Особенности технологического процесса животноводческих предприятий КРС с позиции сезонности

Введение. Производство животноводческой продукции – это длинная цепочка из различных технологических процессов. К ним относятся: приготовление кормов; кормление и поение животных; удаление и переработка навоза; сбор продукции; забой животных на мясо; спаривание животных; выполнение различных работ по созданию и поддержанию необходимого микроклимата в помещениях.

Все указанные технологические процессы зависимы от надёжности электроснабжения и качества электроэнергии. Перерывы в электроснабжении могут привести к значительному ущербу, измеряемому десятками, а порой и сотнями тысяч рублей. Поэтому особой важностью обладает обеспечение бесперебойного снабжения электроэнергией оборудования, выполняющего указанные технологические процессы.

Приготовление кормов, кормление и поение животных. В животноводстве одним из основных факторов, влияющих на состояние животных и их продуктивность, являются корма. Основным кормом для коров является сено, солома, силос, свежая трава, кукуруза, корнеплоды, комбикорм и кормовые добавки. Процесс приготовления кормовой массы проходит через этапы измельчения и смешивания. На крупных животноводческих комплексах зачастую корма готовятся день в день или за день до раздачи. Поэтому, поте ря

Агротехника и энергообеспечение. – 2023. – № 3 (40) 5

электроснабжения, в зависимости от её продолжительности, может привести к значительному ущербу здоровью животных и может привести даже к падежу скота.

Процесс раздачи кормов крупному рогатому скоту складывается из нескольких взаимосвязанных операций, основными из которых являются: загрузка кормов (в некоторых случаях разных кормов в разных местах), транспортировка к месту раздачи, в ряде вариантов применяемых технологий - смешивание, установка раздатчика в определенное положение относительно кормушек, и на заключительном этапе - дозирование и выдача в кормушки или на кормовой стол [1].

Правильное поение также является основополагающим критерием для обеспечения здоровья животных, а также их продуктивности. Основная потребность в воде наблюдается у дойных коров, т.к. корове требуется употребить в пять раз больше воды, чем молока, которое она произведёт. Оптимальная температура воды должна составлять от +8°С до +12°С. Употребление воды с более высокой температурой не даст освежающего воздействия, а вода с более низкой температурой может вызвать переохлаждение животного, что снизит иммунитет животного и может вызвать заболевание. Перебои в электроснабжении могут вызвать несвоевременное утоление жажды и снижает удои на 15%, а в зимний период может вызвать замерзание воды в трубах, что может нанести материальный ущерб системе водоснабжения предприятия [2].

Сбор продукции. Доение коров происходит с помощью доильных аппаратов. В зависимости от организации способов доения могут применяться различные доильные аппараты. Так, при доении коров в молокопровод применяются доильные аппараты типа АДМ 8А-100 и АДМ 8А-200, с мощностью 4,74 кВт и 8,75 кВт соответственно. В случае доения в доильном зале применяются, например, установки УДА 8А «Тандем», с потребляемой мощностью 2,2 кВт [3], По результатам исследований, роботы-дояры намного эффективнее в работе, чем традиционные доильные установки. Наиболее экономичными из установок является «Ёлочка», на втором месте - «Карусель». Сегодня некоторые производители разрабатывают доильные роботы, которые смогут работать на базе доильного зала «Карусель» и, тем самым, достигнуть еще большей эффективности и экономичности от автоматизированного доильного оборудования [4].

Доение коров происходит два раза в сутки - утром и вечером (от 06:00 до 07:00 и от 20:00 до 21:00 соответственно). В случае перебоев в подаче электроэнергии коровы будут невовремя подоены, что может вызвать сильное наполнение вымени животного. При его сильной наполненности молоко будет самостоятельно выделяться, сладкий запах молока привлечёт насекомых, которые могут укусить корову или занести инфекцию. Также молоко высыхает на сосках, стягивает кожу, возникают трещины, которые кровоточат и через них также может занестись инфекция. Возникает отёк вымени, что надолго выводит корову из списка удойных, вследствие чего предприятие терпит большие убытки на надоях [5].

