Енергетски менаџмент у пољопривредној производњи

Док глобална потражња за енергијом наставља да расте, светски извори фосилне енергије се брзо исцрпљују. Као резултат тога, један од најважнијих циљева постало је ефикасно коришћење енергије. У складу са овим циљем, кључно је имплементирати систем управљања енергијом кроз организовање енергетског програма са највећом могућом ефикасношћу. Овај систем обухвата активности које имају за циљ континуирано побољшање енергетских перформанси, као што су енергетска ефикасност, студије енергетске ревизије и активности које захтевају свеобухватну студију [1] .

Имајући у виду ослањање сектора пољопривреде на енергетски сектор, као и све веће трошкове и негативне последице коришћења фосилних горива, управљање енергијом у овом сектору је од кључног значаја. Пољопривредници могу да повећају зараду док имају добар утицај на животну средину тако што боље разумеју потрошњу енергије на фарми и примењују најбоље праксе за управљање енергијом на фарми [2, 3] .

Проблеми са коришћењем енергије у пољопривреди

Како светска популација наставља да расте алармантном брзином, потражња за модерном пољопривредом и способношћу да се прехрани огроман број људи расте из дана у дан. Са растућом потрошњом хране, енергетске потребе пољопривредног сектора такође расту [4] .

Енергија је витални елемент у производњи у пољопривреди. Поред људске и животињске снаге, пољопривредни сектор користи енергију у зградама (осветљење, хлађење/грејање), пољопривредним операцијама (алати и машине за припрему земљишта, наводњавање, сетву, ђубрење, жетву и транспорт) и комерцијалним активностима (транспорт, изградњу и рад објекта). Енергија је потребна у пољопривредној индустрији за пумпање воде за наводњавање; да управља пољопривредним машинама за различите пољопривредне операције током фазе раста, као што су сетва, плевљење, ђубрење, прскање и жетва; за транспорт усева; за хлађење и сушење или обраду производа [5] .

Количина енергије која се користи у пољопривредној производњи значајно варира у зависности од нивоа развоја, врсте делатности, коришћене производне праксе, локације производног подручја и фактора животне средине као што су земљиште и клима [6] . Због неадекватних објеката, ограниченог приступа савременим технологијама и већег ослањања на физички рад, земље у развоју се често суочавају са озбиљнијим енергетским ограничењима. Развијене земље, с друге стране, покушавају да оптимизују коришћење енергије, минимизирају емисије и укључе опције за обновљиву енергију. Да би се постигле поуздане и еколошки прихватљиве алтернативе обновљиве енергије, енергетски сектор мора проћи темељну транзицију која укључује коришћење обновљивих извора енергије. Лоша рурална инфраструктура, ограничено коришћење биомасе, велико ослањање на фосилна горива, ослањање на енергију за наводњавање и ограничен приступ модерној енергији су неки од кључних типова енергетских проблема и изазова у пољопривреди [5] .

Употреба енергије у пољопривреди је критична за модернизацију пољопривредних пракси и повећање продуктивности [7] . Повећање пољопривредне продуктивности које се може постићи коришћењем савремене производње енергије не може се остварити због недовољног коришћења електричне и механичке енергије у пољопривреди. [8] .

Сва пољопривредна производња мора бити економски одржива како би се осигурала дугорочна сигурност хране. Као један од најважнијих пољопривредних инпута, енергија је кључна за осигурање прехрамбене сигурности. Напори да се подржи критична улога енергије треба да буду координисани са напорима да се смањи глад, унапреди рурални развој и побољша безбедност хране. Ове напоре не треба посматрати као циљ сам по себи, већ пре као важну компоненту већег пројекта. Снабдевање храном и производња често су отежани ниским квалитетом и ограниченим количинама доступне енергије [9, 10] .

Због чињенице да и пољопривреда негативно утиче на климатске промене, забринутост око тога је повећала интересовање за енергетску ефикасност и коришћење у пољопривреди. Већина енергије која се користи у пољопривредним активностима потиче од фосилних горива, која се користе у скоро свим. Ово је резултат различитих врста пољопривредне опреме која се користи, емисија метана у вези са стоком, емисија гасова стаклене баште у вези са фармама и још много тога [11, 12] .

