ЭКОНОМИКА ЭНЕРГЕТИКИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра экономики, организации и управления производством

ЭКОНОМИКА ЭНЕРГЕТИКИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Методические указания к выполнению расчетно-графических работ
.для студентов специальности 5В081200 - Энергообеспечение сельского хозяйства

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛЬ: Парамонов С.Г. Методические указания к выполнению расчетно-графических работ для студентов специальности 5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства. - Алматы: АУЭС, 2013. — 30 с.

Методическое указание предусматривает выполнение двух расчетно-графических работ. В первой необходимо определить себестоимость получения единицы тепловой энергии при теплоснабжении сельского поселка от котельной на твердом топливе и с помощью методов оценки инвестиционных проектов экономически обосновать эффективность строительства и эксплуатацию котельной. Во второй работе нужно рассчитать энергоемкость молока для конкретной животноводческой фермы.

Исходные данные к выполнению работ даны в таблицах и приложениях. Приводится рекомендуемая литература.

Табл. - 6, приложений – 4, библиогр.- 9 назв.

Рецензент: канд. техн. наук, доцент Сябина Н.В.

Печатается по дополнительному плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2013 г.

Введение

Согласно Типовому учебному плану по специальности 5В081200 «Энергообеспечение сельского хозяйства», по дисциплине «Экономика энергетики сельского хозяйства», студенты должны выполнить две расчетно-графические работы на темы: «Расчет затрат на теплоснабжение сельского населенного пункта от котельной на твердом топливе» и «Определение энергоемкости продукции животноводства».

Специфические особенности энергоснабжения сельских потребителей – низкая плотность электрической и тепловой нагрузки, удаленность производственных и бытовых объектов друг от друга, технологическая сезонность энергопотребления, удаленность от топливных баз и системы централизованного электроснабжения существенно влияет на экономические показатели обеспечения производственных и бытовых потребителей сельского хозяйства тепловой и электрической энергией.

Взаимозаменяемость топливно-энергетических ресурсов, непропорционально растущие цены на уголь, нефть и газ, появление на энергетическом рынке импортных теплогенерирующих установок с автоматизацией процесса горения и высоким эксплуатационным кпд и в то же время изношенность энергооборудования на селе и рост тарифов на электрическую энергию позволяет (или вынуждает) самостоятельно и комплексно решать задачи энергоснабжения производственных и бытовых потребителей сельского хозяйства с минимальными затратами.

Установлено, что обеспечение технологических процессов и операций животноводства электрической и тепловой энергией повышает выход продукции (привесы скота на откорме, повышение надоев молока, снижение падежа молодняка) на 15-20%. Поэтому, установление доли энергетической составляющей в себестоимости продукции животноводства позволит соотнести затраты на энергетику с выходом продукции животноводства и сделать соответствующие выводы о экономической эффективности углубления степени энергообеспечения технологических процессов животноводства.

1 Расчетно-графическая работа №1. Расчет затрат на теплоснабжение сельского населенного пункта от котельной на твердом топливе

Цель работы: углубление теоретического изучения и получение практических навыков по проведению технико-экономических расчетов при комплексном подходе к проблемам выбора экономически целесообразных схем энергоснабжения сельских потребителей.

1.1 Задание на выполнение расчетно-графической работы

Имеется сельский населенный пункт, и его жителей необходимо обеспечить тепловой энергией на процессы отопления и горячего водоснабжения.

Известно, что теплоснабжение потребителей подразделяется на централизованное – ЦТС (один источник тепла и много потребителей, связанных с котельной тепловыми сетями) и децентрализованное –ДТС (один источник тепла – один потребитель). Задано, что в сельском населенном пункте 40% населения проживает в зоне централизованного теплоснабжения, которая состоит из многоэтажных жилых домов и получает тепловую энергию от котельной (ЦТС), остальные 60% населения проживают в зоне одноэтажной жилой застройки (ДТС) и получают тепловую энергию от индивидуальных теплогенерирующих установок – отопительно-варочных печей на твердом топливе.

Организационно тепловая нагрузка многоэтажной зоны жилой застройки сельского поселка покрывается от предприятия АО «Энергия» (юридическое лицо). Многоэтажная жилая застройка осуществлена однотипными четырехэтажными зданиями с характеристиками: объем здания - 25000 м³, количество квартир -60, количество проживающих в доме - 240 человек. Одноэтажная жилая застройка (ДТС) представлена одноэтажными жилыми домами, в каждом из которых проживает 5 человек, объем здания 400 м³.

Т а б л и ц а 1- Исходные данные для расчетов

А Области					Население Б
1		2	3	4	5
1	Акмолинская	-33	215	-8,1	3500
2	Алматинская	-21	168	-1,6	4000
3	Атырауская	-25	177	-3,4	4500
4	ВКО	-39	204	-7,8	5000
5	Жамбылская	-23	162	-0,7	5500
6	Карагандинская	-32	208	-7,0	4000
7	Костанайская	-34	212	-8,1	5000
8	Павлодарская	-35	206	-8,7	3500
9	СКО	-36	218	-8,6	5500
0	ЮКО	-15	143	1,5	5000

Вариант выполнения РГР: по предпоследней цифре зачетки (А-первый столбец) выбирается свой вариант области и показатели ее природно-климатических условий (столбцы 2-4), а в 5-м столбце (по последней цифре зачетки) задается количество населения сельского населенного пункта.

В РГР необходимо рассчитать:

- годовую потребность зон ЦТС и ДТС в тепловой энергии на процессы отопления и горячего водоснабжения;

- максимальную часовую тепловую нагрузку котельной (ЦТС) на процессы отопления и горячего водоснабжения;

- себестоимость отпуска единицы тепла от котельной (для ЦТС) и от ИТГУ (ДТС, для одного дома);

- провести расчеты по экономическому обоснованию строительства и эксплуатации котельной на твердом топливе с использованием метода оценки инвестиционных проектов (определить денежные потоки, срок окупаемости проекта, найти значения NPV, IRR, PP).

Использование ИТГУ в зоне ДТС в этом случае не рассматриваются (затраты несет житель, который не связан с кредитованием в банке, возвратом кредита из прибыли ….).

