На правах рукописи

Бутузов Виталий Витальевич

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО

ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

05.14.08 - энергоустановки на основе возобновляемых

видов энергии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет (ФГОУ ВПО КубГАУ).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Амерханов Роберт Александрович

Официальные оппоненты: Безруких Павел Павлович доктор технических наук, начальник направления «Энергосбережение и возобновляемая энергетика» Энергетического института им.

Г.М. Кржижановского Трушевский Станислав Николаевич, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ВИЭСХ.

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет».

Защита состоится «_»2013г в _часов на заседании диссертационного совета Д 006.037.01 в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства (ГНУ ВИЭСХ) по адресу: 109456, г.

Москва, 1-й Вешняковский проезд, д.2.

Телефон: (499) 171-19-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНУ ВИЭСХ.

Автореферат разослан «_»2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.И. Некрасов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

.

Актуальность темы диссертации. В настоящее время в России использование возобновляемых источников энергии носит локальный характер и призвано решать две основные задачи: автономное энергоснабжение, что особенно актуально для отдаленных, изолированных от внешних поставок топлива территорий и замещение традиционных источников энергии как альтернатива замены изношенного оборудования энергоисточников при их реконструкции, призванное решить задачи экономии органического топлива и улучшения экологической ситуации, особенно актуальной для курортных зон.

Из всех видов ВИЭ сегодня в системах теплоснабжения наиболее широко применяется солнечная энергия. В мире эксплуатируется более 383 млн. м (100%) гелиоустановок, в том числе, в России менее 0,01%. При этом условия солнечной радиации нашей страны позволяют на несколько порядков увеличить площадь таких установок.

Краснодарский край площадью 76 тыс. км2 и населением 5,2 млн. человек является одним из развитых аграрно-промышленных регионов России. При общем потреблении всех видов топливно-энергетических ресурсов – 15 млн. т у.т./год большая их часть млн. т.у.т./год) используется для нужд ( теплоснабжения. Выработка тепла для городов и населенных пунктов обеспечивается от 1824 котельных. В то же время край имеет один из самых больших потенциалов солнечной радиации в России, что создает благоприятные условия для реконструкции изношенного оборудования котельных и сокращения потребления органического топлива. Строительство систем солнечного теплоснабжения ведется здесь наибольшими темпами: уже сооружены и эксплуатируются гелиоустановки общей площадью 5000 м2.

Однако, основными сдерживающими факторами развития систем солнечного теплоснабжения в России, преимущественно на нужды горячего водоснабжения, кроме их относительно низкой эффективности в сравнении с традиционными энергоисточниками, обусловленной высокой стоимостью использования возобновляемых источников энергии, является отсутствие материалов для проектирования (базы данных солнечной радиации, современные методики проектирования), ограниченность площадей на существующих котельных для размещения солнечных коллекторов в условиях плотной застройки городов и населенных пунктов в сельской местности.

Целью работы является разработка рекомендаций для проектирования систем солнечного теплоснабжения, основанных на принципах эффективной компоновки солнечных коллекторов на ограниченной территории с получением максимальной выработки тепла, минимизации установленной мощности дублирующих источников тепла, с целью повышения их эффективности и обеспечения конкурентоспособности с традиционными источниками теплоснабжения, использующими органическое топливо.

Задачи исследования:

- разработать методику компоновки солнечных коллекторов гелиоустановки в условиях ограниченной площади гелиополя, позволяющую сократить площадь участка, отводимого под размещение коллекторного поля, при обеспечении максимальной выработки тепла и, как следствие сократить капитальные затраты при строительстве солнечной системы теплоснабжения (стоимость земельного участка, трубопроводов и т.д.);

- разработать методику определения минимальной тепловой мощности дублеров гелиоустановок, позволяющую сократить затраты на сооружение традиционного дублирующего источника теплоснабжения;

- разработать методику определения экономической окупаемости солнечных систем теплоснабжения на стадии предпроектных работ, позволяющую произвести экспресс оценку целесообразности сооружения гелиоустановок на этапе принятия решения о внедрении.

