Энергетическая безопасность сельских территорий

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ 
ФГБОУ ВО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, B.C. ВОЛКОВ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СЕЛЬСКИХ
ТЕРРИТОРИЙ

ПРАКТИКУМ
для обучающихся по направлению 35.04.06 Агроинженерия, профиль 
«Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем»

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2018

УДК 621.311(075) 
ББК 65.303.14

Составители: М.М. Беззубцева, B.C. Волков 
Р е ц е н з е н т ы :
доктор техн. наук, профессор (ИТМО) А.Г. Новоселов;
доктор техн. наук, ведущий научный сотрудник (ИАЭП) С.А. Ракутько

М.М. Беззубцева, B.C. Волков. Энергетическая безопасность сельских территорий. 
Практикум для обучающихся по направлению 35.04.06 Агроинженерия, профиль 
«Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». -  СПб.: СПбГАУ, 2018. - 
212 с.

Практикум подготовлен в соответствии с требованиями государственного 
образовательного стандарта по направлению подготовки "Агроинженерия». 
Представлены методики оценки уровня энергетической безопасности сельских 
регионов, сформулирована концепция мониторинга и индикативного анализа, 
составлена модель прогнозирования энергопотребления в сельскохозяйственном 
производстве. 
Основное 
внимание 
уделено 
практической 
самостоятельной 
подготовке магистрантов. С этой целью использованы различные методы, в том 
числе 
контрольные 
задания, 
для 
решения 
которых 
требуется 
хорошая 
теоретическая 
подготовка. Практикум предназначен для обучающихся 
по 
направлению 35.04.06 Агроинженерия, профиль «Энергетический менеджмент и 
инжиниринг энергосистем».

УДК 621.311(075) 
ББК 65.303.14

© 
М.М. Беззубцева, 
© B.C. Волков 
© 
СПбГАУ, 2018

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................................. 5
Глава 1. Методика оценки уровня энергетической безопасности 
сельскохозяйственного региона................................................................................. 7
1.1. Состав, структура и обоснование объектов мониторинга.............................7
1.2. Формирование состава индикаторов............................................................... 14
1.3. Методология формирования пороговых значений индикаторов..............23
1.4. Методология определения оптимальных значений индикаторов.............25
1.5. Метод оценки уровня ЭБ сельскохозяйственного региона.........................26
Глава 2. Методические подходы к определению пзи потребности в 
энергоресурсах............................................................................................................... 30
2.1. Модель прогнозирования энергопотребления и безопасности в 
сельскохозяйственном производстве.......................................................................30
2.2. Методика определения потребности в энергии коммунально-бытового 
сектора и сферы услуг сельских регионов.............................................................34
2.3. Методика выбора превентивных мер по преодолению угроз 
безопасности сельских регионов при ограничении энергоснабжения.............44
2.4. Контрольные задания..........................................................................................48
Глава 3. Общая методика энергетического мониторинга 
сельскохозяйственных объектов при определении резервов и 
потенциала экономии топливно-энергетических ресурсов.............................50
3.1. Обследование и сбор исходных данных на действующих объектах.........50
3.2. Общая методика (алгоритм) энергетического мониторинга 
сельскохозяйственных процессов и объектов при определении резервов 
потенциала экономии топливно-энергетических ресурсов................................55
3.2.1. Понятия и расчетные зависимости для определения резерва и 
потенциала энергосбережения.............................................................................. 55
3.2.2. Алгоритм расчета резерва и потенциала экономии энергоресурсов ..56
3.3. Общие рекомендации по реализации резервов и потенциала 
экономии топливно-энергетических ресурсов.................................................. 63
Глава 4. Энергетический мониторинг в растениеводстве защищенного
грунта, выявление резервов и потенциала экономии ТЭР.............................65
Глава 5. Энергетический мониторинг технологии хранения
плодоовощной продукции..........................................................................................78
Глава 6. Энергетический мониторинг сельскохозяйственных объектов, 
использующих в качестве энергоносителей в производстве теплоты и 
технологиях электрическую энергию, газ и твердое топливо, выявление 
резерва и потенциала экономии ТЭР......................................................................88