Работы выполняются на компьютере с обязательной текстовой расшифровкой составляющих формул и указанием размерности полученных величин.

Студент должен владеть методикой проведения расчетов и знать все теоретические вопросы, касающиеся выполнения работы.

1.2 Методика расчета потребностей в тепловой энергии

Годовой расход тепла на отопление одного здания определяется по формуле:

(1)

где qо – удельная тепловая характеристика многоэтажного здания – 0,27 ккал / ч С, одноэтажного здания – 0,68 ккал / ч С;

а -коэффициент инфильтрации наружного воздуха, = 1,05;

- коэффициент, учитывающий изменения расчетной температуры наружного воздуха, = 1,08;

- объем многоэтажного здания по наружному обмеру- 25000 , одноэтажного – 400 ;

- температура воздуха внутри помещений, 18С;

- средняя температура наружного воздуха за отопительный

период (по заданию );

- продолжительность отопительного периода, сут.(по заданию);

24 - число часов в сутках.

Расчет проводится для многоэтажного и для одноэтажного здания.

Годовой расход тепла на горячее водоснабжение также определяется отдельно для населения, проживающего в зоне ЦТС и зоне ДТС:

(2)

где М - суточный расход горячей воды, принимается 100 литров

на человека в сутки для зоны ЦТС и 60 литров в сутки для ДТС;

С - удельная теплоемкость воды, =1,0 ккал /кг;

- температура горячей воды, =65С;

- средняя температура холодной воды - 10С.

Максимальная часовая нагрузка является основой для выбора установленной мощности котельной (для зоны ДТС, где используется ИТГУ не считается).

Максимальная часовая нагрузка для процесса отопления одного многоэтажного здания рассчитывается по следующему выражению:

(3)

- расчетная температура наружного воздуха, принимается в зависимости от природно-климатических условий расположения потребителей (по заданию).

Если тепловая энергия на процесс отопления расходуется в общем на все здание, то процесс потребления горячей воды является индивидуальным. Это означает, что не все жители многоэтажных домов с централизованным теплоснабжением одновременно открывают краны с горячей водой. Такое положение корректируется коэффициентом одновременности потребления горячей воды и зависит от количества населения, проживающего в зоне ЦТС.

Максимальная часовая нагрузка для горячего водоснабжения определяется не для каждого дома в отдельности, а для всего населения зоны ЦТС, пользующегося услугами котельной по формуле:

(4)

- коэффициент часовой неравномерности, для численности населения в заданиях его можно, ориентировочно, принять равным 2;

m - норма суточного потребления горячей воды в сутки, л.;

n - количество населения, проживающего в зоне ЦТС, чел.;

- можно принять в среднем 10 С .

Годовая потребность населенного пункта по зонам ЦТС и ДТС в тепловой энергии определяется:

(5)

(6)

Величина определяется перемножением годового расхода тепла на отопление одного многоэтажного дома на их количество (Д), а – перемножением годовой потребности в тепле на одного человека на количество проживающих в зоне ЦТС.

Для зоны ДТС (одноэтажной жилой застройки) считается аналогично – перемножением годовой потребности в тепле на отопление одного дома на их количество. Потребность в тепле на процесс горячего водоснабжения определяется, исходя из расхода тепла на одного жителя на их количество в зоне ДТС.

Максимальная часовая нагрузка жилых домов зоны ЦТС будет составлять:

(7)

Установленная мощность котельной выбирается по максимальной часовой нагрузке зоны многоэтажной жилой застройки на процессы отопления и горячего водоснабжения:

(8)

где - потери в тепловых сетях, принимаются равными 0,8;

-потери на регулирование нагрузки, принимаются 0,95.

1.3 Расчет себестоимости отпуска тепла от котельной

Суммарные издержки по первому варианту теплоснабжения населенного пункта (котельная на твердом топливе) включают в себя следующие составляющие:

(9)

Составляющие издержек в формуле, соответственно, в котельную, тепловые сети, внутреннее оборудование дома и квартир, хранения топлива, топливная составляющая, затраты на транспорт топлива, заработная плата, общепроизводственные расходы, текущий ремонт.

Рассмотрим каждую составляющую и методику ее определения отдельно.

- затраты в котельную на твердом топливе, включают стоимость котлов, строительно - монтажные работы, затраты в здание котельной т. е. представляют балансовую стоимость котельной.

(10)

– затраты на монтажные и пуско-наладочные работы (20%), Икот принимается по таблице.

В настоящее время на рынке котельного оборудования Казахстана появились отечественные котлы - стальные комбинированные водогрейные котлы серии (на твердом топливе или природном газе или жидком топливе)

Водогрейные котлы серии работают как в автоматическом, так и в ручном режиме на каменных и бурых углях со съемной взаимозаменяемой дверкой, что позволяет переводить работу котла на природный газ или жидкое топливо в считанные минуты.

Таблица 2 – Характеристики котельных агрегатов

№	Характеристика котла	2,32	1,16	0,63	0,43	0,25	0,18
1	Тепловая производ. МВт,	2,32	1,16	0,63	0,43	0,25	0,18
2	Тепловая производ. Гкал/час	2,0	1,0	0,54	0,37	0,22	0,16
3	Объем топки, м³	15,6	9,2	6,8	4,8	3,4	2,5
4	Габариты: длина, м ширина, м высота, м	3,8 2,4 2,8	3,2 2,5 2,9	2,1 1,7 2,4	1,7 1,4 1,9	1,7 1,3 1,6	1,5 1,3 1,5
5	Вес, т	6,0	3,9	2,5	2,0	0,8	0,4
6	КПД на тв. топливе, %	85	85	85	85	86	87
7	Стоимость , тыс. тенге/тыс. долл.	3970 26,5	1970 13,1	1280 8,5	790 5,3	480 3,2	300 2,0

Основное преимущество котлов в том, что они выполнены с поперечным обтеканием труб газами – это самый энергетически эффективный элемент, используемый на всех котлах большой энергетики. Анализ и опыт эксплуатации показал, что аналогов отечественным котлам типа нет ни в ближнем, ни в дальнем зарубежье.

