Курс лекций по дисциплине: «Охрана окружающей среды и энергосбережение» Городок 2011

Вид материала

Курс лекций

Содержание Задачи энергосберегающего растениеводства К овеществленным Минимизация обработки почвы. Минимальная обработка почвы Нулевая обработка почвы (No-Till) Применение энергосберегающего растениеводства целесообразно вести в комплексе с технологиями точного (прецизионного) земледелия. Технологии точного земледелия позволяют снизить затраты и минимизировать воздействие на окружающую среду

Подобный материал:

• Тема : «Загрязнение и охрана окружающей среды», 38.66kb.
• Рабочая программа по дисциплине сд ф. 05 «Техника защиты окружающей среды» для студентов, 202.99kb.
• В. Н. Масляев охрана окружающей среды учебное пособие, 1544.73kb.
• Практикум по экологическому мониторингу окружающей среды Учебное пособие, 949.79kb.
• Курс лекций по дисциплине «безопасность жизнедеятельности», 1553.02kb.
• 280201 Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов (2 курс), 467.45kb.
• Долгосрочной целевой программы «Охрана окружающей среды и рациональное природопользование, 180kb.
• Темы контрольных работ по дисциплине «Охрана окружающей среды» Природные, 28.53kb.
• Рабочая программа элективного курса «Химия и охрана окружающей среды», 82.96kb.
• Планы лекций по курсу «Избранные главы физико-химии вмс» для студентов 4 курса специальности, 193.71kb.

3 Государственная политика по совершенствованию управления

энергосбережением в Республике Беларусь

Важнейшим приоритетом государственной энергетической политики в Республике Беларусь наряду с устойчивым обеспечением страны энергоносителями является создание условий для функционирования и развития экономики при максимально эффективном использовании топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

Республика Беларусь не располагает значительными собственными запасами ископаемых ТЭР и вынуждена до 85 процентов ТЭР импортировать из-за рубежа.

Стратегической целью деятельности в области энергосбережения является снижение энергоемкости внутреннего валового продукта (ВВП) и, как следствие, снижение зависимости республики от импорта ТЭР, что может быть достигнуто за счет:

— повышения эффективности использования энергоносителей в результате внедрения новых энергосберегающих технологий, оборудования, приборов и материалов, утилизации вторичных энергоресурсов и др.;

— структурной перестройки отраслей экономики и промышленности;

— оптимизации топливного баланса республики с увеличением доли местных видов топлива, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Эффективность проводимой государственной политики в сфере энергосбережения подтверждается тем фактом, что с 1996 года прирост валового внутреннего продукта (ВВП) обеспечивается практически без увеличения энергопотребления, за последние 9 лет значение показателя энергоемкости ВВП снижено более чем в 1,75 раза.

Общий потенциал энергосбережения в республике оценивается на уровне 30 процентов валового потребления ТЭР. Основные пути его реализации: структурная перестройка экономики (около 30 процентов), научно-технический прогресс (около 50 процентов), совершенствование организационных и экономических механизмов стимулирования энергосбережения (около 20 процентов).

Программными документами, определяющими пути реализации потенциала экономии энергоресурсов в Республике Беларусь, являются Республиканские программы по энергосбережению, утверждаемые в установленном законодательством порядке Правительством Республики Беларусь на 5 лет.

В Республике Беларусь выстроена четкая система финансирования энергосбережения. Финансирование мероприятий по энергосбережению осуществляется за счет:

— собственных средств предприятий;

— средств целевого фонда энергосбережения;

— средств инновационных фондов министерств и ведомств;

— средств республиканского и местных бюджетов;

Реализации государственной политики в сфере энергосбережения в республике способствует развитая нормативная правовая база:

— Закон Республики Беларусь «Об энергосбережении» от 15.07.1998 № 190-3З;

— Директива Президента Республики Беларусь «Экономия и бережливость – главные факторы экономической безопасности государства» от 14 июня 2007 года №3;

— более 20 постановлений Правительства Республики Беларусь;

— ведомственные нормативно-правовые акты, методики и рекомендации;

В продолжение проделанной работы подготовлен проект Закона Республики Беларусь «О возобновляемых источниках энергии».

