3.3 Расчет собственного потребления электроэнергии предприятием

Для определения собственной потребности энергопотребления произведем расчеты основываясь на «Методике определения потребности в средствах электроснабжения для социального развития села» утвержденной Министерством сельского хозяйства России. Представим перечень процессов, потребляющих электроэнергию в животноводческом комплексе (Таблица 4).

Таблица 4 – Годовой расход электроэнергии по процессам содержания одной особи крупного рогатого скота [16]

Процесс	Расход электроэнергии, кВт⋅ч/год
Освещение	10
Приготовление кормов	27
Водоснабжение	15
Подогрев воды	40

Также дополнительно необходимо учесть показатель расхода электроэнергии на вентиляцию. Функционирующий ангар на 229 голов крупного рогатого скота обслуживается шестью вентиляторами «DeLavalDF1300», которые вместе имеют энергопотребление.

Также необходимо учесть показатель расхода электроэнергии на мясобойне, в среднем на предприятиях с таким поголовьем крупного рогатого скота он составляет 19000 .

Расчет годового расхода электроэнергии с учетом численности поголовья крупного рогатого скота производится по формуле (10):

, (10)

где – сумма расхода электроэнергии на одну особь крупного рогатого скота по процессам, потребляющим электроэнергию, кВт⋅ч/год;

–годовой расход электроэнергии на вентиляцию, кВт⋅ч/год.

–годовой расход электроэнергии на мясобойне, кВт⋅ч/год.

Производим расчет:

Обеспечение нужд предприятия в электроэнергии посредством выработки биогазовой установкой должно соответствовать равенству, представленному в формуле (11):

. (11)

Произведем расчет:

;

Поскольку , можно сделать вывод о том, что при рассчитанных объемах выхода биогаза, удалось достичь энергетической автономности предприятия по обеспечению электроэнергией за счет выработки биогазовой установкой. Более того при расчетеобразуется избыточный объем электроэнергии в размере, который в зимнее время можно направить на производство дополнительной тепловой энергии.

Дополнительный расчет избыточного количества электроэнергии в час производится по формуле (12):

. (12)

Произведем расчет:

Данного количества энергии хватит для покрытия той части ангара для крупного рогатого скота, в которой содержится молодняк двумя инфракрасными обогревателями «ZENET ZET-503». Они вместе потребляют порядка электроэнергии и обеспечивают площадь обогрева в 90 м² дополнительной тепловой энергией.

3.4 Расчет теплового баланса ангара для крупного рогатого скота

Для определения собственного потребления тепловой энергии предприятием необходимо произвести расчет теплового баланса животноводческого помещения. Данный показатель определяется как сопоставление поступающей тепловой энергии в помещение и тепловой энергии которая неизбежно теряется этим помещением.

Сперва необходимо определить абсолютную влажность воздуха помещения при которой относительная влажность остается в пределах нормы, расчет производится по формуле (13):

, (13)

где – относительная влажность в помещении, %;

–это максимальная упругость водяного пара, мм. рт. ст.

Произведем расчет при и(значение упругости водяного пара при температуре в помещении 10°C):

.

Для определения показателя количества водяного пара, выделяемого животными в помещении, представим классификацию имеющегося у предприятия поголовья крупного рогатого скота по группам, а также нормы выделения особями крупного рогатого скота, находящимися на откорме теплоты, водяных паров и углекислого газа (Таблица 5).

Таблица 5 ­– Нормы выделения некоторыми особями крупного рогатого скота, находящимися на откорме теплоты, водяных паров и углекислого газа

Группа животных	Количество животных на предприятии, голов	Живая масса, кг.	Свободная теплота, кДж/ч	Водяные пары, г/ч
Волы на откорме	50	400	3100	493
	28	600	3772	599
	22	800	4507	715
Молодняк от 4 месяцев и старше	12	120	1071	170
	17	180	1361	216
	58	250	1646	264
	42	350	2163	344

Используя данные таблицы 5 произведем расчет количества водяного пара, выделяемого животными в помещении:

;

;

Далее необходимо определить количество влаги, испаряющейся с ограждений (пола, стен и т. д.), расчет производится по формуле (14):

, (14)

где – испарения с ограждений, %.

Произведем расчет, при (доля испарений с ограждений при конкретном используемом способе навозоудаления, на рассматриваемом предприятии используется каскадно-сплавной способ):

.