6.1. Исходные данные и показатели для определения энергозатрат в 
тепловых процессах животноводческих ферм........................................................88
6.2. Методические положения по расчету энергозатрат на теплоснабжение 
животноводческих ферм............................................................................................ 91
6.3. Определение фактических энергетических параметров и энергозатрат
по отдельным тепловым процессам и в целом по объекту.................................102
6.4. Основные способы и пути экономии энергоресурсов................................107
6.5. Рекомендуемое энергосберегающее оборудование. Резервы и 
потенциал экономии ТЭР и их влияние на технико-экономические 
показатели объекта....................................................................................................110
6.5.1. Рекомендуемое оборудование................................................................... 110
6.5.2. Резервы и потенциал экономии ТЭР и их влияние на техникоэкономические показатели объекта................................................................... 114
Глава 7. Энергетический мониторинг сельскохозяйственного
водоснабжения, выявление резервов и потенциала экономии ТЭР.............. 118
Глава 8. Энергетический мониторинг электроприводов 
сельскохозяйственных объектов, выявление резервов и потенциала 
экономии ТЭР...............................................................................................................138
8.1. Обследование объекта и сбор исходных данных по мониторингу 
электроприводов.........................................................................................................142
8.2. Методика определения резерва и потенциала энергосбережения и 
потенциала в электроприводах................................................................................151
8.3. Мероприятия по экономии электроэнергии при использовании 
электроприводов........................................................................................................152
Глава 9. Энергетический мониторинг процессов освещения и облучения 
сельскохозяйственных объектов, выявление резервов и потенциала 
экономии ТЭР...............................................................................................................157
9.1. Методика обследования и сбора данных по освещению на 
сельскохозяйственных объектах.............................................................................157
9.2. Методика определения резерва и потенциала энергосбережения 
объектов...................................................................................................................... 168
9.3. Мероприятия по экономии электроэнергии в осветительных 
установках................................................................................................................... 169
Глава 10. Энергетический мониторинг зернопунктов, выявление 
резервов и потенциала экономии ТЭР................................................................... 173
10.1. Обследование и сбор исходных данных о зернопунктах...........................173
10.2.Расчет резерва и потенциала экономии топливно-энергетического 
ресурса (ТЭР)..............................................................................................................177
10.3..Рекомендации по реализации выявленных резервов и потенциалов 
экономии ТЭР.............................................................................................................179
Глава 11 Задания для самостоятельной работы студентов..............................181
Литературные источники и нормативные документы.............................................201

ВВЕДЕНИЕ
Целевым 
аспектом 
энергетической 
политики 
сельскохозяйственного региона является рост благосостояния 
населения 
путем 
повышения 
эффективности, 
увеличения 
масштабов и улучшения качества развития и функционирования 
систем энергетики (СЭ) как в сфере энергоснабжения, так и в сфере 
энергопотребления.
Представленные 
в 
практикуме 
методики 
обеспечивают 
проведение, прежде всего, инженерного энергомониторинга с 
последующей технико-экономической оценкой и выработкой 
рекомендаций по энергетической безопасности сельского региона. 
Упор 
делается 
на 
обследование 
машин, 
оборудования, 
электроприводов, 
электроосвещения 
и 
технологий 
сельскохозяйственных 
объектов. 
Приводятся 
нормы 
проектирования объектов, показатели эффективного использования 
энергетических ресурсов машинами и оборудованием объектов, 
даются рекомендации по совершенствованию инженерной части 
объектов.
Методика 
(алгоритм) 
расчета 
резервов 
экономии 
ТЭР 
строится 
двухуровневой: 
на 
первом 
уровне 
определяются 
показатели резервов машин, оборудования раздельно по каждому 
виду 
энергопотребления 
(освещение, 
получение 
теплоты, 
электропривод или привод от двигателей внутреннего сгорания), на 
втором - по показателю энергозатрат на производство продукции и 
голову 
скота. 
Представлены 
методики 
оценки уровня 
ЭБ, 
сформулирована концепция мониторинга и индикативного анализа, 
составлена 
модель 
прогнозирования 
энергопотребления 
в 
сельскохозяйственном производстве. Методики сопровождается 
примерами расчетов резервов экономии и потенциала ТЭР, 
расчетами 
ПЗИ. 
Большое 
внимание 
уделено 
практической 
самостоятельной 
подготовке 
магистрантов. 
С 
этой 
целью 
использованы различные методы, в том числе контрольные 
задания, для решения которых требуется хорошая теоретическая 
подготовка.

