журнал сельхозтехники и оборудования

Закрыть
Логин:
Пароль:
Забыли свой пароль?
Регистрация
  Войти      Регистрация

Автоматизированная доильная установка GEA DairyRobot R9500 c двумя доильными боксами

20 Июля 2020 PROFI
Рейтинг:

30 % экономии электроэнергии

После испытаний Немецким сельскохозяйственным обществом (DLG) доильного робота Monobox, который к выставке EuroTier 2018 компания GEA переименовала в DairyRobot R9500, редакция profi решила опубликовать наиболее интересные результаты, которых с нетерпением ждут наши читатели.

1.jpg
Насколько высоким оказался расход воды и электроэнергии роботизированной системы доения DairyRobot R9500 c двумя доильными боксами? Ответы на эти и другие вопросы и были получены благодаря испытаниям, проведенным DLG

В статье, посвященной роботу Monobox производства компании GEA (profi 11/2018), уже были анонсированы результаты измерений по роботу Multibox с двумя доильными боксами для следующих выпусков profi. За несколько запоздалый выход материала, который изначально планировался через пару-тройку месяцев после первого репортажа, мы приносим вам, дорогие наши читатели, самые искренние извинения.

Причиной такой задержки стало отнюдь не переименование Monobox в DairyRobot R9500 или, скажем, снижение потребительских свойств продукта — скорее наоборот: в пересчете на 100 л молока в молочном танке второй доильный бокс обеспечивает снижение потребления электричества на 30 %. Вместе с тем различия в расходе воды на один доильный бокс оказались гораздо скромнее.

Проблема заключалась вот в чем. В процессе анализа результатов измерений выяснилось, что технология, разработанная для робота с одним доильным боксом, в чистом виде не может быть использована для системы с двумя доильными боксами, поскольку с появлением второго места для доения происходит пересечение многих технологических процессов или, наоборот, боксы работают параллельно. Это затрудняет интерпретацию расходов производственных материалов. Кроме того, в подобных системах есть целый ряд «тихих» потребителей, например бойлер. Он поддерживает одинаковую температуру воды независимо от загрузки установки. Так что теперь мы могли упростить нашу работу и зафиксировать дневной расход. Однако и этих данных для основательного анализа нам бы явно не хватило! По этой причине совместно со специалистами предприятий по выпуску доильного оборудования, представителями DLG и доктором Хармсом из Баварского земельного института по вопросам сельского хозяйства мы разработали четыре сценария, в чем-то схожие с теми, которые мы используем при проведении полевых испытаний тракторов. Каждый сценарий плюс-минус соотносится с каким-либо реальным предприятием. Будучи практиком, можно сразу увидеть, какого расхода воды и электроэнергии стоит ожидать, имея в распоряжении сопоставимую доильную установку.

vt_za_geamelkrobotertest_18_id114521.jpg
В доильных роботах производства компании GEA доильные стаканы берут на себя дополнительно промывку и обработку сосков
vt_za_geamelkrobotertest_40_id114522.jpg
На испытательном стенде DLG благодаря симуляции различных по интенсивности потоков молока измеряется потребление тока в зависимости от скорости молокоотдачи (легкодойности/тугодойности) коров