Котлы установлены и успешно работают на твердом и жидком (газообразном) топливе в Атырауской, Шымкентской, Джамбулской, Павлодарской, Карагандинской и Алматинской областях, в городах Алматы и Талды-Корган уже на протяжении 10 лет.

Для всех водогрейных котлов тепловой производительностью до 2,32 МВт (2,0 Гкал/час) с замкнутым контуром теплоснабжения химическая подготовка воды не требуется.

Конструкция котельных агрегатов (указанных в таблице и других, более мощных котлов) разработана в Казахстане д.т.н. Орумбаевым Р.К. Изготовителем котлов является ТОО «ТЕМИР КРАН», расположенный в г. Алматы. Поддержание отечественных прозводителей является залогом развития экономики Казахстана.

Затраты в здание котельной определяются из расчета: площадь здания под один котел мощностью 1 Гкал составляет 36 , для котла мощностью 2 Гкал – 40 (высота здания 4 м), стоимость одного квадратного метра принимать в размере 200 долларов.

- издержки в тепловые сети. Принимается подземная двухтрубная

прокладка с изоляцией из минеральной ваты с покрытием из фольги. Протяженность тепловых сетей, полученная на основе анализа типовых проектов теплоснабжения поселков, принимается из расчета 1,0 - 1,5 м на

одного жителя. Диаметр тепловых сетей зависит от максимальной часовой нагрузки и в укрупненных расчетах можно принять стоимость 1 метра прокладки тепловой сети порядка 50-70 $. Строго говоря, толщина изоляции зависит и от природно - климатических условий, являясь оптимизируемой величиной между затратами в изоляцию и потерями тепла:

(11)

- затраты во внутреннее оборудование многоэтажных зданий, включающие разводку сети в подвале дома, по стоякам и квартирам, включая отопительные батареи и краны горячей воды. Принимается в размере 400 $ на квартиру:

(12)

Соответственно- Д- количество многоэтажных домов, 60 - количество квартир в доме, 400 - стоимость внутреннего оборудования одной квартиры.

Итоп - затраты на топливо определяются в следующем порядке:

Годовой расход условного топлива определяются следующим образом:

(13)

В расчетах подобного типа, связанного с функционированием котельной или тепловой электростанции, годовая потребность в топливе определяется не по КПД котельного агрегата, а по коэффициенту полезного использования топлива (КПИ):

(14)

143 - количество кг. у. т., необходимое для получения 1 Гкал тепла при

КПД установки, равной единице. В знаменателе произведение КПД, соответ- ственно, котла, тепловых сетей, транспорта и хранения топлива, регулирования нагрузки котла представляет коэффициент полезного использования топлива ( КПИ ).

Значения КПД в расчетах принимать следующие: для котлов на твердом топливе, указанные в таблице (это паспортные, «парадные» КПД, а эксплуатационные КПД, когда у котла стоит не всегда квалифицированный оператор, всегда ниже) необходимо уменьшить на 3-5%; = 0,83 – 0,85; принимается 0,8; - принимать равным 0,95-0,97; составляет 0,95.

- суммарный отпуск тепла котельной на отопление и горячее водоснабжение зоны многоэтажной жилой застройки, Гкал.

Перерасчет условного топлива в натуральное топливо провести из расчета калорийности Экибастузского топлива 4050 ккал/кг (коэффициент Кп = 7000:4050):

(15)

Затраты на топливо определяются:

(16)

где – расход натурального топлива; – стоимость топлива.

- цена топлива на рынке колеблется в значительных пределах в зависимости от качества топлива и места приобретения - на самом месторождении или на областных и районных топливных базах. В среднем можно принять стоимость 1 тнт в размере 15-20 $ за тнт без учета транспорта топлива.

- затраты на хранение твердого топлива (оборудование площадки, подъездных путей, навесов системы золоудаления и т. д.). Принимается из расчета 3-5 $ на тнт:

. (17)

- затраты на транспорт топлива принимаются в размере 5-7 $/тнт.

. (18)

- затраты на заработную плату. Количество работающих определяется на основе штатного коэффициента (), учитывающего управленческий, эксплуатационный и ремонтный персонал. Для небольших котельных, работающих на твёрдом топливе принимается в размере 1,5 – 2,0 чел / Гкал. Среднемесячная заработная плата составляет 300 $ на одного работника. К этой сумме следует добавить 21,5 % (пенсионный фонд, социальный налог). Зарплата рассчитывается за год по формуле:

(19)

- общестанционные расходы принимаются в размере 10 % от суммы:

(20)

- затраты на текущий ремонт и обслуживание котельной, принимаются:

(21)

- амортизационные отчисления, это денежное возмещение физического и морального износа основных активов котельной, путем включения части их стоимости в затраты на производство тепловой энергии. Согласно Указу Президента РК о налогах и платежах, величина амортизационных отчислений для теплотехнического оборудования составляет не более 8 % от их балансовой стоимости. Определяются по формуле:

(22)

Себестоимость 1 Гкал тепловой энергии по первому варианту теплоснабжения населенного пункта определяется:

(23)

1.4 Расчет себестоимости теплоснабжения одноэтажных жилых домов

Составляющие себестоимости получения 1 Гкал тепла от ИТГУ на твердом топливе в зоне ДТС (одноэтажная зона застройки – расчеты проводятся для одного дома) проводятся только для процесса отопления и включают в себя:

(24)

Составляющие, соответственно, капвложения в индивидуальные теплогенерирующие установки (кирпичные отопительно-варочные печи), затраты на хранение угля, затраты на топливо, затраты на транспорт топлива, текущий ремонт.

– затраты на установку печи на твердом топливе, построенной из кирпича (стоимость кирпича и оплата труда печника), ориентировочно, 50-80 тыс. тенге.

– определяются аналогично варианта котельной.

– при расчете b уд в знаменателе использовать не коэффициент полезного использования топлива (четыре составляющих), а только два- КПД печки, который для кирпичных отопительно-варочных печей на твердом топливе не превышает 0,4; и потери топлива при транспорте и хранении – 3-5%. Остальной расчет аналогично.