Научная новизна:

- на основании проведенных исследований вариантов компоновки коллекторного поля с графическим моделированием процесса их затенения, впервые разработана и внедрена методика компоновки солнечных коллекторов гелиоустановок в условиях ограниченной площади, которая позволяет сократить площадь участка для размещения солнечных коллекторов при получении максимальной выработки тепла;

в результате анализа работы тепловых дублеров гелиоустановок и сопоставления процесса их работы с интенсивностью суммарной солнечной радиации в месте дислокации системы солнечного теплоснабжения, предложена гелиоустановок, позволяющая на стадии проектирования уменьшить установленную мощность дублирующего источника тепла и, соответственно, капитальные затраты при строительстве солнечных систем теплоснабжения;

- на основании исследования 120 построенных в Краснодарском крае гелиоустановок разработана методика определения экономической окупаемости солнечных систем теплоснабжения на стадии предпроектных работ;

Достоверность результатов исследования подтверждена совпадением результатов расчетов по предложенным автором методикам с данными испытаний четырех гелиоустановок солнечно-топливных котельных в Краснодарском крае, в том числе одной из самых крупных в России, в г. УстьЛабинске площадью солнечных коллекторов 600 м2, положительными результатами применения на практике предложенных автором рекомендаций и методов повышения эффективности систем теплоснабжения с гелиоустановками горячего водоснабжения.

Положения, выносимые на защиту:

- использование принципа компоновки солнечных коллекторов гелиоустановки в условиях ограниченной площади гелиополя, допускающего обоснованную долю затенения, позволяет сократить площадь участка, отводимого под размещение коллекторного поля, при сохранении максимальной годовой выработки тепла;

- при определении тепловой мощности резервных источников тепла (тепловых дублеров) в процессе проектирования гелиоустановок следует учитывать минимальную мощность системы солнечного теплоснабжения, определяемую рассеянной солнечной радиацией в месте расположения системы с учетом отклонений расчетных значений от справочных для данного региона;

теплоснабжения показывает её зависимость от основных факторов: удельной стоимости гелиоустановки, суммарной интенсивности солнечной радиации в плоскости коллекторов в течение года, КПД солнечных коллекторов, стоимости замещаемой тепловой энергии на стадии предпроектных работ и позволяет произвести экспресс-оценку целесообразности сооружения гелиоустановок на этапе принятия решения о внедрении.

Практическая значимость исследования состоит в разработке научно обоснованных практических рекомендаций, предназначенных для проектирования систем солнечного теплоснабжения, преимущественно для нужд горячего водоснабжения, позволяющих повысить их эффективность, а также конкурентоспособность традиционным системам теплоснабжения, использующим органическое топливо. Результаты диссертационного исследования использованы при проектировании четырех солнечно-топливных котельных малой мощности в Краснодарском крае, а также одной из самых крупных в России гелиоустановок с площадью солнечных коллекторов 600м2 в г. Усть-Лабинске Краснодарского края.

Апробация работы.

международных, российских конференциях: Региональная НПК молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2004г);

четвертая южнороссийская научная конференция «ЮРНК-05» (Краснодар, 2005г);

Международный НПС «Энергосбережение и возобновляемая энергетика» (Сочи, 2005г); Международная конференция «Возобновляемая энергетика ХХI столетия»

(Украина, Крым, 2006г); Всероссийская НПК молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2007); Всероссийская научная молодежная школа Московского государственного университета (Москва, 2008г), Конкурс Администрации Краснодарского края «Лучшая научная и творческая работа аспирантов (соискателей) высших учебных заведений Краснодарского края в 2007 году».

По теме диссертации автором опубликовано 15 статей, в том числе статей в изданиях, рекомендованных ВАК, получен 1 патент РФ на полезную модель, одна зарубежная публикация.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 97 источников и приложений. Работа изложена на 94 страницах, содержит 32 рисунка и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и основные задачи исследований, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние дел и тенденции развития систем теплоснабжения на основе солнечной энергии» рассмотрены вопросы развития систем теплоснабжения на основе применения гелиоустановок горячего водоснабжения. В основе создания солнечных водонагревательных установок – достоверные значения интенсивности солнечной радиации. Существующие методики определения этих значений имеют существенные недостатки.

