Спосіб визначення акумульованої енергоємності виробництва цукрових буряків

Спосіб визначення акумульованої енергоємності виробництва цукрових буряків, який включає визначення енергетичного показника, що дорівнює сумі прямих та непрямих витрат енергії віднесених до одиниці споживаних предметів і засобів праці, який відрізняється тим, що визначають вимірювальний період з моменту вирощування цукрових буряків й одержання бурякової сировини й розділяють на інтервали часу створення енергоресурсів, створення сировини та матеріалів, трудових ресурсів, створення основних засобів, які виконують на рівні придбання, рівні виробництва, рівні продукції і визначають енергоємність виробництва буряків за формулою: де E c - питомі витрати сукупних енергоресурсів на 1 га посівів цукрових буряків, [МДж/га]; Eni - питомі витрати енергоресурсів та енергетична оцінка процесів переробки, зберігання та транспортування, [МДж/кг]; Em2 - питомі витрати сировини та матеріалів (енергетична оцінка енергії в мінеральних та органічних добривах, пестицидах, гербіцидах, насінні); E zi - питомі витрати живої праці, що вираховуються за енергетичним еквівалентом: 1000 год. людської праці дорівнює 7 ГДж; Eui - енергетичні витрати інвестиційних елементів (машини, запчастини, будівлі, споруди водного господарства, дороги); Cni - теплоутворююча здатність виду енергоносія, коефіцієнт корисного використання палива враховує витрати транспортування, збереження, виробництво і розподіл енергії та на системи забезпечення мікроклімату (для рідкого пального 0,530,56, електроенергії 0,71-0,75); nm1i - норма внесення мінеральних добрив, кг/га;  Ez i 1 i  n6  Eu МДж / га, i 1 i em1i - енергетичний еквівалент певного виду міне ральних добрив, МДж/кг; nm2i - норма витрат хімічного препарату, МДж/кг; em2i - енергетичний еквівалент препарату, МДж/кг; nm3i - норма висіву насіння, кг/га; em3i - енергетичний еквівалент насінного матеріа лу, МДж/кг; nm4i - норма витрат води, л/год.; em4i - енергетичний еквівалент очищеної води, МДж/кг; nm5 - норма витрат органічних добрив, кг/га; em5 - енергетичний еквівалент органічного добри ва, МДж/кг; nm6 - зрошувальна норма води, м3/га; em6 - енергетичний еквівалент зрошувальної во3 ди, МДж/м . U n3 (13)   em 3 i  nm 3  em 3  nm 4 i  em 4 i  nm 5  em 5  nm 6  em 6  60283 i 1 3i (11) k  nm  k    nm  em  2i 2i   i 1 UA n n  n4 k Ec   Eni  Emi  E zi  Eui      Cni  Eni     nm1i  em1i   i 1 i 1  i 1  i 1 (19) (21) u201015713 (22) 27.12.2010 (24) 10.06.2011 (46) 10.06.2011, Бюл.№ 11, 2011 р. (72) КАЛІНІЧЕНКО ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ, МАКАРЕНКО ПЕТРО МИКОЛАЙОВИЧ, ПИСАРЕНКО ВОЛОДИМИР ВІКТОРОВИЧ, СОСНОВСЬКА ОЛЬГА ОЛЕКСАНДРІВНА, ЛАПЕНКО ГРИГОРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, ПРАСОЛОВ ЄВГЕН ЯКОВИЧ, БРАЖЕНКО СВІТЛАНА АНАТОЛІЇВНА, ПЛОТНИК ОЛЬГА ДМИТРІВНА, ДИВНИЧ АНАТОЛІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ЗНОВА ЛЮБАВА ВАЛЕРІЇВНА (73) КАЛІНІЧЕНКО ОЛЕКСАНДР ВОЛОДИМИРОВИЧ 2 3 Корисна модель належить до сільського господарства, зокрема, до досліджень оцінки енергетично ефективних технологій, згідно яких дозволяється вирощувати цукровий буряк з мінімальними витратами енергії без помітного зниження продуктивності, тобто зі збереженням кінцевого результату виробництва, тобто з використанням результатів в сільськогосподарському виробництві, а також коли визначається енергоємність технологічних операцій виробництва цукрових буряків та проектуються ресурсозберігаючі технології. Відомий спосіб визначення енергоємності сільськогосподарського виробництва (Горда А.С., Энергопотребление в сельскохозяйственном производстве Украины. - Симферополь: Таврия. - 36 с; Буга В.К., Добыш Г.Ф., Мицкевич А.А. Энергоемкость сельскохозяйственной продукции. Мн. Урожай. 