Energiaracionalizálás a hazai mezőgazdaságban

Kategória: Agrárgazdaság | Szerző: Dr. Tóth László (SZIE GEK, FOMI) és Dr. Fogarassy Csaba (SZIE GTK), 2017/02/13

A hazai energiahelyzetet vizsgálva megállapítható, hogy az elmúlt 18–20 évben a mértékét tekintve jelentősen nem, de a végenergia-felhasználás összetételét tekintve számottevően változott. Csökkenés volt és van a szén és olaj felhasználásában. Az erőműveink hatékonysága az elmúlt 50 évben javult, a hatásfokuk 22–24%-ról 35–40%-ra növekedett. Igen jelentősen mérséklődött a kén-dioxid- és a nitrogén-oxid-kibocsátásuk. Az összes ún. végső energiából, melyet hazai vonatkozásban állítunk elő, a legjelentősebb – az atomerőmű működése révén – a villamos energia.

A mező- és erdőgazdaság (a halászat is) az összes hazai végső felhasználásból ma már ~3%-kal részesedik (20,40 PJ/év). Csak a mezőgazdaságot vizsgálva igen erőteljes visszaesés következett be a ’90-es évek elejétől ~20 év alatt (1989: 64,96 PJ/év), aminek okai a gazdasági változásokban, a technikai fejlődésben és a növekvő környezettudatosságban is lelhetők fel.

A legnagyobb volument a hajtóanyag (üzemanyag) felhasználása jelenti (56,4%), amelyet a hőenergia-felhasználás – ma már földgáz formájában – (26,3%), majd a villamosenergia- (15,8%) követ.

Ha a felhasználási helyeket is vizsgáljuk, megállapítható, hogy a növénytermesztés a legnagyobb energiafogyasztó, ez még egyértelműbb, ha ide számítjuk a szárítást is, ami csak részben szolgálja az állattartás igényeit. Az egyéb felhasználók között igen jelentős a kertészeti ágazat, főként a zárttéri hajtatás aránya.

A mezőgazdaság hazai 3%-nyi energiafelhasználásán belül bármekkora is a csökkenés, az az összes végenergia felhasználásában jelentéktelen mértékben jelenik meg, azt még jelentősebb fejlesztése sem befolyásolhatja. Ha a felhasználást tovább részletezzük, megállapíthatjuk, hogy két fő felhasználó a mérvadó, mégpedig: az erőgépek (traktorok, tehergépkocsik, magajáró gépegységek), illetve a szárítógépek és az állattartási technológiák (1. ábra).

Az említett három ágazatnál a számviteli adatok alapján megismerhetjük a felhasznált energiára fordított kiadásokat, de nem kapunk választ arra, hogy milyen tényezők befolyásolják a felhasználás mértéket, képesek vagyunk-e annak befolyásolására.

Szántóföldi növénytermesztés

A költségösszetevők meglehetősen bonyolultak, vizsgáljuk meg például a növénytermesztést, de a szemléltetés céljából annak is csak egy műveletét, a szántást. Az erőgépeket gyártók és forgalmazók nagy figyelmet fordítanak a fajlagos üzem- és segédanyag-felhasználás csökkentésére, valamint a nagyobb üzembiztonságra. Fontos elem és számottevő lehetőség, mivel több költségelemet is befolyásol, de a gazdálkodónak nem sokat jelent, ha a használatánál fellépő költségelemeket befolyásoló egyéb tényezőkre nem fordít kellő figyelmet.

Költségelemek:

A mezőgazdasági gyakorlatban az erőgépek (pl. traktorok) teljesítésének összehasonlítására különböző jellemzőket használnak, például

• munkaidőt (műszakidő: mh),
• tonnakilométert (tkm),
• normálhektárt (nha),
• kilowattórát (kWh).

Sajnos ezek többsége nem jellemzi pontosan az erőgép által ténylegesen teljesített gépi munkát. Ennek oka, hogy például a domborzatot és a talajkötöttséget csak átlagos viszonyokra számítják, miközben jelentős eltéréseket okoz a talaj nedvessége, tömődöttsége, fedettsége, a vontatott munkagép állapota stb. Ezek nagy eltéréseket okozhatnak a műveleti költségeknél is.

A munkaműveletek költsége hektárra (ha) és műszakidőre (mh) is vetíthető. A nha és a kWh közötti kapcsolat: 1 nha = 26,315 kWh, és egy nha gépi munka 8 kg, illetve 9,5 liter gázolajjal teljesíthető. 1 kWh gépi munkához 0,304 liter gázolaj szükséges. Egy nha egyenértékű egy hektár sík, középkötött talajon, 20 cm mély szántás során teljesített gépi munkával. A traktorok fajlagos üzemanyag-fogyasztása az elmúlt 20 évben 8–12%-kal csökkent. A jelenlegi traktoroknál 190–200 g/kWh értékek adódnak (DLG1-tesztek szerint), ami a terhelésfüggő elektronikus adagolásvezérlésnek és a nagyobb porlasztási nyomásnak köszönhető.

