СОЛНЕЧНОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ: СОСТОЯНИЕ ДЕЛ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
В.А. Бутузов,
канд. техн. наук, директор ЗАО «Южно-русская энергетическая компания»
Новая концепция развития теплоэнергетики России предусматривает увеличение масштабов строительства котельных малой мощности, децентрализованного теплоснабжения. При этом в южных регионах использование солнечной энергии для горячего водоснабжения позволяет замещать в межотопительный период от 50 до 100% органического топлива. Только в Краснодарском крае эксплуатируется 42 гелиоустановки, на которых установлено 3 400 м2 солнечных коллекторов. На фото представлена гелиоустановка горячего водоснабжения в г. Краснодаре производительностью 20 м3 в день, эксплуатируемая 12 лет. Сооружение гелиоустановок в небольших объемах продолжается в последние годы, на основе отечественного оборудования, в основном, в Краснодарском крае /1, 2/.
В силу известных обстоятельств за минувшие 10 лет распалась система развития солнечного теплоснабжения. В СССР в 1990 году эксплуатировались гелиоустановки общей площадью около 150 тыс. м2 солнечных коллекторов. В то же время в США функционировали гелиоустановки общей площадью 10 млн. м2, солнечные коллекторы для которых выпускались 80 фирмами.
В СССР солнечные коллекторы производились в Братске, Тбилиси, Торжке, Киеве, Баку, Коврове, Москве.
Большая часть солнечных коллекторов выпускалась Братским заводом отопительного оборудования и проектно-производственным объединением «Спецгелиомонтаж» в г. Тбилиси. Коллекторы имели штампосварные панели из черного металла, что обуславливало их малый срок службы. В США в то же время 90% коллекторов выпускались с теплопоглощающей панелью из меди.
Наиболее масштабные работы в СССР по практическому развитию солнечного теплоснабжения осуществлялись под руководством Нугзара Меладзе в объединении «Спецгелиомонтаж» в г. Тбилиси. Осуществлялся весь комплекс работ: научно-исследовательские, опытно-конструкторские, проектирование гелиоустановок, производство солнечных коллекторов, монтаж и обслуживание гелиоустановок. К 1990 году на 261 объекте в Грузии, Крыму, Краснодарском крае, Ростовской области были смонтированы гелиоустановки с общей площадью солнечных коллекторов собственного производства 46,4 тыс. м2, 85 индивидуальных гелиоустановок общей площадью 364 м2. Большинство этих гелиоустановок работает и в наши дни.
В СССР существовала нормативно-информационная база солнечного теплоснабжения.
При расчетах гелиоустановок интенсивность солнечной радиации принималась по Справочнику /З/, в котором были обобщены материалы многолетних исследований на всей территории страны.
В 1990 году был введен в действие ГОСТ на солнечные коллекторы /4/, который, однако, заводами-изготовителями, как правило, не выполнялся.
Нормы проектирования гелиоустановок горячего водоснабжения /5/, Рекомендации по проектированию разработаны Киевским институтом экспериментального проектирования и утверждены Госстроем СССР в 1987 году.
В альбоме проектных решений /7/ был обобщен опыт разработки отечественных гелиоустановок.
В СССР существовали ведущие научно-исследовательские, проектные, производственные организации, специализирующиеся на гелиотехнике, например, Институт высоких температур Академии наук СССР (Москва), Физико-технический институт Академии наук Узбекистана (г. Ташкент), НПО «Солнце» в Ашхабаде, Киевский научно-исследовательский институт экспериментального проектирования, Центральный научно-исследовательский институт экспериментального проектирования инженерного оборудования (Москва), объединение «Спецгелиомонтаж» (г. Тбилиси).
Апробация научных разработок, обобщение опыта разработки и эксплуатации сооружения гелиоустановок осуществлялось на страницах журнала «Гелиотехника», издаваемого Академией наук Узбекистана в г. Ташкенте.
В современных условиях со стабилизацией экономического положения растет интерес потребителей к сооружению гелиоустановок. Необходим анализ отечественного и зарубежного опыта разработки и эксплуатации гелиоустановок.
Экономическая целесообразность сооружения гелиоустановок определяется в основном интенсивностью солнечной радиации, стоимостью солнечных коллекторов и стоимостью замещаемой тепловой энергии.
Уровень солнечной радиации южных регионов России определяет экономическую целесообразность применения гелиоустановок преимущественно для горячего водоснабжения. Так, для г. Краснодара расчетная интенсивность суммарной солнечной радиации в июле составляет 670 МДж/м2, а в декабре только 80 МДж/м2.
В настоящее время разработкой и монтажом гелиоустановок в России занимается в основном “Южно-русская энергетическая компания”. Смонтировано 30 гелиоустановок, на которых установлено 1 000 шт солнечных коллекторов Ковровского механического завода. На фото 2 представлена одна из гелиоустановок на столовой пансионата «Лесная поляна» в г. Новороссийске производительностью 7 м3 в день.
Нормы проектирования /5/ были разработаны для гелиоустановок горячего водоснабжения малой производительностью, в настоящее время они устарели и практической значимости не имеют.