Российские климатологические справочники содержат устаревшие материалы по ограниченному количеству регионов и пунктов наблюдений. Разрозненные методики обработки многолетних данных интенсивности солнечной радиации не позволяют получить достоверные расчетные значения. Зарубежные компьютерные базы данных солнечной радиации имеют недостатки методологического плана, требуется сопоставление их значений с измерениями наземных станций наблюдений. Установлено, что каждый из вышеперечисленных способов представления данных солнечной радиации имеет свои достоинства и недостатки. Их применение на территории России, различающейся, как по значениям интенсивности солнечной радиации, так и по числу наземных станций наблюдений, полноты их рядов измерений требует определения условий их применимости для конкретного региона и получения достоверных значений для проектирования систем солнечного теплоснабжения.

Основным оборудованием систем солнечного теплоснабжения являются солнечные коллекторы (СК): плоские и трубчатые вакуумные. На основании анализа 84 плоских СК ведущих мировых производителей определены типичные конструктивные решения, а также основные тенденции совершенствования этого вида оборудования. Вакуумные трубчатые СК имеют КПД на 10-15% выше, чем у плоских СК. В результате анализа характеристик вакуумных СК ведущих совершенствования. Установлено отсутствие рекомендаций по применению при проектировании гелиоустановок конкретных конструкций плоских и вакуумных СК, а также критериев выбора каждого из указанных типов коллекторов.

Эффективность работы гелиоустановок определяется КПД солнечных коллекторов и их компоновкой, ориентацией, углом наклона, затенением рядов коллекторов. Существующие методики и рекомендации компоновки СК не учитывают необходимость их размещения в условиях ограниченности площади гелиополя, а также обеспечения допустимого затенения по условиям теплопроизводительности гелиоустановки.

Важным компонентом системы солнечного теплоснабжения являются тепловые дублеры, задачей которых является обеспечение заданной тепловой мощности при продолжительной пасмурной погоде. В практике проектирования установленную мощность дублеров гелиоустановок принимают равной расчетному теплопотреблению объекта, т.е. со 100% резервированием, что приводит к увеличению сметной стоимости и повышению эксплуатационных затрат. В то же время, не исследован фактор возможного снижения мощности дублера с учетом работы гелиоустановки при рассеянной солнечной радиации.

Целесообразность сооружения гелиоустановок на стадии проектирования определяется из соотношения затрат на строительство и стоимости замещаемой тепловой энергии. Анализ литературы показал, что известные методики расчетов экономической окупаемости имеют два основных недостатка: во-первых, многие из них основаны на советской экономической модели и неприменимы в современных условиях; во-вторых, в основе своей имеют такие характеристики, которые сложно определить на предварительной стадии проектирования гелиоустановок. Известные методики не позволяют выполнить анализ влияния основных факторов на срок окупаемости гелиоустановок.

Анализ литературы позволил установить, что по проектированию гелиоустановок отсутствуют российские нормативные документы, отечественный опыт ограничивается разработкой и сооружением гелиоустановок в основном в Краснодарском крае. Зарубежные нормы и рекомендации по проектированию гелиоустановок требуют адаптации к российским условиям. На основании анализа литературы сформулированы цель и основные задачи исследований.

Во второй главе «Расчетные значения интенсивности солнечной радиации» представлены результаты расчетных исследований интенсивности солнечной радиации на территориях Краснодарского края и Якутии. Установлено, что известные методы получения значений интенсивности суммарной солнечной радиации: по климатологическим справочникам, обработкой многолетних рядов наблюдений, компьютерных баз данных имеют существенные особенности применения для конкретных регионов.

