Öntözés energiatakarékosan

Kategória: Európai Unió | Szerző: Dr. Patay István egyetemi tanár, Szent István Egyetem, 2015/10/16

Az öntözés ugyan nem tartozik a magas energiaigényű műveletek közé, de már ma is általában jelentős költségtényező. Az élőmunka, az öntözővíz és az energia díja összességében számottevően növelhetik a termelési költségeket.

Az öntözés költségét jelentős mértékben befolyásolja az energiafelhasználás, amely lényegében az öntözőberendezés létesítéséhez és üzemeltetéséhez szükséges energiát jelenti. Ismeretes, hogy az energiahordozók árai változó dinamikával ugyan, de emelkedő tendenciát mutatnak. Minden valószínűség szerint ez a tendencia a jövőben is folytatódik, ezért nem közömbös az öntözés szempontjából sem. Az energiatakarékosság, az energiahatékonyság, összességében az energiagazdálkodás az öntözés esetében is fontos szempont kell, hogy legyen.

Az öntözés energetikai megítélése

A múlt század utolsó negyedében ismert okoknál fogva a víz- és energiatakarékos öntözési eljárások fejlesztése különös hangsúlyt kapott. Az egyes megoldások, konkrét öntözéstechnikák értékeléséhez új módszerekre volt szükség. Az öntözés energiaigényének elemzéséhez bevezették a változó (üzemeltetési) energiaszükséglet mellett az állandó (létesítési) energia tételt (Ágoston et. al. 1985, Fodor, 2001). Ez utóbbi a berendezés anyagában és gyártásában képviselt energiát jelenti, ami valahol a gép árában jelentkezik is. A kettő összege minden élőmunkát kiváltó műszaki fejlesztést motiváló tényező.

Az állandó energia bevezetését indokolja az a körülmény, hogy az öntözéshez szükséges technika csak és kizárólag az öntözés célját szolgálja, más agrotechnikai művelethez nem alkalmazható, így a létesítés költségei nem oszthatók meg. (Ez a tétel akkor is igaz, ha pl. az öntözéssel egyidejűleg tápanyagellátás is megvalósul.) Származtatása egyszerű, mert a teljes beruházási költségek energia-egyenértékét kell meghatározni a létesítés időpontjában.

Az öntözéstechnika dinamikus fejlődésének időszakában végzett vizsgálatok megmutatták az alapvető összefüggéseket az öntözés energetikai megítélésére vonatkozóan. Az 1. ábra az öntözés fajlagos (1 hektárra vonatkoztatott) összes energia- és munkaerőigényét szemlélteti. A diagramban minden pont egy-egy konkrét öntözőberendezésre vonatkozik. Jól látható, hogy a vizsgált gépek zöme viszonylag kis összes energiát és munkaerő-ráfordítást igényelt, az illesztett görbe pedig az összes energia- és a munkaerő-ráfordítás fordított arányát mutatja. Kivétel a stabil öntözőberendezések csoportja (bekarikázott pontok), ahol a beruházás magas aránya növeli meg az összes energiaigényeket.

A vizsgálatok ma is érvényes megállapítása az, hogy az élőmunka az öntözőberendezések gépi mozgatásával és automatizálásával csökkenthető. Az energiamennyiségek megítéléséhez: a benzin és a gázolaj energiatartalma 45 MJ/kg vagy 42 MJ/liter, és 1 kWh villamos energia megfelel 3,6 MJ energiának, továbbá 1 GJ (giga joule) = 103 MJ (mega joule).

Az állandó és változó energiaigények igen eltérőek a különböző öntözőberendezéseknél. A 2. ábra a vizsgált öntözőberendezések állandó és változó energiaigénye közötti kapcsolatot mutatja be. A csepegtető öntözőberendezéseknél a változó energiaigény a legalacsonyabb. Az energiatakarékos üzemeltetés azonban nagy állandó energiamennyiséggel, vagyis magas beruházási költséggel érhető el. A másik végletet a végszórófejes csévélhető öntözőberendezések jelentik: ezeknél a legalacsonyabb a fajlagos állandó energiaigény, viszont a legnagyobb a változó energia. A változó energiaigény ezeknél a berendezéseknél a konzolos kiadagolás alkalmazásával csökkenthető minimális állandó energianövekedés árán.

Az öntözőberendezések változó energiaigénye

Addig, amíg az öntözőberendezések létesítése (az állandó energia biztosítása) általában egyszeri aktus (beruházás) és időnként támogatások révén a költségek jelentősen csökkenthetők is, a változó energiaigény visszatérően, sok éven át jelentkezik. Ezért az öntözőgazdaságok többnyire a változó energiaigényre érzékenyek.

Az öntözés alapjában véve vízmozgatási feladat. Az öntözővíz mozgatásához általában egy energiaközlési folyamat szükséges (szivattyúzás), majd a vízzel közölt energia a rendszerben folyamatosan elveszik.