5

Основные компетенции, приобретаемые магистрантами при 
изучении дисциплины:
ОК-2 готовностью действовать в нестандартных ситуациях, 
нести социальную и этическую ответственность за принятые 
решения;
ОПК-7 способность анализировать современные проблемы 
науки и производства в агроинжерии и вести поиск их решения;
ПК-3 способностью и готовностью рассчитывать и оценивать 
условия и последствия (в том числе экологические) принимаемых 
организационно-управленческих решений в области технического 
и 
энергетического 
обеспечения 
высокоточных 
технологий 
производства сельскохозяйственной продукции;
ПК-7 способность проведения инженерных расчетов для 
проектирования систем и объектов;
ПК-8 
готовностью 
осуществлять 
контроль 
соответствия 
разрабатываемых проектов стандартам, техническим условиям и 
другим нормативным документам.
Практикум подготовлен в соответствии с требованиями 
государственного образовательного стандарта по направлению 
подготовки «Агроинженерия» и предназначен для обучающихся по 
направлению 35.04.06 Агроинженерия, профиль «Энергетический 
менеджмент и инжиниринг энергосистем».

6

Глава 1. МЕТОДИКА ОЦЕНКИ УРОВНЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ 
БЕЗОПАСНОСТИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО РЕГИОНА

1.1. Состав, структура и обоснование объектов мониторинга

Необходимый и достаточный состав объектов мониторинга 
энергоснабжения представлен в табл. 1.1 [23]. При этом объектом 
является достаточно однородная группа свойств, явлений или 
процессов, 
количественные оценки которых в совокупности 
характеризуют либо одну из угроз, либо одно из проявлений 
восприимчивости энергетики или экономики региона (района) к 
угрозам ЭБ, непосредственно или косвенно влияющих на уровень 
СБ.
Степень 
концентрации 
производственных 
мощностей 
и 
коммуникаций (п. 1.):
- 
деконцентрация 
мощности, 
преобладание 
агрегатов, 
объектов 
(в 
том 
числе 
трубопроводов) 
и 
энергетических 
комплексов малой и средней мощности уменьшают вероятность 
нарушения энергоснабжения в результате снижения генерации 
электроэнергии 
и 
теплоэнергии, 
пропускных 
способностей 
коммуникаций;
- 
существенно 
облегчается 
реализация 
принципов 
самообеспечения 
энергоресурсами, 
территориальной 
диверсификации 
энергоснабжения 
и 
рассредоточения 
энергообъектов;
- 
сокращаются сроки строительства, ускоряется возврат 
вложенных средств;
- 
сокращаются сроки восстановления энергообъектов;
- 
создаются благоприятные условия для внедрения новых, 
прогрессивных технологий.

7

Т а б л и ц а  1.1. Группировка объектов мониторинга ЭБ сельских регионов

Г р у п п ы
О б ъ е к т ы

1. 
Оборудование и технология
1.1. Концентрация энергетических мощностей.
1.2. Технический уровень.
1.3. Износ основных производственных фондов.
1.4. Аварийность и эксплуатационная готовность.
1.5. Продолжительность сооружения.
1.6. В озможность по восстановлению.
2. 
Энергетический баланс
2.1. Самообеспеченность энергоресурсами.
2.2. Доверсифицированность 
энергоснабжения 
потребителей.
2.3. Дефицит 
и 
ограничения 
поставок 
энергоресурсов.
2.4. Взаимозаменяемость энергоресурсов
3. 
Резервы и запасы
3.1. Резервы производства и транспорта ТЭР.
3.2. Запасы топлива в хранилищах и их емкость.
4. 
Экономика и финансы
4.1. Энергоемкость, 
энергоэффективность 
экономики, отраслей производств.
4.2. Инвестиции 
в 
энергетику. 
Обновление 
основных фондов.
4.3. Финансовое состояние предприятий.
4.4. Степень 
адаптивности 
экономики 
и 
энергопотребляющих 
процессов 
к 
экстремальным ситуациям в энергоснабжении
5. 
Управление в энергетике
5.1. Полнота, 
совершенство, 
действенность 
законодательства.
5.2. Состояние, 
действенность 
механизмов 
регулирования в энергетическом хозяйстве 
региона, 
района, 
включая 
управление 
в 
экстремальных ситуациях.
5.3. Полнота 
и 
качество 
выполнения 
энергетического мониторинга.