Основой для оценки послужили результаты испытаний, проведенных DLG. В ходе измерений, которые производились на молоке с использованием 25-метрового молокопровода (за исключением 5 м перед каждым боксом) в стандартизированных условиях, применялась многократная симуляция трех различных молочных кривых: молочная кривая легкодойных коров в среднем обеспечивает скорость молокоотдачи 2,1 л/мин, верхняя граница может достигать 4 л/мин; скорость молокоотдачи тугодойных животных составляет от 0,9 л/мин до максимум 2,0 л/мин. Третья молочная кривая отображает показатели элитной молочно-товарной фермы: здесь максимальная скорость молокоотдачи 6 л/мин, а отдельные экземпляры дают до 12,5 л молока в минуту — одним словом, на такой ферме — животные с максимально возможной скоростью молокоотдачи.
И хотя в процессе извлечения молока расходуется лишь определенная доля электроэнергии, тем не менее отличия при сопоставлении систем с одним и двумя доильными боксами получились довольно существенные. Так, при обслуживании тугодойных животных потребление электроэнергии роботом Monobox производства компании GEA составило 258 Вт ч, тогда как расход системы с двумя доильными боксами этого же производителя — всего по 181 Вт•ч на каждый бокс, то есть на внушительные 30 % меньше. Аналогичная тенденция наблюдалась в процессе симулирования легкодойных животных (197 против 132 Вт•ч) и коров — чемпионов по скорости молокоотдачи (192 против 130 Вт•ч).
Тот факт, что в пересчете на одну дойку с появлением еще одного доильного бокса расход электрической энергии сокращается, связан прежде всего с распределением основной нагрузки на нескольких потребителей. Яркий пример — рефрижераторный осушитель компрессора. Он работает постоянно, независимо от того, насколько часто срабатывает компрессор. Этот принцип более эффективного распределения нагрузки проявляется также и в процессе промывки системы. При этом следует иметь в виду, что компания GEA в ходе испытаний использовала очень большой бойлер (на 1000 л). Даже расход энергии в режиме ожидания, то есть для поддержания необходимой температуры горячей воды (85 °C), прибавляет в общую копилку затрат почти 10 кВт•ч ежедневно. Из расчета 25 евроцентов за 1 кВт•ч только режим ожидания бойлера будет обходиться предприятию в 2,5 евро ежедневно. Два бокса делят такие расходы пополам.
А теперь рассмотрим этот вопрос в деталях. В процессе основной промывки одного Monobox подача холодной воды потребует 2,87 кВт•ч электроэнергии, системы с двумя боксами — всего лишь 1,94 кВт•ч на каждый доильный бокс (наличие второго бокса в данном случае тоже позволит сэкономить порядка одной трети электроэнергии). При проведении трех моек в сутки суммарная ежедневная экономия достигнет уже 2,79 кВт•ч. А если на бойлер будет подаваться вода температуры 45 °C, например от теплообменника охладителя молока, то система с двумя доильными боксами и на основной мойке в плане потребления электроэнергии тоже окажется на 30% экономичнее.


Кстати, об основной мойке: компания GEA остается верной принципам циркуляционной промывки с применением химии. Сам процесс очистки всех систем и молокопровода, ведущего к молочному танку, длится при этом 21,5 минуты. Любая основная мойка начинается с предварительного ополаскивания. При температуре чуть ниже 40 °C вымываются белок и молочный жир. После этого начинается основная мойка горячей водой (65 °C). Пока температура воды в промывочной емкости не достигнет заданного значения, туда будет постоянно добавляться горячая вода (85 °C). Дозировка моющих средств осуществляется пропорционально. В завершение происходит промывка системы холодной водой.


Изюминка в том, что 20 л воды улавливаются на завершающем этапе ополаскивания в емкости для промывки, установленной на энергоблоке, и используются во время следующей основной мойки уже на этапе предварительного ополаскивания.
Казалось бы, ну что такое 20 л? Мелочь, да и только. А по факту расход воды на промывку каждого из двух доильных боксов составляет всего 67 л. Для сравнения: промывка робота Monobox потребует по результатам теста DLG 82 л воды.
Вместе с тем снижается и расход моющих средств: если Monobox тратит 260 г, то двум доильным боксам их потребуется всего по 180 г. В дополнение к основной мойке компания GEA предлагает вариант мойки локальной. Ее рекомендуется проводить прежде всего при доении проблемных коров. Такая мойка, в отличие от основной, затрагивает не все элементы системы, а только те, которые контактируют с молоком, полученным от проблемных животных. Локальная мойка длится ровно 9 минут. При этом расходуется 1,3 кВт•ч на нагрев подаваемой в бойлер воды, 42 л воды, а также 146 г щелочных моющих средств.

Периодическая мойка, или мойка системы в целом, включает промывку до сепаратора молока чистой водой (35 °C). Промывка системы осуществляется, когда доильные боксы вынуждены на установленное время прекратить работу (обычно это происходит ночью). Ну а поскольку затраты, в том числе и на эту мойку, доильные боксы делят между собой, то в пересчете на одну единицу «двухбоксовая» система требует вместо 298 всего-навсего 232 Вт•ч; а вместо 10,4 л — только 7,2 л воды.