Себестоимость получения тепла:

(25)

При расчетах себестоимости поучения тепла от ИТГУ в зоне ДТС, несмотря на то что это частная установка и сам себе владелец не платит, все равно нужно учитывать амортизационные отчисления, которые расходуются на капитальный ремонт печи (это фактически происходит) и реновацию (накопления на строительство новой печи, затраты на горелки на газе или жидком топливе).

1.5 Экономическая оценка строительства и эксплуатации котельной

Экономическая оценка строительства и эксплуатации любого объекта энергоснабжения на предварительных этапах принятия решений обычно производится на основе составления бизнес-плана, а в случае его положительного вывода разрабатывается инвестиционный проект. Это современный метод оценки принятия технико-экономических решений, учитывающий изменение стоимости денег по времени и весь комплекс затрат на реализацию проекта: цены и ценовая политика на перспективу; объем реализации продукции; доход и прибыль от реализации проекта; часть прибыли, идущая на возврат кредита; процентная ставка банка, под которую предприятие берет кредит; срок кредита.

Сложность финансово-экономической оценки строительства и эксплуатации крупных энергетических объектов связана с тем, что инвестиции поступают в несколько этапов, и имеет место длительность срока получения результатов от реализации проекта. Длительность таких операций приводит к неопределённости оценки инвестиций и риску ошибок. Поэтому в практике используются методы оценки инвестиционных проектов, чтобы свести к минимуму уровень погрешности проектов. Это методы: определения чистой текущей стоимости (NPV), срока окупаемости проекта (PP), расчета внутренней нормы прибыли (IRR), расчета рентабельности инвестиций (PI), определения бухгалтерской рентабельности инвестиций (ROI). Естественно, что в практике не всегда применяются все пять методов оценки инвестиционных проектов, поэтому и данной работе будут использованы только первые три метода.

Строительство таких крупных объектов, как котельная требует значительных финансовых затрат и обычно происходит при финансовой поддержке государства или областных (районных) акиматов. Остальная часть денежных средств обеспечивается за счет акционерных обществ, строящих и эксплуатирующих объект теплоснабжения.

В нашем случае определимся так: 70% величины суммарных капитальных вложений в строительство котельной (стоимость котельной, тепловых сетей, оборудования жилых домов, хранения топлива) обеспечивает районный акимат, а остальные 30% от суммарных капвложений обеспечивает АО «Энергия». Сумма затрат на эксплуатацию схемы теплоснабжения (топливо и его транспорт, зарплата, амортизация, ремонт, общие расходы) распределяется между акиматом и АО поровну, по 50%. Т.е. АО «Энергия» берет кредит в банке (Iо) в размере 30% от основных производственных фондов и 50% от оборотных средств котельной. АО «Энергия» обеспечивает свою долю финансирования путем кредита в банке под 10% годовых.

Известно, что при оценке инвестиционного проекта используются всего четыре показателя:

Iо – первоначальные инвестиции;

CF – денежный поток, направляемый на возврат кредита;

r – процентная ставка банка по кредиту (10%);

n – календарный год кредита.

При разработке и анализе инвестиционных проектов наиболее сложным является расчет прибыли и денежного потока CF, направляемого на возврат кредита.

Отпускной тариф на тепловую энергию от АО «Энергия» будет иметь рентабельность 20%, т.е.

(26)

Доход от реализации тепловой энергии АО составит:

(27)

Суммарные затраты определяются по выражению:

(28)

Разница между ними даст прибыль:

ПР = Д – З, млн. тенге. (29)

После оплаты налога на прибыль, в размере 20%, образуется чистая прибыль:

(30)

которая целиком идет на возврат кредита в банк, т.е. это и будет денежный поток CF.

1.6 Метод определения чистой текущей стоимости NPV

Это метод анализа инвестиций, показывающий, на какую ценность фирма может прирасти в результате реализации инвестиционного проекта, и определяется:

₍₃₁₎

I₀ – первоначальное вложение средств

Результаты расчета занести в таблицу, аналогичную таблице 3.

Пример расчета: фирма берет кредит на сумму 18000 под 10% годовых сроком на четыре года:

Таблица 3 - Расчет NPV

год	CF	R₁₀	PV₁₀
0	-18000	1	-18000
1	10000	0,909	9090
2	8000	0,826	6608
3	6000	0,751	4506
NPV			+2204

Расчёт NPV идёт до первого положительного значения PV. Если расчёт не устраивает по годам, то нужно пересмотреть стратегию проекта – увеличить CF или найти банк, с меньшим r.

Если NPV в нужные фирме сроки положителен, то, значит, в результате проекта ценность фирмы возрастает, и его следует принять.

Широкое использование этого метода объясняется тем, что он устойчив в разных комбинациях исходных условий, позволяя во всех случаях находить экономически рациональное решение.

1.7 Метод расчёта внутренней нормы прибыли IRR

Внутренняя норма прибыли представляет собой уровень окупаемости средств, направленных на цели инвестирования. Это значение r, при котором NPV=0. Формализовано это уравнение:

, решаемое относительно r.

IRR при NPV=0, - это проект не обеспечивает роста ценности фирмы, но и не ведёт к её снижению. Этот коэффициент дисконта (R= 1: (1+r)ⁿ разделяет инвестиции на приемлемые и невыгодные. IRR сравнивают с тем уровнем окупаемости вложений, которые фирма выбирает для себя с учётом того, по какой цене сама получила капитал для инвестирования и какой чистый уровень прибыльности хотела бы иметь при его использовании (барьерный коэффициент).

Результаты расчета занести в таблицу, аналогичную таблице 4.

Пример расчета: фирма берет в кредит 20000, под 15% годовых, сроком на четыре года:

Таблица 4 - Расчет IRR

год	CF	R₁₅	PV₁₅	R₂₀	PV₂₀
0	-20000	1.0	-20000	1,0	-20000
1	8000	0,820	6960	0,833	6664
2	10000	0,756	7560	0,694	6940
3	6000	0,658	3548	0,579	3474
4	4000	0,572	2288	0,482	1928
NPV			+756		-994

_{Величина}_IRR_{определяется по формуле:}

₍₃₂₎

IRR служит индикатором уровня риска по проекту: чем больше IRR превышает принятый фирмой барьерный коэффициент, тем больше запас прочности проекта и тем менее страшны ошибки при оценке будущих денежных поступлений.