Важност енергетског питања је наглашена потребом да се оскудни природни ресурси ефикасно користе, смање емисије гасова стаклене баште, смање трошкови енергије и повећа конкурентност пољопривредно-прехрамбеног сектора [13] . Кључно је пронаћи одрживе и обновљиве алтернативе за сваки од ових фактора, иако постоји много директних и индиректних енергетских фактора који утичу на то колико се енергије укупно троши у пољопривреди [14] .

Нексус између енергетике и пољопривреде ће несумњиво захтевати значајне напоре да се крене напред. Технолошке, еколошке и социјалне аспекте треба даље развијати и процењивати [9] . Смањење улазних трошкова и оптерећења мреже коришћењем ефикасних техника управљања енергијом и обновљивих извора енергије у пољопривреди ће помоћи у решавању проблема са сигурношћу хране [5] .

Енергетски менаџмент

Израз „управљање енергијом“ односи се на процесе мерења, праћења, планирања и имплементације који се користе да би се обезбедила најбоља могућа употреба и коришћених енергетских ресурса и произведене енергије. Систематски процес управљања енергијом максимизира уштеде енергије, а истовремено континуирано побољшава енергетске перформансе [15, 16] .

Енергетски менаџмент је употреба и примена технологије у планирању и раду производње и потрошње енергије како би се обезбедило оптимално снабдевање и коришћење енергије. Примарни циљеви управљања енергијом су очување ресурса, уштеда буџета и превенција климатских промена, као и обезбеђивање лаког и континуираног приступа енергији за све [17] .

Енергетска ефикасност и оптимално коришћење су критични за постизање одрживог раста, као и многи други аспекти као што су регулација улагања и усвајање одговарајуће технологије. Смањење трошкова енергије и отпада без утицаја на производњу или квалитет и са малим утицајем на животну средину је основни фактор одрживог развоја у управљању енергијом. Управљање енергијом укључује смањење потрошње енергије применом енергетски ефикасних техника, као и одређивање одговарајуће врсте енергије и енергетске тарифе за релевантну јединицу, као што је електрана, производно постројење, зграда или пољопривредна пракса [17, 18 ] .

Енергетски прегледи су критична активност у управљању енергијом. То је систематска техника која има за циљ да уравнотежи укупне улазе енергије у односу на укупну потрошњу енергије, као и да идентификује све токове енергије и оправда употребу енергије на основу њених специфичних функција. Крајњи циљ је повећање енергетске ефикасности, што ће дугорочно смањити потрошњу енергије, што ће довести до одрживијег економског развоја. Штавише, повећана енергетска ефикасност би осигурала енергетску сигурност, као и очување животне средине [17, 19] .

Енергија је један од најважнијих пољопривредних инпута. Од пољопривредних процеса до извођења различитих економских операција, енергија је кључна компонента за задовољавање основних људских потреба. Да би се прехранило растуће светско становништво и задовољили други друштвени и економски циљеви, пољопривредна производња, прерада и дистрибуција захтевају значајну количину енергије. Пошто су приноси усева и снабдевање храном нераскидиво повезани са енергијом, контрола потрошње енергије у пољопривреди је критична [11, 20] .

Да би се постигли циљеви одрживе пољопривреде, кључно је усвојити и одржати равнотежу између економије и потражње за енергијом. Мање развијене земље света покушавају да пронађу начине да задовоље растуће потребе за храном, чистом водом и алтернативним изворима енергије док се боре против климатских промена [21] . Услед брзог пораста становништва, економског и технолошког развоја, урбанизације и климатских промена, потрошња енергије се убрзано повећава. Очекује се да ће ово повећање потрошње енергије повећати цене електричне енергије, што би имало директан утицај на пољопривредни сектор због велике потражње за енергијом за различите пољопривредне активности. Цене хране ће расти као резултат високих улазних трошкова потребних за производњу хране из пољопривреде, што ће довести до глади и сиромаштва и угрожавања безбедности хране, посебно у земљама у развоју. Побољшане стратегије управљања енергијом могу помоћи у решавању интензивирања употребе енергије и високих улазних трошкова у пољопривреди [5, 22] .

Пољопривреди је потребна енергија за обављање својих активности, али се такође може користити за производњу енергије, што управљање енергијом чини кључним питањем с обзиром на стратешки значај пољопривредног сектора. Као резултат тога, оптимизација потрошње, производње и ефикасности су део управљања енергијом у пољопривредној индустрији [23] .

