строительство, реконструкция, энергосбережение

Энергосберегающая возможность снижения себестоимости тепличной продукции

Г. А. Старых,
д.с.х.н., проф. РГАЗУ;
И.И. Свентицкий,
д.т.н., проф., г.н.с. ГНУ ВИЭСХ

В себестоимости плодов томата и огурца, выращиваемых в зимних теплицах, затраты на обогрев и электроэнергию достигают 60 - 70 %. Большинство отечественных тепличных хозяйств используют котельные, в которых первичный энергоноситель (газ, уголь и др.) сжигают, только чтобы получить тепловую энергию для обогрева. Любой энергоноситель характеризуют не только его теплотворной способностью, но и величиной эксэргии - той частью энергии, которая может быть потенциально использована для совершения работы или превращения в другой высокоценный вид энергии, например, электрическую. При обогреве теплиц от котельных эксэргия теплоносителя не используется по своему наиболее важному предназначению и превращается в тепловую энергию более низкого качества, чем электрическая. Образно говоря, эксэргию «выбрасывают на ветер»

Еще в 1824 г. С. Карно, разрабатывая начала термодинамики, отмечал, что использование теплоносителя только на обогрев, «не получив от него работы, является преступлением». Позднее Д.И. Менделеев сравнивал использование нефти и газа для получения тепла с «сжиганием ассигнаций». Основные площади тепличных комбинатов России были построены в 60-х - 80-х г.г. XX столетия. В то время стоимость основных энергоносителей была в десятки раз меньше, чем в настоящее время. Этим, очевидно, можно объяснить опрометчивое пренебрежение ценными указаниями великих ученых разработчиками ныне действующего энерго-, ресурсорасточительного оборудования тепличных комбинатов. Цены на энергоносители продолжают расти, а проблема рентабельности тепличного растениеводства все больше усугубляется.

Существенного повышения рентабельности зимних теплиц и одновременного снижения энергоемкости получаемой из них продукции можно достигнуть, проведя реконструкцию котельных, преобразовав их в тепловые электростанции, вырабатывающие одновременно электрическую энергию и тепло для обогрева. Оборудование котельных большинства отечественных тепличных хозяйств морально устарело и физически изношено. Тем самым целесообразность такой реконструкции повышается. Тепличный комбинат после реконструкции сам обеспечивает свои потребности в электроэнергии. Уменьшается опасность ущерба от перебоев в электроснабжении. Он становится независимым в электрообеспечении и из потребителя электроэнергии становится ее производителем.

При такой реконструкции мощность агрегатов для тепличного хозяйства целесообразно рассчитывать так, чтобы тепловые отходы агрегатов полностью обеспечивали требуемое количество тепла для обогрева комбината. Избыток электроэнергии тепличное хозяйство может поставлять в общую электросистему или продавать отдельным потребителям. При таком энергообеспечении тепличных хозяйств они могут выполнять важную роль в сглаживании пиковых нагрузок в электросистемах. Такие нагрузки чаще всего приходятся на самый холодный период года. В этот период, как правило, имеет место и максимальная потребность в теплоте для обогрева теплиц. Такое совпадение благоприятно для экономичной работы тепличных энергоагрегатов и для общей системы электроснабжения. Тепличные хозяйства, как правило, расположены вблизи крупных городов, в которых чаще всего возникают проблемы с пиковыми электрическими нагрузками.

Результативность работы теплоэлектростанций тепличных хозяйств в большой мере зависит от их хозяйственно-экономических взаимоотношений с ОАО РАО «ЕЭС России» и ОАО Газпром. В принципе, исходя из общегосударственных интересов и научно-технических основ, эти взаимоотношения должны быть взаимовыгодными. Однако, если следовать кабально-монополистической устремленности, как это имеет место в договорах тепличных хозяйств с ОАО Газпром (например: если в течение месяца выделенное количество газа не использовано полностью, то оно должно быть оплачено в полном объеме, а при перерасходе газа его стоимость возрастает на 50-60 %), то энергетические монополисты окончательно разорят отечественное тепличное растениеводство. Антимонополистические законы в таких взаимоотношениях неуклонно должны соблюдаться.