Показатели 
технического 
уровня 
энергетического 
оборудования (п. 1.2):
- 
энергетическая эффективность (КПД, удельные расходы 
ТЭР, удельные потери);
- 
маневренность, долговечность;

8

- 
уровень 
оснащенности 
средствами 
контроля 
и 
регулирования, эффективность этих средств, трудоемкость и 
удобство обслуживания, капитало- и материалоемкость, комплекс 
показателей надежности.
Эти 
показатели 
влияют 
на 
способность 
ЭО 
и 
СЭ 
удовлетворять спрос на ТЭР, на их способность быть экономными 
потребителями. 
Низкий 
технический 
уровень 
оборудования 
усиливает угрозы ЭБ. Переориентация на импортное оборудование 
усиливает импортную 
зависимость 
ТЭК России, 
усугубляет 
финансово-экономические трудности, влияющие на уровень жизни 
населения (косвенный экономический ущерб: уровень заработной 
платы и т.д.). Кроме того, эти показатели влияют на социальную 
категорию ущерба населению.
Физический износ основных производственных фондов (п. 
1.3). Данный показатель влияет на:
-  
частоту 
и 
продолжительность 
ремонтов, 
аварийность 
и 
безопасность оборудования, необходимость его замены.
Значительная 
доля 
изношенных 
фондов 
представляет 
техногенную угрозу и необходимость крупного инвестирования 
для 
обновления. Моральный износ предопределяется низким 
техническим уровнем оборудования (п. 1.2), его физическим 
износом.
Аварийность и эксплуатационная готовность (п. 1.4) - угрозы 
техногенного 
происхождения, 
непосредственно 
влияющие 
на 
социальную составляющую ЭБ региона.
Показатели 
продолжительности 
строительства
энергообъектов (п. 1.5):

-  заблаговременное прогнозирование дефицита ТЭР позволяет 
заблаговременно 
ввести 
новые 
объекты 
при 
наличии 
технологий их быстрого сооружения 
(модульная, блочнокомплектная, мобильные установки);
-  быстрый 
ввод 
новых 
объектов 
вместо 
потерянных 
(разрушенных, поврежденных и т.д.).
Возможности по восстановлению (1.6):

9

-  заблаговременное создание материальных запасов (запасное 
оборудование, узлы и т.д.);
-  высокий уровень производственных возможностей аварийновосстановительных работ и ремонтных организаций, служб, 
подразделений.
Одним 
из 
важнейших 
объектов 
мониторинга 
является 
самообеспеченность энергоресурсами потребностей (п. 2). Этот 
показатель характеризует:
-  независимость энергоснабжения сельских регионов, районов от 
протяженных, 
подверженных воздействиям 
коммуникаций, 
стоимость (тариф) использования которых достаточно велика;
-  независимость потребителей от поставщиков других регионов;
-  возможность для 
местных администраций во 
время ЧС 
оперативно маневрировать внутренними ресурсами.
Соответствующие 
индикаторы 
этого 
показателя 
характеризуют 
степень 
способности 
обеспечить 
при 
экстремальных 
ситуациях 
удовлетворение 
минимально 
необходимых жизненно важных потребностей сельских регионов в 
энергии за счет децентрализованного энергоснабжения, а в 
нормальных 
ситуациях 
-  
эффективное 
дополнение 
к 
централизованным (внешним) поставкам ТЭР.
Важность 
показателей 
диверсификации 
энергоснабжения 
(источников 
поставок 
ТЭР) 
(п. 2.2) 
пространственной 
и 
технологической обусловлено ролью в обеспечении устойчивого 
энергоснабжения. Это подтверждается следующим:
-  наличием у 
объектов 
нескольких источников 
снабжения 
каждым 
из 
основных 
энергоносителей 
и 
возможности 
переключения с одного источника на другой;
-  разнообразием самих ТЭР (особенно важно, чтобы в балансе, 
например, котельно-печного топлива доля доминирующего 
ресурса не была чрезмерной);
-  вовлеченностью 
в 
энергобаланс 
каждой 
территории 
нетрадиционных, в том числе возобновленных видов энергии.