Еще пару слов о потреблении воды и производственных средств. DairyRobot R9500 с двумя доильными боксами, помимо всего прочего, расходует 6 г средств для обработки сосков и 14 г перуксусной кислоты для промежуточной дезинфекции доильных стаканов после доения. Ну а поскольку процесс дезинфекции затрагивает каждое животное, то и разницы в расходе однобоксовой и двухбоксовой систем GEA не существует. То же самое относится и к устройству ополаскивания объектива TOF-камеры (Time of Flight — «время полета»), определяющей расстояние до сосков с целью точного распознавания, которому требуется на одну обработку после каждого доения порядка 130 мл. А также к расходу воды на одну дойку, который по результатам измерений DLG составил 2,9 л. Эта вода служит в том числе и для ополаскивания сосков, разбавления с целью промежуточной дезинфекции инструментов перуксусной кислоты, а также вымывания средств дезинфекции. По этому поводу стоит упомянуть, что компания GEA, действуя по принципу Inliner, предусмотрела в конце процесса дойки нанесение дезинфекционного средства на соски разбрызгиванием тоже посредством доильных стаканов. К этому объему следует добавить еще 2,9 л воды, которые робот тратит после каждого третьего доения на промывку пола и коровьего туалета.

«О боже ты мой, сплошные цифры, цифры, цифры!» Если они вас уже напрягают и мешают получить всестороннее представление о доильной установке, то у нас есть для вас приятная новость. Чтобы, несмотря на обилие цифр, окончательно во всем разобраться, мы обработали цифровые данные по роботизированным доильным системам GEA с двумя доильными боксами.
А вот теперь наступает очередь тех самых сценариев, о которых мы говорили в начале. В них мы скомбинировали значения измерений DLG с моделями предприятий, приближенными к практике, и произвели расчет с учетом всех факторов.
«Фишка» в том, что, задав расход на 100 л, вы сможете получить четкое представление о том, сколько воды и электроэнергии потребуется роботу с двумя доильными боксами производства компании GEA в соответствии с моделью того или иного предприятия. Подробное сравнение потребления расходных материалов на 100 л молока, а также данные о ежедневном потреблении воды, электроэнергии и производственных расходных материалов приведены в таблице «Расход производственных материалов при эксплуатации доильного робота GEA DairyRobot R9500 (с двумя доильным боксами)».

vt_za_geamultibox_60_id114336.jpg
Каждый доильный бокс, произведенный GEA, снабжен колбой для хорошего молока и колбой для плохого. Благодаря этому расходы на промывку после посещения робота больными коровами или коровами, принимающими лекарственные препараты, сокращаются

Сценарий 1
Молочно-товарная ферма, полностью адаптированная к автоматизированным доильным системам
Первый сценарий базируется на допущении, что предприятие адаптировало свое стадо к работе с доильными роботами. Таким образом, в группе находятся только легкодойные животные. Коровы, молоко которых необходимо отделять, а также тугодойные доятся не роботом, а традиционным способом. Благодаря этому предприятие, работающее по первому сценарию, выходит на 340 роботизированных доений в день. При этом загрузка обеих машин оказывается оптимальной.
Основная мойка обоих доильных боксов осуществляется, как и при других сценариях, в одно и то же время, в соответствии с рекомендацией производителя три раза в день, причем температура воды составляет 65 °C. Температура воды, подаваемой на бойлер (как вариант — от теплообменника системы охлаждения молока), — 45 °C.
Наряду с основной мойкой один раз в день производится мойка локальная, для которой можно использовать холодную воду. Однако компания GEA предпочитает и здесь теплую, которая позволяет удалить в том числе и молочные жиры.
В результате за 340 доений, по 10,7 л каждое, предприятие накапливает в молочной емкости 3638 л молока за сутки. В пересчете на 100 л молока предприятие, оснащенное двумя доильными автоматизированными системами DairyRobot R9500, расходует 38,4 л воды и 1,51 кВт•ч электроэнергии. Общее потребление электроэнергии составляет 49,6 кВт•ч, а воды — 1409 л ежедневно. В режиме «холостого хода» обе роботизированные системы находятся всего по 80 минут в день.

