Экономико-математическая модель интегрированной системы автономного энерготеплоснабжения сельскохозяйственного производства на основе использования возобновляемых источников энергии для южных регионов России

Особое внимание приобретают вопросы структурной и технической адаптации систем энергообоспечения к растущим электрическим и тепловым нагрузкам, а также необходимость использования новых альтернативных источников энергии определение организационно-технологических принципов, связанных с созданием условий надежного и экономичного энерготеплоснабжения за счет оптимального сочетания системы централизованного и автономного энерготеплоснабжения производственных объектов многоотраслевых хозяйств.

Целью настоящих исследований являлось решение проблемы внутрихозяйственного автономного энерготеплообеспечения сельскохозяйственного производства на основе использования возобновляемых источников энергии.

В результате исследований альтернативных технологий дополнительного энергообеспечения сельскохозяйственных объектов на основе внутрихозяйственных биоресурсов и солнечной энергии в южных регионах России, установлено, что в южном регионе существуют все предпосылки для развития малой и нетрадиционной энергетики [2]. На современном этапе для сельскохозяйственной отрасли перспективным направлением является создание условий надежного и экономичного энергоснабжения сельхозпредприятий путем оптимального сочетания систем централизованного и автономного энергоснабжения на основе местных энергоресурсов с максимальным приближением к потребителям [3].

Эффективное применение локальных внутрихозяйственных энергетических источников в агропромышленном комплексе базируется на основе использования возобновляемой энергии: гидроэнергии, ветровой, солнечной, геотермальной, энергии биомассы и традиционной энергии - бензиновые, дизельные и газопоршневые электростанции и теплогенераторы работающие на жидком, твердом, газообразном топливах или на электроэнергии (рисунок 1).

Системы энерготеплоснабжения объектов АПК

Электрические станции

Теплогенераторы

т * -

Традиционные ИЭ

„ I

Возобнов ляемые ИЭ

т * -

Традиционные

топлива

m

s

I

I

Возобновляемые топлива

и й

8 н

Рисунок 1 - Внутрихозяйственная система энергообеспечения

Автономные системы, как независимые источники энергии, являются эффективным средством повышения надежности энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей.

Анализ существующих технологических схем установок для автономного энергообеспечения сельскохозяйственных объектов показывает, что каждый тип автономного энергоисточника характеризуется рядом специфических особенностей в части преобразования, аккумулирования и использования электрической и тепловой энергии. Вследствие этого одной из основных задач проектирования системы надежного и устойчивого энерготеплообеспечения объектов сельскохозяйственного производства является выбор наилучшего сочетания параметров отдельных компонентов, входящих в ее структуру [4].

С учетом сформированных схем технологических линий и структур (блоков) и установленных технологических связей принципиальная структурно-технологическая схема внутрихозяйственной системы энергообеспечения имеет вид, представленный на рисунке 2.

Первичные источники энергии

; . , ; ' . . Блок ( Блок ( Блок

МГЭС

КГУ

Прием энергии от первичных источников

ГПЭС

Блок

БЭУЖ

/ Блок ФЭЭ

Блок

БЭУТ

Блок ДЭС

/ Блок ] ТГ

Блок

ГеоТУ

Блок ТН

Блок АЭ

Блок АЭ

Отпуск электроэнергии

Отпуск холода

Отпуск тепловой энергии

Производство электроэнергии

Производство тепла

Производство холода

Объекты сельскохозяйственного производства

Рисунок 2 – Структурно-технологическая схема внутрихозяйственной системы энергообеспечения

Благодаря блочно-модульной структуре эта базовая конструкция имеет возможность адаптивно трансформироваться к общим условиям многоотраслевого хозяйства при проектировании внутрихозяйственной системы энергообеспечения.

При формировании оптимальной системы энергообеспечения производственных объектов многоотраслевых хозяйств необходимо учитывать все группы факторов, влияющих на процесс выбора [5, 6]. Такая задача требует системного подхода на основе применения современных методов структурного анализа и синтеза, техникоэкономического анализа, экономико-математического моделирования и оптимизации с использованием средств вычислительной техники.

В результате исследований разработана специальная экономико-математическая модель линейного программирования с алгоритмно-программным и информационным обеспечением для определения оптимального состава автономных источников электротеплоснабжения сельскохозяйственных объектов.

В качестве целевой функции оптимизации структуры и состава энергоисточников внутрихозяйственной системы энергообеспечения в разработанной модели принята сумма приведенных затрат на получение энергии, а для оценки эффективности энергоснабжения – ряд экономических показателей: снижение себестоимости энергии, прирост прибыли, и оценки эффективности капитальных вложений – удельные капитальные затраты.

Разработанная модель позволяет определять оптимальные комплекты технических средств энергообеспечения в растениеводстве, кормопроизводстве, инженерной и социальной инфраструктурах а также для различных типоразмеров животноводческих ферм и комплексов по производству продукции скотоводства и свиноводства.

Экономико-математическая модель оптимизации может быть представлена в общем виде:

Z = З^ЕЭС+З^АВТ+З^ЛЭП+З^Т → min, где З^ЕЭС – затраты на централизованное энергоснабжение, руб.; З^АВТ – затраты на автономное энергоснабжение, руб.;

З^ЛЭП – затраты на линии электропередач, руб.;

З^Т – затраты на производство тепловой энергии, руб.

Выбор того или иного варианта во внутрихозяйственной системе энергообеспечения связан с критериальной оценкой различной степени их эффективности и проведением процедуры оптимизации состава комплекта технических средств [7].

Оптимизацию состава и структуры внутрихозяйственной системы энергообеспечения проводят в соответствии с заданной характеристикой проектируемой системы (рисунок 3) по всем технологическим линиям, структурам (блокам) и отдельным операциям составляющим в целом технологию производства различных видов энергии и использующим различные энергоисточники, включенные в соответствующую базу данных.

Рисунок 3 - Структура информационного обеспечения модели

В виде переменных при постановке задачи выступают энергоисточники, способные выполнять определенные технологические операции и объединяемые в различные технологические структуры (блоки).

Все энергоисточники характеризуются определенными техникоэкономическими и качественными показателями, такими как мощность, надежность, качество выполнения технологического процесса, установочные размеры, стоимость, которые в той или иной мере могут влиять на выбор оптимального варианта и должны быть учтены в расчетах.

Заключение. Разработана экономико-математическая модель внутрихозяйственной системы энергообеспечения. Модель позволяет определить оптимальный состав энергоисточников системы энергообеспечения сельскохозяйственных потребителей в любом природно-экономическом районе южного региона России. Кроме того, можно определить объемы производства каждого вида энергии, балансы производства и потребления энергии и расхода энергетических и других ресурсов.

ECONOMIC MATHEMATICAL MODELS OF INTEGRATED SYSTEM OF THE AUTONOMOUS HEAT ENERGY SUPPLING IN AGRICULTURAL PRODUCTION ON THE BASIS OF USE

At the present stage for the agricultural industry promising direction is to create conditions for reliable and cost-effective supply of agricultural enterprises through the optimal combination of centralized and independent power supply based on local energy resources with maximum approach to customer.

To determine the optimal composition of autonomous energy sources developed and implemented a special economic and mathematical model.

Using the model allows to determine the optimal set of technical means and calculate fuel, heat and energy balances on objects optimization.