1992. - 128 с.). За способом аналізу процесу відображається перебіг чергових технологічних операцій виробництва, тобто розглядається процес та акумулювання енергетичних витрат. Спочатку розглядається безпосередні витрати на продукт, що досліджується, а потім поетапно повертаємося до сировини, напівфабрикатів та енергоносіїв, які потрібні для виробництва продукту. Далі на кожному етапі підраховуються енергетичні витрати і здійснюється перехід до наступного рівня. Цей спосіб застосовується на практиці до нескладних процесів, але одним із недоліків цього є те, що не враховуються вторинні зв'язки, що впливає на досліджувані показники. Крім того, спосіб має ще недоліки: ресурси вимірюються в різних одиницях, що не дозволяє визначити суму витрат ресурсів в цілому за технологією або періодом сільськогосподарських робіт, особливо коли порівнюються різні технології. Відсутній критерій, за яким дозволялось не змінюючи реальні витрати на виробництво, визначитиїх співвідношення і структуру. Близьким по технічній суті і досягаємому результату є спосіб енергетичного аналізу технологій та енергозбереження в сільському господарстві (Медведовський O.K., Іваненко П.І. Енергетичний аналіз інтенсивних технологій в сільському виробництві. К.: Урожай. - 1988. - 208 с; Корчемний М., Федорейко В., Щербань В. Енергозбереження в агропромисловому комплексі. - Тернопіль, 2001. 284 с.). За способом аналізу галузевих зв'язків передбачається виявлення окремих галузей та подальший розгляд матеріальних засобів (сировина, матеріали, послуги), які отримуються галузями від інших, а також засобів, які виробляються галуззю, а далі передаються іншим галузям. Отже, діяльність кожної галузі розглядається як енергетичний баланс господарського об’єкта з іншими галузями, в якому відділяються продукти паливноенергетичної промисловості окремих галузей і далі передаються разом з іншими продуктами. Недоліками відомого способу є: 60283 4 - різноманітність термінів енергетичних, при неоднозначному тлумаченні їх захисту не дозволяється використовувати існуючу інформацію під час проведення енергетичного аналізу; - відсутність ефективного інструменту розробки і визначення системи показників аналізу енергомісткості продукції, унеможливлюється проектування ресурсозберігаючих технологій. Виконаний заявником аналіз рівня техніки, який включає пошук по патентним і науковотехнічним джерелам інформації, виявлення джерел, які містять відомості про аналоги заявленої корисної моделі, дозволив встановити, що заявник не виявив аналог, що характеризується ознаками ідентичними всім істотним ознакам заявленого технічного рішення. Визначення із переліку виявлених аналогів прототипу, як найбільш близького до істотних ознак аналога, дало можливість виявити сукупність істотних ознак по відношенню до передбаченого результату, відомих ознак в заявленому рішенні, яке виявлено в формулі корисної моделі. Отже, технічне рішення заявленої корисної моделі відповідає умові «новизна». В основу корисної моделі поставлена мета, згідно якої удосконалюється спосіб визначення акумульованої енергоємності виробництва цукрових буряків, в якій включається послідовність операцій вирощування буряків, підібраних так, щоб витрати всіх ресурсів (паливно-мастильних матеріалів, насіння, добрив, гербіцидів, праці, інвестицій) були мінімально необхідними, а урожайність культури зросла, тобто скорочуються витрати сукупної енергії на одиницю площі при тій же урожайності коренеплодів, при тих же або при зменшених витратах сукупної енергії на одиницю площі підвищується урожайність коренеплодів, а також обґрунтовується енергетичний критерій, що не залежить від зміни цін, податків, митних зборів, політики уряду та дозволяється проектувати ресурсозберігаючі технології. Тоді цільова функція енергозберігаючої технології: Ec  min , Y де E c - питомі витрати сукупних енергоресурсів на 1 га посівів цукрових буряків, МДж/га; Y - урожайність цукрових буряків, ц/га; Можна поставлену мету розбити на пряму задачу: - скоротити витрати сукупної енергії на одиницю площі при тій же урожайності коренеплодів; - Ec  min,Y  Ya обернену при тих же витратах сукупної енергії на одиницю площі підвищити урожайність коренеплодів; - Ec  Ea; Y  max ; комбіновану: при зменшенні витрат сукупної енергії на одиницю площі підвищити урожайність коренеплодів - Ec  min;Y  max . 