// Журнал «Промышленная Энергетика», 2011 - № 7, стр. 45-47

Гелиоустановки Краснодарского края

Бутузов В. А., доктор техн. наук ОАО "Южгеотепло", г. Краснодар

Брянцева Е. В., Бутузов В. В., Гнатюк И. С., инженеры ООО "Энерготехнологии", г. Краснодар

    Рассмотрены этапы развития гелиотехники в Краснодарском крае за последние 30 лет. Дан анализ применения гелиоустановок с различными солнечными коллекторами разных производителей и приведены их технико-экономические показатели.

         Краснодарский край - один из трех регионов России, где последние 30 лет разрабатывают и монтируют гелиоустановки [1]. Здесь построено 102 гелиоустановки общей площадью 5000 м². Более 50 % из них обеспечивают горячее водоснабжение (ГВС) пансионатов и баз отдыха.

На первом этапе развития гелиотехники в 1982-1992 гг. в регионе применяли солнечные коллекторы (СК) со стальными абсорберами Братского завода отопительного оборудования фирмы "Спецгелиотепломонтаж" (Тбилиси) и с алюминиевыми абсорберами заводов института "КиевЗНИИ-ЭПИО", Всесоюзного института легких сплавов, Бакинского предприятия по обработке цветных сплавов. Научные и методические основы создания гелиоустановок разрабатывала Краснодарская лаборатория энергосбережения и нетрадиционных источников энергии Академии коммунального хозяйства (Москва). По результатам изучения интенсивности солнечной радиации региона, теплопроизводительности гелиоустановок, стоимости их сооружения и фактической стоимости замещения ими органического топлива был сделан вывод о целесообразности применения гелиоустановок преимущественно для ГВС. Проектирование и монтаж установок выполняло в основном объединение "Кубаньтеплокоммунэнерго" (Краснодар).    Строили главным образом одноконтурные гелиоустановки площадью от 50 до 300 м², а также двухконтурные солнечно-топливные котельные. На рис. 1 представлена одна из первых гелиоустановок Краснодарского края, построенная в 1989 г. и работающая до настоящего времени. Общая площадь СК (производства фирмы "Спецгелиотепломонтаж") - 300 м². Удельная сметная стоимость - 117 долл/м² (при курсе 1 долл. США - 30 руб.). Структура сметной стоимости этой установки, %: солнечные коллекторы - 43,6, металлоконструкции и трубопроводы - 26,9, баки - 26,2, прочее - 3,3. Срок окупаемости гелиоустановки составлял 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 Тимашевске площадью 326 м² с СК Братского завода удельная сметная стоимость составила76,1 долл/м² (при том же курсе). Структура сметной стоимости, %: солнечные коллекторы - 61,7, металлоконструкции и трубопроводы - 34,3, прочее - 4,0. Расчетный срок окупаемости - 2,8 года при фактическом сроке эксплуатации 20 лет.

Таким образом, на данном этапе для регионального развития гелиотехники были характерны большой выбор конструкций СК, а также наличие нормативной документации (справочники по климату, ВСН 52-86 "Установки горячего водоснабжения"); типовых проектов гелиоустановок московских и киевских проектных организаций; специализированных монтажных организаций (фирма "Спецгелиотепломонтаж"); краевой программы развития возобновляемых источников энергии. Основные технические и экономические решения тогда существенно не отличались от зарубежных.

Рис. 1

На втором этапе развития гелиотехники в Краснодарском крае (1993 - 2005 гг.) в основном применяли СК с абсорберами из цветных металлов: Ковровского механического завода (КМЗ) - из латуни, НПО "Машиностроение" (Реутово, Московская обл.) - из алюминия и нержавеющей стали, фирмы "Конкурент" (Жуковский, Московская обл.) - из нержавеющей стали. 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. Разработку, проектирование и монтаж гелиоустановок выполняли специалисты Южно-русской энергетической компании (Краснодар) и фирмы "Энерготехнологии" (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 гелиоустановок ГВС расчетной дневной производительностью 0,2 м³, 1, 2, 3, 4, 6, 10 м³. При этом построены гелиоустановки с естественной циркуляцией производительностью 6 м³ в день и более. На рис. 2 представлена такая гелиоустановка, размещенная в Новороссийске.

