Аналитика

Краснодарский край является одним из трех регионов России, где последние 30 лет разрабатываются и монтируются гелиоустановки (фото: moikompas.ru)

Краснодарский край является одним из трех регионов России, где последние 30 лет разрабатываются и монтируются гелиоустановки (ГУ) /1/. В этом регионе построено 102 гелиоустановки общей площадью 5000 м².

На рисунке 1 представлена структура этих гелиоустановок по потребителям. Более половины гелиоустановок обеспечивают горячее водоснабжение (ГВС) пансионатов и баз отдыха.

Первый этап

На первом, советском этапе развития гелиотехники в 1982–1992 годах в регионе применялись солнечныеколлекторы (СК) со стальными абсорберами Братского завода отопительного оборудования, грузинской фирмы «Спецгелиотепломонтаж» (Тбилиси), с алюминиевыми абсорберами заводов института «КиевЗНИИЭПИО», Всесоюзного института легких сплавов, Бакинского завода по обработке цветных сплавов. Научные и методические основы создания гелиоустановок разрабатывались Краснодарской лабораторией энергосбережения и нетрадиционных источников энергии Академии коммунального хозяйства (Москва). На основе изучения значений интенсивности солнечной радиации региона, теплопроизводительности гелиоустановок, стоимости их сооружения и фактической стоимости замещения ими органического топлива сделан вывод о целесообразности применения гелиоустановок преиму-щественно для ГВС. Проектирование и монтаж установок выполнялись в основном объединением «Кубаньтеплокоммунэнерго» (Краснодар). На этом этапе строились в основном одноконтурные ГУ площадью от 50 до 300 м², а также двухконтурные солнечно-топливные котельные. На рисунке 2 представлена одна из первых гелиоустановок Краснодарского края, построенная в 1989 году. Общая площадь СК Тбилисского завода – 300 м². Удельная сметная стоимость ГУ – 117 долл. США/м² при курсе 1 долл. США = 30 руб. Структура сметной стоимости представлена на рисунке 3. Срок окупаемости ГУ составил 7,4 года. Экономические показатели солнечно-топливных котельных существенно выше, так как при их сооружении применяется существующее оборудование котельной (баки, насосы). Так, для гелиоустановки котельной в г. Тимашевске площадью 326 м² с СК Братского завода удельная сметная стоимость составила 76,1 долл./м² при курсе 1 долл. США = 30 руб. Структура сметной стоимости представлена на рисунке 4. Срок расчетной окупаемости – 2,8 года при фактическом сроке эксплуатации 20 лет.

Рис. 1. Структура гелиоустановок по потребителям

Таким образом, на советском этапе для регионального развития гелиотехники были характерны: большой выбор конструкций СК, наличие нормативной документации (Справочники по климату, ВСН 52-86 «Установки солнечного горячего водоснабжения»), типовые проекты гелиоустановок московских и киевских проектных организаций, наличие специализированных монтажных организаций (Спецгелиотепломонтаж, Тбилиси), Краевой программы развития возобновляемых источников энергии. Основные технические и экономические решения гелиоустановок на этом этапе существенно не отличались от зарубежных.

Рис. 2. Гелиоустановка издательства «Советская Кубань» в Краснодаре

Второй этап

Рис. 3. Структура сметной стоимости гелиоустановки издательства «Советская Кубань» в Краснодаре

На втором этапе развития гелиотехники в Краснодарском крае в 1993–2005 годах в основном применялись СК с абсорберами из цветных металлов: Ковровского механического завода (КМЗ) – латунь; НПО Машиностроения (Реутово, Московской обл.) – алюминий, нержавеющая сталь; фирма «Конкурент» (Жуковский, Московской обл.) – нержавеющая сталь. Большинство построенных гелиоустановок оборудованы СК КМЗ: 38 установок общей площадью 1500 м². СК данного производителя имели оптимальное для российского рынка соотношение цены и теплотехнических показателей. Разработка, проектирование и монтаж ГУ выполнилась специалистами Южно-русской энергетической компании (Краснодар) и фирмы «Теплопроектстрой» (Краснодар). Для 54 городов и населенных пунктов региона были получены достоверные расчетные значения прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации. Разработаны типовые проекты и выполнен монтаж следующих гелиоустановок ГВС расчетной дневной производительностью 0,2; 1; 2; 3; 4; 6; 10 м³. При этом построены гелиоустановки с естественной циркуляцией производительностью 6 м3 в день и более. На рисунке 5 представлена такая гелиоустановка в Новороссийске. В результате анализа технических и экономических показателей 10 ГУ с СК КМЗ, построенных в 1999–2000 годах, установлено следующее. При общей площади ГУ от 19 до 54 м² СК размещены на кровлях зданий либо на навесах. Баки-аккумуляторы вместимостью от 2 до 6 м³ выполнены из нержавеющей стали, стали Ст3 с различными покрытиями. Теплоизоляция баков – стекловата и оцинкованная сталь. Схемы ГУ – одноконтурные, циркуляция воды через СК – термосифонная или насосная. Режим работы – сезонный. Средняя удельная сметная стоимость ГУ – 160 долл. США/м² при курсе в 2000 году – 1 долл. США=28 руб. На рисунке 6 представлена структура сметной стоимости гелиоустановок. При анализе показателей общая стоимость гелиоустановки распределена на следующие составляющие: СК, учитывающая как собственно их стоимость, так и затраты на их монтаж; металлоконструкции и трубопроводы, включая стоимость материалов, вспомогательного оборудования, арматуры, теплоизоляции и их монтаж; бак-аккумулятор с его монтажом и теплоизоляцией; прочие расходы: проектирование и наладка. Срок окупаемости таких гелиоустановок – 7 лет.