Следећи су примарни циљеви енергетског менаџмента у пољопривредној производњи [11] :

Обезбеђивање и одржавање оптималног снабдевања и коришћења енергије током животног циклуса производа,
Смањење трошкова/отпада енергије уз одржавање производње и квалитета,
Минимизирање утицаја на животну средину.

Пољопривредници су приморани да смањују трошкове кроз енергетску ефикасност и коришћење обновљивих извора енергије повећањем трошкова енергије у пољопривредном сектору. Генерално, већи трошкови инпута везани за енергију повећавају укупне трошкове производње пољопривредних добара, што смањује приход фарме [24] . Слика 1 приказује енергетску пирамиду за примену у пољопривреди. Ова пирамида је алат за доношење одлука који се може користити у различитим окружењима везаним за енергију, укључујући пољопривреду. Како неко напредује од активности процене енергије ка алтернативним или обновљивим енергетским пројектима, цена и сложеност овог алата расте [11] .

Слика 1 : Пирамида управљања енергијом за пољопривредне делатности [24]

Енергетска пирамида почиње енергетском проценом на фарми. Пре спровођења било каквих конкретних мера, енергетска процена вам омогућава да процените своју потрошњу енергије и потребе. Потрошња енергије на фарми може се контролисати коришћењем надзора енергије, постављања циљева и система за проверу енергије. Мониторинг енергије се постиже редовним бележењем података о енергетским перформансама од једног дела до свих делова. Након праћења, подаци се морају анализирати и извршити енергетски преглед. Енергетски преглед обухвата активности на утврђивању мера које се могу предузети за постизање веће ефикасности са мање енергије у систему који користи енергију [11] . Због оскудице радне снаге, енергија је најпоузданији ресурс за пољопривредну производњу, а анализа енергије потребне за сваки процес је важан алат [22] .

Након тога, морају се применити једноставне праксе очувања, а затим праксе енергетске ефикасности. Енергетска ефикасност се често меша са уштедом енергије. Очување енергије је пракса коришћења мање енергије променом понашања или навика. На фарми, на пример, енергија се штеди тако што се гасе непотребна светла. Енергетска ефикасност значи коришћење мање енергије за постизање истог задатка. Енергетска ефикасност се демонстрира заменом сијалица са жарном нити на фарми ЛЕД сијалицама. Очување енергије се односи на ограничавање употребе, док се енергетска ефикасност односи на ефикасније коришћење енергије [25, 26] . Уштеде и побољшања ефикасности имају бројне предности саме по себи. Могућности за повећање пољопривредне продуктивности применом иновативних техника и пракси морају се идентификовати за сваки усев и екологију. Органска пољопривреда, боље управљање земљиштем и водама, интегрисано управљање штеточинама и ђубрење усева су само неке од стратегија и пракси које могу помоћи пољопривредном сектору да се креће ка већој енергетској ефикасности и одрживости [27] .

Последњи корак је улагање и коришћење обновљиве енергије. Док су мере енергетске ефикасности често најбржи и најјефтинији начин да се смање трошкови енергије на фармама, такође је од кључне важности да се размотре системи за производњу енергије из обновљивих извора за производњу енергије за покретање многих пољопривредних активности. Употреба обновљивих извора енергије у пољопривредним активностима резултираће побољшаном употребом енергије, безбедношћу хране и променом животне средине, што ће све користити циљевима еколошке пољопривреде [5] .

Праћење учинка енергије која се користи у пољопривредним активностима кроз усвајање система управљања енергијом у пољопривредном сектору може промовисати већу ефикасност и искоришћеност капацитета, смањење расипања ресурса и загађења, као и ниже трошкове рада и одржавања. Као резултат тога, цене енергије и производа могу се смањити док се стварање вредности повећава, што резултира стабилним економским растом. Непрекидни економски раст уз очување животне средине пружа основу за сигуран и одржив развој људског друштва [3, 17] .

Референце

1. L., B., W.C. Capehart, and W.J. Turner, Introduction to Energy Management, in Guide to Energy Management. 2020, River Publishers: New York.