A rendszer üzemeltetéséhez szükséges energiát (Eh) a motor mechanikai hajtóteljesítménnyé (Pe) transzformálja. A motor vesztesége (Pmv) alapvetően a motor fajtájától függ: belső égésű motoroknál az energetikai hatásfok maximuma 35–42%, villanymotoroknál 80–85%. A szivattyúzás tényleges hatásfoka azonban döntően a motor és a szivattyú energetikai illesztésén és az üzemeltetés feltételein múlik. A belső égésű motorral történő szivattyúhajtás előnye a fordulatszám-szabályozás lehetősége, amely jó hatásfokú szivattyúüzem beállítását teszi lehetővé. Villanymotoros hajtásnál ez a lehetőség csak akkor áll fenn, ha frekvenciaváltós, azaz változtatható fordulatszámú motort alkalmazunk.

A szivattyú hajtására fordított Pe effektív teljesítménynek fedeznie kell a szükséges szívóteljesítményt (Phsz), a nyomóteljesítményt (Phny) és a szivattyú teljesítményveszteségét (Pszv). Az öntözőberendezés szempontjából a hidraulikai nyomóteljesítmény a lényeges, ennek függvénye az öntözőberendezés megfelelő üzeme. A hidraulikus nyomóteljesítmény igényét az öntözőberendezés szabja meg. Ha Q a szükséges térfogatáram m3/s mértékegységben és pny a belépő víz nyomása bar-ban, a teljesítményigény egyszerű kalkulációval meghatározható:

Az öntözőberendezés nyomásigénye (pny) két részből áll: a szállítás és a kilépés, azaz a kiadagoló elemek nyomásigényéből. A szállítás nyomásigénye az öntözőberendezésben fellépő összes nyomásveszteség fedezésére szolgáló nyomás. Ez a nyomás adott vezetékhossz és térfogatáram mellett a csővezeték átmérőjétől függ és az átmérő növelésével csökkenthető. A csővezeték átmérője növelésének azonban rendszerint a beruházási költségek (az állandó energia) növekedése szab határt.
Egy öntözőberendezés hidraulikus energiaigénye a teljesítményigény alapján számolható:

A (2) egyenletben a Q térfogatáram most m3/h, az induló nyomás pny bar és a tö öntözési idő órában helyettesítendő. Az öntözés időigénye a vízadag (h, mm) és a kiadagolás intenzitása (i, mm/h) ismeretében meghatározható:

A vízadagolás átlagos intenzitását az öntözővíz térfogatárama és az egyidejűleg öntözött terület (T, m2) határozza meg:

A (3) és (4) egyenletek alkalmazásával az öntözőberendezés energiaigénye:

Az így számolt energiamennyiség azonban csak a vízzel közlendő energiát jelenti. A tényleges energiaigény meghatározásához figyelembe kell venni a motor és a szivattyú veszteségeit is. Ha ηm a motor és ηsz a szivattyú hatásfoka, akkor az öntözés tényleges energiaigénye:

A motor-szivattyú egység hatásfoka nagymértékben függ a már említett energetikai összhangtól és az aktuális üzemeltetési paraméterektől. Az 1. táblázat tájékoztató jelleggel tartalmazza a részhatásfokokat és az eredő hatásfokot is.

A táblázatból látszik, hogy a szükséges vagy tényleges energiafelhasználás a hidraulikai (nettó) energiaigénynek akár 4–5-szöröse is lehet. Az energiatakarékos öntözés akkor valósítható meg, ha a szivattyú a legjobb hatásfok tartományában dolgozik, amelyet döntően a térfogatáram és a nyomás határoz meg.

Az öntözés változó energiaigénye11

Az előzőekben bemutatott adatok, összefüggések és elemzések alapján belátható, hogy az öntözés közvetlen vagy változó energiaigénye alapvetően az alkalmazott módszer és berendezés függvénye. Ezen kívül még számos befolyásoló tényező hat, így minden egyes megoldás sajátos, csak konkrét berendezésre és üzemeltetési körülményre határozható meg pontosan az energiaigény. Például a szivattyúzás energiaigénye függ a szivattyú és az öntözőberendezés energetikai illesztésétől, a hajtás módjától (villanymotor vagy belső égésű motor), a szivattyú hatásfokától, műszaki állapotától stb. Fontos befolyásoló tényező a szállítás távolsága (a szivattyútól az öntözőberendezésig), a szállító csővezeték hidraulikai jellemzői, a geodetikus viszonyok stb. Mikroöntözésnél az energiaigényt például jelentős mértékben meghatározhatja a szükséges szűréstechnika. A csepegtető öntözésnél például egy háromfokozatú szűrés (homokfogó + előszűrő + finomszűrő) a nyomásigényt 30–50%-kal is megnövelheti.

Összefoglalásként a 4. ábra diagramjában mutatjuk be a különböző öntözési eljárások fajlagos energiaigényének várható értéktartományait. A fajlagos energiaigény alatt egységesen az 1 ha öntözött területre 1 mm öntözővíz kijuttatásának energiaigényét értjük. (Ez a vízadag megfelel 10 m3 víz kiöntözésének).