На основании исследований значений солнечной радиации для 45 городов Краснодарского края с сопоставлением справочных данных и значений по программе NASA SSE автором установлено, что расхождение годовых значений солнечной радиации не превышает 7,8%. Полученный результат позволяет применять значения по программе NASA SSE для оценки экономической целесообразности сооружения гелиоустановок. На рисунках 1 и 2 для городов Анапы и Сочи представлены помесячные отклонения справочных и компьютерных результатов. Для г. Анапы (рисунок 1) эти расхождения незначительны и не превышают 10%, допустимой величины, сопоставимой с погрешностью обработки данных. Максимальные значения отклонений установлены для г. Сочи (рисунок 2) – до 55% в декабре. При этом наблюдения солнечной радиации на наземной метеостанции ведутся более 50 лет и являются достоверными. На основании выполненных исследований в таблице 1 приведены достоверные расчетные значения интенсивности суммарной солнечной радиации для 18 городов относительно равномерно расположенных на территории Краснодарского края, а на рисунке 3 представлено распределение солнечной радиации данного региона.

Рис. 1. Величина отклонения значений суммарной солнечной радиации по данным NASA SSE от справочных значений для г. Анапа Рис. 2. Величина отклонения значений суммарной солнечной радиации по данным NASA SSE от справочных значений для г. Сочи Таблица 1. Расчетные значения суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность для городов Краснодарского края (кВт ч/м2) Рис. 3. Распределение солнечной радиации по территории Краснодарского компьютерной базы NASA SSE определены расчетные месячные и годовые значения интенсивности суммарной солнечной радиации для административных районов (улусов) Якутии.

Разработанная автором методология получения достоверных расчетных значений интенсивности прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации, табличные значения и карты значений интенсивности суммарной солнечной радиации Краснодарского края и Якутии могут быть использованы для проектирования гелиоустановок.

В третьей главе «Методика компоновки солнечных коллекторов и особенности расчета их дублеров» представлены результаты исследований по компоновке плоских солнечных коллекторов в условиях ограниченной площади гелиополя, на основании которых разработана методика для проектирования гелиоустановок. Задачей данной методики является установление зависимости расстояния между рядами СК при многорядной компоновке гелиополя от затененной площади коллекторов, допускаемой при условном снижении годовой производительности системы до 10% (величина соизмеримая с погрешностью обработки данных интенсивности солнечной радиации) и геометрических размеров СК. На рисунке 4 представлена геометрическая модель затенения СК при многорядной компоновке гелиополя.

Рис. 4. Затенение при многорядной компоновке гелиополя СК Длина затенненной части СК l` равна:

Площадь затененной части коллектора:

где a – ширина принятого к установке коллектора.

Таким образом, С другой стороны:

где F – полная площадь коллекторов, FН.З. – площадь не затененной части коллектора;

где Q Г.З. = 0,9 Q Г - годовая производительность гелиоустановки с допустимым по экономическим соображениям, а также по условиям погрешности обработки исходных данных, в частности, интенсивности солнечной радиации (до 10%) снижение годовой производительности гелиоустановки (QГ); Г – КПД гелиоустановки; Ei – среднемесячное значение интенсивности суммарной поверхность; Epi – среднемесячное значение интенсивности рассеянной солнечной радиации в i-том месяце, поступающей на горизонтальную поверхность; i – коэффициент отражения (альбедо) поверхности Земли и окружающих тел, равный: 0,7 для зимы и 0,2 для лета; – угол наклона СК; Rni – среднемесячный коэффициент пересчета прямого солнечного излучения с горизонтальной на наклонную поверхность;

где - широта местности; i - склонение солнца в средний день месяца; З, З.Н часовые углы захода солнца для горизонтальной или наклонной поверхности с южной ориентацией.

Таким образом, из выражения (3) с учетом количества затеняемых коллекторов – n гелиополя в зависимости от его конфигурации (первый ряд коллекторов не затеняется), выражение определяющее расстояние между рядами СК при условии допустимости затенения:

где: – максимальный для данного месяца угол высоты Солнца (в солнечный полдень, часовой угол =0).

