WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Для сравнения выходных показателей эффективности функционирования предприятия, полученная продукция переведена в энергетические единицы. С использованием энергетической питательности мясо-молочных продуктов, подсчитан суммарный энергетический выход предприятия, который составил 5,6*1012 Дж/год.

Выходные показатели характеризуют эффективность функционирования предприятия. Сравнение выходного и входного энергетических потоков позволяет выявить потери в производственном процессе и установить действительные показатели расхода энергоресурсов для рассматриваемого хозяйства. Экономия и рациональное использование материальных ресурсов ведет к снижению давления на природную среду, а следовательно, к стабильной продуктивности экосистемы.

Из расчетов следует, что на производство 1 энергетической единицы продукции необходимо затратить 11,4 калории антропогенной и природноантропогенной энергий (без учета природной энергии). В зависимости от климатических условий, вклад антропогенной и природной энергии варьирует, соотношение между вложениями промышленной и природной составляющей изменяется в течение года. Вклад природной энергии (с включением прямого потока солнечной энергии) составляет 18482 калории на 1 произведенную калорию мясо-молочной продукции. Отсюда следует, что природной энергии затрачено на 3 порядка больше, чем всех остальных видов энергии.

С экономической точки зрения исследуемое предприятие функционирует, получая прибыль, а значит, является рентабельным (см. рис. 3). Средняя относительная экономическая эффективность производства (соотношение прибыли к затратам) составляет 1,2.

Нами для агроэкосистемы «СоМер-2» была рассчитана энергетическая эффективность функционирования по хозяйственным подразделениям за рас сматриваемый период времени. Энергозатраты на производство в 11 раз превышают получаемую в продукции энергию. Энергетическая эффективность (отношение прироста получаемой продукции в энергетических единицах к энергозатратам на постадийное их производство) очень мала и равна 5*10-5.

Энергетический анализ функционирования крестьянского хозяйства «СоМер-2» позволил выявить причины его энергетически низкой эффективности. В процессах производства и переработки сельскохозяйственной продукции используется высококачественная энергия органического топлива (нефтепродукты, уголь, природный газ и др.), которая в процессе функционирования переводится в тепловую энергию низкого качества. Кроме энергии, диссипируемой при этом в пространство, дополнительно теряется энергия, затраченная на отходы производства, которые, к сожалению, повторно не перерабатываются, а просто складируются, что негативно сказывается на «здоровье» окружающей среды.

Помимо вышеперечисленных потерь, при энергетической оценке агроэкосистем необходимо учитывать диссипацию энергии при переходе с одного трофического уровня на другой (правило 10%). То есть лишь 10% энергетической ценности кормовых ресурсов усваивается в организме животных, а остальная энергия расходуется на функционирование животного и выводится с отходами его жизнедеятельности.

Исходя из вышеизложенного полагаем, что актуален переход от традиционных высокоэнергозатратных систем сельскохозяйственного производства к адаптивным агроэкосистемам нового поколения.

Третье защищаемое положение - Эффективное функционирование агроэкосистем возможно, при научном подходе к их организации и управлению, на основе замкнутого вещественно-энергетического цикла, с использованием энергии отходов собственного производства.

Существующие методы организации сельскохозяйственных предприятий предполагают истощительные методы земледелия. В структуре современных АГЭС нет элементов управления, которые бы по достижении некоторого научно обоснованного и практически проверенного оптимального уровня продуктивности демпфировали дальнейший рост производительности системы. Научные исследования показывают, что по достижении уровня пороговых значений предприятие должно переходить преимущественно на интенсивные методы земледелия, предполагающие совместную с экосистемами деятельность, направленную к росту их продуктивности и устойчивости. Деятельность предприятия не должна быть разрушительной по отношению к эко системе, как это происходит в нынешних условиях; необходимо учитывать, что вклад экосистем в производство конечной продукции является определяющим.

Структура функциональных отношений современной агроэкосистемы. В качестве управляющих элементов в структурах экосистем (биогеоценозах) выступают генотипы (совокупность наследственных факторов) растений и животных и условия среды (температурный режим, влажность, инсоляция, минеральный субстрат), под которые генотипы и фенотипы, эволюционируя, формировались. Напомним, что главное свойство свободно функционирующих экосистем состоит в том, что они находятся в состоянии динамического равновесия с условиями среды. Их структура и продуктивность соответствуют энергетическим возможностям, под которые формируются их заданные состояния. Функции управляющего органа в экосистемах выполняют экологическая емкость и генотип.

