. Судаченко В. Н., Эрк А. Ф., Тимофеев Е. В. Выбор варианта энергоснабжения объектов сельхозпроизводства по экономическим критериям // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 92. С. 43–48. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/vybor-varianta-energosnabzheniya-obektov-selhozproizvodstva-po-ekonomicheskim-kriteriyam (дата обращения: 22.05.2019).

3. Бровцин В. Н., Эрк А. Ф., Бычкова О. В. Анализ энергоэффективности сельскохозяйственных предприятий молочного направления // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2014. № 5. С. 22–24. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/analiz-energoeffektivnosti-predpriyatiy-molochnogo-napravleniya (дата обращения: 22.05.2019)

4. Эрк А. Ф., Судаченко В. Н., Бутримова Е. И. Принципы создания демонстрационной зоны высокой энергоэффективности сельскохозяйственных предприятий в Ленинградской области // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. № 88. С. 46–53. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/printsipy-sozdaniya-demonstratsionnoy- zony-vysokoy-energoeffektivnosti-selskohozyaystvennyh-predpriyatiy-v-leningradskoy-oblasti (дата обращения: 22.05.2019).

5. Lu X., Zhou K., Zhang X. Systematic Review of Supply and Demand Side Optimal Load Scheduling in a Smart Grid Environment // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 203. Pp. 757–768. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.301

6. Ghisellini P., Setti M., Ulgiati S. Energy and Land Use in Worldwide Agriculture: an Application of Life Cycle Energy and Cluster Analysis // Environment Development and Sustainability. 2016. Vol. 18, Issue 3. Pp. 799 – 837. DOI: https://doi.org/10.1007/s10668-015-9678-2

7. Naz M. N., Naeem N., Iqbal M., Imran M. Economically Efficient and Environment Friendly Energy Management in Rural Area // Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2017. Vol. 9, Issue 1. Pp. 800–833. DOI: https://doi.org/10.1063/1.4973713

8. Sustainable Planning of the Energy-Water-Food Nexus Using Decision Making Tools / N. Bieber [et al.] // Energy Policy. 2018. Vol. 113. Pp. 584–607. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enpol.2017.11.037

9. Zhonglin Ch., Guangchao G., Quanyuan J., Guerrero J. M. Energy Management of Chp-Based Microgrid with Thermal Storage for Reducing Wind Curtailment // Journal of Energy Engineering. 2018. Vol. 144, Issue 6. Pp. 700–723. DOI: https://doi.org/10.1061/(ASCE)EY.1943-7897.0000583

10. Ardebili S., Khademalrasoul A. An Analysis of Liquid-Biofuel Production Potential From Agricultural Residues and Animal Fat (Case Study: Khuzestan Province) // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 204. Pp. 819–831. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.09.031

11. Stich J., Ramachandran S., Hamacher T., Stimming U. Techno-Economic Estimation of the Power Generation Potential from Biomass Residues in Southeast Asia // Energy. 2017. Vol. 135. Pp. 930–942. DOI: https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.06.162

12. Malladi K. T., Sowlati T. Biomass Logistics: A Review of Important Features, Optimization Modeling and the New Trends // Renewable & Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 94. Pp. 587–599. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.06.052

13. Xu J. Z., Assenova A., Erokhin V. Renewable Energy and Sustainable Development in a Resource- Abundant Country: Challenges of Wind Power Generation in Kazakhstan // Sustainability. 2018. Vol. 10, Issue 9. Article ID 3315. DOI: https://doi.org/10.3390/su10093315

14. Economic Evaluation of Renewable Energy Systems for the Optimal Planning and Design in Korea / Chung M. [et al.] // Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems. 2018. Vol. 6, Issue 4. Pp. 725–741. DOI: https://doi.org/10.13044/j.sdewes.d6.0216

15. Иванов Г. А., Бобыль А. В., Ершенко Е. М., Теруков Е. И. Особенности эксплуатации солнечной автономной гибридной энергоустановки в условиях Северо-Западного Федерального округа // Журнал технической физики. 2014. Т. 84, №. 10. С. 63–67. URL: https://docplayer.ru/53559049-Osobennosti-ekspluatacii-solnechnoy-avtonomnoy-gibridnoy-energoustanovki-v-usloviyah-severozapadnogo- federalnogo-okruga.html (дата обращения: 22.05.2019).

