CC BY
75
АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
УДК (631.22.01:620.95):631.16
МЕТОД ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК НА ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ
А.И. Ряднов, доктор сельскохозяйственных наук, профессор С.М. Биркин, кандидат технических наук
Волгоградский государственный аграрный университет
Предложена методика применения метода инженерного прогнозирования для оценки эффективности использования биогазовых установок на животноводческих комплексах.
Ключевые слова: эффективность, биогазовая установка, животноводческий комплекс.
На сегодняшний день в России сложилась ситуация, при которой спрос на говядину на 31,1 % удовлетворяется за счет импорта, а потребление мяса по сравнению с 1991 г. снизилось с 31,2 до 18 кг на душу населения [7]. Основные причины возникновения данной ситуации связаны со значительным сокращением отрасли мясного скотоводства; с низким уровнем генетического потенциала продуктивности скота; неудовлетворительной организацией откорма и реализации молодняка; высокой изношенностью основных фондов; низкой продуктивностью кормовых угодий; неурегулированностью экономических отношений в цепочке «сельскохозяйственный производитель - мясоперерабатывающая промышленность - оптовая и розничная торговля»; недостаточной государственной поддержкой мясному скотоводству; неразвитостью рынка высококачественной говядины; недостатком современных комплексных научных разработок, связанных с системным подходом.
Министерством сельского хозяйства принята отраслевая программа «Развитие мясного скотоводства России на 2009-2012 гг.». Решение принятой программы позволит обеспечить устойчивое развитие отрасли производства говядины в России и достичь независимости от импорта в снабжении населения этим видом мяса.
Развитие мясного скотоводства немыслимо без возрождения и строительства новых животноводческих комплексов мясного направления. В связи с убыточностью отрасли, на данный момент встают вопросы о снижении себестоимости продукции. Одними из ключевых вопросов являются: снижение энергопотребления, снижение затрат по утилизации навоза и стоков, повышение урожайности кормовых культур. Решение этих проблем можно обеспечить путем реализации технологии метанового сбраживания и строительства биогазовых установок (БГУ).
При своей простоте конструкции эти технологии позволяют решить основные задачи отрасли - утилизация навоза и обеспечение энергоресурсами. Однако их реализация требует существенных начальных капиталовложений. На сегодняшний день так и не существует комплексной оценки эффективности внедрения БГУ на животноводческом комплексе и при всех положительных сторонах БГУ не находят широкого применения. Хотя по многим источникам и расчетам БГУ, наиболее эффективны именно на откормочных фермах крупного рогатого скота. Положительный эффект от микробио-
№ 1(25) 2012
логического анаэробного сбраживания навоза в БГУ с получением биогаза представляется следующим образом: получение собственного органического топлива, пригодного для использования в котельных и энергетических установках; снижение загрязнения сточных вод на 70-90 %, сокращение потерь азота, калия, фосфора на питание зерновых культур; повышение биологической активности азотных соединений; повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 8-12 %; дополнительное получение на 1 голову крупного рогатого скота 1 т витаминного концентрата в год (0,15 кг чистого витамина В12); обогащение кормов [3].
Для оценки эффективности использования биогазовых установок на животноводческих фермах требуется обобщение частных показателей и получение комплексного критерия.
Методологические подходы выбора комплексного показателя эффективности операций могут быть различными. Так, в работе [5] комплексный показатель учитывает частные, относящиеся к показателям назначения, качества работы и техникоэкономическим. Причем, в качестве функции агрегирования могут быть приняты функции: аддитивная, мультипликативная, агрегирующая, степенная. Примеры использования различных функций агрегирования даны, например, в работах [5, 6].
Для комплексной оценки эффективности БГУ на животноводческом комплексе можно воспользоваться методом инженерного прогнозирования, основанного на определении коэффициента эффективности и составлении генеральной определительной таблицы. Сущность метода широко использовалась в 1980-1990 гг. для оценки эффективности объектов капитального строительства [1, 2]. Применим этот метод и для оценки эффективности БГУ на животноводческом комплексе.
Эффективность БГУ на животноводческих комплексах может быть определена системой параметров, позволяющих качественно оценить ее работу. Оценку эффективности можно выполнять по трем направлениям: экологическому, теплоэнергетическому и экономическому. В свою очередь, эти направления имеют ряд различных характеристик, различной значимости.
Из анализа общей информации можно заключить, что применение БГУ снижает вредное воздействие на окружающую среду производственного процесса животноводческих комплексов: происходит обеззараживание навозных стоков; пропадает неприятный запах; сброженный осадок можно использовать в качестве удобрений; вырабатываемый биогаз при очистке является экологически чистым топливом и может заменять природный газ [4]. Оценить этот эффект позволяет экологический коэффициент.
В связи с тем, что биогаз содержит 55-75 % метана, он является ценным органическим топливом и может быть использован для покрытия нужд сельскохозяйственных предприятий. Для оценки этого эффекта применяется теплоэнергетический коэффициент.
Благодаря сосредоточенному расположению сырьевой базы (минимальная транспортировка), существованию потребителя выработанного биогаза (для нужд предприятия), решению вопроса минимальных затрат на изготовление БГУ, применяемой для собственных нужд, использование БГУ является экономически обоснованным и должно быть комплексно оценено путем введения экономического коэффициента.