Указанными нормативно-правовыми актами, среди прочих, установлен порядок экономического стимулирования энергосбережения для организаций социальной сферы и реального сектора экономики, которым разрешено полученную денежную экономию от внедрения энергосберегающих мероприятий использовать на премирование работников и дальнейшее внедрение энергосберегающих мероприятий.

Для усиления работы по энергоэффективности, выполнения повышенных заданий по энергосбережению в республике широко используется передовой зарубежный опыт эффективного использования ТЭР и активно привлекаются средства международных финансовых организаций, в том числе Всемирного Банка, ПРООН, ГЭФ.

Постановлением Совета Министров Республики Беларусь от 30 декабря 2004 года № 1680 утверждена Целевая программа обеспечения в республике не менее 25 процентов объема производства электрической и тепловой энергии за счет использования местных видов топлива и альтернативных источников энергии на период до 2012 года.

Основой энергетической политики РБ на период до 20015 г. Является определение путей и формирование механизмов оптимального развития, и функционирование отраслей ТЭК, надежное и эффективное энергообеспечение всех отраслей экономики, создание условий для производства конкурентоспособной продукции, достижение уровня жизни высокоразвитых государств.

В условиях ограниченности собственной ресурсной базы актуальными являются проблемы энергетической безопасности. Под энергетической безопасностью подразумевается гарантия надежного и бесперебойного энергоснабжения страны в нормальных условиях и чрезвычайных ситуациях.

Необходимыми условиями безопасности являются:

1.Закупка импортного топлива не должна осуществляться в одной стране более чем на 30%.

2. Доля каждого вида топлива в развитии энергетики Республики Беларусь не должна превышать 60%.


Вопросы для самоконтроля.

1. Что называется топливом? Дайте определение энергоемкости топлива. Что называется условным топливом?
   
2. Дайте характеристику каждого вида топлива и опишите добычу
   

энергетического ресурса.

3. Дайте характеристику и планируемое использование не
   

традиционных источников энергии.

4. Что называется топливно-энергетическим комплексом?
   
5. Опишите топливно-энергетический комплекс Беларуси.
   
6. Назовите основную цель в области энергосбережения.
   
7. Назовите основные документы в области энергосбережения.
   

Тема 3. Энергосберегающие технологии в растениеводстве

1. Основные принципы энергосберегающего растениеводства.
   
2. Малоэнергоемкие приемы обработки почвы.
   
3. Малоэнергоемкие технологии при возделывании и уборке сельскохозяйственных культур.
   
4. Малоэнергоемкие технологии процессов посева, внесения удобрений и применения ядохимикатов.
   
5. Малоэнергоемкие технологии при уборке, доработке и хранении урожая.
   

1 Основные принципы энергосберегающего растениеводства


Энергосбережение становится в настоящее время доминирующим критерием эффективности ведения сельскохозяйственного производства и рационального использования ресурсов, вовлеченных в него: почвенных, водных, энергетических, биологических, финансовых и трудовых.

Продовольственная безопасность Республики Беларусь во многом определяется показателем устойчивости развития сельского хозяйства и эффективностью использования земельных ресурсов. Научно обоснованное растениеводство позволяет, с одной стороны, наращивать масштабы сельскохозяйственного производства, а с другой – обеспечивать экологическое равновесие окружающей среды, ее сохранение и воспроизводство.

В основе формирования любой технологии лежит понимание системы взаимосвязей между элементами технологии растениеводства и факторами внешней среды.

