ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ В РОССИИ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

OLARENERGY

Наземные солнечные станции

Ground solar stations

УДК 621.472(470)

ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ В РОССИИ

В. А. Бутузов, В. X. Шетов*

ОАО «Южгеотепло» ул. Красная, 155/1, г. Краснодар, Россия, Тел.: (861) 2156709, e-mail: butuzov@newmail.ru ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» Администрации Краснодарского края

ул. Гаражная, 81, г. Краснодар, Россия Тел.: (861) 2154040, e-mail: kubancentr@mail.ru

Сведения об авторе: доктор технических наук по специальности 05.14.08 «Энергоустановки на основе возобновляемых видов энергии»; профессор кафедры «Энергетика и возобновляемые источники энергии» Кубанского государственного аграрного университета. Профессиональный опыт — 36 лет: на производстве (теплоэнергетика) от мастера до заместителя главного инженера краевого объединения; на проектировании: от инженера до начальника проект-но-конструкторского бюро. Образование: инженер-теплоэнергетик. Область научных интересов: гелиоэнергетические установки, солнечные коллекторы, геотермальная энергетика, комплексное использование возобновляемых источников энергии. Публикации: 146 научных работ.

Бутузов Виталий Анатольевич

Сведения об авторе: доктор экономических наук; директор ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий». Профессиональный опыт — 23 года.

Образование: инженер-строитель.

Область научных интересов: экономика энергетики, геотермальная энергетика, гелиоэнергетические установки, комплексное использование возобновляемых источников энергии.

Шетов Владимир Хачимович

Состояние и тенденции развития

Альтернативная энергетика на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) развивается стремительными темпами. Так, в энергобалансе Евросоюза ВИЭ формируют 7 %, а к 2020 г. их доля возрастет до 20 %. Из всех ВИЭ в наибольших масштабах используется солнечная энергия. Общая площадь гелиоэнергетичес-ких установок в мире превышает 120 млн. м2, большая часть которых построена в Китае (60%) и в Европе (15%).

В России по ряду причин гелиоустановки не получили широкого применения. В настоящее время работает не более 15 тыс. м2 гелиоус-

тановок [1], что на порядок меньше, чем было в Советском союзе в 1990 г. (150 тыс. м2).

В основе развития советской гелиоэнерге-тики — государственное плановое управление и комплексный подход от научных исследований до широкомасштабного строительства [2]. Нормативно-информационная база СССР включала ГОСТ на солнечные коллекторы [3], нормы проектирования гелиоустановок [4], методические указания по расчету и проектированию систем солнечного теплоснабжения [5].

В справочнике [6] были представлены данные солнечной радиации на всей территории страны. Результаты научных исследований, опыт

Статья поступила в редакцию 28.01.2008 г. Ред. per. № 247. The article has entered in publishing office 28.01.2008. Ed. reg. No. 247.

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10(54) 2007 ^^

© 2007 Научно-технический центр «TATA» -J /

проектирования и строительства гелиоустановок анализировались на страницах общесоюзного журнала «Гелиотехника» (Ташкент). Ежегодно проводились научные, научно-практические конференции, издавались десятки книг отечественных и зарубежных авторов. Научными исследованиями по гелиоэнергетике занимались в основном Энергетический институт им. Г. М. Кржижановского (ЭНИН, Москва), Институт Высоких температур АН СССР (ИВТАН, Москва), институты Академий наук Узбекской и Туркменской республик. Ведущими организациями по проектированию гелиоустановок был Киевский зональный НИИ экспериментального проектирования (КиевЗНИИЭП), институты «ТашЗНИИЭП»(Ташкент) и «ТбилЗНИИЭП» (Тбилиси), которыми разработаны 35 типовых проектов гелиоустановок и солнечно-топливных котельных различной производительности. Для проектировщиков были доступны несколько программ расчета гелиоустановок. Разработкой конструкций солнечных коллекторов (СК) занимались в основном институты ЭНИН, КиевЗНИИЭП, производственное объединение (ПО) «Спецгелиотеп-ломонтаж» (г. Тбилиси). Стенды для испытаний СК с имитаторами солнечного излучения работали в институтах ЭНИН, ИВТАН (филиал в Махачкале), КиевЗНИИЭП. Полигон для натурных испытаний имело ПО «Спецгелиотепло-монтаж». Производственные мощности СССР по выпуску СК составляли в 1990 г. 90 тыс. м2. Основными серийными производителями были Братский завод отопительного оборудования и ПО «Спецгелиотепломонтаж». СК этих заводов соответствовали ГОСТу [3] и по ряду показателей, например гальваническому покрытию «черный хром» превосходили зарубежные аналоги [7].

В целом уровень развития гелиоэнергетики СССР соответствовал мировому уровню, а по ряду направлений (селективные покрытия СК) и превосходили его.