Формула (7) позволяет принять технически обоснованное решение о компоновке гелиополя, позволяющее сократить площадь занимаемого участка, соответственно капитальные затраты на сооружение солнечной системы теплоснабжения.

Предложенная методика была апробирована при проектировании системы солнечного теплоснабжения в г. Усть-Лабинске Краснодарского края (Рис. 5) решением задачи оптимальной компоновки СК на заданной площади гелиополя.

На рис. 6 в виде графика приведены результаты расчетов следующих вариантов:

- №1 с размещением СК без затенения. При этом возможна установка СК (1х2м) под углом 450 к горизонту общей площадью 320 м2 с годовой выработкой тепловой энергии 283,7 МВт.ч;

- №2 с размещением СК по предложенной методике при допустимом затенении 300 СК (1х2м) под углом 450 к горизонту общей площадью 600 м2 с годовой выработкой тепловой энергии 500,9 МВт.ч.

Для сравнения на графике приведен также вариант №3 размещения такого же количества СК (300 шт.) как и в варианте №2 без ограничения площади гелиополя под углом 450 к горизонту без затенения. Годовая выработка тепловой энергии при этом составила 532 МВт.ч, что всего на 5,9% больше, чем в варианте №2. Столь незначительное снижение выработки тепловой энергии по варианту №2 сопоставимо с погрешностью обработки данных интенсивности солнечной радиации. При этом требуемая площадь гелиополя увеличилась почти вдвое, что приводит соответственно к увеличению стоимости гелиоустановки (земельный участок, трубопроводы и др. коммуникации).

Рис. 6. Сравнительный график среднемесячной выработки тепловой энергии В соответствие с предложенными алгоритмами при проектировании гелиоустановки площадью 600м2 в г. Усть-Лабинске в условиях ограниченной выделенной площади для размещения солнечных коллекторов установлено, что при компоновке гелиополя по методике с допустимостью затенения, площадь занимаемого земельного участка сокращается в 1,7 раза (до 912 м2) относительно базового варианта без ограничения площади производительности - 9,5%, сопоставимой с погрешностью при обработке данных интенсивности солнечной радиации.

оптимальной компоновки гелиополя по разработанной методике проводилась по методу приведенных затрат в сравнении с вариантом №3 (компоновка СК по общепринятой методике проектирования, без затенения), исходные данные представлены в табл. 2.

Таблица 2. Исходные данные для технико-экономического сравнения двух вариантов компоновки гелиополя на 300 СК.

Площадь занимаемого земельного участка, м Стоимость строительства, тыс. руб.

Годовая выработка тепловой энергии, МВт ч Стоимость замещаемой тепловой энергии, руб/кВт ч Удельная стоимость руб/кВт ч Результаты технико-экономической оценки варианта компоновки гелиополя с применением методики компоновки СК в условиях ограниченной площади приведены в табл. 3.

Таблица 3. Результаты технико-экономической оценки применения варианта компоновки гелиополя с применением методики компоновки СК в условиях ограниченной площади.

Эксплуатационные затраты, руб/год Стоимость выработанной тепловой энергии, руб/год Удельные капитальные затраты, руб/кВт Годовой экономический эффект, руб В сравнении с вариантом, рассчитанным по общепринятой методике, исключающей затенение, годовой экономический эффект от варианта с капитальных вложений и текущих затрат составляет 342 271 руб, величина удельных капитальных затрат на единицу установленной мощности руб/кВт. Срок окупаемости 8,5лет.

В практике проектирования гелиоустановок установленную мощность тепловых дублеров определяют из условия обеспечения 100% расчетной мощности объекта потребления. В то же время при работе гелиоустановки даже в пасмурную погоду имеется минимальное значение мощности, соответствующее интенсивности рассеянной солнечной радиации.

