Крупное специализированное производство продуктов животно­водства промышленными методами выдвинуло качественно но­вые требования ко всей совокупности организационно-экономи­ческих, зоотехнических, инженерно-строительных и ряда других факторов. При рассмотрении узловых вопросов дальнейшего раз­вития механизированного животноводства требуется добиваться соответствующего единства всех звеньев технологии и механи­зации, а также организации и оплаты труда, т. е. обеспечить комплексный системный подход к решению стоящих проблем, среди которых важнейшее место занимают повышение качества продукции, максимальное сокращение потерь всех видов сырья, улучшение обеспечения отрасли энергетическими ресурсами и со­вершенствование их структуры. Согласно оценкам специалистов для достижения комплексной механизации сельского хозяйства энерговооруженность труда необходимо довести до 65—75 кВт. Следует также добиваться более оптимального соотношения между силовыми и рабочими машинами (при существующем по­казателе 1:1,14 целесообразно приблизиться к 1:3). Однако внед­рение в сельское хозяйство более совершенных машин не само­цель, а средство экономии времени (в расчете на единицу про­дукции) или облегчения труда работающих. В каждом конкрет­ном случае необходимо соблюдать принцип рационального на­сыщения производства средствами механизации при условии их согласованности и комплектности на основе прогрессивной энер­госберегающей технологии.

Экономическая наука утверждает, что интенсификация сель­ского хозяйства — это не только дополнительное увеличение как живого, так и прошлого труда, но и дальнейшее совершенство­вание производства, методов труда и его кооперации. Последнее предполагает не только поточность и ритмичность производства на базе современной техники, но и наличие прогрессивных взаи­мосвязей с другими отраслями народного хозяйства. Современ­ные масштабы сельскохозяйственного производства и обслужи­вающих его промышленных предприятий, а также усложнение межотраслевых связей в системе агропромышленного комплекса (АПК) страны обусловлены Продовольственной программой, призванной обеспечить население продуктами питания по научно обоснованным нормам. В настоящее время ученые мно­гих стран ведут изучение структуры энергетических потоков в животноводстве и разрабатывают критерии оценки эффектив­ности использования энергии всех видов в отрасли.

В общем случае производство любого продукта, как показано на рис. 5, можно представить как процесс насыщения исходного материала энергией, основной характеристикой которого служит показатель энергонасыщенности конечного продукта производ­ства, выраженный в единицах удельной энергии (МДж/кг). Этот показатель отражает способность материала в процессе обра­ботки сопротивляться механическим, тепловым и электрическим воздействиям на него со стороны рабочих органов машин. Чис­ленное значение энергонасыщенности материала зависит от его физико-механических свойств, структуры, влажности, а также от способа обработки, т. е. от интенсивности воздействия и спо­собов передачи энергии, подводимой от источника к объекту. На рис. 6 представлена модель АПК, которая трактуется как сис­тема, объединяющая в себе три следующие подсистемы, или сфе­ры, производства: А — подсистема, представляющая собой ма­шиностроение — отрасль, производящую для АПК средства про­изводства (сельскохозяйственные машины и другую технику) и технические материалы (удобрения, пестициды и др.); В — под­система, включающая сельскохозяйственное производство (рас­тениеводство, животноводство и др.); С — подсистема, в которой перерабатывается продукция сельского хозяйства и обеспечива­ются материально-техническое обслуживание, работа транспор­та и снабжение.

В соответствии с первым законом термодинамики между входным и выходным энергопотоками в подсистемах и их звеньях выполняется зависимость

1Евых, = 1Евх1 + 1Еа„1, (1)

Где £вх< — энергопоток на входе (-Й подсистемы; £Вых<_— энергопоток на выходе этой же подсистемы; Епот/ — эквивалент энергетических потерь в й подсистеме (применительно к каждой из них показан стрелками с «заземлением»).

Конечный продукт сельскохозяйственного производства об­разуется в результате аккумулирования энергии почвы Еп и по­глощения растениями энергии солнечной радиации £фар, а также при взаимодействии этих видов энергии с животными в процессе обмена веществ.

На модели АПК представлены следующие энергетические эк­виваленты: Еав — эквивалент технических средств производ­ства, вкладываемых в сельское хозяйство (машины, оборудова­ние, сооружения, материалы), МДж/т; Евс— энергетический эквивалент всей продукции сельского хозяйства, передаваемой в подсистему С для переработки, хранения и реализации, МДж/т; £пол = £вых — полезный энергопоток на выходе энерго­системы АПК, являющийся эквивалентом биохимической энер­гий всей сельскохозяйственной продукции, МДж/т. Действующий на входе системы АПК общий энергопоток Ео характеризует всю совокупную энергию. По своей природе совокупная (валовая) энергия в сельском хозяйстве делится на два вида: первичная, возобновляемая (природная) энергия Еь слагающаяся из энер­гий почвы Еп и солнца £фар, и вторичная (или антропогенная), невозобновляемая энергия Е2 всех видов топлива, трудовой дея­тельности человека Еа, Ев, Ес и биологической энергии живот­новодства. При этом справедливо равенство

Е0 = Е1+Е2. (2)

Для оценки эффективности использования невозобновляемой энергии Ег, переносимой на продукцию сельского хозяйства, Е. И. Базаров рекомендует ввести в расчеты коэффициент полез­ного действия

Б= (£вых-£2)/(£фар+£2), (3)

Где Евых — биохимическая энергия всей сельскохозяйственной продук­ции, накопленная растениями за период вегетации, МДж/га; £фар — энергия солнечной фотосинтетически активной радиации, достигающей земной поверхности за период вегетации сельскохозяйственных культур.