Также выход из строя холодильных камер на продолжительное время грозит огромными убытками от порчи уже собранной продукции. Это особенно необходимо учитывать в летний период времени. В неохлажденном молоке быстро развиваются микроорганизмы, вызывающие его скисание. Так, при температуре 32 °С через 10 ч кислотность молока повышается в 2,8 раза, а число бактерий возрастает в 40 раз. В молоке, охлажденном до 12 °С, в течение 10 ч кислотность не увеличивается, а общее число бактерий изменяется несущественно. Таким образом, охлаждение - один из основных факторов, способствующих подавлению развития нежелательной патогенной микрофлоры и сохранению качества молока [6].

Микроклимат. Основными параметрами микроклимата, влияющими на физиологическое состояние КРС, являются температура, влажность, газовый состав атмосферы, освещенность и скорость движения воздуха. Эти параметры относят к производным, или зависящим от жизнедеятельности животных, работы машин, механизмов и аппаратов, обслуживающих помещение и животных [7].

Нормативные параметры микроклимата при привязном содержании дойных коров: температура воздуха +8…+10°С, относительная влажность 70…75%, скорость движения воздуха зимой 0,3…0,4 м/с, в переходные периоды – 0,5 м/с, освещенность – 30…70 лк [8].

Даже небольшое отклонение параметров микроклимата от нормы может привести к значительному ухудшению состояния животных. Поэтому, для поддержания показателей микроклимата, оптимальных для животных, применяют различное оборудование: вентиляторы, системы вентиляции и кондиционирования, воздушные завесы, отопительное оборудование и т.д. Работа вышеперечисленного оборудования варьируется в зависимости от природно-климатических факторов [9].

Исследования, проведённые ранее различными авторами, показывают, что на холодный период времени (с ноября по май) приходятся значительно большие затраты энергии, по сравнению с тёплым (июнь-октябрь) за счёт необходимости отопления (в случае отопления электронагревательными приборами) [10].

В летний период приоритетным является работа систем охлаждения, а зимой – систем отопления. В летний период времени без систем охлаждения животные подвергаются влиянию теплового стресса, что в значительной степени уменьшает продуктивность коров, а в худших случаях – приводит к повышению падежа животных [11]. В зимний период времени при ненормальной работе отопительных систем возникают дополнительные затраты организма животных на генерацию тепла. Также нахождение животных в низкой температурной среде приводит к заболеваниям, а порой и к гибели. В холодное время, при перебоях в питании электрооборудования систем отопления, появляется риск замерзания отопительных труб. Это может привести к аварии на предприятии.

Для поддержания нормального состояния воздушной среды в животноводческом помещении, необходимо своевременно удалять экскременты. Навоз выделяет аммиак, постоянное вдыхание воздуха даже с небольшой примесью аммиака (10 мг/м3) неблагоприятно отражается на здоровье животных. Аммиак, растворяясь на слизистых оболочках верхних дыхательных путей, глаз, раздражает их, кроме того, он рефлекторно уменьшает глубину дыхания, следовательно, и вентиляцию легких. В результате у животных появляется кашель, слезотечение, бронхит, отек легких и др. При высоких концентрациях аммиака наступает паралич дыхания, животное погибает [12].

Исследования, проведённые в США, показали, что увеличение продолжительности светового дня до 16 часов положительно сказывается на продуктивности животных, её прирост составляет до 8% [13]. По мнению многих ученых, положительный эффект от использования освещения достигается только в том случае, если уровень освещенности составляет 160-200 лк [13]. В ночное же время показатели освещённости в животноводческом помещении понижают, что успокаивает животных.

Степень освещённости животноводческого помещения оказывает значительное влияние на развитие яйцеклеток, течку, продолжительность случного сезона, беременности животных. Недостаток света приводит к глубоким, часто необратимым качественным изменениям в половых железах у растущих животных, а у взрослых животных снижает половую активность и оплодотворяемость, или вызывает временное бесплодие, значительно снижается продуктивность и сопротивляемость к болезням. Недостаточная освещённость животноводческих помещений негативно сказывается на работе обслуживающего персонала, что может привести к происшествиям на производстве [13].

Все эти технологические процессы качественно не зависят поголовья на животноводческом предприятии КРС, от количества голов зависит только количество оборудования и потребляемая мощность [14]. Соответственно, параметры графика нагрузки животноводческого предприятия зависят от сезонности технологических процессов (в свою очередь формируемых с учётом особенностей функционирования организма животных), поголовья скота, применяемого технологического оборудования.