Az adatok tartalmazzák a szivattyúzás, a szállítás, az elosztás és a kiadagolás energiaigényét is, azzal a megjegyzéssel, hogy a szállítás sík terepen 100 m-ben limitált. Természetes, hogy az egyes öntözési módszerek között átfedés tapasztalható a fajlagos energiaigény tekintetében, hiszen a nyomásigények is átfedik egymást: egy csepegtető öntözés nyomásigénye elérheti egy mikroszórófejes öntözés energiaigényét, vagy a kis intenzitású esőztető öntözés nyomásigénye nem nagyobb, mint például egy vízsugaras öntözésé.
A csepegtető öntözés (A mező) energiaigényét alapvetően két jellemző határozza meg: a szárnyvezetékek hossza és az alkalmazott szűréstechnika, vagyis a már említett szűrőterhelés. A párásító öntözés (B mező) energiaigénye viszonylag alacsony, mivel kis vízmennyiség szükséges a mikroklíma alakításához.

A vízsugaras öntözés energiaigény szempontjából (C mező) átmenetet képez a párásító és a mikro szórófejes öntözés (D mező) között.
A C–D mezőbe sorolható be a kis intenzitású szórófejekkel (i < 5 mm/h) végrehajtott esőztető öntözés, a közepes intenzitású esőztető öntözés (i = 5 – 15 mm/h) a D–E mezőbe esik. A legnagyobb energiaigénye a nagy intenzitású szórófejekkel (i > 15 mm/h) szerelt esőztető öntözőberendezéseknek van (F mező).

Az öntözés energiaigénye tehát csak egy szempont a sok közül, amelynek alapján az adott öntözéstechnika megítélhető. Általában az elsődleges szempont az öntözési cél teljesülése, csak ez után érdemes azt vizsgálni, hogyan lehet a célt a lehető legkevesebb vízzel és energiaráfordítással (és természetesen beruházási költséggel) elérni.

Irodalom

• Ágoston, B. et. al. (1985): A különböző öntözési módok, berendezéstípusok, műszaki megoldások értékelése az energiaigény figyelembevételével és azok alkalmazhatósága különböző talaj és domborzati viszonyok között. ÖKI Szarvas. 62 p.
• Fodor, D. (2001): A korszerű öntözés energiaigénye különös tekintettel a többtámaszú, járva üzemelő öntö­ző­berendezések energiafelhasználására. Doktori (PhD) értekezés. Gödöllő – Szarvas 2001. 91 p.
• Patay I. (2013): Az öntözés energetikája. Szent István Egyetem, Gödöllő, ISBN 978-963-269-391-0, 170 p.

Összefoglalás

Az öntözés költségelemei közül az energiaköltségek a meghatározóak. Energetikai szempontból az öntözéssel kapcsolatban állandó és változó energiaigénnyel számolhatunk. Az állandó energiaigény az öntözőberendezésben testesül meg, míg a változó energiaigény az üzemeltetés energiaigényét jelenti. A két energiaigény egymással szorosan összefügg, a változó energiaigény általában az állandó energia növekedése árán csökkenthető és fordítva. A változó energiaigény ezért a különböző öntözőberendezéseknél jelentős eltérést mutat. A fajlagos energiaigény változó komponense segít megítélni az egyes öntözéstechnikák közötti különbségeket.

A KAP jelenleg érvényben lévő alapdokumentuma szerint a 21. század egyik legfontosabb feladata, hogy az élelmiszertermelés vízgazdálkodási feltételeit stabilizálja. Ehhez az ún. „vízbiztonsági stratégiát”kell mielőbb életre hívnunk és jövőnk érdekében egy új közmegegyezés keretében elfogadnunk. Kiemelt prioritásúnak kell tekinteni a vízvisszatartás, -tározás minden lehetséges, nem káros és egyéb károkat elő nem idéző, rövid és hosszabb távú formáját. A vízgyűjtő-gazdálkodási tervek (VGT) célkitűzéseinek megvalósíthatósága szempontjából kulcsfontosságú, hogy a 2014–2020 közötti időszakra az uniós vidékfejlesztési forrásainak még nem lekötött összegei a prioritásokra legyenek fordíthatóak. A jelenlegi források bővülése az EU mezőgazdasági minisztereinek a Közös Agrárpolitika állapotfelmérése kapcsán 2008. novemberben született politikai megállapodása alapján következett be. Az így létrehozott új támogatási kereteket a tagállamok többek között az éghajlatváltozás, kiemelten a vízgazdálkodás és a biológiai sokféleség céljaira fordíthatják.

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználásaHarasztiné Lajtár Klára:
A borkezelés, palackozás, csomagolás és szállítás berendezései - Borászati technológiák II.

Ez is érdekelhetiA káposztafélék gépi betakarításaParlament előtt a 2025. év adózását meghatározó őszi adócsomagA lovak jólléte: a gondos lótartás eszközei és szabályai