1.8 Метод расчёта окупаемости инвестиций РР

Метод состоит в определении того срока, который необходим для возмещения суммы первоначальных инвестиций:

₍₃₃₎

Есть два метода: когда CF равен по годам и когда CF идёт различными суммами, то есть неравномерно.

Если I₀=600, а CF по 150, то PP=600:150=4 года.

Если I₀=600, а CF -700+150+100+200=650, то срок окупаемости 3 года и 0,75 от года, то есть 3 года 9 месяцев.

В нашем случае денежные потоки по годам будут одинаковы, и следует пользоваться первым примеров расчета.

2 Расчетно-графическая работа №2. Определение энергоемкости продукции животноводства

Цель работы: закрепление теоретических знаний и получение практических навыков по расчету потребностей технологических процессов животноводства в тепловой и электрической энергии и определению доли энергетической составляющей производства молока на молочных фермах с различным поголовьем скота и его уровней продуктивности.

При выполнении данной РГР студент должен использовать полученные на лекциях знания, уметь пользоваться литературными источниками, знать технологию содержания животных и методы расчета затрат на энергоснабжение и освоить методы определения величины затрат на энергоснабжение животноводческой фермы.

При сохранении общей методики проведения основных расчетов, в РГР сделан ряд допущений, серьезно не влияющих на конечный результат.

2.1 Задание на выполнение расчетно-графической работы

Исходные данные для расчетов приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Исходные данные к расчетам

Вар-т

Коровник

Масса, кг

Свободная теплота ккал/час

Водяные пары г/час

Климатч. условия

200 голов, уровень лактации 5 л.

300

400

474

565

316

377

200 голов, уровень лактации 10 л

300

500

510

682

340

455

300 голов, уровень лактации 10 л

400

500

605

682

404

455

300 голов, уровень лактации 15 л

400

500

687

760

458

507

400 голов, уровень лактации 10 л

500

455

400 голов, уровень лактации 15 л

600

823

549

Вариант выполнения РГР: по предпоследней цифре зачетки (первый столбец, А) выбирается свой вариант размера фермы и характеристики животных, которые указаны в столбцах 2-5, а в 6-м столбце (по последней цифре зачетки, В) задается область и ее климатические условия (Приложение А, таблица А.2).

Изменение норм тепло-влаговыделений животными в ночное время и при различной температуре воздуха внутри помещения в летний и зимний период не учитывать.

Считается, что чем крупнее ферма КРС, тем:

- более продуктивный скот там находится;

- выше уровень электромеханизации силовых процессов;

- выше уровень обеспеченности тепловыми процессами;

что и следует учитывать при выполнении РГР.

2.2 Расчет потребности фермы в тепловой энергии

Технологические процессы, потребляющие тепловую энергию – горячее водоснабжение, создание микроклимата (отопление, подогрев приточного воздуха). В этом разделе определяются годовые потребности в тепловой энергии.

Годовой расход тепла для каждой операции процесса горячего водоснабжения определяется по формуле:

(34)

– суточный расход горячей воды i-й операции, л/сут;

с – удельная теплоемкость воды, 1 ккал/кг;

– температура горячей (по Приложениям) и холодной воды (10), ;

350 – число дней нахождения дойных коров на ферме в год.

На основании данных Приложения А (см. таблицу А.1) выбираются технологические операции, потребляющие горячую воду, и для них проводится расчет суточной потребности фермы в тепле на процесс горячего водоснабжения.

Годовой расход тепла на кормоприготовление (запарка кормов) определяется по аналогичной формуле:

(35)

К – количество запариваемого корма i- вида, кг/сут;

С – теплоемкость i- вида корма, ккал/кг;

- начальная и конечная температура запариваемого корма, 90-20 С;

350 – число дней нахождения дойных коров на ферме в год.

Так как эта составляющая расхода тепла должна быть обязательно учтена в расчетах, то условно можно принять из расчета 3 кг на одну дойную корову при суточных надоях молока 5-10 л и 5 кг при надоях 10-15 л в сутки.

Самостоятельно выбрать 2-3 вида корма.

Теплоемкость кормов: картофель – 0,86, свекла -0,9, морковь – 0,89 , зерно - 0,51, мука – 0,43, солома – 0,55, вода – 1,0, пищевые отходы – 0,42 ккал/кг С.

Годовой расход тепла на горячее водоснабжение практически не зависит от природно-климатических условий, а только от наличия технологических процессов потребления горячей воды. Естественно, что на крупных животноводческих фермах процент охвата процессом горячего водоснабжения выше, чем на фермерских хозяйствах или в ЛПХ.

Расход тепловой энергии на создание микроклимата определяется на основе уравнения теплового баланса животноводческого помещения:

(36)

где – теплопотери здания, ккал/ч; – расход тепла на подогрев приточного воздуха, ккал/ч;

–расход тепла на испарение влаги со смоченных поверхностей, ккал/ч;

– количество свободной теплоты, выделяемой животными, ккал/ч.

Расчеты всех составляющих уравнения теплового баланса проводятся в пятиградусном интервале температур (Приложение А, таблица А.2), без учета числа часов стояния температур наружного воздуха, т.е. определяются часовые нагрузки. Годовой расход тепла на покрытие теплопотерь здания покрывается за счет отопления, и определяется по формуле:

(37)

где -удельная тепловая характеристика зданий, 0,25 ккал / ч С;

-коэффициент инфильтрации наружного воздуха, = 1,05;

- объем здания по наружному обмеру, ;

- температура воздуха внутри помещений, С;

- средняя температура наружного воздуха за отопительный период, С;

Установлено, что удельные размеры ферм дойных коров составляют: на голову и на голову. Исходя из этих данных, определяется величина . Расчеты по определению потребности в тепле на возмещение теплопотерь здания проводить для , вместо принимать нижнее значение температуры наружного воздуха в каждом пятиградусном интервале.