Задачи энергосберегающего растениеводства:

• улучшение почвенных условий жизни растений путем лучшего накопления и рационального расходования влаги, элементов питания за счет мульчирования поверхности почвы растительными остатками, повышения биологической активности почвы;
  
• сокращение затрат топливно-энергетических ресурсов и труда на основе использования современной техники и технологий возделывания, основанных на минимальной и нулевой обработке почвы;
  

• снижение затрат на средства химизации путем подбора севооборотов, а также наиболее продуктивных, экономически выгодных культур и сортов, устойчивых к абиотическим и биотическим стрессам;
  

• устранение процессов эрозии и деградации почвы;
  
• совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур и повышение рентабельности на основе использования геоинформационных систем и глобальной системы позиционирования.
  

В основе энергосберегающих технологий лежат следующие принципы:

• отсутствие или минимизация механической обработки почвы;
  

• сохранение растительных остатков на поверхности почвы;
  

• использование севооборотов, включающих рентабельные культуры и культуры, улучшающие плодородие почв;
  

• интегрированный подход в борьбе с вредителями и болезнями.
  

Для организации энергосбережения в растениеводстве необходимы:

- анализ структуры и объемов энергопотребления; выявления причин потерь энергии и путей их устранения или сокращения;

- внедрение энергосберегающих процессов и оборудования;

- сбор сведений о наличии местных и вторичных энергоресурсов и разработка предложений по их использованию;

- определение перечня энергоемкого оборудования, подлежащего замене;

- изучение и внедрение передового опыта по экономии ресурсов;

- налаживание учета расхода энергоресурсов и разработка мер по поощрению за экономию.

В качестве основного показателя, характеризующего энергоемкость процесса, технологии, сорта растений или породы животных принимается полная энергоемкость, представляющая собой сумму прямых и овеществленных затрат, отнесенных к объему производственной продукции:


(1)


где: Е_пр, Е_по – соответственно прямые и овеществленные энергозатраты;

В – количество продукции.

К прямым относят затраты связанные с выполнением работ расходы энергоносителей.

К овеществленным относятся энергозатраты на изготовление, хранение и транспортировку с/х средств, а также к ней относится энергия расходуемая на добычу, переработку и доставку энергоносителя к энергопотребителю.


2 Малоэнергоемкие приемы обработки почвы


Выбор системы обработки почвы должен быть таким, чтобы затраты на рыхление пласта были минимальными. Наибольший эффект дает переход на нетрадиционные почвозащитные (бесплужные, сокращенные, минимальные и нулевые) системы. Вспашка — наиболее энергоемкая операция по обработке почвы, на которую приходится свыше 50 % общего расход топлива. На вспашку 1 га высокоокультуренной почвы в оптимальные сроки расходуется 12–14 кг топлива, а на пахоту 1 га сильно засоренной пыреем почвы требуется не меньше 20–25 кг топлива. Уменьшение глубины вспашки с 20...22 см до 16... 18 см зачастую не снижает урожайность озимых культур и позволяет сэкономить до 12 % топлива. Чередование направлений вспашки, а также проведение культивации и боронования в диагонально-перекрестном направлении относительно пахоты позволяет снизить затраты топлива на уравнивание поверхности поля после вспашки в свал и развал на 4,5...5 кг/га. Значительная экономия топлива может быть получена от применения оборотных плугов. Движение пахотного агрегата челночным способом сокращает расход топлива на холостой ход во время поворотов и переездов, который при традиционном способе вспашки в свал и развал составляет более 10 % от общего расхода. Применение оборотных плугов исключает необходимость проведения операций разбивки поля на загоны и регулировки плуга для прохода первой борозды. Эти операции занимают много рабочего времени и в реальных условиях часто проводятся некачественно, в результате чего увеличиваются энергетические затраты на заделку стыковых борозд, гребней и огрехов пахоты на границе загонов.

Минимизация обработки почвы. Высокая затратность существующих в республике технологий обработки почвы связана, прежде всего, с тем, что в настоящее время в сельскохозяйственных предприятиях основная обработка проводится, главным образом, с помощью отвальной вспашки, а предпосевная – за счет многократного использования однооперационных почвообрабатывающих орудий.