В приведенном выше выражении разность Евых — Е2 численно равна приросту биохимической энергии, накапливаемой отрас­лью в результате реализации совокупного трудового процесса общества; £фар +£2 представляет собой сумму всех затрат энер­гии как в природе, так и в обществе в целом. С энергетической точки зрения наиболее эффективными оказываются такие тех­нологические процессы, при которых £вь, х — Е2> 0; самый эффек­тивный вариант будет при £вь, х> 2Е2. Максимальные затраты совокупной энергии Е2 приходятся на технологические средства производства сельскохозяйственной продукции (машины, удоб­рения, пестициды), а в животноводстве — и собственно предме­тов труда (55—70 % всех энергозатрат в нем приходится на корма).

Для изучения энергетических потоков, характерных для жи­вотноводства, представим отрасль в виде модели, состоящей из четырех звеньев: «оператор — корм — машина — животное», ко­торые взаимодействуют между собой и с факторами внешней среды. Информационная схема такой биотехнической системы изображена на рис. 7. Она представляет собой параметрическую модель, известную под названием «черный ящик», которая опи­сывается схемой «вход — взаимодействие — выход». На входе

Рис. 7. Информационная схема энергетических по­токов в биотехнической системе «оператор—корм— машина—животное—сре­да» (О—К—М—Ж—С)

Производственного цикла реализуются технологические про­цессы кормопроизводства, которые представляют собой первый подготовительный этап производства животноводческой продук­ции. С энергетической точки зрения все технологические про­цессы этого этапа сводятся к энергонасыщению главным обра­зом кормового сырья и других исходных материалов.

Кормовое сырье, будучи продуктом отрасли кормопроиз­водства, при поступлении в животноводство становится предме­том труда. При входе в систему О — К — М — Ж — С происхо­дит накопление потенциальной (вторичной) энергии (механичес­кой, электрической, тепловой, лучистой и др.), которая необхо­дима для придания предмету труда новых свойств, отвечающих требованиям потребителей и особенностям технологии содер­жания животных.

Следующий этап производства продуктов животноводства характеризуется протеканием энергообменных процессов, кото­рые свойственны биотехническим системам, расположенным на втором иерархическом уровне. Отличительной особенностью ука­занных процессов является то, что энергообмен происходит меж­ду техническими средствами труда и животными, затрачиваю­щими на реализацию этого процесса «свою» биохимическую энергию, в результате чего животные из предмета труда (пред­мета ухода) превращаются в средства труда (биологическую ма­шину), при этом происходит трансформация одного вида энергии в другой. Последняя наиболее ярко проявляется в-системе пище­варения при биоконверсии углеводов растений в различные ор­ганические вещества, используемые в качестве продуктов пи­тания.

Согласно широко распространенному представлению био­энергетика — это раздел биологии, изучающий закономерности и механизмы преобразования (конверсии) энергии в различных процессах жизнедеятельности организмов. Однако в наше время понятие биоэнергетика интенсивно наполняется новым содержа­нием, отражая инженерно-техническую направленность на поиск как новых, не традиционных, энергосберегающих технологий, так и средств их реализации, что в совокупности должно обеспе­чить непрерывное повышение эффективности функционирования биотехнических систем и объектов. Научная дисциплина под этим названием призвана способствовать дифференциации и более полной оценке всех видов затрат совокупной энергии: потенци­альной (кормов), биохимической (животных), энергии опера­тора и, наконец, технической энергии, овеществленной в средст­вах производства.

Конечным результатом энергообменных процессов являются формирование продуктов животноводства, сбор и получение го­товой продукции. Однако последняя в большинстве случаев еще не выступает предметом, который полностью пригоден для пот­ребления человеком, а служит чаще всего полуфабрикатом. Поэ­тому в схеме системы О—К—М—Ж—С получил отражение еще один этап производства конечных продуктов животноводства, который расположен иа третьем иерархическом уровне.

Этот этап, так же как и первый, характеризуется совокуп­ностью технологических процессов, которые в энергетическом от­ношении отражают процессы энергонасыщения. В них участвует как первичная энергия (солнечная, биохимическая), так и вто­ричная, имеющая на этой стадии производства превалирующее значение. На нижнем уровне системы О—К—М—Ж—С пред­ставлен результат ее функционирования, в котором сконцентри­рована вся совокупная энергия, заключенная в конечных про­дуктах и отходах животноводства. В нем и сосредоточена полез­ная энергия выхода Епол, при сопоставлении которой с затрачен­ной энергией Еч можно оценить эффективность использования энергии в рассматриваемой системе.