При проектировании гелиоустановок интенсивность солнечной радиации принимается по Справочнику /З/ с уточнением по известным методикам.
Рекомендации по проектированию /6/ и альбом технических решений /7/ также устарели.
Основные элементы гелиоустановок – солнечные коллекторы в России в настоящее время серийно изготавливаются Ковровским механическим заводом и фирмой «Конкурент» в г. Жуковский Московской области.
При этом отсутствие действующего государственного стандарта, регламентирующего технические требования к солнечным коллекторам, их характеристикам и методам испытаний, является одним из сдерживающих фактором освоения выпуска новых конструкций.
Ковровским заводом выпущено 2 000 солнечных коллекторов. Для данного завода характерно оптимальное для российского рынка соотношение цена–качество. Во всех модификациях коллектора теплопоглощающая панель выполнена из латунной трубки, что обеспечивает коррозионную стойкость, и имеются различные конструкции плавников (алюминиевые литые, стальные с обжимом и сваркой). Покрытие теплопоглощающей панели – селективная эмаль. Стекло – оконное толщиной 4 мм, корпус стальной. Теплоизоляция – пенополиуретан, воздушные полости из пергамина. Тыльная сторона теплоизоляции – стальной лист, пергамин на ДВП. Площадь коллектора 0,8–1,07 м2. Масса сухая 24–26 кг/м2, с водой 27–30 кг/м2. Рабочее давление 6 кгс/см2. Стоимость 70 долл. США/м2.
Солнечные коллекторы фирмы «Конкурент» имеют технические характеристики на уровне лучших зарубежных образцов. Теплопоглощающая панель штампосварная из нержавеющей стали. Селективное покрытие выполнено напылением в вакуумной камере. Теплоизоляция комбинированная: базальтовое волокно в алюминиевой фольге, пенополиуретан. Стекло упрочненное градостойкое с низким содержанием железа толщиной 3 мм, корпус и тыльная сторона коллектора выполнены из алюминиевых сплавов. Площадь коллектора 1 м2. Масса сухая 23,5 кг, с водой 24,75 кг. Рабочее давление 6 кгс/см2. стоимость 220 долл. США. Данный коллектор имеет малое сечение каналов теплопоглощающей панели и рассчитан для работы на антифризе.
В Украине солнечные коллекторы изготавливает предприятие «Южстальконструкция» (г. Симферополь), фирма «Соланж» (г. Киев), Крымский электротехнический завод (г. Севастополь).
Симферопольский завод выпускает солнечные коллекторы с теплопоглощающей панелью из алюминиевого профиля площадью 1,5 м2. Стекло оконное. Корпус из алюминиевого профиля. Теплоизоляция – пенополиуретан. Стоимость 100 долл. США/м2.
Севастопольский завод отдельными партиями изготавливает коллекторы с теплопоглощающей панелью из стальных труб, приваренных к стальному листу. Стекло оконное. Корпус стальной. Площадь коллектора 1,03 м2. Стоимость 100 долл. США/м2.
Киевская фирма предлагает две модели солнечных коллекторов. Модель КС–3 имеет листотрубную стальную теплопоглощающую панель. Площадь 1,5 м2. Масса сухая 41 кг, с водой 59 кг. Стоимость 50 долл. США/м2. Модель КСБ–400 имеет теплопоглощающую панель из латунных трубок с алюминиевым оребрением. Площадь 1,4 м2, масса сухая 28 кг, с водой 36 кг. Стоимость 125 долл. США/м2.
Из зарубежных конструкций оптимальное соотношение цена–качество имеют израильские коллекторы, которые можно разделить на три типа:
- наиболее качественные стоимостью свыше 150 долл. США/м2;
- средние по качеству стоимостью до 150 долл. США/м2;
- стандартного качества стоимостью до 100 долл. США/м2.
Наиболее качественные коллекторы имеют теплопоглощающую панель из медных труб и медного листа, способ соединения панели и труб – сварка. Покрытие – селективное. Стекло градостойкое, содержание железа 0,03%, толщина 3,2 мм. Корпус из оцинкованной стали с покрытием порошковым полиэстером или из анодированного алюминия. Теплоизоляция – пенополиуретан, стекловата.
Средние по качеству коллекторы имеют теплопоглощающую панель из медных труб и стального листа. Способ соединения – обжимом. Покрытие – селективное. Стекло градостойкое с низким содержанием железа толщиной 3,2 мм. Корпус из оцинкованной стали. Теплоизоляция – пенополиуретан.
Стандартные по качеству коллекторы имеют теплопоглощающую панель из оцинкованных стальных труб и листа. Способ соединения – обжимом. Покрытие – селективная эмаль. Стекло оконное 3 мм. Корпус из оцинкованной стали. Теплоизоляция – пенополиуретан.
Каковы перспективы развития солнечного теплоснабжения в России? Как известно, во всех развитых странах использование возобновляемых источников энергии стимулируется государственным дотированием, льготным кредитованием и прочее. Очевидно, в ближайшие годы такой государственной поддержки ожидать не приходится. Определяющим фактором будет только экономическая целесообразность. В самом общем случае срок окупаемости гелиоустановки определяется по формуле