5 Витрати енергії в сільському господарстві проходять по чотирьох групах, які відображають їх роль у виробництві: - витрати енергії у безпосередніх енергоносіях; - сировина та матеріали; - інвестиційні витрати; - жива праця людей та робота сільськогосподарських тварин. За результатом використання вказаних енергій створюється первинна сільськогосподарська продукція як концентрат високоякісної енергії, тобто сільськогосподарське виробництво не тільки споживач, але і виробник енергії. В якості енергетичного показника витрат енергоносіїв, сировини та матеріалів і праці пропонується енергетичний еквівалент, що дорівнює сумі прямих і непрямих витрат енергії, віднесених до одиниці споживаних предметів і засобів праці. Довідкові дані про енергетичний еквівалент технологічних матеріалів і інших ресурсів, споживаних при виробництві цукрових буряків наводяться в джерелах 1, 2, 3. Енергетичним показником дозволяється оцінювати технологію, в цілому, а також порівнювати по ефективності різні енергетичні ресурси, наприклад, визначити, що вигідніше: - багаторазове внесення гербіцидів при мінімуму механічних обробок або боротьба з бур'янами тільки механічними способами; 60283 6 - використання підвищених норм внесення добрив або помірних доз у сполученні з засобами регулювання росту і розвитку рослин; - застосування тільки гною або мінеральних добрив або їхнє сполучення. Для розрахунку витрат сировини та матеріалів на вирощування цукрових буряків опис технологій доцільно вести у формі технологічної карти, що містить фактичні витрати кожного з ресурсів, і технологічні норми, і відносяться не тільки до 1 га, але і до інших одиниць обсягу робіт, тому за способом розрахунку витрат ресурсів в одиницях універсального енергетичного показника включається перерахування витрат ресурсів на 1 га за допомогою технологічних нормативів - норми висіву насіння та внесення добрив. Поставлена мета вирішується тим, що спосіб визначає акумульовану енергоємність виробництва цукрових буряків, який включає визначення енергетичного показника, що дорівнює сумі прямих та непрямих витрат енергії віднесених до одиниці споживаних предметів і засобів праці і згідно технічного рішення корисної моделі встановлюють вимірювальний період з моменту вирощування цукрових буряків й одержання бурякової сировини й розділяють на інтервали часу створення енергоресурсів, створення сировини та матеріалів, трудових ресурсів, створення основних засобів, які виконуються на рівні придбання, рівні виробництва, рівні продукції і визначають сукупність енергоємності виробництва буряків за формулою: n n  n 4 k Ec   Eni  Emi  E zi  Eui      Cni  Eni     nm1i  em1i   i 1 i 1 i 1   i 1 k  nm i 1 3i де E c - питомі витрати сукупних енергоресурсів на 1 га посівів цукрових буряків, [МДж/га]; Eni - питомі витрати енергоресурсів та енергетична оцінка процесів переробки, зберігання та транспортування, [МДж/кг]; Em1 - питомі витрати сировини та матеріалів (енергетична оцінка енергії в мінеральних та органічних добривах, пестицидах, гербіцидах, насінні); E zi - питомі витрати живої праці, що вираховуються за енергетичним еквівалентом: 1000 год. людської праці дорівнює 7 ГДж; Eui - енергетичні витрати інвестиційних елементів (машини, запчастини, будівлі, споруди водного господарства, дороги); Cni - теплоутворююча здатність виду енергоносія, коефіцієнт корисного використання палива враховує витрати транспортування, збереження, виробництво і розподіл енергії та на системи забезпечення мікроклімату (для рідкого пального 0,53-0,56, електроенергії 0,71-0,75); nm1i - норма внесення мінеральних добрив, кг/га;   em 3 i  nm 3  em 3  nm 4 i  em 4 i  nm 5  em 5  nm 6  em 6   k    nm  em  2i 2i   i 1 n3  Ez i 1 i  n6  Eu ; МДж / га i 1 i em1i - енергетичний еквівалент мінеральних добрив, МДж/кг; nm2i - норма витрат хімічного препарату, МДж/кг; em2i - енергетичний еквівалент хімічного препарату, МДж/кг; nm3i - норма висіву насіння, кг/га; em3i - енергетичний еквівалент насінного матеріалу, МДж/кг; nm4i - норма витрат води, л/год; em4i - енергетичний еквівалент очищеної во ди, МДж/кг; nm5 - норма витрат органічних добрив, кг/га; em5 - енергетичний еквівалент органічного добрива, МДж/кг nm6 - зрошувальна норма води, м3/га; em6 - енергетичний еквівалент зрошувальної 3 води, МДж/м . Вище описані позначення відповідають групам, які наведені в таблиці 1. 