Расход тепла, необходимый для подогрева приточного воздуха зависит от его объема. Объем приточного воздуха определяется из условий обеспечения параметров микроклимата (t_в, f_в) животноводческих помещений и содержания влаги и углекислого газа в воздухе и показывает, какое количество воздуха необходимо подать, чтобы ассимилировать избыточное количество влаги и углекислого газа. Величина необходимого объема приточного воздуха определяется по углекислоте (L_у) для птицеводческих помещений и по влаге (L_в) - для животноводческих помещений. Животные тоже выделяют углекислоту, но расчет воздухообмена проводится по удалению избыточной влаги:

(38)

W – суммарное влаговыделение в помещении, г;

d_в, d_н – влагосодержание внутреннего и приточного воздуха, г/м³.

п – плотность воздуха при t в = 10 ^оС составляет 1,223 кг/ м³.

Величина влаговыделений в помещении W складывается из влаговыделений животных W_ж и испаренной влаги со смоченных поверхностей W_и, т.е.

(39)

(40)

(41)

где W^о_ж – свободное влаговыделение животных при t_в=10^оС, г/ч (см.таблицу 1);

е – коэффициент, учитывающий испарение влаги со смоченных поверхностей, принимается в зависимости от условий содержания животных (0,1 – 0,25);

n – количество голов скота в помещении, гол.

Расход тепла на подогрев приточного воздуха определяется из выражения:

(42)

где L_в – воздухообмен в помещении, м³/ч;

c_в - теплоемкость воздуха при соответствующих значениях, ;

t_в, t_н – температура внутреннего (10) и наружного воздуха (Приложение А, таблица А.2), ^оС.

Расчет расхода тепла на подогрев приточного воздуха также проводится в пятиградусном интервале температур наружного воздуха.

Влагосодержание внутреннего и наружного воздуха определяется по i-d диаграмме. Для укрупненных расчетов можно использовать следующие аппроксимированные данные: при +10^оС, d = 5,3 г/кг сухого воздуха; при +5 – 4,2; при 0 – 3,3; при -5 – 2,5; при -10 – 1,9; при-15 – 1,3; при -20 – 0,9; при -25 – 0,6; при -30 – 0,5; при -35 – 0,3 г/кг. Для контроля полученных результатов расчета объема воздуха (L) можно ориентироваться на кратность воздухообмена, который в зимнее время составляет 3-5.

Коэффициенты для определения норм выделения тепла и водяных паров находятся в значительных пределах. Так, если при температуре воздуха внутри помещения 10 ^оС и относительной влажности 70% (оптимальные параметры для ферм КРС) указанный коэффициент равен 1,0, то по выделению свободной теплоты tв = 30оС он будет 0,11 а при tв= -10^оС будут уже 1,59. Аналогично этот коэффициент изменяется и для выделения водяных паров: при tв = 30^оС будет 3,0, а при tв = -10^оС равен 0,61. В расчетах примем, что на животноводческой ферме удается поддерживать оптимальные параметры воздуха внутри помещений: температуру 10^оС и влажность 70%, т.е. коэффициенты изменения влаги и тепла равны 1,0.

Расход тепла на испарение влаги определяется:

(43)

где 600 – тепло, необходимое для превращения 1 кг воды в пар, ккал/кг;

W_и - количество влаги, выделяющейся со смоченных поверхностей, кг;

Количество тепла, выделяемого животными, можно получить:

(44)

где Q^св_ж – количество свободного тепла, выделяемого животными при t_в=10 ^оС;

k_t - поправочный коэффициент, учитывающий изменение тепловыделений от t_в=10 ^оС;

1,03 – увеличение тепловыделений при повышении влажности воздуха до 85%;

n – поголовье животных.

Расчет потребности в тепловой энергии (часовые значения) составляющих на создание микроклимата заносится в таблицу 6 (ккал/час):

Таблица 6 - Часовые значения расчетов микроклимата

	-45-40	-40-35	-35-30	-30-25	-25-20	-20-15	-15-10	-10-5
-
-
-
+

В каждом диапазоне стояния температур наружного воздуха суммируются значения ; ; и (это потребность фермы в тепле) из которых вычитаются значения (тепловыделение тепла животными) и заносятся в строку со знаком минус или плюс. Плюсовое значение показывает, что подвода тепла на ферму не требуется. Эти значения перемножаются на число часов стояния температур наружного воздуха (Приложение А, таблица А.2) и заносятся в строку . Затем потребности строки суммируются в годовую потребность фермы на создание микроклимата, причем суммируются только значения, имеющие отрицательной значение .

Расчеты проводить в пятиградусном интервале температур по числу часов их стояния, принимая, что тепловыделение животных и расход тепла на испарение влаги со смоченных поверхностей в диапазоне температур наружного воздуха остается постоянным, так как температура воздуха внутри помещений не изменяется и составляет 10^оС.

Потребности процессов горячего водоснабжения и создания микроклимата суммируются в годовую потребность фермы в тепловой энергии, и затем необходимо получить удельный расход в тепле на голову.

2.3 Расход электроэнергии на силовые стационарные процессы животноводческой фермы

Годовой расход электроэнергии на силовые стационарные процессы животноводческой фермы дойных коров определяется на основании данных Приложения А (см.таблицу А.3). Выбираются те силовые процессы, которые, по мнению студента, должны быть на рассматриваемой ферме с заданным поголовьем скота. Правильный выбор процессов определяет уровень знаний студента по технологии содержания животных.

Порядок расчета: значения годового расхода электроэнергии технологического процесса на голову скота (Приложение А, таблица А.3) перемножаются на поголовье скота и получается годовая потребность этого процесса в электроэнергии. Годовые потребности технологических процессов суммируются в общее потребление фермы в электроэнергии. Деление суммарного электропотребления фермы на поголовье скота даст удельный расход электроэнергии на голову скота.

2.4 Построение графиков энергопотребления фермы

Суточные графики потребления электрической и тепловой энергии строятся отдельно.