В решении указанной выше проблемы важнейшими направлениями, внедряемыми в настоящее время в Беларуси, пока являются замена на половине пахотных земель в системе основной обработки почвы отвальной вспашки чизелеванием или дискованием, а также применение в системе предпосевной обработки комбинированных агрегатов, совмещающих за один проход несколько технологических операций. В то же время, по мнению зарубежных специалистов, в наибольшей степени требованиям ресурсосбережения и природоохранности отвечает нулевая и минимальная система обработки почвы, предусматривающая отказ от ряда технологических операций и широкое использование прямого посева.

Минимальная обработка почвы включает одну или ряд мелких обработок почвы культиваторами и/или боронами. Солома и стерня находятся в виде мульчи в верхнем слое почвы (мульчирующий слой). По мелко обработанной почве в мульчирующий слой осуществляется мульчированный посев. Мульчирующий слой уменьшает испарение влаги, устраняет опасность водной и ветровой эрозии.

При этом эксплуатационные затраты (прежде всего расходы на топливо) сокращаются, плодородие почвы повышается, ее структура улучшается. Создаются благоприятные условия для развития почвенной фауны.

Нулевая обработка почвы (No-Till) предусматривает прямой посев, который производится по необработанному полю с отказом от всех видов механической обработки почвы. Растительные остатки (стерня и измельченная солома), которые сохраняются на поверхности поля, способствуют задержанию снега, замедлению эрозионных процессов, улучшению структуры почвы, защите озимых культур от низких температур, накоплению питательных веществ. Значительно увеличивается популяция дождевых червей и почвенных микроорганизмов. Существенно снижаются производственные затраты, в том числе на топливо, сохраняется окружающая среда. В частности, сокращение непродуктивных потерь воды может привести к тому, что на супесчаных почвах растениям в год будет доступно на 80–90 мм влаги больше.

Важнейшее значение минимизация обработки почвы имеет для удержания в почве углерода, который является основой для формирования гумуса и создает основу плодородия. Содержания органического вещества является динамическим показателем и реагирует на изменение методов обработки почв.

Достоинством ресурсосберегающих технологий является минимальное воздействие, а при нулевой обработке вообще отсутствие вмешательства в естественные процессы биологической «пульсации гумуса» и взаимосвязи органического вещества и углерода в почве.

Применение минимальной технологии возделывания зерновых культур в сочетании с использованием азотных удобрений положительно влияет на азотный режим почвы. Повышается масса легкоразлагающейся органики с высоким содержанием азота (рис. 1).



Рисунок 1 – Содержание легкогидролизуемого азота при различных технологиях обработки почвы

Установлено также, что применение энергосберегающих технологий создает оптимальное структурно-агрегатное состояние почвы: по сравнению постоянной вспашкой увеличивается количество глыбистых фракций (диаметром более 10 мм) и в 2–2,5 раза уменьшается количество пылеватых, эрозионно-опасных частиц (диаметром менее 0,25 мм).

Применение энергосберегающего растениеводства целесообразно вести в комплексе с технологиями точного (прецизионного) земледелия.

Точное земледелие – это стратегия управления, которая использует информационные технологии, извлекая данные из множественных источников для принятия правильных решений по управлению сельскохозяйственным предприятием.

В точном земледелии используются компьютеризированная техника, геоинформационные системы и навигационные приборы, которые позволяют точно управлять развитием растений через спутники и локальные сенсоры.

Технологии точного земледелия позволяют снизить затраты и минимизировать воздействие на окружающую среду. Они базируются на картографических программах, позволяющих обрабатывать пространственные данные и осуществлять картографию границ полей, картирование урожайности, с помощью навигационных приемников глобальной системы позиционирования производить определение плодородия почв и дифференцированное внесение удобрений, а также наблюдение за посевами в процессе развития.