По предварительным расчетам, такая реконструкция окупается менее чем за два года от начала практических работ по демонтажу-монтажу оборудования. Долю затраты на обогрев и электроэнергию в себестоимости плодов овощей можно уменьшить благодаря реконструкции в 1,5 - 1,9 раза. При автономном энергообеспечении тепличного хозяйства с использованием тепло-электрических агрегатов перспективно использование тепловых насосов, особенно обратимых, работающих как в режиме нагрева, так и охлаждения. Они позволяют предотвращать перегревы растений в жаркое время и устранять депрессию фотосинтеза. Тепловые насосы промышленного изготовления обеспечивают высокую эффективность преобразования электрической энергии в тепловую. Например, для условий: -200 °С наружной температуры и необходимости поддержания +200 °С в культивационном помещении, на каждый 1 кВтч потребленной из сети электроэнергии тепловой насос производит 2,5 кВтч тепловой энергии. Тепловые насосы широко применяют в развитых странах. По сведениям европейского энергетического сообщества, через два - три года в развитых странах 70-75 % площадей бытовых и промышленных помещений будет обогреваться тепловыми насосами. В Германии за каждый установленный 1 кВтч теплового насоса правительство в виде поощрения выплачивает 300 евро. Наличие в теплицах систем подпочвенного обогрева благоприятствует применению в них тепловых насосов. Существенный недостаток использования тепловых насосов - высокая их стоимость и относительно усложненный монтаж.

Важным резервом снижения энергоемкости тепличной продукции и повышения урожая тепличных культур является применение систем согласованного (многосвязного) регулирования микроклимата в теплицах с учетом эколого-физиологических характеристик растений определенного вида (сорта, гибрида). Научная разработка таких систем была начата в ВИЭСХ в конце 60-х г. г. XX столетия. Естественнонаучная концепция такой системы одним из авторов статьи в 1972 г. была доложена в Нидерландах в Вагенингене на голандско-советском симпозиуме «Снижение затрат энергии в теплицах». В этой концепции, наряду с положениями экологической биоэнергетики, использован принцип подчинения синергетики. Сущность его в том, что при управлении сложной, многофакторной системой (микроклиматом теплицы) из всех переменных (параметров) выбирается основная, наиболее быстро меняющаяся. Ее называют переменной порядка. В нашем случае переменной порядка принята величина освещенности. Точнее, та часть энергии оптического солнечного излучения, которая потенциально пригодна для использования растениями на фотосинтез и формирования ими продуктивности (фотосинтезная облученность*, эксергия оптического излучения в отношении фотосинтеза). Затем в рассматриваемой системе выбирается несколько параметров управления - в нашем случае ими могут быть: температура, влажность, концентрация С02, N, Р,К.

В последние годы все больше публикуют данных по идентификации отдельных генетических структур (генов) растений с их хозяйственно полезными свойствами. В идеале; при наличии достаточно полной генетической информации по сортам, гибридам; многосвязная система управления микроклиматом теплиц и минеральным питанием растений должна содержать генетическую информацию генотипа и программу реализации его в наиболее высокопродуктивный, энерго-ресурсоэкономный фенотип. В связи с этим возникает неизбежная необходимость объединения селекционно-семеноводческой работы с исследованиями по технологиям и созданию систем многосвязного управления микроклиматом и минеральным питанием растений.

Еще в 80-х г. г. прошлого столетия передовые селекционеры-генетики и биотехнологи - например, академик Болгарии Христо Доскалов, академики Россельхозака-демии Г.И. Тараканов, B.C. Шевелуха, А.А. Жученко и др. - начали рассматривать и решать проблему создания «энергоэкономных» сортов и гибридов сельскохозяйственных растений. Селекционная работа этого перспективного направления очень важна для тепличного растениеводства. До недавнего времени такие исследования принципиально сдерживались отсутствием методики прогнозного расчетного определения энерго-экономности исходного селекционного материала. Подобная методика разработана на основе биоэнергетического анализа и положений самоорганизации (см., например, Сельскохозяйственная биотехнология. Шевелуха B.C. (под ред.) М., Высшая школа, 2003). В ней предусмотрен учет эколого-физиологических характеристик растений и компьютерная система расчета показателей энерго-ресурсоэффективности и экологичности данного вида (сорта, гибрида) растений при заданной технологи в определенных экологических условиях.

Тепличное растениеводство выполняет важную роль в обеспечении населения страны свежими высококачественными овощами в холодный период. Однако не менее важно значение этой отрасли как натуральной модели растениеводства и земледелия будущего, технологии которых должны быть высокоэффективными («точными», «оптимальными»). Необходимо сделать все возможное, чтобы теплицы России продолжали работать и развиваться, выполняя свою важную роль в сохранении продовольственной безопасности нашей страны.

ТЕПЛИЦЫ РОССИИ № 2/2006 56