2. Barragán-Ocaña, A., H. Merritt, and M.A. González-Pacheco, Energy Management in Agriculture, in Handbook of Energy Management in Agriculture, A. Rakshit, et al., Editors. 2023, Springer Nature Singapore: Singapore. p. 1-17.

3. Bhattacharyya, P., et al., Energy management for climate-smart agriculture. 2020: p. 73-84.

4. Rokicki, T., et al., Changes in Energy Consumption in Agriculture in the EU Countries. 2021. 14(6): p. 1570.

5. Majeed, Y., et al., Renewable energy as an alternative source for energy management in agriculture. Energy Reports, 2023. 10: p. 344-359.

6. Bekhet, H.A. and A.J.I.B.R. Abdullah, Energy use in agriculture sector: input-output analysis. 2010. 3(3): p. 111.

7. Pimentel, D., Handbook of Energy Utilization In Agriculture. 2017: CRC Press, Taylor & Francis eBooks.

8. Bekhet, H. and A. Azlina, Energy Use in Agriculture Sector: Input-Output Analysis. Vol. 3. 2010.

9. FAO, The Energy and Agriculture Nexus. Environment and Natural Resources Working Paper No. 4, 2000.

10. Bogdanski, A., Integrated food–energy systems for climate-smart agriculture. Agriculture Food Security, 2012. 1(1): p. 1-10.

11. C, S., et al., Energy Auditing in Crop Production. 2020. p. 137-188.

12. Lynch, J., et al., Agriculture's Contribution to Climate Change and Role in Mitigation Is Distinct From Predominantly Fossil CO2-Emitting Sectors. 2021. 4.

13. DIAKOSAVVAS, D., Joint Working Party on Agriculture and the Environment, Improving Energy Efficiency in the Agro-Food Chain COM/TAD/CA/ENV/EPOC(2016)19/FINAL, 2017.

14. Raser, G. and M. Silecchia, Energy Use in U.S. Agriculture: An Overview 2020, Institute for Energy and the Environment, : Vermont Law School.

15. Doty, S. and W.C. Turner, Energy management handbook. 2004: Crc Press.

16. Özbakır, P., Enerji Yönetimi, in Fen Bilimleri Enstitüsü. 2006, Yıldız Teknik Üniversitesi: İstanbul.

17. Islam, M.M. and M. Hasanuzzaman, Chapter 1 - Introduction to energy and sustainable development, in Energy for Sustainable Development, M.D. Hasanuzzaman and N.A. Rahim, Editors. 2020, Academic Press. p. 1-18.

18. Thollander, P., et al., 13 - Energy management, in Introduction to Industrial Energy Efficiency, P. Thollander, et al., Editors. 2020, Academic Press. p. 239-257.

19. Kluczek, A. and P.J.J.o.c.p. Olszewski, Energy audits in industrial processes. 2017. 142: p. 3437-3453.

20. Devasenapathy, P., G. Senthilkumar, and P.J.I.J.o.A. Shanmugam, Energy management in crop production. 2009. 54(1): p. 80-90.

21. Hercher-Pasteur, J., et al., Energetic assessment of the agricultural production system. A review. Agronomy for Sustainable Development, 2020. 40(4): p. 29.

22. Chel, K., Renewable energy for sustainable agriculture. Agronomy for Sustainable Development, Springer Verlag/EDP Sciences/INRA, 10.1051/agro/2010029.hal00930477 2011. 31(1): p. 91-118.

23. FAO, Chapter 2: Energy for Agriculture, in The Energy and Agriculture Nexus, Environment and Natural Resources Working Paper No. 4, Food and Agriculture Organization of the United Nations. 2000: Rome.

24. Ohio, E. Farm Energy Management. [18.05.2023]; Available from: https://energizeohio.osu.edu/farm-energy-management.

25. Croucher, M.J.E.P., Potential problems and limitations of energy conservation and energy efficiency. 2011. 39(10): p. 5795-5799.

26. Hepbaşlı, A., Sanayide Enerji Yönetim Programının Temelleri. Klima, 2000. 106: p. 63-75.

27. Vijayakumar, S., et al., Efficient Management of Energy in Agriculture, in Handbook of Energy Management in Agriculture, A. Rakshit, et al., Editors. 2023, Springer Nature Singapore: Singapore. p. 1-28.