Развитие гелиоэнергетики в России характеризуется отсутствием государственного управления и стимулирования. В 1995 г. министерством топлива и энергетики утверждена Концепция развития малой и нетрадиционной энергетики [8], в том числе и гелиоэнергетики. Данная концепция оказалась невостребованной на федеральном и региональном уровнях. Известен проект Российской программы развития возобновляемой энергетики. Приняты государственные стандарты на конструкции и испытания СК [9, 10].

Малое количество сооружаемых в России гелиоустановок объясняется также экономическими причинами. Низкая стоимость органического топлива (в 2,5 раза ниже, чем в странах Евросоюза) с одной стороны и высокая стоимость материалов (сопоставимая с европейской) при-

водит к высоким срокам окупаемости гелиоустановок (более 7 лет) [11].

С учетом изложенного, основная работа по развитию гелиоэнергетики ведется в регионах, в основном в Краснодарском крае и в республике Бурятия.

Региональный опыт

В Краснодарском крае в последние годы построено 102 гелиоустановки с общим количеством солнечных коллекторов 5000 м2. На рисунке 1 представлена структура этих гелиоустановок. Наибольшее их количество построено для пансионатов и санаториев (63 шт.) общей площадью 2550 м2.

На рис. 2 приведена гелиоустановка площадью 260 м2, построенная в 1989 г. в Краснодаре и эксплуатируемая до настоящего времени [12].

На рис. 3 представлена солнечно-топливная котельная в Анапе с площадью СК 310 м2 [13].

В основе развития гелиоустановок в данном регионе — закон об использовании ВИЭ в Краснодарском крае. Законодательным собранием региона принята программа развития ВИЭ на 2006-2010 годы, предусматривающая в том числе строительство гелиоустановок с объемом финансирования 33 млн. руб. Администрацией

Пречнг у<71?нп#1ч

ЖаМ ■т.ч 1

HiftHHUIMl М IHl'tip>W И1111Ч

Рис. 1. Структура гелиоустановок

Fig. 1. The structure of hot water solar systems in Krasnodar region on consumer

Рис. 2. Советская Кубань

Fig. 2. The hot water solar system of publishers "The Soviet Kuban", Krasnodar

38

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10(54) 2007

© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»

I I

В. А. Бутузов, В. Х. Шетов Гелиоэнергетические установки в России

МЙЕ! !■!!!: ШШШ

Рис. 3. Анапа СТК

Fig. 3. The hot water solar system of boiler, Krasnodar region, Anapa

Краснодарского края работа по разработке и сооружению гелиоустановок поручена ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий», (ЦЭ и НТ), которым создан холдинг научных, проектных, производственных предприятий

Под руководством ЦЭ и НТ разработана и утверждена Концепция развития солнечного теплоснабжения. В Кубанском государственном аграрном университете организована подготовка специалистов, в том числе аспирантов по использованию ВИЭ, ведется научная работа по гелиоэнергетике [14]. Ежегодно проводятся научно-практические конференции с участием ведущих специалистов. На сайте www.geleo.boom.ru обобщен опыт разработки и сооружения гелиоустановок.

В основе проектирования гелиоустановок -достоверные значения солнечной радиации. На основании обработки 15-летних наблюдений метеостанций региона, сопоставления с данными справочника [6] со спутниковыми значениями для всех городов края получены достоверные значения интенсивности прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации на горизонтальную плоскость [15]. На рис. 4 приведены значения суммарной солнечной радиации региона.

На основании анализа стоимостных показателей 102 гелиоустановок на рисунке 5 приведена структура затрат.

Половину сметной стоимости гелиоустановок составляют затраты на приобретение и монтаж солнечных коллекторов. Сопоставление структур стоимости российских гелиоустановок с германскими [16] (рис. 6) подтверждает значимость затрат на солнечные коллекторы.

Краснодарскими специалистами совместно ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» с Ковровским механическим заводом разработана конструкция СК, имеющая оптимальное соотношение стоимости и энергетических характеристик. С применением данных СК построена большая часть гелиоустановок в Краснодарском крае.

Рис. 4. Солнечная радиация

Fig. 4. The diagramm of solar radiation on Krasnodar region territory

На основе анализа соотношений интенсивности суммарной солнечной радиации и тепловых нагрузок объектов в течение года сделан вывод об экономической целесообразности при региональных ценах на замещаемое топливо (природный газ) строить на данном этапе только сезонные гелиоустановки для обеспечения горячего водоснабжения объектов в межотопительный период [17].

В республике Бурятия Центром энергоэффективных технологий (ЦЭФТ) (Улан-Удэ) построе-

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10(54) 2007 © 2007 Научно-технический центр «TATA»

ИДУ1*.

