Новые технологии, перспективные отрасли, опыт → Энергия, зерно, трактор и АМАК-система
Энергия, зерно, трактор и АМАК-система
Читателю, который занимается энергией профессионально, рассказывать, что такое энергия, не надо. А вот читателю обычному и далёкому от этой темы дать некоторые пояснения надо. Энергия – это скалярная (т.е. выраженная числом) физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи. Видов энергии много, например: тепловая, механическая, химическая, электрическая, электромагнитная, ядерная и другие. Один вид энергии может превращаться в другой, например, электрическая в тепловую (это вы наблюдаете, когда на электроплите варите суп). Любой вид энергии измеряется единой мерой, названной «джоулем» (сокращённо Дж). Для завершения ликбеза, маленький пример. Если вы поднимите гирю в один килограмм на высоту в один метр, вы затратите 9,8 Дж механической энергии.
При производстве зерна используются, в основном: электромагнитная (солнечная), механическая, химическая (моторного топлива), электрическая и тепловая виды энергии. Львиная доля приходится на солнечную энергию, с помощью которой выращиваются зерновые, создаётся тепловой режим окружающей среды и почвы, и с помощью которой может быть получена электрическая энергия (используя, например, полупроводниковые фотоэлементы). С помощью механической энергии работают все устройства и механизмы – тракторы, комбайны, зерновозы и другие. Химическая энергия моторного топлива используется для преобразования её в механическую для устройств и механизмов. Электрическая энергия применяется для работы электродвигателей, зарядки аккумуляторов и питания устройств искусственного освещения.
Рассматривать в этой статье весь спектр тем использования различных видов энергии при производстве зерна – задача неподъёмная. Коснёмся только некоторых из них, например, выясним для начала: сколько затрачивается энергии на передвижение собственных масс трактора и сеялки при их движении по угодью. Произведённый расчёт показал, что при севе на одном гектаре затрачивается 75 МДж (МДж – миллион джоулей) только на передвижение собственных масс трактора и сеялки (трактора ЛТЗ-140, сеялки THESIS 5000 S + F), при этом в двигателе трактора сжигается примерно 2 л (литра) моторного топлива. При производстве зерна, кроме сева, осуществляют ещё несколько полевых операций. Предположим, что мы используем только две: сев и уборку урожая. В этом случае на одном гектаре для передвижения только собственных масс трактора, сеялки, комбайна и зерновоза будет затрачено 150 МДж энергии, для чего в их двигателях будет сожжено 4 л моторного топлива.
Рассмотрим работу фермера, который на площади в 1000 га, используя трактор, сеялку, комбайн и зерновоз, производит в год 5000 тонн зерна пшеницы при её урожайности в 5 т/га. На сев и уборку урожая на этой ферме будет затрачено 150000 МДж энергии, для получения которой будет сожжено 4000 л моторного топлива только (только!) на передвижения по угодью собственных масс трактора, сеялки, комбайна и зерновоза. Заметьте, уважаемый читатель, затраты энергии на работу непосредственных механизмов, взаимодействующих с семенами при севе и зерном при уборке урожая, мы не учитываем. Это отдельная – полезная энергия, подсчитывать её в данной статье мы не будем (у нас другая цель). А вот 150000 МДж – это бесполезная энергия, и хорошо было бы её существенно уменьшить. Сделать это можно было бы, заменив все колёса трактора, сеялки, комбайна и зерновоза на стальные, и заставив их передвигаться по стальным рельсам, а все двигатели внутреннего сгорания заменить на электродвигатели. В этом случае мы в 300 раз уменьшили бы бесполезные затраты энергии на перекатывание трактора «с компанией» по угодью. А именно, затратили бы не 150000 МДж, а только
500 МДж энергии, для получения которой сожгли бы не 4000 л моторного топлива, а только 13,3 л. К сожалению, вариант этот фантастический и реализован быть не может. Но выход, оказывается, есть! И очень красивый.
Современному фермеру предлагается перейти от тракторной системы земледелия (на основе тракторов, комбайнов, зерновозов и т.п.) к заводской системе земледелия на основе АМАК-системы (см. www.amak-sistema.ru). В АМАК-системе не используются двигатели внутреннего сгорания (КПД=0,3) и моторное топливо, а применяются только электродвигатели (КПД=0,9) и электроэнергия. Стальные колёса АМАК (полевого самоходного завода) перекатываются по постоянным стальным рельсовым колеям (коэффициент сопротивления качению К=0,001). Зерновая АМАК-система, обслуживающая угодье в 1000 га, при севе и уборке урожая, на передвижение собственной массы АМАК с навесными агрегатами расходует только 500 МДж электроэнергии (139 кВт ∙ ч), что в 300 раз меньше, чем в тракторной системе производства зерна (при той же площади угодья и тех же двух видах полевых работ).