Установлено также, что при расчете интенсивности рассеянной солнечной радиации следует учитывать ее вероятностный характер. На рис. 7 и в табл. представлено сравнение минимальных экспериментальных значений солнечной минимальных значений интенсивности суммарной солнечной радиации от справочных для круглогодичных гелиоустановок составляют от 6,9% в октябре до 28,9% в феврале, а для сезонных установок аналогичные отклонения составляют от 7,5% в сентябре до 23,3% в апреле. С учетом изложенного где, PТ. Д - установленная тепловая мощность дублера гелиоустановки, кВт; П обеспечения 100% расчетной мощности объекта потребления; J P - расчетное значение интенсивности рассеянной солнечной радиации, кВт; – КПД гелиоустановки, KB – поправочный коэффициент, учитывающий отклонения значений солнечной радиации от справочных.

интенсивности солнечной радиации на примере Краснодарского края и сопоставления их со значениями климатологического справочника, анализа практики проектирования гелиоустановок предложена аналитическая зависимость для определения установленной мощности теплового дублера гелиоустановки, которая позволяет в частности для сезонных установок снизить установленную мощность тепловых дублеров на 30-54%.

солнечной радиации со справочными данными для г.Краснодара Суммарная солнечная радиация

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

МЕСЯЦЫ ГОДА

Рис. 7. Изменение среднемесячной суммарной солнечной радиации в г.Краснодаре В четвертой главе «Особенности проектирования систем солнечного теплоснабжения» представлена методика оценки экономической окупаемости гелиоустановок, а также результаты практической реализации результатов исследований, изложенных в главе 3. Срок окупаемости гелиоустановок на стадии проектирования предложено определять по формуле:

где T - срок экономической окупаемости (лет), KГ - удельная стоимость гелиоустановки, руб/м2; Sp - суммарная интенсивность солнечной радиации в плоскости солнечных коллекторов в течении года, кВтч/год; Г- коэффициент полезного действия гелиоустановки; СТ - стоимость замещаемой тепловой энергии, (тариф), руб/кВт.ч. На основе формулы 9 на рис. 8 представлен график для предварительного определения сроков окупаемости гелиоустановки, с нанесенными на него примерами определения расчетных сроков окупаемости нескольких вариантов с различными параметрами.

Аналитическая зависимость 9 и график на рис. 8 позволяют также выполнить анализ влияния основных параметров на срок окупаемости.

Рис. 8. График окупаемости гелиоустановок Под руководством автора разработана проектная документация, в которой применены результаты исследований главы 3, осуществлено строительство и наладочные работы системы солнечного теплоснабжения в г. Усть-Лабинске Краснодарского края площадью 600 м2. В результате анализа технических и стоимостных характеристик обосновано применение солнечных коллекторов фирмы WOLF (Германия). В условиях ограниченной площади гелиополя обоснована однорядная компоновка солнечных коллекторов под углом 450 к горизонту (300 шт). На основании анализа режимов эксплуатации отечественных и зарубежных гелиоустановок автором разработана трехконтурная система (рис.

теплоносителем котельной, а также возможность работы в реверсивном режиме со сбросом в летнее время избыточного тепла в котельную.

1 – солнечные коллекторы; 4 – мембранный бак;

Рис. 9. Принципиальная схема гелиоустановки ЦРБ в г.Усть-Лабинске Автором разработаны алгоритмы автоматического регулирования, на основании которых построена система автоматического управления гелиоустановкой. Стоимость строительства данной системы солнечного теплоснабжения на 20% ниже аналогов.

Для повышения эффективности котельных малой мощности автором разработана типовая схема их модернизации, при которой в летнее время нагрузка горячего водоснабжения взамен топливных котлов обеспечивается автоматизированной гелиоустановкой с пиковым электрокотлом, мощность которого существенно ниже аналогов (рис. 10).

При разработке данной схемы автором принято решение по разделению контуров циркуляции солнечных коллекторов и пиковых электрокотлов, что на 10% повысило эффективность работы.

Данные решения реализованы автором при строительстве четырех солнечно-топливных котельных в Краснодарском крае. Мощность пиковых электрокотлов при этом снижена на 30-54%, что вместе с более эффективной тепловой схемой позволило снизить стоимость систем солнечного теплоснабжения на 10-15%.