7 60283 8 Таблиця 1 Вихідні дані для розрахунку енергоємності виробництва цукрових буряків Перелік витрат енергії, Перелік витрат енергії, уречевленої у насінні, Перелік витрат уречевленої у паливномінеральних та органіч- енергії живої праці мастильних матеріалах, них добривах, засобах Ez  електроенергії En  захисту рослин Em  Перелік витрат енергії, уречевленої в основних засобах виробництва, комплектуючих матеріалах Eu  Cni - теплоутворююча Emi - витрати енергії E zi - витрати жи- Eu6 - витрати енергії з ствоздатність виду енергоно- сировини та матеріалів вої праці рення та ремонту основних сія засобів та комплектуючих матеріалів Em1 - мінеральні добри- Ez1 - витрати ене- Eu1 - енергозасоби, машини та Cn1 - бензин ва ргії ручної праці енергогенеруючі пристрої - дизельне пальне - інші хімічні засоби, Ez2 - витрати ене- Eu2 - сільськогосподарські Cn2 Em2 пестициди, гербіциди ргії механізованої знаряддя та обладнання праці Cn3 - електроенергія Em3 - насіння Ez3 - витрати ене- Eu3 - запасні частини, шини, ргії кваліфікованої реманент, інструменти Cn4 - мастильні матеріа- Em4 - вода для змішу- розумової праці Eu4 - будівлі та споруди ли вання хімічних препаратів Eni - витрати енергії ене- Em5 - органічні добрива Eu5 - об'єкти водного госпоргоносія дарства та меліорації Em6 - вода для зрошення Заявлений спосіб здійснюється таким чином. Згідно алгоритму розрахунку енергоємності виробництва цукрових буряків (Фіг. 1) визначаються чотири групи енергії. Перша група складається із енергоносіїв En  , розрахунки яких базуються на теплотворній здатності енергоресурсів. Наступна група охоплює дані, які стосуються сировини та матеріалів, що використовуються при виробництві цукрових буряків Em  , тобто витрати мінеральних добрив Em1 , витрати хімічних препаратів Em2  , витрати насіннєвого матеріалу Em3  , витрати води для змішування хімічних препаратів Em4  , витрати органічних добрив Em5  , витрати води для поливу Em6  , витрати живої праці характеризуються в третій групі Ez  . В останній групі енергетичних витрат охоплюються інвестиційні елементи, тобто машини та обладнання, запасні частини та вузли, будівлі та споруди водного господарства та меліорації, а також дороги та інші об'єкти інфраструктури Eu  . Енергетичні витрати цієї групи оцінюються за енергетичними еквівалентами площ, будівель чи маси (машини та обладнання, запасні частини) з урахуванням того, що в розрахунок приймають лише річний знос, причому енергетичні витрати поділяють на число років експлуатації. Результат визначається в одних одиницях (Дж, кВтгод). Для цього витрати (загальні по всіх видах), які вимірю Eu6 - дороги та інші об'єкти інфраструктури ються в загальноприйнятих одиницях переводяться в енергетичні з використанням при цьому показників акумульованої (повної) енергоємності енергоносіїв. Розрахувавши для кожної технології операції витрати ресурсів у одиницях універсального енергетичного показника вирішується задача зниження витрат ресурсів у цілому і кожного окремо. Досліджуються витрати на виробництво цукрових буряків із використанням системи машин вітчизняного виробництва. Визначається оптимальна структура виробничої собівартості для сільськогосподарських підприємств лісостепу. У структурі операційних витрат найбільшу питому вагу займають витрати на мінеральні добрива, засоби захисту рослин та паливно-мастильні матеріали відповідно 22,1 %, 19,9 % та 15,5 %. Розраховуються енергетичні витрати, які потрібні на виробництво цукрових буряків, для сільськогосподарських підприємств лісостепу, які свідчать, що на 1 га посіву цукрових буряків енерговитрати становлять - 29552,8 МДж, сукупна енергія, накопичена в урожаї - 127871,1 МДж/га. Розробляється алгоритм розрахунку беззбиткового рівня виробництва цукрових буряків (за різного рівня урожайності), із використанням системи машин вітчизняного виробництва, з урахуванням енергетичних показників у середовищі Microsoft Excel для сільськогосподарських підприємств лісостепу. Аналіз даних таблиці 6 свідчить, що найвищий коефіцієнт енергетичної ефективності мають цук 9 рові буряки за урожайності 