16. Технико-экономические аспекты сетевой солнечной энергетики в России / А. В. Бобыль [и др.] // Журнал технической физики. 2014. Т. 84, № 4. С. 85–92. URL: http://journals.ioffe.ru/articles/ viewPDF/27207 (дата обращения: 22.05.2019).

17. Flexible Photovoltaic Modules Based on Amorphous Hydrogenated Silicon / G. Ablayev [et al.] // Semiconductors. 2015. Vol. 49, Issue 5. Pp. 679–682. URL: https://link.springer.com/article/10.1134/ S1063782615050024 (дата обращения: 22.05.2019).

18. Pfeifer A., Dominkovic D., Cosic B., Duic N. Economic Feasibility of CHP Facilities Fueled by Biomass from Unused Agriculture Land: Case of Croatia // Energy Conversion And Management. 2016. Vol. 125. Pp. 222–229. DOI: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.04.090

19. Судаченко В. Н., Эрк А. Ф., Тимофеев Е. В. Обоснование критерия экономической эффективности совместного использования традиционных и возобновляемых энергоисточников // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 92. С. 35–43. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/obosnovanie-kriteriya-ekonomicheskoy-effektivnosti-sovmestnogo-ispolzovaniya-traditsionnyh-i-vozobnovlyaemyh-energoistochnikov (дата обращения: 22.05.2019).

20. Эрк А. Ф., Судаченко В. Н., Размук В. А., Ковалева О. В. Результаты энергетического обследования сельхозпредприятий // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2014. № 85. С. 100–105. URL: https:// cyberleninka.ru/article/n/rezultaty-energeticheskogo-obsledovaniya-selskohozyaystvennyh-predpriyatiy (дата обращения: 22.05.2019).

21. Ракутько С. А., Маркова А. Е., Мишанов А. П., Ракутько Е. Н. Энергоэкология светокультуры – новое междисциплинарное научное направление // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2016. № 90. С. 14–27. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/energoekologiya-svetokultury-novoe-mezhdistsiplinarnoe-nauchnoe- napravlenie (дата обращения: 22.05.2019).

22. Оценка экологичности и энергоэффективности предприятия АПК с помощью иерархической модели искусственной биоэнергетической системы / С. А. Ракутько [и др.] // Региональная экология. 2015. № 6 (41). С. 58–66.

23. Shahsavari A., Akbari M. Potential of Solar Energy in Developing Countries for Reducing Energy- Related Emissions // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 90. Pp. 275–291. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.065

24. Emission Characteristics of a Pyrolysis-Combustion System for the Co-Production of Biochar and Bioenergy from Agricultural Wastes / L. Dunnigan [et al.] // Waste Management. 2018. Vol. 77. Pp. 59–66. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wasman.2018.05.004

25. Energy Savings, Emission Reductions, and Health Co-Benefits of the Green Building Movement / P. MacNaughton [et al.] // Journal Of Exposure Science And Environmental Epidemiology. 2018. Vol. 28 (4). Pp. 307–318. DOI: https://doi.org/10.1038/s41370-017-0014-9

26. Assessing the Economic and Environmental Sustainability of a Regional Air Quality Plan / C. Carnevale [et al.] // Sustainability. 2018. Vol. 10, Issue 10. Article ID 3568. DOI: https://doi.org/10.3390/ su10103568

27. Air Quality, Primary Air Pollutants and Ambient Concentrations Inventory for Romania / G. Nastase [et al.] // Atmospheric Environment. 2018. Vol. 184. Pp. 292–303. DOI: https:// doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.04.034

28. Субботин И. А. Повышение экологической безопасности утилизации навоза на основе принципов НДТ // Технологии и технические средства механизированного производства продукции растениеводства и животноводства. 2017. № 92. С. 186–192. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/povyshenie-ekologicheskoy-bezopasnosti-utilizatsii-navoza-na-osnove-printsipov-ndt (дата обращения: 22.05.2019).

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.