A munkákra fordított energiafelhasználást, végül is a gépi munkák költségeit, más tényezők jelentősebben befolyásolhatják. E költségeket meghatározó tényezők között szerepelnek (nem a teljesség igényével):

• hajtó- és kenőanyagok minősége,
• munkabér és költségei,
• a munkavégzők bére (adó és szociális költségek stb.),
• karbantartások, javítások költsége,
• értékcsökkenés (amortizáció),
• egyéb költségek (biztosítás, géptárolás, üzemagyag és alkatrészbeszerzés stb.).

E közvetlen költségekhez jön még: az eszközök hitelkamata és a gépekkel kapcsolatos általános költségek. A fenti költségnemek együtt adják a tényleges üzemeltetési költséget.

Ahhoz, hogy a legkedvezőbb költségeket és energiaigényt érhessük el, számolnunk kell például a felszántandó táblák méreteivel, és ahhoz kell kiválasztani az erőgépet (feltétel a munka- és erőgép megfelelő illesztése). A 2. ábrán a táblaméret függvényében szerepel a költségarány, ami nyilván arányos az üzemanyag-felhasználással is. Jól látható, hogy a kisebb táblákon a költségek nagyobbak a fordulók relatív nagyobb aránya, a beállítási idők gyakorisága és az elérési távolságok stb. miatt.

100%-nak a legnagyobb traktort (175 kW) és a legnagyobb táblát (98–100 ha) véve, a költségarány (benne arányosan az energiaigény) trendje a 18 hektáros táblaméretig jelentősen nem változik. Eltérés csupán a traktorok teljesítményében van, hiszen a nagyobb motor nagyobb fogyasztást is jelent stb.

Hasonló a helyzet akkor is, ha a traktor teljesítményének függvényében vizsgáljuk a költségarány alakulását (3. ábra). A költség drasztikusan az ~50 kW-nál kisebb erőgépeknél növekszik meg.

A növénytermesztés gépesítésénél hasonlóak a tendenciák más munkaműveleteknél is, tehát energiát és költséget (feltételezve, hogy korszerű gépekkel és jól megválasztott erő- és munkagép-kapcsolattal dolgozunk) a gépegység és a táblaméret jó megválasztásával lehet megtakarítani.

Terményszárítás

A mezőgazdasági ágazatok energiafelhasználásán belül a növénytermesztést a szárítás követi. Energiaigénye függ az időjárási viszonyoktól (levegő nedvessége, hőmérséklete) és a szemes anyag nedvességtartalmától. A szárításhoz a „szárítóközeget”, a szárító levegőt hőközléssel tesszük a feladatra alkalmassá. A hővel szárazzá tett levegő a szárítótérben érintkezésbe kerül a nedves anyaggal és elvonja a víztartalmát. Valóságban a szárítás folyamata az energiafelhasználást tekintve nem veszteségmentes, ezért a tüzelőberendezésekkel több hőt kell bevinni a folyamatba, mint amennyi elméletileg szükséges.

A szárítási hőszükséglet felfűtési és üzemi részből áll. A felfűtési hőszükséglettel a hideg állapotban lévő berendezéseket üzemi hőmérsékletre fűtjük fel.
Az üzemi hőszükséglettel a szárítási hőt és a hőveszteséget pótoljuk, és ezzel a munkafolyamatok megvalósításához szükséges üzemi hőmérsékletet állandósítjuk.

Tehát a folyamatos üzem energiamegtakarítással jár.

A munkafolyamatban a nagyobb energiamegtakarításhoz, a jobb termikus hatásfok eléréséhez arra kell törekedni, hogy a belépő szárítóközeg-hőmérséklethez képest minél kisebb legyen kilépő hőmérséklet. Ezért is terjedtek el a keresztáramlásos, hővisszanyeréses (recirkulációs) rendszerek. Ez nem más, mint a hulladék hőenergia ismételt hasznosítása ahelyett, hogy a környezeti levegőbe vezetnénk a még meleg közeget.

A korábbi hagyományos szárítók fajlagos energiafelhasználása 5–5,4 MJ/kgvíz. volt, a jelenlegi korszerű szárítóberendezésekkel már elérhető a 3,5–4 MJ/kgvíz érték is. Gabonaszárítóknál az energiamegtakarítás és a terményminőség megőrzése érdekében kerülni kell a 110 °C-nál magasabb szárítóközeg-hőmérsékletet (1–2. táblázat).