Технологии точного земледелия рассматривают каждое сельскохозяйственное поле как неоднородное по рельефу, почвенному покрову, агрохимическому содержанию и подразумевают дифференцированное применение на каждом участке поля различных доз удобрений и средств защиты растений. Схема системы энергосберегающего растениеводства представлена на рисунке 2.

Применение системы сберегающего земледелия позволяет осуществлять анализ и грамотный менеджмент деятельности предприятия, что дает возможность экономить материальные, трудовые, финансовые ресурсы и повышает рентабельность.

В целом внедрение системы энергосберегающего растениеводства дает очевидные преимущества: повышает эффективность работы всего предприятия, его конкурентоспособность, делает аграрное производство более эффективным и экологичным, что чрезвычайно актуально в настоящее время.

Еще большего эффекта можно достичь, если применять высокопроизводительные комбинированные почвообрабатывающее – посевные агрегаты, которые позволяют за один проход по полю выполнить все операции предпосевной обработки почвы и посева, что обеспечивает повышение производительности труда до 60 % и снижение расхода топлива на 1,5-2 кг/га по сравнению с применением однооперационных агрегатов. Для осуществления комбинированного посева в РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» разработаны и ОАО «Брестский электромеханический завод» освоены в производстве агрегаты почвообрабатывающее – посевные с пассивными рабочими органами АПП–3 к тракторам класса 1,4 – 2 и агрегат АПП–4,5.

Так в ОАО «Брестский электромеханический завод» освоено производство навесных агрегатов с активными рабочими органами АПП–4А и АПП–6АБ, состоящих из роторной бороны фирмы «Kverneland» (Норвегия) и сеялки СПУ–4 и соответственно СПУ–6. Отличительной особенностью агрегата АПП-6АБ является то, что бункер для семян устанавливается на переднюю навеску трактора, а роторный культиватор с сошниковым брусом – на заднюю. При этом агрегат АПП-4А навешивается на трактор «Беларус 2022» или УЭС–2–250А, а АПП-6АБ – на трактор «Беларус 2522» или «Беларус 3022».

Еще большего эффекта можно достичь при использовании новых чизельно–дисковых культиваторов КПМ-4 и КПЧ-6 к тракторам соответственно класса 2 и 5 , выпускаемых ОАО «Дзержинский завод», «Агромаш» и ОАО «Лошницкий завод «Агромаш»». Культиваторы оборудованы тремя рядами стрельчатых рыхлительных лап на упругих стойках, одним рядом дисковых батарей и двумя рядами спирально- планчатых катков. За один проход по полю эти культиваторы обеспечивают качественное рыхление и мульчирование почвы с созданием подуплотненного семенного ложа. Они могут использоваться и для минимальной подготовки почвы под посев поукосных, пожнивных, промежуточных и озимых культур. Кроме этого, РПДУП «Экспериментальный завод», РУП «НПЦ НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства» освоено производство агрегата для минимальной обработки почвы АКМ–4, который также можно успешно использовать и на лущении.





Рисунок 2 – Модель современного менеджмента и технического оснащения сельскохозяйственного предприятия

Наряду с этим ОАО «Бобруйсксельмаш» освоено производство дисковых агрегатов АПН-3, АПН-4, АПО-3, содержащих два ряда установленных на индивидуальной подвеске дисков и прикатывающий каток.

Следует отметить, что лущение жнивья не приводит к увеличению затрат топлива на обработке почвы. Для сравнения на лущении агрегатом Т-150К + ПЛН-5-35(ПКГ-5-40) – 15-16 кг (всего 20-22 кг топлива на гектар). На вспашке без лущения в сухую погоду расход топлива достигает 25 кг на гектар.

Комбинированные агрегаты АКШ способны за один проход по полю сформировать семенное ложе по всем правилам агротехники. Они состоят из пружинных S-образных стоек, расположенных в 4 ряда с междурядьями 100 мм, 3-х рядов спирально-планчатых катков, дополнительного оборудования для рыхления следа колес трактора и предварительного выравнивания поверхности почвы.