Цель исследования – анализ сезонности технологических процессов животноводческих предприятий, обзор методов расчёта ущерба от перерывов в электроснабжении, обоснование применения способов сезонного резервирования электроснабжения ответственных электроприёмников.

Материалы и методы исследования

В работе применялись методы литературного обзора, теории надёжности, методы определения ущерба. Материалами исследования являлись сведения о технологических процессах на животноводческих предприятиях КРС.

Результаты и обсуждение.

Представленные выше технологические процессы животноводческих предприятий имеют, каждый, определённую сезонность в зависимости от сезона года, месяца, времени суток [15]. В частности, как было отмечено ранее, на животноводческом предприятии работа систем охлаждения и систем отопления помещений являются процессами с ярко выраженной сезонностью в течение года. Такие технологические процессы, как доение, кормление и навозоудаление имеют сезонность в течение суток. Для животноводческих предприятий сезонность в течение суток имеет наибольшее значение.

На рисунке 1 представлена технологическая карта производственных процессов на животноводческом предприятии КРС в течении суток [16].

Ярко выраженной сезонностью в течение суток как в коровниках, так и телятниках, обладают процессы кормления, доения, уборки и транспортировки навоза, освещения, облучения новорожденных телят. К процессам, осуществляемым круглосуточно относятся водоснабжение, складирование и хранение молока, подогрев воды в телятнике. Эти факты можно учитывать при выборе методов осуществления резервирования электрооборудования, осуществляющего указанные процессы.

Традиционно резервирование электроснабжения животноводческих предприятий осуществляется от резервных линий электропередачи, или от автономных источников электроснабжения, например дизельных электростанций (ДЭС), причём резервируется вся потребляемая мощность [17]. В статье [17] предложено снижать мощность резервного источника электроснабжения, резервируя питание только ответственных электроприёмников, а в работах [18, 19, 20, 21, 22] предложены способы и устройства сезонного резервирования, алгоритм его осуществления.

• 1-    водоснабжение (24 ч в сутки); 2 - кормление (2 х 3 ч); 3 - доение (2 х 2 ч); 4 -складирование и хранение молока (24 ч в сутки); 5 - уборка и транспортировка навоза (2 х 2 ч); 6 - освещение (12 ч); 7 - подогрев воды в телятнике (24 ч); 8 - кормление в телятнике (3 х

2 ч); 9 - облучение новорожденных телят (2 х 2 ч);

10 - уборка и транспортировка навоза в телятнике (2 х 2 ч)

Рисунок 1 - Технологическая карта производственных процессов на животноводческом предприятии КРС [16].

Суть способов сезонного резервирования заключается в определении сезонов по месяцам года и времени суток, в которые необходимо резервировать питание того, или иного оборудования, определении, на основе совпадения сезонов работы электроприёмников, необходимой мощности резервного источника электроснабжения и подключении к нему резервируемых электроприёмников только в сезоны их работы. Такой подход, как показано в [18, 23] минимизирует дополнительные затраты на резервные источники питания и обеспечивает резервирование для различных технологических процессов, простой которых, в частности на животноводческом предприятии, может привести к ущербу как от простоя в производстве, так и от устранения последствий простоя. В дальнейших исследованиях следует разработать новые способы сезонного резервирования, учитывающие особенности реализации технологических процессов, особенности схем электроснабжения животноводческих предприятий. Разработать оборудование для осуществления данных способов и обосновать его параметры, режимы работы, выявить технико-экономические показатели.

В работе [24] отмечена зависимость количества отказов в электрических сетях от сезона года (по месяцам) и от времени суток. А в работе [25] предложена методика расчёта надёжности электроснабжения потребителей с учётом сезонности отказов в системе электроснабжения. Эта методика может использоваться при оценке вероятного ущерба от перерывов в электроснабжении потребителей, в том числе животноводческих предприятий. Для этого необходимо сопоставлять наиболее вероятные интервалы отказов с временем осуществления технологических процессов.

В отношении практических методов определения численных значений удельных ущербов можно выделить три направления, отличающиеся детальностью исследований структуры ущерба и учетом тех или иных факторов, влияющих на него. Первое направление характеризуется упрощенным подходом к оценке удельного ущерба от нарушений электроснабжения. Последний рекомендуется оценивать отношением прироста национального дохода, а в современных экономических условиях приростом ВВП за некоторый период времени к приросту потребления электроэнергии национальной экономикой за тот же период, т.е. электроемкостью прироста национального дохода или прироста ВВП [26].