(ЭППЙСПОСы

3?r|i-aEE;u гпгдо

Рис. 5. Структура затрат при сооружении гелиоустановок в России

Fig. 5. The structure of the expenseses at building hot water solar systems in Russia

DTDJi-Ь': ь Уш. г: riL^Jll

. ■■ ■

шимлюры

EMU-iif-ftir-raii**

I У,

ММТ1К

ВПШСТфЩ

1CJH

Рис. 6. Структура затрат при сооружении гелиоустановок в Германии

Fig. 6. The structure of the expenseses at building hot water solar systems in Germany

но более 70 гелиоустановок с общей площадью СК 3600 м2. Все эти гелиоустановки смонтированы на основе СК, изготовленными ЦЭФТ на основе жидкостных медных листотрубных и полипропиленовых поглощающих панелей, а также воздушных солнечных коллекторов собственной конструкции. С учетом региональных особенностей строятся гелиоустановки для отопления и горячего водоснабжения объектов. СК изготавливаются на собственном заводе ЦЭФТ.

Перспективы развития гелиоустановок в России

Повышению роли государства в развитии гелиоэнергетики будут способствовать принятие закона об использовании ВИЭ (очередной проект закона готовится для новой Думы), разрабатываемая федеральная программа энергосбережения с разделом по использованию ВИЭ, а также реализация проекта «Энергетическая политика в области ВИЭ» в рамках энергетического сотрудничества Евросоюза и России. Данный проект рассчитан на два года (2007-2009 гг.). План работ на федеральном уровне включает анализ действующего законодательства, оценку системы ценообразования, административных и экономических барьеров, обобщение опыта стран ЕС, разработку проектов законов, инвестиционных предложений, проекта российской программы использования ВИЭ и её мониторинга. Для апробации мероприятий программы ТАСИС на региональном уровне выбраны Краснодарский край (гелио-энергетика, гидроэнергетика), Астраханская область (ветроэнергетика), Нижегородская область (энергия биомассы).

В Краснодарском крае планируется доработка регионального закона по использованию ВИЭ в части стимулирования потребителей к использованию солнечной энергии. В летнее время 200 МВт установленной мощности электростанций края используется на электронагрев, который может быть заменен гелиоустановками. При этом потребуется строительство гелиоустановок общей площадью 100 тыс. м2.

Для реализации краевой программы солнечной энергетики ГУ «Центр энергосбережения и новых технологий» планируется в составе холдинга научных, проектных, строительных организаций, также строительство завода по выпуску солнечных коллекторов.

Актуальной задачей для российской гелио-энергетики является по существу воссоздание нормативно-информационной базы. Государственные стандарты на конструкции и испытания СК [9, 10] устарели, не соответствуют современным требованиям, например, европейским нормам EN 12975. Нормы проектирования гелиоустановок [4] необходимо кардинально переработать. В настоящее время требуется под-

держка издания книг по гелиотехнике отечественных и зарубежных авторов.

Данные справочника [6] по солнечной радиации 1990 г. издания устарели. Весь мир пользуется десятком электронных баз данных [15], а для России доступна только американская база данных NASA. Требуется большая работа по сопоставлению ее данных с материалами наблюдений российских метеостанций и представлению результатов в электронном виде.

В России по состоянию на 01.01.2008 г. солнечные коллекторы европейского уровня способно производить НПО «Машиностроение», (Реутово, Моск. обл.) [18]. В регионах вынуждены разворачивать собственные производства солнечных коллекторов.

Заключение

За последние 15 лет разрушена советская система развития гелиоэнергетики, обеспечивавшая СССР мировой уровень создаваемых гелио-энергетических установок.

Малое количество сооружаемых в России гелиоустановок объясняется полным отсутствием государственной поддержки, низкой стоимостью замещаемого органического топлива, дороговизной материалов для изготовления солнечных коллекторов.

Гелиоустановки строятся в России в двух регионах: в Краснодарском крае и в Республике Бурятия. В Краснодарском крае построено 102 гелиоустановки общей площадью 5000 м2, В Бурятии соответственно 70 установок площадью 3000 м2. При этом в Краснодарском крае принят закон об использовании ВИЭ, программа развития гелиоэнергетики, определены источники финансирования, организована подготовка специалистов, создана структура по внедрению гелиоустановок, разработаны база данных по солнечной радиации.

Перспективы государственной поддержки гелиоэнергетики связаны с проектом федеральной программы по энергосбережению и уже реализуемой программы ТАСИС по использованию ВИЭ. Для совершенствования российской нормативно-информационной базы в первую очередь необходимо разработать систему государственных стандартов, в том числе и с доработкой существующих, ввести в действие новые нормы проектирования гелиоустановок, обеспечить специалистов информационными материалами.

Необходимо разработать электронную базу данных солнечной радиации для всей территории России, организовать производство солнечных коллекторов европейского уровня, построить стенды для испытания СК и гелиоустановок. Основные направления развития гелиоустановок исследованы в работе [19].