Плуги ПКМ-5-40Р ПКМ-6-40Р, выпускаемые РУП «Минский завод шестерен»; ППЗ-5-40, выпускаемые ОАО «Оршаагропроммаш» и ППН-8.30/50, выпускаемые РУП «Сморгонский агрегатный завод», оборудованы механизмом регулирования ширины захвата корпусов от 30 до 50 см, что позволяет в каждом конкретном случае установить путем изменения ширины и глубины пахоты наилучший режим работы плуга с трактором, что определяет качество вспашки.

Для гладкой вспашки (челночной, без свальных гребней и развальных борозд) выпускаются оборотные плуги ПО-(4+1)-40, ПО-4-40 (РУП «Минский завод шестерен»), ППО-9.30/45 (РУП «Сморгонский агрегатный завод»), ППО-4-40, ППО-5-40, ППО-7-40, ППО-8-40, ППО-4-40 (ДП «Минойтовский ремзавод»). Производство оборотных плугов на базе комплектующих импортного производства налажено в ОАО «Верхнедвинский райагросервис» и ОАО «Дрогичинский РМЗ».

В РУП «НЦП НАН Беларуси по механизации сельского хозяйства», ОАО «Ляховичская сельхозтехника», ОАО «Дрогичинский ТРЗ» освоен выпуск приспособлений к плугам ПГП-7-40, ПКГ-5-40 в виде навесных спирально-планчатых катков. Приспособления дробят глыбы, обеспечивают усадку пласта, мелкое структурное крошение и выравнивание верхнего слоя почвы.

Кроме того, техника, применяемая в рамках минимальной и нулевой технологии возделывания сельскохозяйственных культур, отвечает требованиям энергоресурсосбережения, сокращает потребность в тракторах, горючих и смазочных материалах, позволяет на 7–10 дней раньше обычных агротехнических сроков проводить посевные работы, а сельскохозяйственным предприятиям в 2 раза снизить нагрузку на использование техники.

Замена вспашки полей, чистых от многолетних сорняком, на дискование, плоскорезную обработку и чизелевание позволяет значительно (до 5 кг/га) снизить затраты топлива на основную обработку. При безотвальной обработке не тратится энергия на подъем и оборот пласта.

Расход топлива на дискование на 28...36 % меньше, чем на плужную обработку. Обработка почвы чизельными культиваторами или плугами, а также рыхлителями-щелевателями со стрельчатыми рыхлящими лапами позволяет в 1,3...1,5 раза уменьшить общие энергозатраты, а также улучшает агрофизические свойства почвы и повышает урожайность культур. В настоящее время для условий Беларуси разработаны безотвальные почвозащитные технологии, включающие в себя лущение стерни на глубину 8... 10 см и рыхление на глубину 20...25 см в сочетании с предпосевной обработкой почвы в различных вариантах. В целом применение безотвальных технологий позволяет снизить расход топлива на 13,4...27,8 кг/га, металла — на 11,6... 12,9 кг/га и затрат труда — на 0,9...1,33 чел.-ч/га.

Выполнение операций одним комбинированным агрегатом при подготовке почвы к посеву вместо применения набора однооперационных машин является перспективным направлением, позволяющим уменьшить затраты энергии, топлива, труда и сохранить плодородие почвы. По данным белорусских ученых, применение комбинированных агрегатов позволяет снизить расход дизельного топлива: при совмещении вспашки и прикатывания — на 12... 16 %; культивации, боронования и прикатывания — на 15...20 %. При этом суще­ственно повышается и производительность труда.

Важным аспектом энергосбережения при обработке почвы является снижение влияния пространственных факторов на энергетическую эффективность процессов Правильная организация работ, выбор способа движения, разбивка поля на загоны должны свести до минимума затраты топлива на поворотах и переездах почвообрабатывающих агрегатов, которые иногда превышают 20 % от общего расхода.