В функционировании агроэкосистем к этим управляющим элементам добавляются еще и управляющие действия человека. Управление АГЭС в современных условиях должно осуществляться в соответствии с ее наиважнейшими целевыми функциями (выходными характеристиками): устойчивости, продуктивности и биоразнообразия.

Продуктивность P(t) экосистем, вследствие действия обратной отрицательной связи, достигая некоторой оптимальной величины Po, стабилизируется - P(t) 0. Таким образом, Po в агроэкосистемах выступает в качестве заданного состояния, а величина p(t), стремящаяся к Po (p(t) Po), – в качестве текущего состояния, так как P(t) = Po - p(t).

Схема управления АГЭС, как операционально замкнутой структурой, показана на рис. 4.

АГРОСИСТЕМА сателлиты фитоценоз заданное состояние Е-Солнца растениеводство Е-DW инфраструктура минеральный УПРАВЛЯЮЩАЯ Е, Дж ВВП Е-DT субстрат социоструктура СИСТЕМА Дж животноводство Е-Земли педоценоз текущее состояние магазин рынок А Г Р О Э К О С И С Т Е М А Рисунок 4 Структура функциональных отношений агроэкосистемы [Поздняков, Шуркина, 2008].

О С Т И Е С М О А К * Э * * * * * * Б * И З О О Г Н Е Е Ц Ц О Е Е Н Г О О З И * Б * * * * * * Э А К М О Е С Т И С Управляющий орган АГЭС необходимо наделить функцией сравнения текущего состояния p(t) с заданным Po. Когда предельные состояния заданы, то насыщение АГЭС ( P(t) 0, прирост продукции затухает до нуля) осуществляется пропорционально разности между заданным и текущим состояниями, а когда характеристики предельного состояния системы формируются спонтанно, то процесс протекает пропорционально разности между суммарным предложением и суммарным спросом. Вследствие того, что рост предложения из-за истощения ресурсов (а на малых временных промежутках - вследствие стабилизирующей роли цены) затухает, то процесс в суммарном действии «спрос-предложение» стремится к равновесию. Социальноэкономическая система при этом характеризуется стационарным, динамически равновесным режимом развития: ее выходные характеристики в течение времени меняются мало.

Действие отрицательной обратной связи, регулирующей динамику предприятия, например, по объему производимой продукции, осуществляется через соотношения заданного и текущего состояния социальноэкономической системы: производительность социально-экономической системы, по мере приближения текущего состояния к заданному, стабилизируется.

Перспективы перехода АГЭС на замкнутый вещественноэнергетический цикл с использованием энергии отходов собственного производства. В перспективной модели предполагается возвращать в хозяйственный оборот часть производимой системой энергии, заключаемой в отходах, а также использовать дополнительную природную энергию, например солнечную, ветровую и др. Это позволит увеличить экологическую емкость среды, не нарушая естественной устойчивости экосистем, и, следовательно, увеличить продуктивность агроэкосистемы.

Для внедрения в структуру исследуемой агроэкосистемы альтернативных источников энергии была проведена оценка рентабельности эксплуатации биогазовых, ветроэнергетических и солнечных установок.

Производство биогаза. Перспективным, экологически безопасным и экономически выгодным направлением решения энергетической проблемы для агроэкосистем животноводческого направления является анаэробная переработка отходов в биогазовых установках с получением биогаза, а оставшаяся после такой естественной переработки органическая масса представляет собой качественное обеззараженное удобрение.

Ежегодно в процессе функционирования агроэкосистемы «СоМер-2» производится более 1000 т отходов жизнедеятельности животных, которые можно было бы использовать для получения дополнительной энергии, производя одновременно органические удобрения. Как известно, под действием микроорганизмов-аэробов происходит медленное разложение отходов, с повышением температуры до 60°С. По объему эта тепловая энергия равна почти половине всей энергии, которая поступает с кормами.

Потребность предприятия в биогазе для отопления административнопроизводственных помещений, нагрева воды на хозяйственно-бытовые нужды и производство электроэнергии теоретически оценена нами в 2,82*Дж/год. Теоретически из отходов животноводства рассматриваемой агроэкосистемы возможно произвести 3,71*1012 Дж/год.