В приложении А таблицы А.4 указано время работы в сутки основных технологических процессов, потребляющих электрическую и тепловую энергию. Годовое число часов работы технологического процесса определяется, например: 3 часа в сутки= 1050 часов в год. Делением годовой потребности конкретного процесса в тепловой и электрической энергии на число часов работы технологического процесса получается часовая нагрузка. Часовые нагрузки технологических процессов в масштабе наносятся на график (на одной оси – ккал/ час или кВт/час на другой от 0 до 24 часов) в соответствии со временем потребления. Часовая потребность в тепловой энергии на создание микроклимата наносится на график теплопотребления по максимальному значению на все 24 часа прямой линией. Аналогично наносится часовая электрическая нагрузка на привод приточной и вытяжной вентиляции. Методически верным будет построение зимнего и летнего графиков электрической нагрузки: зимой подогрев приточного воздуха, летом увеличение кратности воздухообмена. В нашем случае строим график для зимнего периода времени.

Графики можно строить вручную, с обязательным указанием технологического процесса (при расчете часовых нагрузок они нумеруются и на график наносятся их номера).

В результате получается максимальная электрическая и тепловая нагрузка часовая нагрузка фермы и по ним происходит выбор установленной мощности теплогенерирующих установок (способов и источников теплоснабжения) и выбор электрооборудования, сечения и марки проводов, подходящих к ферме.

2.5 Расчет энергоемкости производства молока

В связи с тем, что при выполнении РГР 1, студент в полном объеме получает практические навыки по овладению методикой определения себестоимости отпуска единицы тепловой энергии от котельной на твердом топливе и методикой анализа инвестиционных проектов строительства и эксплуатации котельной, то нецелесообразно повторять аналогичные расчеты и для животноводческой фермы.

Энергоемкость продукции – это доля (в процентном или стоимостном выражении) энергетической составляющей (тепловой и электрической) в суммарных затратах на получение продукции животноводства, в нашем случае молока.

Затраты на электроэнергию, потребленную животноводческой фермой, определяются произведением годового расхода электроэнергии на тариф для заданного региона (тариф находится самостоятельно).

Затраты на теплоснабжение определяются только по величине топливной составляющей по формуле:

(45)

(46)

где тенге. (47)

; ;; k – сооветственно, годовой расход тепла фермой; удельный расход топлива на выработку 1 Гкал тепловой энергии; коэффициент полезного действия котлов (или индивидуальных теплогенерирующих установок), принимается в пределах 0,6-0,8; коэффициент перевода условного топлива в натуральное (7000 :).

Цена твердого топлива для своего региона находится самостоятельно.

Естественно, что доля стоимости только топлива и электроэнергии не отражает всю энергетическую составляющую себестоимости, так как еще не учтены такие затраты, как амортизационные отчисления энергооборудования, затраты на заработную плату энергетиков, затраты на текущий ремонт и т.д.

В связи с тем, что даже ориентировочно очень сложно определить себестоимость производства 1 т. молока, приближенно можно сделать следующим образом. Определяется годовой надой молока по ферме:

(48)

Затем суммируются общие затраты энергопотребления – затраты на топливо + затраты на электроэнергию:

(49)

Условная (ориентировочная) энергоемкость определяется:

(50)

Для ориентира можно сопоставить величину полученной энергоемкости производства молока с рыночной ценой молока. Себестоимость производства молока ориентировочно может составлять 40-50% от его рыночной стоимости, остальные 50-60% затрат приходятся на переработку молока, его расфасовку в пакеты, транспортные затраты и торговую наценку.

Приложение А

Таблица А.1 - Нормы расхода тепла на операции горячего водоснабжения для крупного рогатого скота

	Расход воды л/сут-гол	Температ. ⁰С
1. Молочные фермы и комплексы
поение в зимний период	65	12
подмывание вымени	3	40
мытье фляг	1,6	70
промывка молокопроводов	0,7	80
промывка доильных аппаратов	0,7	80
промывка молочных труб	0,3	50
промывка пастеризатора	0,5	80
промывка сепаратора	0,2	80
промывка доильного оборудования	2,3	50
ветсанмероприятия	5	40
кормоприготовление	80-100 тыс. ккал
отопление фермы	-	-
отопление родильного отделения	-	-
отопление вспомогат. помещений	^-	-
2. Телятник
поение в зимний период	10	16
ветсанмероприятия	2	40
кормоприготовление	-	-
отопление телятника	-	-
отопление вспомогат. помещений	1 м²	-
3. Откорм КРС
поение в зимний период	40	12
ветсанмероприятия	5	40
кормоприготовление	-	-
отопление вспомогат. помещений	1 м²	-

Таблица А.2 - Продолжительность стояния температур наружного воздуха

области	-45-40	-40-35	-35-30	-30-25	-25-20	-20-15	-15-10	-10-5	-5-0	0+5
1. Акмолинская	3	24	65	233	491	686	818	843	828	758
2. Актюбинская	-	5	17	77	242	451	682	869	965	761
3. Алматинская	-	-	1	10	43	163	389	738	1100	1001
4. Атырауская	-	-	6	22	118	293	488	778	1102	1003
5. ВКО	-	1	12	85	242	646	1020	1033	931	869
6. ЗКО	-	3	22	121	288	487	703	835	998	852
7. Карагандинская	1	10	38	154	341	670	830	929	910	778
8. Костанайская	3	17	75	259	466	686	814	826	739	781
9. Павлодарская	5	34	115	254	492	626	780	785	730	751
10. СКО	3	22	102	259	518	710	842	821	804	801

Таблица А.3 - Нормы расхода электроэнергии на силовые стационарные процессы

Виды животных

кВт-ч/год

1 Фермы КРС (на одну голову) Привязное содержание

Коровник

Кормоприготовление

Раздача грубых и сочных кормов

Уборка навоза

Водоснабжение (эл. привод)

Доение коров:

1) в стойлах в молокопровод

2) в стойлах переносными аппаратами

3) в стойлах доильной площадки

Обработка молока (очистка, охлаждение, сепарирование …)

Освещение

Прочие процессы

Итого:

1) в стойлах в молокопровод

2) в стойлах переносными аппаратами

3) в стойлах доильной площадки

27,0

16,0

23,4

32,0

80,0

50,0

60,0

35,0

42,0

12,0

2 Родильное отделение и профилакторий

Уборка навоза

Освещение и облучение телят

Итого:

1,4

12,0

13,4

3 Телятник – от 25 дней до 6 месяцев

Освещение и облучение телят

25,2

4 Общефермское оборудование

Измельчение и мойка корнеплодов

Измельчение грубых кормов и подстилки

Подогрев воды для хознужд за счет эл. энергии

Отопление молочной (электропривод в котельной)

Очистка и хранение охлажденного молока

Водоснабжение

Электроосвещение территории

Итого

Всего по привязному содержанию

1) в стойлах в молокопровод;

2) в стойлах переносными аппаратами;

3) в стойлах доильной площадки.