В результате проведенного анализа типовых технологических карт на производство зерновых (ячмень) Е. И. Базаров пришел к выводу, что для оценки эффективности использования совокуп­ной энергии, затрачиваемой на производство зерновых культур, следует пользоваться формулой

8 = 0,42г|фар (1 — 1/г) 100 %, (4)

Где б — коэффициент эффективности использования совокупной энергии, затрачиваемой обществом; г = Еви*/Ео — энергетический коэффициент; при этом £'вых = £'пол — вся полезная энергия, аккумулированная в сель­скохозяйственной продукции, МДж/га; Ео— энергия, затрачиваемая на производство продукции, МДж/га; г|фар — КПД преобразования сол­нечной энергии.

Совокупная энергия Ео, переносимая на конечный продукт, при условии сохранения экономического равновесия в природе определяется как сумма всех энергозатрат

Е0 = Е'2 + Е3 + Е, + Е5, (5)

Где Е — энергия труда; Ез — энергия ископаемого топлива, овещест­вленная в средствах и предметах труда; Еч — энергия, затрачиваемая социально-бытовыми комплексами, переносимая на сельскохозяйствен­ную продукцию косвенно (пропорционально времени, отработанному тру­дящимися на производстве); Еь — энергия, расходуемая обществом для восполнения потерь части природных ресурсов, средств производства, а также конечной продукции, вследствие, например, ветровой и водной эрозии, вторичного засоления почвы, засорения водоемов и других нару­шений экологического равновесия.

В результате исследований Е. И. Базарова установлено, что критерий эффективности использования совокупной энергии при комплексной механизации производства зерновых достигает 0,23, а при внедрении машин-автоматов —0,30 (вместо теоретически возможного 6Т = 0,42). Среднее значение КПД, характерное для механизированного сельскохозяйственного производства, при учете солнечной радиации в зависимости от климатических и хо­зяйственных условий колеблется в пределах от 0,3 до 4,0. Оно имеет тенденцию к снижению по мере энергонасыщения произ­водственного комплекса той или иной страны,

В табл. 6 приведены сведения о росте энергонасыщенное™ сельского хозяйства стран — членов СЭВ.

Агропромышленный комплекс США потребляет 2,8 % энер­гии от общего производства ее в стране. По этому показателю он занимает третье место после металлургии (5,6 %) и нефтепере­рабатывающей промышленности (4,7 %). Как на один из важ­ных резервов экономии энергии в сельском хозяйстве, специа­листы указывают на возможность сокращения ее расхода в про­цессе производства и хранения кормов.

Эффективность использования энергии в кормопроизводстве характеризуется отношением содержания обменной (перевари - мой) энергии в заготовленных кормах или отношением массы произведенных кормов (в пересчете на сухое вещество) к общим затратам совокупной энергии на их производство.

В результате исследований эффективности использования энергии в разных системах кормопроизводства было установ­лено, что самый высокий выход обменной энергии и сухого ве­щества в кормах имел место при заготовке кукурузного силоса. Далее идет производство прессованного в тюки люцернового сена на богаре, а за ним люцернового сена с искусственным ороше­нием. Эффективность использования энергии при производстве гранул из люцерны по сравнению с заготовкой люцернового сена без орошения составила только 50 %. На сушку и гранулирова­ние в процессе приготовления обезвоженных кормов приходится 16 % энергетических затрат. Сушка люцерновой резки требует в три раза больше энергии, чем прессование. Самый большой рас­ход энергии при выращивании злаковых трав падает на удобре­ния— 60%.. В мировом сельскохозяйственном производстве в целом используется только 3,5 % энергетических ресурсов от об­щих потребляемых всеми странами.

Тенденция к росту применения энергетических ресурсов по мере интенсификации сельского хозяйства является общей для всех стран. Однако в развитых странах энергопотребление на одного работающего в сельском хозяйстве превосходит соот­ветствующий показатель для менее развитых стран. За послед­ние годы энергопотребление в агропромышленном комплексе США возросло на 15 %. Доля энергопотребления на производст­во продукции сельского хозяйства характеризуется данными, приведенными в табл. 7.

Наиболее энергоемкими материальными ресурсами, исполь­зуемыми в земледелии, являются минеральные удобрения, пести­циды и топливо.

Окупаемость энергозатрат при производстве разных видов продукции животноводства в Великобритании иллюстрирует табл. 8.

Интенсификация сельскохозяйственного производства на ос­нове механизации и химизации земледелия и животноводства, мелиорация земель сопряжены с ростом прямых и косвенных за­трат энергии. Однако энергетическая ценность производимой продукции по сравнению с затратами возрастает обычно более медленными темпами, что приводит к снижению окупаемости зат­рат продукцией (по энергетическим единицам).