Рис. 2

В результате анализа технических и экономических показателей 10 гелиоустановок с СК КМЗ, построенных в 1999 - 2000 гг., установлено следую¬щее. Площадь каждой гелиоустановки - 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 СтЗ с различными покрытиями. Теплоизоляция баков - стекловата, покровный слой - оцинкованная сталь. Схемы гелиоустановок - одноконтурные, циркуляция воды через СК - термосифонная или насосная. Режим работы - сезонный. Средняя удельная сметная стоимость гелиоустановок - 160 долл/м² (при курсе в 2000 г. 1 долл. США - 28 руб.). Структура сметной стоимости гелиоустановок, %: солнечные коллекторы - 55, металлоконструкции и трубопроводы - 21, баки-аккумуляторы - 20, прочее - 4. При анализе показателей общая стоимость гелиоустановок распределена на следующие составляющие: стоимость СК, учитывающая как собственно их стоимость, так и затраты на монтаж; стоимость металлоконструкций и трубопроводов, включая стоимость материалов, вспомогательного оборудования, арматуры, теплоизоляции и их монтаж; стоимость бакааккумулятора с его монтажом и теплоизоляцией; прочие расходы - проектирование и наладка. Срок окупаемости таких гелиоустановок - 7 лет.

Сегодня применяют СК зарубежного производства с медными абсорберами германского, словацкого, израильского и турецкого производства. Проектирование и монтаж гелиоустановок выполняются в основном специалистами ООО "Энерготехнологии" и 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. 3

В городе Усть-Лабинске, в 60 км от Краснодара, строится круглогодичная гелиоустановка для больницы с применением 300 СК фирмы "Wolf" (Германия) общей площадью 600 м². СК имеют медный листотрубный абсорбер, штампованный алюминиевый корпус, градостойкое стекло. Коллекторы размещены на опорных металлоконструкциях в наземном варианте. Ориентация - южная, угол наклона к горизонту - 45° (рис. 3). Расстояние между блоками СК оптимизировано по условиям затенения. Установлено, что для условий Краснодарского края этого расстояния достаточно как для круглогодичных, так и 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. 4

На рис. 4 приведена принципиальная схема гелиоустановки (1 - солнечные коллекторы; 2 - насосы; 3 - теплообменники; 4 - мембранный бак; 5 - буферный бак). СК смонтированы блоками по 10 шт., каждый из которых оборудован регулирующим клапаном. В гелиоконтуре применяется незамерзающий теплоноситель ANRO, поставленный фирмой "Wolf". Схема гелиоустановки - трехконтурная. Во втором контуре установлен буферный бак. Его вместимость (20 м3) определена из условий аккумулирования избыточной теплоты при превышении производительности гелиоустановки над водоразбором ГВС. В третьем контуре водопроводная вода нагревается теплотой 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. руб. Структура стоимости, %: солнечные коллекторы - 56, оборудование, трубопроводы, материалы - 25, буферный бак - 5, проектирование - 9, прочее - 5. Расчетный срок окупаемости - 10 лет.

Анализ российского рынка гелиоустановок показал, что его существенный рост 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. чел. ежегодно число отдыхающих превышает 10 млн. чел. Рынок гелиоустановок этого региона оценивается в 5 млн. м².

Для освоения таких 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 "Машиностроение" неперспективна для массового производства. На основе анализа известных конструкций ведущих мировых производителей СК (плоских, вакуумных трубчатых, пластиковых) нами сделан вывод о целесообразности производства плоских СК. Их основные конструктивные характеристики уже определены.

Список литературы

1. Бутузов В. А. Солнечное теплоснабжение в России: состояние дел и региональные особенности. - Промышленная энергетика, 2009, № 9.

2. Амерханов Р. А., Бутузов В. А., Гарькавый К. А. Вопросы теории и инновационных решений при использовании гелиоэнергетических систем. - М.: Энергоатомиздат, 2009.

3. Бутузов В. А. Расчет интенсивности солнечной радиации для проектирования систем солнечного горячего водоснабжения. - Промышленная энергети-ка, 2003, №9.