Теоретические расчеты показывают, что, учитывая собственные потребности биоустановки в электроэнергии и ее производственные потери не менее 30 %, при использовании биогаза можно покрыть расходы на отопление помещений, нагрев воды и электроэнергию на 85-95 %! Ветровая энергия. Сотрудниками Алматинского института энергетики и связи [см. сайт института], учитывая особенности территории Центрального Казахстана, предлагается в качестве ветроэнергоустановки применять виндроторную электрическую станцию, которая преобразует кинетическую энергию ветрового потока в электрическую. Сконструированы несколько вариантов виндроторных электростанций, по технологическим характеристикам приемлемых для внедрения в функционирование малых фермерских хозяйств. Стоимость их на порядок ниже зарубежных аналогов [Михайлова, 2007], и их функционирование возможно в условиях меняющихся направлений и скоростей ветрового потока.

Центральный Казахстан имеет довольно высокий потенциал развития альтернативной как солнечной, так и ветровой энергетики. При средней годовой скорости ветра 5,5 м/с мощность ветрового потока составляет 150-Вт/м2, а ежегодное поступление солнечной энергии - 5400-6800 МДж/м2.

Использование альтернативной энергии ветра в АГЭС «СоМер-2» применимо для подъема воды из артезианской скважины с помощью установки небольшой виндроторной станции. В дальнейшем, как показывает опыт эксплуатации ветровых энергоустановок в западных странах, их количество можно увеличивать до разумных пределов и в сочетании с другими источниками энергии добиваться значительной эффективности.

Современные технологии в области солнечной энергетики малоэффективны для использования поступающей солнечной энергии в полном объеме.

Доля используемой человеком солнечной энергии ничтожна, а высокая стоимость существующих солнечных батарей, значительные эксплуатационные расходы на установку и обслуживание – все это делает их экономически невыгодным для внедрения в функционирование небольшого крестьянского хозяйства. Приемлемым способом внедрения солнечной энергии является использование простейших солнечных коллекторов в теплое время года, что позволит несколько сократить потребности хозяйства на подогрев воды для хозяйственных целей.

Заключение Основная цель диссертационного исследования состояла в разработке принципов энергетического анализа эффективности функционирования агроэкосистемы; в проведении этого анализа на конкретном примере, с тем, чтобы показать его достоинства, преимущества перед традиционными методами исследования антропогенного взаимодействия с природными процессами. В ходе проведения исследования установлено:

1. В традиционном плане исследования энергетической эффективности функционирования предприятий, в частности агроэкосистем, направлены на изучение энергетических потоков между элементами АГЭС, расходов энергии на производство различных видов продукции, но не на раскрытие механизма формирования целостности, динамики аккумулируемой ею энергии, вещества и информации. АГЭС, по умолчанию, рассматриваются как системы с обратной положительной связью, и управление ими считается прогрессивным лишь в том случае, если целевые выходные характеристики со временем растут. А это объективно предполагает нарастание, по законам обратной же положительной связи, процессов деградации окружающей среды: интенсивность деградационных процессов в заданный момент времени возрастает пропорционально достигнутому их уровню в предыдущий.

2. Весьма перспективным является переход к управлению агроэкосистемой как целостной самоорганизующейся структурой, функционирующей на принципах операциональной замкнутости и авторегулирования. Новый управляющий элемент, вводимый в структуру агроэкосистемы учитывает отношения «спрос-предложение-энергия» как в социально-экономических системах, так и в экосистемах.

3. Действие отрицательной обратной связи, регулирующей динамику предприятия, например, по объему производимой продукции, осуществляется через соотношения заданного и текущего состояния социальноэкономической системы: производительность социально-экономической системы, по мере приближения текущего состояния к заданному, стабилизируется. В качестве заданного состояния в агроэкосистемах выступают их выход ные характеристики, связанные обратной связью переменного действия (отрицательной и положительной) с управляющими органами, и так, что при необходимости выходные характеристики сдерживают дальнейшее нарастание производства или, наоборот, инициируют производительность труда.

Вместе с тем управление ориентировано на развитие агроэкосистем, во-первых, за счет постоянных или медленно убывающих внешних (альтернативных) источников энергии, а с другой - за счет энергии, вырабатываемой самой системой в замкнутых циклах производства.

4. Предложенная методика энергетического анализа эффективности функционирования агроэкосистемы опробована на примере конкретного объекта исследования: крестьянское хозяйство «СоМер-2», расположенное в Карагандинской области Республики Казахстан, который может рассматриваться как тестовый участок для характеристики агроэкосистем степной зоны (данной территории и Западной Сибири РФ).

Практическое апробирование теоретических положений позволило:

рассчитать наиболее реальную величину внесения органических удобрений для поддержания плодородия темно-каштановых почв; в энергетическом измерении она составляет 3,7*109 Дж/га;

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»