Для оценки теплоэнергетического, экологического и экономического уровня системы вводятся соответствующие коэффициенты. Для комплексной оценки коэффици-
№ 1(25) 2012
ента вводятся дополнительные характеристики, позволяющие учесть основные определяющие факторы. Коэффициенты определяются по уравнению:
Іп -р(0
K = "=Ъ--------------------------------------------, (і)
І^(і)
і=1
где ^ - значение характеристики; і - количество отдельных характеристик; ср(і) - функция, нормирующая веса относительных параметров, входящих в ранжированную последовательность (характеристик), общее число которых равно 5.
Характеристики, описывающие различные стороны функционирования технических систем, имеют разную размерность и разную количественную оценку. Поэтому необходимо преобразование отдельных показателей системы в вид, удобный для инженерной оценки объекта. В качестве такой системы-преобразователя предлагается генеральная определительная таблица (ГОТ) [2]. ГОТ представляет собой обобщенную сводку технических, энергетических и экологических требований на системы получения биогаза. В узком смысле генеральная определительная таблица представляется в виде нормированного тезауруса или дескриптора, позволяющих преобразовывать информацию, относящуюся к объекту, в формализованные оценки. Генеральная определительная таблица включает характеристики объекта, относительные веса характеристик, позиции, оценки.
Характеристики объекта разграничивают требования к объектам на составные части (морфологическое расчленение). Характеристики обозначаются параметрически (і = і,..., і = п).
Относительные веса характеристик устанавливаются в результате определения места, занимаемого характеристикой в соответствующей ранжированной последовательности. Относительные веса нормируются в долях единицы, т.е.:
ф(0 . (2)
І *0
і
Позиции (р = і,р = 2,...,р = п) дифференцируют характеристики по отдельным количественным показателям.
Оценки (/1=1, /2=2, ... , /п=п) отображают в баллах или битах относительные веса
позиций. Минимальный балл /тіп соответствует позиции р = 1, максимальный балл
/тах отображает позицию р = п. Имеется простая связь между оценкой позиций в баллах / с вероятностной оценкой 8, т.е.
8 = / / /тах. (3)
В связи с тем, что характеристики имеют различный вес, окончательная оценка системы по каждой характеристике при оценке в баллах производится по зависимости:
/ок = ]Я>(і ). (4)
Для наиболее объективной оценки систем получения биогаза в генеральную определительную таблицу заносятся только показатели, характерные для всех систем. Характеристики и позиции в совокупности образуют дерево «характеристик-позиций».
Генеральную определительную таблицу можно представить в виде матрицы характеристик:
Позиции Рі Р 2 Рз Рп
Р(і0 /11 /21 /31 /п1
р(і2) /12 /22 І32 /п2
(рОп) /1п /2п /3п /пп
В матрице строки в целом отображают характеристики, а столбцы - позиции. На пересечении строк и столбцов помещены оценки, выраженные в баллах.
В графической форме матрица характеристик, так же как и генеральная определительная таблица, выражается в виде опорного графа. Можно также дать геометрическую интерпретацию матрицы характеристик, представив ее в виде п-мерных векторов в п-мерном пространстве.
Использование квадратных матриц характеристик (і=р) позволяет учесть равномерное изменение весов позиций в пределах каждой характеристики и неравномерное изменение оценок по мере перехода от одной характеристики к другой.
Для комплексной оценки коэффициента эффективности составляется генеральная определительная таблица.
Использование метода инженерного прогнозирования и оценка эффективности применения биогазовых установок на животноводческом комплексе с помощью одного коэффициента позволяет значительно упростить процесс технико-экономического обоснования принимаемых решений. С помощью коэффициента эффективности решаются и такие задачи, как определение исходных данных и выбор технологических решений. Оценка эффективности применения биогазовых установок по предложенному методу не требует высокой квалификации инженера, и может применяться самими владельцами хозяйств или инженерно-техническими работниками животноводческого комплекса.
Библиографический список
1. Гмошинский, В.Г. Инженерное прогнозирование технологии строительства [Текст] / В.Г. Гмошинский. - М. : Стройиздат, 1988. - 296 с.
2. Гмошинский, В.Г. Теоретические основы инженерного прогнозирования [Текст] /
В.Г. Гмошинский, Г.И. Флиорент. - М. : Наука, 1973. - 304 с.
3. Мариненко, Е.Е. Экологические аспекты использования биогаза в СССР и за рубежом [Текст]/ Е.Е. Мариненко, Г.П. Комина. - М. : ВНИИЭгазпром, 1990. - 43 с.
4. Мариненко, Е.Е. Основы получения и использования биотоплива для решения вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве [Текст]: учебное пособие / Е. Е. Мариненко. - Волгоград : ВолгГАСА, 2003. - 100 с.
5. Ряднов, А.И. Методы оценки эффективности уборки сельскохозяйственных культур [Текст]: монография /А.И. Ряднов. - Волгоград : Волгоградская ГСХА, 2008. - 108 с.
6. Ряднов, А.И. Методика оценки эффективности технического облуживания зерноуборочных комбайнов [Текст]/ А.И. Ряднов, О.А. Федорова, А.В. Захаров //Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. -2008. - № 4 (12). - С. 183-190.
7. [Электронный ресурс]. Точка доступа http://mcx-consult.ru/page 0311082010.
E-mail: [email protected]