500 ц/га - 4,327. При цьому енерговитрати становлять 29552,8 МДж/га. Слід відмітити, що за урожайності 115,6 ц/га рівень збитковості становить 60,0 %, але коефіцієнт енергетичної ефективності дорівнює одиниці. Проведеними дослідженнями встановлено, що при впровадженні енергоощадної технології виробництва цукрових буряків із використанням системи машин закордонного виробництва, енергія врожаю перевищуватиме у 3,71 рази сукупні енергетичні витрати. За рахунок використання високопродуктивних та економічних технічних засобів закордонного виробництва суттєво знижена питома вага витрат на паливно-мастильні матеріали до 10,3 %. Розраховуються енергетичні витрати, які потрібні на виробництво цукрових буряків із використанням системи машин закордонного виробництва для сільськогосподарських підприємств лісостепу, які свідчать, що на 1 га посіву цукрових буряків енерговитрати - 34452,2 МДж, сукупна енергія, накопичена в урожай 127871,1 МДж/га. Розробляється алгоритм розрахунку беззбиткового рівня виробництва цукрових буряків із використанням системи машин закордонного виробництва (за різного рівня урожайності) з урахуванням енергетичних показників у середовищі Microsoft Excel для сільськогосподарських підприємств Лісостепу. Із даних визначається коефіцієнт енергетичної ефективності цукрових буряків за урожайності 500 ц/га - 3,756. З енерговитратами в 34048,6 МДж/га. За урожайності 133 ц/га рівень збитковості становить 51,7 %, однак коефіцієнт енергетичної ефективності дорівнює одиниці. Приклад використання. Визначення акумульованої енергоємності виробництва цукрових буряків проводиться відповідно технологічної карти за енергоощадною технологією із використанням вітчизняних технологічних засобів (див. далі). Вихідні довідкові дані знаходяться в джерелах (1, 2, 3, 4, 5) і згідно алгоритму розрахунку енергоємності виробництва цукрових буряків проводяться обрахунки поетапно: - основний обробіток ґрунту; - передпосівний обробіток ґрунту та сівби; 60283 10 - догляд за посівами; збирання врожаю. Дані розрахунків представлені в таблицях (2, 3-4, 5). Узагальнені дані енергетичної ефективності ефективність виробництво цукрових буряків із використанням системи машин вітчизняного та закордонного виробництва для сільськогосподарських підприємств лісостепу представлені в таблиці 6. Спосіб визначення акумульованої енергоємності виробництва цукрових буряків пройшов випробування в виробничих умовах і підтвердив правильність технічного рішення, що визначенням витрат ресурсів у одиницях універсального енергетичного показника вирішується задача зниження витрат усіх ресурсів у цілому і кожного окремо та отримав підтримку в подальшому використанні. Заявлене технічне рішення може бути використане в сільському господарстві, зокрема, в області наукових досліджень при оцінці енергетично ефективних технологій, а також в способах визначення акумульованої енергоємності виробництва буряків з мінімальними затратами енергії і без помітного зниження продуктивності, а також для проектування ресурсозберігаючих технологій, воно описується в матеріалах заявки повністю, що дає можливість використовувати в технологічних процесах. Таким чином, технічне рішення, що пропонується, задовольняє критерію корисної моделі «промислова придатність». Джерела інформації: 1. Горда А.С. Энергопотребление в сельскохозяйственном производстве Украины. - Симферополь: Таврия, 2002. - 36 с. 2. Буга В.К., Добыт Г.Р., Мишкевич А.А. Энергоѐмкость сельскохозяйственной продукции. - М.: Урожай. 1992. - 128с. 3. Медведовський O.K., Іваненко П.І. Енергетичний аналіз інтенсивних технологій в сільському виробництві. - К.: Урожай. - 1988. - 208с. 4. Корчемний М, Федорейко В., Щербань В. Енергозбереження в агропромисловому комплексі. - Тернопіль, 2001. - 284с. 5. Гришко В.В. Перебийніс В.І. Енергозбереження в сільському господарстві. - Полтава, 1996. - 280с. 11 60283 12 13 60283 14 15 60283 16 17 60283 18 19 60283 20 21 60283 22 23 60283 24 25 60283 26 27 60283 28 29 60283 30 31 60283 32 33 60283 34 35 60283 36 37 Комп’ютерна верстка В. Мацело 60283 Підписне 38 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601