Сценарий 2
Предприятие, не адаптированное к автоматизированному доению
Во втором сценарии молочно-товарная ферма не может обеспечить загрузку роботов из-за недостатка животных; вопросам селекции и управления стадом на ней тоже не уделяется должного внимания. Именно по этой причине по большей части тугодойные животные направляются на дойку без какой-то конкретной стратегии. Поскольку проблемные коровы доятся вместе с остальным стадом, а не отдельно, то и основную мойку доильных роботов приходится проводить не три, а четыре раза в течение суток. В результате отказа от подачи нагретой в теплообменнике воды бойлер снабжается холодной водой — что, естественно, приводит к соответствующему увеличению энергозатрат.
После более длительного простоя установки требуется ее промывка чистой водой вплоть до молочной емкости. Кроме этого, данный сценарий предполагает три локальные промывки теплой водой для удаления остатков молока после определенных животных, причем всех компонентов, соприкоснувшихся с их молоком, вплоть до периферии.
В результате такого подхода суточный надой «нашего» предприятия, работающего по второму сценарию, составил всего лишь 2245 л молока, а вот расход электроэнергии оказался на 63,3 кВт•ч больше. Суточный расход воды — 1321 л. В пересчете на 100 л молока было израсходовано 56,6 л воды и 2,71 кВт•ч электроэнергии. Таким образом, данное предприятие потребляет электроэнергии почти в два раза больше, чем элитное (сценарий 4), стадо которого состоит исключительно из коров-чемпионов, а все 340 доений оказываются быстрыми и высокопродуктивными. Суммарное время работы установки в режиме «холостого хода» за сутки составило 183 минуты.

Сценарий 3
Среднестатистическое предприятие с автоматизированными системами доения
Предприятие, на котором применяются автоматизированные системы доения, имеет в своем распоряжении, согласно третьему сценарию, в основном высокопродуктивных легкодойных коров. Поскольку предприятие не располагает временем и альтернативными вариантами доения, все животные проходят дойку на двух доильных роботах. Однако для проблемных коров предусмотрена отдельная дойка — или же из них формируются отдельные группы.
С учетом этого предприятие обходится всего тремя основными мойками, в строгом соответствии с рекомендациями производителя. А вот вода в бойлер подается холодная, что приводит к соразмерному увеличению расхода электроэнергии при каждой мойке. Один раз в сутки на каждом из доильных боксов производятся (в дополнение к основным мойкам) одна системная и одна локальная промывка.
В результате суточный надой данного предприятия, работающего по третьего сценарию, составляет 3172 л молока. При этом расход электроэнергии — 53,3 кВт•ч, воды — 1308 л. На 100 л молока потребление воды составляет 40,8 л, электроэнергии — 1,8 кВт•ч. Экономия электроэнергии по сравнению с роботом GEA, укомплектованным одним доильным боксом, — 32 %. Экономия воды в данном случае не столь внушительна: всего-то 2,4 л, или 5 %. Ежесуточная работа в режиме «холостого хода» — 199 минут.

vt_za_geamultibox_01_id114331.jpg
Приведенные нами сценарии наглядно демонстрируют тот факт, что расход производственных средств зависит не только от эффективности доильного оборудования, но и от экономической модели и/или организации системы управления стадом

Сценарий 4
Элитное животноводческое предприятие с коровами — чемпионками как по надоям, так и по скорости молокоотдачи
Все больше и больше животных достигают рекордной скорости молокоотдачи и продуктивности. Именно этот факт принят за основу в четвертом сценарии. А если более конкретно, то мы в данном случае рассчитываем на 340 доений по 12,5 л с каждого и на скорость молокоотдачи до 6 л/мин. Благодаря хорошо организованному управлению стадом предприятие спокойно обходится тремя рекомендованными производителем основными мойками в сутки. А вот на бойлер поступает не предварительно нагретая, а обычная холодная вода температуры 12 °C. Работа в режиме «холостого хода» помимо трех основных моек включает одну промежуточную промывку.
В результате ежесуточный надой элитного предприятия составил 4182 л молока. Благодаря эффективной загрузке оборудования, помноженной на высокую продуктивность животных, потребление воды и электрической энергии сократилось. На 100 л молока расход электроэнергии составил 1,43 кВт•ч, а воды — 33 л. В сутки предприятие израсходовало 55,1 кВт•ч электроэнергии и 1409 л воды.