10

Показатель по п.2.3 - дефицит и ограничение постановок 
энергоресурсов характеризует непосредственное воздействие на 
потребителей, ослабление ЭБ и СБ. В этот показатель включены 
вынужденное 
лимитирование 
и 
отключение 
потребителей, 
недопоставки и несвоевременные поставки.
Взаимозаменяемость энергоресурсов потребителей (п.2.4). 
Эти показатели характеризуют:
-  способность экономики и отдельных ее звеньев адаптироваться 
к вынужденным в случае реализации тем или иным угрозам, 
замене вида топлива, ухудшению его качества, необходимость 
перехода на другой энергоноситель.
При 
этом, 
чем 
выше 
гибкость 
энергопотребляющих 
установок, процессов, производств, предприятий и т.д., тем менее 
они восприимчивы к возмущениям (или угрозам), приводящим к 
потере для них или снижению качества одного из используемых 
энерго но сите лей.
Наличие достаточных резервов производственных мощностей 
(п.3.1) - главный критерий эксплуатационной готовности СЭ к 
противодействию 
угрозам 
ЭБ. 
Это 
резервы 
генерирующих 
мощностей 
ЭЭС 
и 
теплоснабжающих 
систем, 
отдельных 
котельных, резервы пропускной способности коммуникаций - 
теплопроводов, линий электропередач и т.д. Высокие (достаточные 
значения) этих показателей позволяют:
-  компенсировать дисбаланс производства и потребления ТЭР 
внутри региона, энергоузла, ТПК;
-  реализовать 
главные 
составляющие 
эффекта 
создания 
централизованных систем энергоснабжения.
Запасы топлива в хранилищах и емкость этих хранилищ 
(п.3.2) - это запасы у потребителей: угля, твердого топлива, газа, 
нефти, нефтепродуктов (текущие и сезонные). Прежде всего, это 
страховые запасы. Достаточная емкость хранилища - это залог 
накопления необходимых запасов и быстрой их реализации при 
дефиците.

11

Заделы в строительстве энергообъектов (п.3.3) позволяют 
ритмично вводить новые, либо реконструированные мощности.
Важнейшим 
объектом 
мониторинга 
является 
(п.4.1) 
- 
энергоэффективность, 
энергоемкость 
экономики, 
отраслей, 
процессов, отдельных потребителей. ЭБ и СБ определяются также 
способностью потребителей рационально расходовать энергию. 
Показатели энергоемкости, особенно рассматриваемые в динамике 
и в сопоставлении с технически реализуемым и экономически 
обоснованным 
наивысшим 
уровнем 
энергоэффективности, 
характеризуют:
-  
резервы снижения спроса на ТЭР;
-  
напряженность энергетических балансов.
При энергорасточительной экономике, складывающейся из 
энергорасточительности 
процессов, 
видов 
продукции, 
даже 
значительные 
и 
дорогостоящие 
усилия 
по 
повышению 
производственного 
потенциала 
ТЭК 
могут 
оказаться 
недоступными для преодоления ситуации перманентных вспышек 
дефицита ТЭР. В таких условиях невозможно поддерживать 
достаточные 
энергетические 
резервы 
и 
запасы-предпосылки 
устойчивого снабжения потребителей энергоносителями. Этот 
показатель оказывает как прямое, так и косвенное воздействие на 
благосостояние населения - СБ.
Инвестиции в энергетику и обусловленное ими обновление 
основных фондов ТЭК и сферы энергопотребления - важнейший 
компонент создания благоприятных условий для выполнения 
энергетикой своих функций по обеспечению сбалансированного 
устойчивого энергоснабжения. Существуют четыре основных 
аспекта роли инвестиций:
-  наращивание мощностей для удовлетворения прироста спроса;
-  ввод новых мощностей для замены выбывающих изношенных 
фондов;

-  техническое перевооружение объектов предприятий ТЭК;
-  накопление достаточных энергетических резервов и запасов. 
Финансовое состояние предприятий (п.4.3) - второй, наряду с

12