В дальнейших расчетах нам понадобятся некоторые метеорологические показания по местности в которой находится предприятие. Представим перечень данных показателей (Таблица 6).

Таблица 6 – Метеорологические показания по Селемджинскому району Амурской области

Среднемесячная температура самого холодного месяца, 0С	Среднемесячная температура самого жаркого месяца, 0С	Средняя абсолютная влажность воздуха самого холодного месяца (января), г/м3
–25,6	19,9	0,5

Далее необходимо определить часовой объем вентиляции, расчет ведется по формуле (15):

(15)

где – абсолютная влажность атмосферного воздуха в определенной климатической зоне за самый холодный месяц, г/м³.

Произведем расчет при (среднее значение абсолютной влажности в Селемджинском районе Амурской области за самый холодный месяц – январь):

Далее необходимо произвести расчет тепла, идущего на обогрев вентиляционного воздуха, для этого используем формулу (16):

, (16)

где – разность между температурой наружного воздуха и внутреннего;

–масса 1 м³воздуха при заданной температуре и среднем барометрическом давлении, кг;

–теплоемкость воздуха, кДж/кг.

Произведем расчет, при (значение показателя среднемесячной температуры воздуха в самом холодном месяце характерное для Селемджинского района),(при температуре +10°С и среднем барометрическом давлении 755 мм. ртутного столба) и:

Для расчета теплопотерь через ограждающие конструкции необходима формула (17):

, (17)

где – коэффициент теплопередачи через ограждающие конструкции, кДж / (ч⋅м²⋅°С);

–площадь ограждающих конструкций, м².

Представим характеристики ограждающих конструкций ангара для крупного рогатого скота (Таблица 7).

Таблица 7 – Характеристики ограждающих конструкций

Ограждающие конструкции
Пол	120 × 12 = 1440	0,6	864
Перекрытие	120 × 15 = 1800	1,4	2520
Окна (двойные)	1,2 × 1 × 36 × 2 = 86,4	7,1	613,44
Ворота	3 × 2,7 × 2 = 16,2	5,1	82,62
Стены (без учета площади окон и ворот)	792 – 59,4 = 732,6	2,1	1538,46
Итого	–	–	5618,52

Произведем расчет тепловых потерь:

.

Для расчета тепла, идущего на испарение влаги с поверхности ограждающих конструкций (стен, пола, кормушек, навозных лотков, каналов) используем следующую формулу (18):

(18)

где – коэффициент теплопотерь на испарение 1 г. влаги с поверхностей, кДж/г.

Произведем расчет при :

.

Произведем расчет суммы всех расходов тепла i-го вида в час:

.

Также необходимо рассчитать сумму прихода тепла по формуле (19):

(19)

где – теплота, выделяемая одной особью крупного рогатого скотаk-й группы, кДж⋅ч;

–количество животных в k-й группе, гол.

Используя данные таблицы 5 произведем расчет суммы прихода тепла:

;

;

.

Составим тепловой баланс по формуле (20):

. (20)

Подставим числа в формулу:

.

Зная приход тепла и все статьи расхода, можно определить, существует ли дефицит тепла в данном ангаре для крупного рогатого скота:

.

Значение дефицита тепла будет являться значением собственного потребления тепловой энергии, то есть часовое потребление тепла .

Далее необходимо произвести расчет часового количества подлежащей к выработке биогазовой установкой тепловой энергии по формуле (21):

, (21)

где – количество часов в году.

Произведем расчет при :

Дополнительно необходимо рассчитать общее часовое количество тепловой энергии, полученное как посредством прямой выработки, так и посредством преобразования избытка электрической энергии вырабатываемой биогазовой установкой по формуле (22):

. (22)

Произведем расчет:

.

Поскольку , можно сделать вывод о том, что при рассчитанных объемах биогаза, энергетической автономности по тепловому обеспечению предприятия достичь не удалось, следовательно, для полного покрытия дефицита тепла в ангаре для крупного рогатого скота необходимо дополнительное использование иных источников энергии, либо применение мер направленных на увеличение показателей эффективности биогазовой установки, например использования дополнительного органического сырья, подходящего для использования в биогазовых установках, в частности это может быть базовое сырье в виде растительных ресурсов обладающее гораздо более высоким показателем выхода биогаза на тонну. Стоит также отметить, что при аналогичных расчетах тепловой баланс реакций вместе с тепловым обменом с окружающей средой в российских климатических условиях как правило получается отрицательным.