Állattartás

Az állattartásban jól vagy kevésbé jól gépesített technológiákat alkalmaznak. A jól gépesített megoldásoknál a beruházás igényesebb, nagyobb az egy állatférőhelyre (fh) jutó költség, de kevesebb élőmunkát igényel. A gépi berendezéseket főként villamos motorok hajtják, ami nagyobb energiafelhasználást jelent egy-egy férőhelyre vetítve, de a termék árában is nagyobb értékben jelenik meg, holott a termék ára éppen a nagyobb hatékonyság miatt alacsonyabb.

A telepeket jellemző legfontosabb energetikai mutatók:

• a beépített összes teljesítmény (villamos motorok, világítás, szellőzés stb.),
• a telepi csúcs villamosenergia-felhasználás,
• a beépített teljesítmény éves kihasználása,
• az egyidejűségi tényező.
  
  A vizsgálatok szerint a különféle telepek energetikai mutatói igen jelentősen eltérnek. Ennek okai:
• az eltérő telepnagyság (nagyobb telepnek kisebbek a járulékos költségei stb.),
• az épületek kialakítása (pl. belmagasság, szigetelés),
• a szellőzési és fűtési rendszer,
• az állatfajok állatjóléti és környezeti igényei,
• a gépesítettség mértéke stb.

A különböző állatfajoknál a fentebbiek figyelembevételével a tól-ig értékeket a 3. táblázat tartalmazza.

A 4. táblázat szerinti példákban több év átlagában jelennek meg a fontosabb energetikai jellemzők.

A nagyobb volumenben és jobban gépesített telepeken az energiafelhasználás fajlagosan növekszik, viszont sokkal jelentősebb mértékben csökken az élőmunkaigény, s így összességében a fajlagos ráfordítás csökken, de az automaták által végzett precízebb műveleti munka révén a termék minősége is javul.

A jól gépesített telepeken is számos lehetőség nyílik az energiafelhasználás mérséklésére. A fűtési energiaigény a jobb szigetelés révén csökken, de sokféle lehetőség van például a hőhulladékhő felhesználására is.

A hűtés hulladék hőjének felhasználása: A tej fejéskori 35–36 °C-os animális hője a hűtők által kerül elvételre. Ez a hőenergia egyébként hulladék hő lenne, ha a léghűtéses kondenzátorok a hőenergiát szabad térbe kényszerítenék. Viszont vízhűtéses kondenzátorokkal (pl. lemezes hőcserélőkkel) hőtárolókba gyűjthető, és az így keletkező meleg víz a fejéshez kapcsolódó hőigényes munkafolyamatokhoz felhasználható (tőgymosás, fejőgéptisztítás stb.).

Üzemi tapasztalatok szerint e rendszereknek igen alacsony a beruházási költsége, és a közel nulla segédenergia felhasználása révén 1–2 év alatt megtérül. 1 liter tej 5 °C-ra való lehűtésével egy liter 13–14 °C-os víz 48–50 °C-ra melegíthető. Ezzel a melegvíz-előállító villamos bojlerek energiaköltsége takarítható meg.

Csapvizes előhűtés: Nagy telepeken maga a hűtési energia is csökkenthető, ha csapvizes előhűtést alkalmaznak, és a hűtő csapvizet itatásra használják fel (4. ábra).

A fejőházból a tőgymeleg tej a tejleválasztó után egy átmeneti tartályba érkezik. Innen a tejet a tejszivattyú a tejszűrőn, a csapvizes, valamint sorba kapcsolt hűtőfolyadékos hőcserélőn át a tejtároló tartályba szállítja. A hűtőfolyadékos (glykol) lemezes hőcserélőn a tej 4,0 °C-ra hűl le (5. táblázat).

Ez esetben a 35 °C-os tejet először a ~14 °C-os csapvízzel a kapcsolt lemezes „elő” hőcserélőben lehűtjük 20–21 °C-ra. Ennek az energiaigénye szinte a nullával egyenlő, mivel a hűtővíz itatási célokat szolgál, s itatóvíz mindenféleképpen kell. Kritérium, hogy az itatáshoz használt hűtővíz hőfoka az itatásnál ne legyen magasabb 20–22 °C-nál. Az érték a tej és a víz tömegáramával automatizáltan jól beszabályozható.