Итак: хорошее вино должно быть выдержанным. После проведения испытаний доильного робота Monobox компании GEA (profi 11/2018) в нашем распоряжении оказались результаты испытаний системы теперь уже с двумя доильными боксами (прежнее название Multibox) все той же GEA. Наличие одного и того же названия DairyRobot R9500 несколько сбивает с толку.
Хорошая новость: несмотря на то что система Monobox сама по себе очень экономична в плане потребления энергоресурсов, удвоение числа доильных мест позволяет дополнительно сэкономить до 30 % электроэнергии. Причем эти показатели могли быть еще выше, если бы GEA предоставила для испытаний бойлер меньшего объема.
А вот с расходом воды сопоставимого экономического эффекта не наблюдалось, что было обусловлено применяемым компанией GEA принципом Inliner. Все процессы, необходимые для доения, начиная с мойки сосков и заканчивая их обработкой, осуществляются через доильные стаканы.

Расход производственных материалов при эксплуатации доильного робота GEA DairyRobot R9500 (с двумя доильными боксами)

 

Сценарий 1

Адаптированное предприятие

Сценарий 2

Неадаптированное предприятие

Сценарий 3

Среднестатистическое предприятие с автоматизированными доильными установками

Сценарий 4

Предприятие с элитными животными

Потребление электроэнергии в сутки (кВт/ч/сутки)

 

Компрессор

10

10

10

10

Вакуумный насос

16

15

15

16

Бойлер с подачей холодной воды

 

24

20

20

Бойлер с подачей теплой воды

12

 

 

 

Остаточное потребление системой автоматизированного доения

7

6

6

6

Ежесуточный расход средств производства

Вода

1409 л

1321 л

1308 л

1409 л

Перуксусная кислота

4930 г

3480 г

4350 г

4930 г

Кислотные моющие средства

547 г

729 г

546 г

546 г

Щелочные моющие средства

528 г

704 г

528 г

528 г

Дезинфекционные средства

1913 г

1346 г

1687 г

1904 г

Расход на 100 л молока (только система автоматизированного доения, расходы на молочную емкость не включаются)

Вода

38,4 л

56,5 л

40,8 л

33,2 л

Электроэнергия

1,51 кВт/ч

2,71 кВт/ч

1,82 кВт/ч

1,43 кВт/ч

Расчет четырех сценариев основывается на следующих допущениях

340 доений в день (адаптированное под автоматизированные доильные системы стадо, только легкодойные животные). Три основные мойки (подача теплой воды температуры 45 C / воды, полученной в результате рекуперации тепла), одна местная промежуточная промывка, время работы установки в режиме «холостого хода» 80 мин/сут

240 доений в сутки (70 доений легкодойных коров и 170 доений тугодойных, непродуманная организация дойки, четыре основные мойки, подача холодной воды на бойлер, одна системная промывка, три местные промежуточные. Время работы установки в режиме «холостого хода» 183 мин/сут

300 доений в сутки (280 доений легкодойных животных и 20 доений тугодойных, уровень управления стадом на среднем уровне); три основные мойки, подача холодной воды на бойлер (рекуперация тепла не используется), одна системная промывка, одна местная промежуточная, время работы установки в режиме «холостого хода» 199 минут

340 доений в день (здесь собраны животные — чемпионы по надоям: 12,5 л за одно доение, скорость молокоотдачи 2,9 л/мин), качественная система управления стадом; три основные мойки с подачей на бойлер холодной воды (без использования рекуперации тепла), отсутствие системной мойки, одна местная промежуточная промывка; время работы системы в режиме «холостого хода» 80 мин/сут

Технические характеристики

Две доильные системы с одним доильным боксом

Версия программного обеспечения 50.2018

Молочный насос

0,55 кВт, с частотным регулированием

Установленная потребляемая мощность доильного бокса

2,5 кВт, 20 A

Промывка установки

Химическая, температура воды не менее 65 °C

Мойка сосков

По принципу Inliner

Блок энергоснабжения

0,37 кВт, 16 A

Дезинфекция доильного оборудования

Перуксусная кислота

Бойлер для производства горячей воды

Reflex 5E 377-EFHR емкостью 1000 л, мощность 16 кВт; напряжение 400 В

Сепарация молока

MS1 (cборное молоко)

Компрессор

Atlas Copco SF2; с интегрированным охладителем-осушителем, 2,2 кВт, 400 В; 7,8 бар, 240 л/мин

Подача концентрированного корма

шрот в гранулах

Вакуумный насос RPS1200

3 кВт, с частотным регулированием

Текст и фото: Хуберт Вильмер

0 коментариев оставить комментарий
Загрузка комментариев...