1 – солнечные коллекторы; 4 – электрокотел;

2 – бак-аккумулятор №1; 5 – насос электрокотла;

3 – бак-аккумулятор №2; 6 – насос горячего водоснабжения;

Рис. 10. Принципиальная схема гелиоустановки солнечно-топливной В результате анализа условий эксплуатации гелиоустановок в районе г.

Сочи с участием автора разработана и внедрена одноконтурная гелиоустановка солнечно-топливной котельной (топливо - уголь) в пос. Солоники (Сочи) Краснодарского края площадью 240 м2 (рис. 11). Солнечные коллекторы (300 шт) размещены на навесе над зданием котельной под углом 300 к горизонту.

Компоновка коллекторов – трехрядная, оптимизирована по блокам циркуляции. В результате эксплуатации данной установки годовая экономия угля достигла 22,6т (2006г). Стоимость строительства данной гелиоустановки на 15% ниже аналогов.

С участием автора выполнены расчеты, осуществлено строительство двухконтурной круглогодичной солнечно-топливной котельной площадью гелиополя 200 м2 в станице Старовеличковской Краснодарского края (рис. 12).

Реализация данного проекта позволила удешевить стоимость вырабатываемой тепловой энергии на 25%. Автором разработана система автоматического регулирования гелиоустановки.

1 – солнечные коллекторы 5 – датчик расхода 4 – пиковый подогреватель 8 – насос гелиоконтура Рис. 11. Принципиальная схема гелиоустановки солнечно-топливной 1 – солнечные коллекторы 6 – насос циркуляционный 4 – теплообменник гелиоконтура 9 – тепловычислитель Рис. 12. Принципиальная схема двухконтурной солнечно-топливной Основные выводы На основании проведенных исследований можно сформулировать основные результаты:

1. Для южного (Краснодарский край) и северного (Якутия) регионов России получены достоверные значения интенсивности суммарной солнечной радиации для проектирования систем солнечного теплоснабжения.

2. Разработана методика компоновки солнечных коллекторов в условиях ограниченной площади гелиополя. В результате исследований вариантов компоновки солнечных коллекторов в условиях ограниченной площади гелиополя установлено, что расстояние между рядами коллекторов целесообразно определять из условий затенения при допустимом по экономическим соображениям снижении расчетной годовой теплопроизводительности гелиоустановки. Таким образом, удалось достигнуть максимальной тепловой производительности гелиоустановки при минимальной занимаемой площади участка размещения солнечных коллекторов. Разработанная методика внедрена при проектировании одной из самых крупных в России гелиоустановок в г. Усть-Лабинске, площадью солнечных коллекторов 600 м2 и позволила снизить её стоимость на 20%.

3. Разработана методика определения минимальной тепловой мощности дублеров гелиоустановок, позволяющая минимизировать установленную следствие, капитальные затраты на сооружение гелиоустановки. При определении тепловой мощности дублеров гелиоустановок установлено, что следует учитывать минимальную мощность гелиоустановок, определяемую рассеянной солнечной радиацией с учетом отклонений расчетных значений от справочных для данного региона. Данная методика использована при проектировании четырех солнечно-топливных котельных в Краснодарском крае, что позволило снизить установленную тепловую мощность их дублеров на 30-54%.

4. На основании исследования 120 солнечных систем теплоснабжения в Краснодарском крае разработана методика оценки экономической окупаемости гелиоустановок, которая позволяет на предпроектной стадии целесообразности его внедрения, а также выполнить анализ влияния основных факторов: удельной стоимости гелиоустановки, суммарной интенсивности солнечной радиации в плоскости коллекторов в течение года, КПД солнечных коллекторов, стоимости замещаемой тепловой энергии.

5. С использованием предложенных методик разработана проектная документация типовой солнечно-топливной котельной малой мощности с электрическими котлами в качестве тепловых дублеров, на основании которой построены 4 гелиоустановки котельных в Краснодарском крае, эксплуатационные расходы которых снижены на 12%.