Второе направление характеризуется подробным исследованием всех технологических процессов на рассматриваемом предприятии, детальным анализом режимов работы технологических установок и отдельных агрегатов, изучением влияния на их работу нарушений электроснабжения и длительностей этих нарушений, исследованием последствий простоев технологических установок или их отдельных агрегатов на работу смежных установок [26].

Третье направление объединяет методы оценки удельных ущербов, базирующихся на менее детальных, чем второе направление, исследованиях технологических процессов и режимов работы технологических установок, но в отличие от первого позволяющие определять удельные ущербы дифференцированно по отдельным предприятиям и отраслям экономики в зависимости от достаточно важных в расчетах надежности факторов — вида и степени ограничения нагрузки, длительности ограничения электроснабжения и времени восстановления технологического процесса после подачи электропитания [26].

Ущербы от перерывов в электроснабжении следует определять исходя из конкретных условий каждого хозяйства, основываясь на методике, представленной в [27].

В общем случае ущерб равен [27]:

У = У 1 + У₂ - 0К э                                (1)

где У 1 - основной ущерб, обусловленный недоиспользованием основных фондов предприятий, а также снижением продуктивности животных, составляющих значительную часть стоимости фермы, руб.

• У₂ - дополнительный ущерб, вызванный порчей сырья и оборудования, порчей или невозвратимой потерей готовой продукции и полуфабрикатов, а также гибелью животных или снижением их продуктивности, руб.

θ – количество недоотпущенной электроэнергии за определённый период времени, за который определяется ущерб, кВт·ч

К_э - стоимость электроэнергии, руб/кВт^ч

Основной ущерб по сельскохозяйственному предприятию, объекту (процессу) можно определить по формуле [27]:

З

^У- = ^п ■ ^П ■                              ⁽²⁾

где П – среднее количество выработанной продукции за сутки при нормальной работе предприятия (объекта), кг, л. молока, шт. яиц и т.д.;

П [ - количество недовыработанной продукции вследствие перерывов в электроснабжении с учётом недовыработки продукции во время перерывов и в последующее время после восстановления электроснабжения, л, кг и т.д. После перерывов в электроснабжении для некоторых процессов сельскохозяйственного производства характерно снижение продуктивности, связанное с биологическими особенностями, например, снижение удоев коров, яйценоскость кур и т.п., что должно учитываться при подсчёте П [ ;

Тр– время работы объекта (предприятия) в году, сутки;

З - годовые затраты при нормальной работе предприятия, руб.

Дополнительный ущерб в общем виде определяется выражением [27]

K = ц + к , + к , + K i                         (3)

где И — ущерб от прстоя рабочей силы, руб.;

И — ущерб от брака и недоработки продукции за время практического простоя предприятия, руб.

K 3 — ущерб от дополнительной оплаты основным и временно привлечённым рабочим для ручного выполнения той или иной операции, руб.

K i — ущерб от дополнительных расходов (транспортные расходы, стоимость материала), руб.

Представленная выше методика в целом отражает сезонность технологических процессов животноводческих предприятий и зависимость значений ущербов от неё, но указанные в [27] коэффициенты определены для условий 1960-1970-х годов и требуют уточнения с учётом особенностей современного оснащения предприятий. Также целесообразно усовершенствовать данную методику с учётом сезонности отказов в системе электроснабжения животноводческих предприятий, рассмотренной в [25].

Вывод

Сезонность технологических процессов на животноводческих предприятиях обусловлена, в первую очередь, биологическими особенностями функционирования организма животных, крупного рогатого скота. Это касается и сезонности по месяцам года в части поддержания необходимых параметров микроклимата, и сезонности суточной, связанной, кроме микроклимата, также с процессами дойки, кормления и т.д.

Сезонность технологических процессов влияет на графики нагрузки животноводческих предприятий, на ущербы от перерывов в электроснабжении. Для сокращения ущербов необходимо осуществлять резервное электроснабжение ответственных электроприёмников, осуществляющих соответствующие технологические процессы. Наиболее перспективным является применение способов и средств сезонного резервирования, позволяющих минимизировать соответствующие затраты и ущербы.

Оценка ущерба от перерывов в электроснабжении должна учитывать сезонность работы оборудования, осуществляющего технологические процессы животноводческих предприятий и сезонность отказов в системах их электроснабжения.