Рис. 4. Структура сметной стоимости солнечно-топливной котельной в Тимашевске

Третий этап

Рис. 5. Гелиоустановка базы отдыха «Лесная поляна» в Новороссийске

На третьем, современном этапе применяются в основном СК зарубежного производства с медными абсорберами германского, словацкого, израильского и турецкого производства. Проектирование и монтаж гелиоустановок выполняется в основном специалистами ООО «Теплопроектстрой», ОАО «Южгеотепло» /2/. Результаты обработки значений интенсивности солнечной радиации станции наземного наблюдения сопоставлены с аналогичными значениями компьютерной базы NASA SSE. Установлено, что расхождение в определении интенсивности суммарной солнечной радиации между ними не превышает 8%, но по отдельным месяцам года (зимним) оно достигает 57,3% /3/. Для проектирования гелиоустановок в Краснодарском крае применяют данные /2/, а для технико-экономического обоснования гелиоустановок – программу NASA SSE.

Рис. 6. Структура сметной стоимости гелиоустановки в Новороссийске с СК КМЗ

В городе Усть-Лабинске в 60 км от Краснодара построена круглогодичная гелиоустановка больницы с 300 СК фирмы Wolf (Германия) общей площадью 600 м². СК имеет медный листотрубный абсорбер, штампованный алюминиевый корпус, градостойкое стекло. Коллекторы размещены на опорных металлоконструкциях в наземном варианте. Ориентация – южная, угол наклона 45⁰ к горизонту (рисунок 7). Расстояние между блоками СК оптимизировано по условиям затенения. Установлено, что для условий Краснодарского края это расстояние достаточно определять как для сезонных гелиоустановок при работе с апреля по октябрь. При этом затенение южных частей СК при работе с октября по март приводит к уменьшению выработки тепловой энергии не более чем на 10%, что соответствует точности обработки данных интенсивности солнечной радиации станции наземного наблюдения.

Рис. 7. Гелиоустановка объектов ЦРБ Усть-Лабинска

На рисунке 8 представлена принципиальная схема гелиоустановки. СК смонтированы блоками по 10 штук, каждый из которых оборудован регулирующим клапаном. Велиоконтуре применяется незамерзающий теплоноситель ANRO фирмы Wolf (Германия). Схема гелиоустановки трехконтурная. Во втором контуре установлен буферный бак, вместимость которого (20 м³) определена из условий аккумулирования избыточного тепла при превышении производительности гелиоустановки над водоразбором горячего водоснабжения (ГВС). В третьем контуре водопроводная вода нагревается теплом промежуточного контура и при необходимости в зимнее время догревается теплоносителем существующей котельной. Для автоматизации работы гелиоустановки применен контроллер фирмы Resol (Германия). Сметная стоимость гелиоустановки – 12,5 млн рублей. Структура стоимости представлена на рисунке 9.

Рис. 8. Принципиальная схема гелиоустановки в Усть-Лабинске. 1 – солнечные коллекторы; 2 – насосы; 3 – теплообменники; 4 – мембранный бак; 5 – буферный бак

Анализ российского рынка гелиоустановок показал, что его существенного роста следует ожидать после повышения стоимости природного газа и реализации региональных программ энергосбережения в соответствии с Федеральным законом № 261 от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности». В Краснодарском крае при численности населения 5 млн человек ежегодно число отдыхающих превышает 10 миллионов.человек. Рынок гелиоустановок этого региона оценивается в 5 млн м². Для освоения этих объемов требуется построить завод по производству СК и создать соответствующую инфраструктуру (проектирование, монтаж, обслуживание). В России в настоящее время отсутствует серийное производство СК, а конструкция коллектора НПО машиностроения (Реутово, Московская обл.) не перспективна для массового производства. На основании анализа известных конструкций ведущих мировых производителей СК: плоских, вакуумных трубчатых, пластиковых – сделан вывод о перспективности производства плоских СК, определены основные конструктивные характеристики.

Справка

Анализ российского рынка гелиоустановок показал, что его существенного роста следует ожидать после повышения стоимости природного газа и реализации региональных программ энергосбережения в соответствии с Федеральным законом № 261 от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в России: состояние дел и региональные особенности // Промышленная энергетика. 2009. № 9. С. 45–49.
2. Амерханов Р.А., Бутузов В.А., Гарькавый К.А. Вопросы теории и инновационных решений при использовании гелиоэнергетических систем. М.: Энергоатомиздат, 2009. 502 с.
3. Бутузов В.А. Расчет интенсивности солнечной радиации для проектирования систем солнечного горячего водоснабжения. 2003. № 9. С. 52–57.

Статья опубликована в журнале ENERGY FRESH