Для обычного фермера, по большому счёту, знать, что такое джоуль и «с чем его едят» абсолютно неважно. Для него важно: какова себестоимость выращенного им зерна, какая на него цена на мировом рынке, и сколько он получит прибыли, продав зерно покупателю. Читателю, который не занимается экономикой профессионально, следует напомнить, что в себестоимость выращенного зерна входят все затраты, которые произвёл фермер в процессе производства, включая специфические – амортизационные отчисления, аренду за землю, страховые взносы и т.п. Весьма весомой составляющей себестоимости произведённого фермером зерна является стоимость использованной энергии. Фермер, который в наших примерах использовал тракторную систему земледелия, за бесполезную энергию по передвижению по угодью трактора, сеялки, комбайна и зерновоза заплатит за 4000 л моторного топлива 140 тыс. рублей (цена примерно 35 руб./л). Фермер, который использовал заводскую систему земледелия и АМАК-систему, за 139 кВт ∙ ч энергии, потраченной на бесполезное перемещение АМАК с навесными агрегатами по угодью, заплатит только 278 рублей (цена электроэнергии примерно 2 руб./кВт ∙ ч). Как видно, себестоимость зерна у фермера с АМАК-системой будет на 139722 рубля меньше, а прибыль примерно на такую же сумму будет больше, чем у его «тракторного» коллеги. Экономия энергии составит 149500 МДж.
В 2014 году в России произведено в чистом весе 104 миллионов тонн зерна с площади 46,6 миллионов гектар при средней урожайности зерновых в 2,23 т/га. На передвижение по указанной площади собственных масс тракторов, сеялок, комбайнов и зерновозов при севе и уборке урожая затрачено почти 7 миллиардов МДж энергии, для получения которой было сожжено в двигателях внутреннего сгорания
152200 тонн моторного топлива стоимостью примерно 6,4 миллиардов рублей. Для наглядности – это железнодорожный поезд длиной 30,5 километров с 2342 вагонами, в каждом из которых находится по 65 тонн моторного топлива. Если бы указанное зерно было бы произведено заводской системой земледелия на основе АМАК-систем (фантастический маловероятный вариант), то было бы затрачено в 300 раз меньше энергии (всего 23,3 миллиона МДж или 6,5 миллионов кВт ∙ ч) стоимостью 13 миллионов рублей (по стоимости в 492 раза меньше, чем в тракторном варианте). В итоге экономия энергии составила бы в энергетических единицах 6977 миллионов МДж, а в стоимостном – 6387 миллионов рублей. Не сильно погрешив, эти цифры можно и округлить, тогда: экономия энергии составит 7 миллиардов МДж стоимостью 6,4 миллиардов рублей. Согласитесь, уважаемый читатель, это настоящее энергосбережение, а не то, о котором нам рассказывают отечественные глашатаи энергосбережения (советники выключать свет в туалете, наливать воды не полный чайник и т.п.).
Критически настроенный читатель усомнится в скором переходе в зерновом производстве России от тракторного земледелия к заводскому на основе АМАК-систем, и будет прав. Если шариковую авторучку внедряли 62 года, то АМАК-системе уготовано столетие. И с этим ничего не поделаешь. Ведь АМАК-система для своего внедрения потребует не только больших начальных капитальных вложений, но и коренной перестройки мозгов тех, кто будут её строить, внедрять и эксплуатировать. Потребуется создание новой отрасли промышленности – АМАКсистемостроения. Необходимо создать новую корпорацию со своими конструкторским бюро, НИИ, специализированными заводами и основным сборочным. Скорее всего, будет создана международная строительная корпорация по типу корпорации Боинга или Роскосмоса. Ведь строить и производить надо будет не одну АМАК-систему, а сотни и тысячи серийных, имеющих приемлемую стоимость, доступную для тысяч фермеров. В первую очередь АМАК-системы будут внедряться в зерновом производстве, как наиболее массовом и обязательно востребованном всеми странами мира. Чтобы на нашей планете не умирало от голода по 9 миллионов человек ежегодно (данные ООН), производство зерна в мире должно быть утроено и доведено до 7,3 миллиардов тонн в год, что будет соответствовать нормативу ФАО при ООН (по одной тонне на человека в год). Сейчас производится только треть этого количества – 2,5 миллиарда тонн. Решению этой важнейшей и злободневнейшей задачи может способствовать переход в зерновом производстве от тракторной системы земледелия к заводской на основе АМАК-систем. Это создаст не только необходимый объём зерна, но существенно снизит его себестоимость и сэкономит огромное количество энергии.
Ю. Жуков