Tehát a hűtőgéppel már csak a 20–21 °C-os tejet kell hűteni 4 °C-ra, ami ~16-17 °C-os hőlépcsőnek felel meg. Ezzel 1000 kg tej hűtésének energiaköltsége a tisztán villamos energiával történő hűtéssel szemben már ~35–40%-kal kevesebb. Például 2014. és 2015. évi energiaárakon a 871 Ft/1000 kg hűtési költség már csupán 480 Ft, tehát 337 Ft/1000 kg tej hűtési villamosenergia-költséget takarítottunk meg.

Növényházak hőellátása

A mezőgazdasági energiafelhasználásban a harmadik legnagyobb a növényházak fűtésére használt hőenergia.
A téli növényházi termesztés a hazai körülmények között akár 30 °C-os hőlépcsőt jelent (∆t). A növekvő energiaárak miatt a téli termesztés főként a termálenergia hatékony felhasználása mellett versenyképes.

A hőszükséglet a következő összefüggéssel határozható meg: Q = K’ (tb – tk) Fü

ahol:

Q = az óránként szükséges hőmennyiség (KJ/h),
K’ = „hőfogyasztási” tényező (KJ/m2 h °C),
tb – tk = ∆t = a külső és a belső hőmérséklet különbsége (°C),
Fü = a növényház határoló felületének nagysága (m2).

A fűtési módok közül a melegvíz-fűtés a leginkább előnyös, mégpedig vizsgálataink szerint a geotermikus fluidummal végzett, ún. geotermikus fűtés. Az üvegházakban alapfűtésként a talajfelszíni csöves „vegetációs” fűtést (5. ábra) célszerű választani, amely szállítópályaként is használható. Energetikai célokból is tenyészőcsúcs közelében mozgatható kiegészítő fűtés alkalmazása az indokolt. A hó leolvasztására a vápa csatorna alatt elhelyezett fűtés az előnyös. Talajos termesztésnél nélkülözhetetlen, de a tápoldatos termesztésnél is előnyös a talajfűtés. Erre a célra 32–40 mm-es műanyagcsövek alkalmasak. E csöveket 30–50 cm mélységben és egymástól 50–60 cm távolságra kell behúzni. A talaj fűtésénél fontos a gyökérzóna hőmérsékletének optimalizálása.

A hatékonyság javításának további feltételei: A növényházat elhagyó víz hőfoka még mindig magasabb, mint 25 °C, tehát még mindig jelentős energiával rendelkezik. Ez az energia hőszivattyúzással ismét magasabb hőfokra emelhető és felhasználható, viszont az elfolyatott vagy visszasajtolásra kerülő fluidum már csak 10–13 °C-os. A hőszivattyú létesítésének költségét a nyert többletenergia (a kedvező COP, SPF hatására) fedezi, sőt, adott esetben új kútpár létesítésének- és fenntartásának költségét is szükségtelenné teszi, mivel a hőszivattyúval nyert energia 40–50%-a az első lépcsőben nyert energiának. Megfelelő kritériumok betartásával a beruházás 2,5–3,0 év alatt megtérül.

További lehetőség az energiafelhasználás racionalizálására, ha a kertészeti üvegházak fűtési rendszerébe puffer tárolót helyezünk el, ami növeli a termelés biztonságát (nagyarányú s gyors időjárás-változás és rendszerhibák esetén), mérsékli a tartalékként szükséges (rendelkezésre álló kútkapacitást), illetve egy tartalék energiaforrás létesítésének beruházási és rendelkezésre állási költségét. Összességében a visszasajtolás és a hőszivattyúzás, valamint a puffer tárolók alkalmazása egyaránt előnyös a fenntarthatósági, a környezetvédelmi valamint a kertészeti felhasználás gazdaságossága tekintetében is.

Energianövények, biomassza

Sok kutatás és szakirodalom foglalkozott mint megújuló energiaforrással a fotoszintézisből fakadó mezőgazdasági energiatermeléssel. Mára ebből három realitás maradt:
Alkoholok előállítása, amelyek az üzemanyagokhoz keverhetők az oktánszám (benzin oxigéntartalmát növeli) javítása céljából. Alapanyag (rendszerint) a szemes kukorica, s az előállítás maradéka a magas fehérje- és rosttartalma miatt jól hasznosítható állati takarmány.

Fás szárú energiaültetvények, az ökológiailag alkalmas, specifikus helyeken termeszthetők és szecskázóval betakarítva, égetési célokra, hőenergia előállítására, vagy pirolízis technikával hő- és villamos energia előállítására használhatók. E csoportba sorolható az erdei tűzifa állomány egy része is.

Mezőgazdasági és élelmiszer hulladékok anaerob fermentációja, biogáz előállítása (hő- és villamos energia előállítására, illetve járművek hajtóanyaga).

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaDr. Bai Attila (szerk.):
A biogázBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználása

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