6. С использованием предложенных методик разработан и внедрен проект одноконтурной солнечно-топливной котельной в пос. Солоники (Сочи) Краснодарского края, стоимость реализации которого на 15% меньше аналогов.

7. Выполнены расчеты, разработана документация, осуществлено строительство, наладочные работы двухконтурной солнечно-топливной котельной в станице Старовеличковской Краснодарского края. Реализация данного проекта с применением предложенных методик позволила удешевить стоимость выработанной тепловой энергии на 25%.

Основные публикации по теме диссертационной работы:

Публикации в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК 1. Бутузов В.В. Расчетные значения интенсивности солнечной радиации для проектирования гелиоустановок. // Альтернативная энергетика и экология.

2009. №11. – с. 75-80.

2. Бутузов В.А. Разработка и испытания солнечно-топливной котельной / Брянцева Е.В., Потапова Е.А., Бутузов В.В. // Промышленная энергетика. – 2005. №7. – с.44-45.

3. Бутузов В.А. Комбинированное теплоснабжение объектов с использованием солнечной энергии / Брянцева Е.В., Бутузов В.В.// Промышленная энергетика – 2006. №12. – с.39-41.

4. Бутузов В.А. Определение мощности пиковых котлов при проектировании гелиоустановок / Брянцева Е.В., Бутузов В.В. // Промышленная энергетика.

– 2007. №10. – с. 47-49.

5. Бутузов В.А. Гелиоустановка горячего водоснабжения котельной с двойным контуром / Брянцева Е.В., Бутузов В.В. // Промышленная энергетика. – 2008. №4. – с.43-44.

6. Бутузов В.А. Гелиоустановка угольной котельной / Брянцева Е.В., Бутузов В.В. // Промышленная энергетика. 2009. №1. – с.51-53.

7. Бутузов В.А. Автоматизация солнечных тепловых установок / Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. // Альтернативная энергетика и экология.

№12(80). 2009. – с. 15-18.

8. Бутузов В.А. Гелиоустановки Краснодарского края / Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. // Промышленная энергетика. 2011. №7. С. 45-47.

9. Бутузов В.А. Формирование рынка гелиоустановок: основные факторы экономической окупаемости / Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. // Альтернативная энергетика и экология. 2012. №11-12. С. 16-19.

10.Бутузов В.А. Энергетический потенциал солнечной радиации и экономическая целесообразность применения гелиоустановок в Краснодарском крае и Якутии / Амерханов Р.А., Бутузов В.В., Томаров Г.В.

// Тр. Куб. гос. Аграрного университета., 2008, №1. – С. 26-34.

11. Бутузов В.А. Перспективы развития возобновляемой энергетики при использовании комплектных гелиоустановок малой мощности / Амерханов Р.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. // Труды КубГАУ. №3(24). С. 49- Публикации в других изданиях:

12.Бутузов В.В. Внедрение солнечно-топливных котельных в Краснодарском крае / Амерханов Р.А. // тез. Докл. Научно-практ. Конф «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» Краснодар, 14-16 ноября г. КубГАУ. С.

13. Butuzov V.A. Study and Construction of Geothermal system of Heat Supply of Domestic Buildings and Greenhouses with the use of Solar Energy and Heat pumps / Amerkhanov R.A., Tomarov G.V., Bryantceva E.V., Butuzov V.V. // Proceedings World Geothermal Congress, 2010, Bali, Indonesia, 25-29 April, 2010.

14. Бутузов В.А. Развитие гелиоустановок. Опыт Краснодарского края / Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. // Энергосбережение. 2011. №1. С.

74-77.

15. Бутузов В.А. Проектирование и строительство гелиоустановки большой мощности / Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. // Энергосбережение.

2012. №3. С. 69-73.

16.Пат. №62689 РФ, Заявка №2006138169 Поплавковая система установки солнечного горячего водоснабжения без постоянной подпитки водой / Бутузов В.В., Лычагин А.А. //2006г.

Подписано в печать 07.10.2013г. Формат 60х84 1/ Тираж 100 экз.