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 10(54) 2007

© 2007 Scientific Technical Centre «TATA»

В. А. Бутузов, В. X. Шетов Гелиоэнергетические установки в России

Список литературы

1. Шетов В. X., Бутузов В. А. Перспективы солнечного теплоснабжения // Энергосбережение. 2006. № 7.

2. Бутузов В. А. Проектирование систем солнечного горячего водоснабжения. Анализ российского опыта и нормативных документов // Промышленная энергетика. 2003. № 1.

3. ГОСТ 28310-89. Коллекторы солнечные. Общие технические условия. М.: Госстандарт, 1989.

4. ВСН 52-86. Нормы проектирования. Установки солнечного горячего водоснабжения. М.: Госгражданстрой СССР. 1987.

5. РД 34.20.115-90. Методические указания по расчету и проектированию систем солнечного теплоснабжения. М.: Минэнерго СССР. 1990.

6. Научно-прикладной справочник по климату СССР. ч.3. Солнечная радиация. Вып. 13. ч. 1 Солнечная радиация и солнечное сияние. Л.: Гидрометеоиздат. 1990.

7. Бутузов В. А. Солнечные коллекторы в России и на Украине: конструкции и технические характеристики // Теплоэнергетика. 2003. №1.

8. Концепция развития и использования возможностей малой и нетрадиционной энергетики в энергетическом балансе России. Министерство топлива и энергетики РФ. М.: 1994.

9. ГОСТ Р 51595-2000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Общие технические условия. М.: Госстандарт, 2000.

10. ГОСТ Р 51596-2000. Нетрадиционная энергетика. Солнечная энергетика. Коллекторы солнечные. Методы испытаний. М.: Госстандарт, 2000.

11. Шетов В. X., Бутузов В. А. Перспективы использования гелиоустановок для теплоснабжения / Труды Кубанского государственного аграрного университета. 2006. Вып. 3. Краснодар.

12. Бутузов В. А. Гелиоустановки горячего водоснабжения большой производительности // Промышленная энергетика. 2002. №9.

13. Бутузов В. А. Солнечно-топливная котельная в Анапе // Промышленная энергетика. 2004. №2.

14. Амерханов Р. А., Богдан А. В., Бутузов В. А. Перспективы развития энергетики Краснодарского края при использовании возобновляемых источников энергии // Энергосбережение и водоподготовка. 2005. № 3.

15. Бутузов В. А. Расчет интенсивности солнечной радиации для проектирования систем солнечного горячего водоснабжения // Промышленная энергетика. 2003. №9.

16. Remmers K.-H. Groвe Solaranlagen, Solarpraxis, Berlin, 2001.

17. Бутузов В. А. Анализ энергетических и экономических показателей гелиоустановок горячего водоснабжения // Промышленная энергетика. 2001. №10.

18. Бутузов В. А. Солнечные коллекторы на российском и украинских рынках // Гелиотехника. 2006. № 3.

19. Бутузов В. А. Повышение эффективности систем теплоснабжения на основе возобновляемых источников энергии. Диссертация доктора технических наук.: 05.14.08 - ЭНИН, Москва, 2004.

The 2008 International Symposium on Metal-Hydrogen Systems will be held in Reykjavik, Iceland from June 24 to June 28. MH2008 will provide a forum for international scientists to present and discuss new results and ideas concerning the fundamentals and applications of hydrogen interactions with metals and other materials. This symposium should help further the progress of hydrogen-based science and thus aid in future worldwide technological advances concerning energy and the environment. Symposium Topics: F1. Surface and interface effects F2. Catalysis and reaction kinetics F3. Diffusion, tunneling, trapping and transport F4. Crystal structures, Hydrogen induced transformations F5. Thermodynamics, phase diagrams F6. Electric, optical, and magnetic properties F7. Novel materials-design, prediction and synthesis M1. Hydrogen storage and properties of bulk-like hydrides M2. Hydrogen storage and properties of amorphous and composite materials

M3. Hydrogen storage and properties of nanostructures, nanocomposites and porous materials

A1. Electro-chemical (batteries, fuel cells) applications A2. Optical, electric and magnetic applications A3. Separation and membrane materials A4. Hydrogen processing of materials

Deadlines

Abstract Submission is available from 15th of November, 2007 The deadline for abstract submission is 10th of February, 2008 Conference Registration and payment will be available from 29th of February, 2008

Reduced Fees for Registration will be available through 15 th of April, 2008

Conference Registration

Conference Registration and payment will be available from 15th of February.

Conference Fee

Early Registration (until 15th April) 300 • Late Registration (after 15th of April) 350 •

http://erik.raunvis.hi.is/mh2008/

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 10(54) 2007 © 2007 Научно-технический центр «TATA»