Вентиляция – приточная с подогревом воздуха

электрокалорифером, вытяжная - естественная

2,5

11,6

99,0

2,6

15,0

18,0

166,7

378,9

396,0

366,6

60,0

5 Фермы КРС (на одну голову) Беспривязное содержание

Коровник

Измельчение грубых кормов и подстилки

Мойка и измельчение сочных кормов

Подогрев воды на хознужды (электропривод в котельной)

Доение коров, транспорт молока в молочную, кормление концентриров. кормами

Очистка, охлаждение и хранение молока

Освещение

Итого

10,2

1,2

35,2

28,3

15,2

42,0

132,1

6 Родильное отделение и профилакторий

Уборка навоза

Освещение и облучение телят

Итого

1,4

12,0

13,4

7 Телятник – от 25 дней до 6 месяцев

Освещение и облучение телят

25,2

8 Общефермское оборудование

Поение животных в зимнее время

Водоснабжение

Освещение территории

Итого

Всего по привязному содержанию

18,8

14,0

18,0

50,8

221,5

Фермы по доращиванию и откорму молодняка от 6-ти месячного возраста

Измельчение подстилки и грубых кормов

Водоснабжение

Освещение

Прочие (вредители, электроизгородь)

Всего, в том числе:

1) откорм

2) доращивание

9,3

12,8

22,5

3,4

48,0

25,4

22,6

Таблица А. 4 - Режимы энергопотребления животноводческих ферм

Тепловые процессы: на голову скота

Поение животных:

Коровы с 5 до 6 – 22л с 12 до13 – 22 л с 19 до 20 – 21 л в сутки 65 л с темп. 8-12оС

Телята до 6 мес с 5 до 6 – 4 л с 12 до13 – 3 л с 19 до 20 – 3 л в сутки 10 л с темп. 14-16 оС

Молодняк с 5 до 6 – 8 л с 12 до13 – 9 л с 19 до 20 – 8 л в сутки 25 л с темп. 8-12оС

Быки, нетели с 5 до 6 – 13 л с 12 до13 –14 л с 19 до 20 – 13 л в сутки 40 л с темп. 8-12оС

Обмывка вымени с 4 до 5 – 0,6 л с 19 до 20 – 0,45 л в сутки 1 л с темп. 37-38 оС

Мытье дойной посуды с 5 до 6 – 0,7 л с 20 до 21 – 0,7 л в сутки 1,4 л с темп. 55-65 оС

Мытье пос. для телят с 5 до 6 – 0,5 л с 13 до 14 – 0,5 л с 20 до 21 – 0,5 л в сутки 1,5 л с темп. 55-65 оС

Доильный зал:

мойка Д.А. с 4 до 5 – 3 л с 12 до 13 – 3 л с 19 до 20 – 3 л в сутки 9л с темп. 90 оС

Мойка молокопр. С 4 до 5 – 0,6 с 12 до 13 – 0,6 л с 19 до 20 – 0,6 л в сутки 1,8 л с темп. 55-65 оС

Тепловая обработка грубых кормов для КРС: с 4 до 5 + с 13 до 14 в сутки 5-13 л с темп. 90 оС

Кормоприготовление – с 4 до 5 + с 13 до 14 + 18-19

Силовые процессы:

Освещение - с 0 до 23 – круглосуточно, с 18 до 9 – дежурное (50%)

Вентиляция - с 0 до 24 – круглосуточно

Уборка помещений - с 6 до 7 + с 14 до 15 + 20 до 21

Дойка – с 5 до 6 + с 19 до 20

Кормоприготовление – с 4 до 5 + с 13 до 14 + 18-19

Кормораздача – с 6 до 7 + с 13 до 14 + с 19 до 20

Поение – с 5 до 6 + с 12 до 13 + с 19 до 20

Обработка молока – 6-7 + 20-21

Прочие процессы – 8-10 + 21-21

Список литературы

1. Чокин Ш.Ч., Сюндюков Р.Х. Энергетика сельского хозяйства Казахстана.-Алма-Ата: Кайнар, 1988.- 242 с.

2. Справочник по теплоснабжению сельскохозяйственных предприятий.-М.: Колос, 1983. Под ред. Уварова В.В.

3. Долгов И.Ю., Тихомиров А.В., Харченко В.В. Энергопотребление и энергосбережение в сельскохозяйственном секторе Российской Федерации. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2012, №2 – с. 16-18.

4. Парамонов С.Г., Сюндюков Р.Х. Обоснование рациональной потребности сельского хозяйства Казахстана в топливно-энергетических ресурсах. Материалы конференции « Региональные проблемы ТЭБ в условиях совершенствования хозяйственного механизма», часть 3. -Москва. 1989. с-65-68.

5. Парамонов С.Г., Сюндюков Р.Х., Джанбаулиева Ш.С. Потребности жилого сектора села Республики Казахстан в топливно-энергетических ресурсах на период до 2010 года. Энергетика и топливные ресурсы Казахстана.- 2001.- №4.

6. Самсонов В.С., Вяткин М.А. Экономика предприятий энергетического комплекса.-М.: Высшая школа, 2003.- 416 c.

7. Липсиц И.В., Косов В.В. Инвестиционный проект. -Москва: Бек, 1996,-304 с.

8. Парамонов С.Г. Использование природного газа для теплоснабжения села. Материалы совещания «Перспективы развития электрификации сельского хозяйства».- М.: ВИЭСХ, 1979. -68 c.

Содержание

Общие положения

1. РГР № 1 Определение затрат на теплоснабжения сельского населенного пункта от котельной на твердом топливе

2. РГР №2 Определение энергоемкости продукции животноводства

Приложения

3. Список литературы