CC BY
242
УДК 620.97 (075.8)
ББК 31.252
Н. Д. Шишкин, Р. А. Ильин
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ В АСТРАХАНСКОЙ ОБЛАСТИ
N. D. Shishkin, R. A. Ilyin
USE OF SOLAR ENERGY IN THE ASTRAKHAN REGION
Выполнена оценка технически реализуемых ресурсов солнечной энергии в Астраханской области. Приведены характеристики и технико-экономические параметры солнечных водонагревательных установок, используемых для горячего водоснабжения малоэтажных жилых зданий, фермерских хозяйств, спортивно-оздоровительных комплексов и туристических баз и в качестве приставок к котельным в Астраханской области. Обоснована перспектива использования солнечных батарей для электроснабжения жилых домов и фермерских хозяйств в Астраханской области. Приведены данные о строительстве солнечных электрических станций.
Ключевые слова: ресурсы солнечной энергии, гелиоколлектор, солнечная
водонагревательная установка, фотоэлектрический преобразователь, солнечная батарея, солнечная электростанция.
The estimation of technical potential of solar energy resources in the Astrakhan region is made.
The characteristics and the technical and economic parameters of solar water heating systems used for hot water supply of low-rise residential buildings, farms, sport complexes and tourist centers, and as set-top boxes to the boiler in the Astrakhan region are presented. The prospect of using solar panels to power homes and farms is justified. The data on the construction of solar power plants are given.
Key words: solar energy resources, solar collector, solar water heater, photovoltaic converter, solar panel, solar power plant.
Рост цен на топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) делает все более актуальным их экономию и использование альтернативных возобновляемых видов энергии, в частности солнечной энергии [1-3]. Наиболее эффективным представляется применение энергоустановок, использующих солнечную энергию для тепло- и электроснабжения автономных объектов. К таким объектам в Астраханской области следует отнести прежде всего малоэтажные жилые дома (ежегодно их строится более 100), крестьянские (фермерские) хозяйства по выращиванию крупного рогатого скота и овец (около 1 500), а также туристические гостиницы (турбазы) в количестве около 50, в том числе расположенные на реках в зданиях бывших пристаней.
Расчеты, выполненные в Лаборатории нетрадиционной энергетики Саратовского научного центра РАН при Астраханском государственном техническом университете (АГТУ), показывают, что технически реализуемые ресурсы солнечной энергии в Астраханской области составляют около 1,4 млрд. ГДж/год (48 млн т у. т./год), что практически в 5 раз превышает потребности Астраханской области в тепловой энергии и в 10 раз - в электроэнергии [4].
Для практического использования солнечной энергии могут быть применены на небольших объектах (в малоэтажных зданиях, фермерских хозяйствах и др.) солнечные водонагревательные установки (СВУ) термосифонного типа, на более крупных объектах (например, в многоэтажных зданиях) - СВУ c насосной циркуляцией [2, 3]. Оригинальные СВУ гравитационного типа с многоступенчатыми гелиоколлекторами из разнородных элементов могут применяться для теплоснабжения не только в малоэтажных зданиях совместно с газовыми и электрическими нагревателями, но и в многоэтажных зданиях совместно с блочными и крышными котельными, что позволяет сократить годовой расход газа на 40-60 % [3]. Гелиоустановки гравитационного типа с многоступенчатыми гелиоколлекторами имеют капитальные затраты в 1,4—1,6 ниже, чем традиционные СВУ циркуляционного типа.
Уже в ближайшие 5-10 лет наиболее широкое применение с учетом природноклиматических условий Астраханской области смогли бы найти СВУ для горячего водоснабжения в теплый период года малоэтажных зданий усадебного типа, многоэтажных зданий, фермерских хозяйств, животноводческих комплексов и птицефабрик и др. С учетом непрерывного роста цен на централизованно вырабатываемую тепловую энергию для ряда городов Астрахан-
ской области и на топливо (природный газ, мазут, печное топливо и др.) для автономных систем теплоснабжения в сельской местности в 11 районах Астраханской области такие СВУ, укомплектованные гелиотехническим оборудованием, смогли бы окупиться в достаточно короткие сроки и внести существенный вклад в экономию ТЭР.
В настоящее время в Астраханской области имеется несколько десятков СВУ с плоскими и вакуумированными трубчатыми солнечными коллекторами, используемыми для горячего водоснабжения малоэтажных жилых зданий, фермерских хозяйств, спортивно-оздоровительных комплексов и туристических баз.
Так, например, в с. Карагали создана система горячего водоснабжения нового физкультурно-оздоровительного комплекса с применением вакуумных солнечных коллекторов (рис. 1). Компания, обслуживающая объект, - «Астраэнергоэффект» (г. Астрахань). Горячая вода используется в умывальниках и душевых. Режим работы - круглый год. Основное оборудование: 3 вакуумных солнечных коллектора и бак-бойлер емкостью 800 л. В летний период горячее водоснабжение осуществляется полностью за счет солнечных коллекторов. В зимний период в качестве дополнительного источника применяется газовый котел.
Рис. 1. Вакуумные солнечные коллекторы системы горячего водоснабжения физкультурно-оздоровительного комплекса «Южный» в с. Карагали
В г. Астрахани (ул. Аэропортовское шоссе, 15) в «Академии тенниса» эксплуатируется система горячего водоснабжения с применением вакуумных солнечных коллекторов (рис. 2).
Рис. 2. Вакуумные солнечные коллекторы системы горячего водоснабжения «Академии тенниса» в г. Астрахани
Горячая вода используется в умывальниках и душевых. Режим работы - круглый год. Объект обслуживает компания «Гелиотепло» (г. Краснодар). Основное оборудование: солнечный коллектор ROSSVIK, основные параметры которого приведены в таблице, и водонагреватели-аккумуляторы с теплообменниками ROSSVIK объемом 500 л, рассчитанные на рабочее давление 1,0 МПа, имеющие теплоизоляцию из пенополиуретана толщиной 50 мм, плотностью 40 кг/м3.
Основные параметры вакуумного солнечного коллектора ROSSVIK
Тип Площадь, м2 Количество вакуумных трубок Г еометрические размеры, м Масса, кг Стоимость, руб.
8747/1500-20и 1,992 20 1,660 х 1,620 х 0,150 50,6 20 600
В 2013 г. в Астраханской области реализован уникальный проект «Солнечный город» для обеспечения горячей водой 12-тысячного населения города г. Нариманова. В соответствии с этим проектом создана самая крупная в России СВУ, имеющая 2 200 коллекторов общей площадью 2,4 тыс. м2 (рис. 3), что в 2 раза превышает суммарную площадь 10 коллекторов солнечнотопливных котельных в Краснодарском крае, составляющую лишь 1,2 тыс. м2 [5]. Солнечная водонагревательная установка состоит из 2-х циркуляционных контуров: 1-й контур - закрытый: устанавливаемые на 4-х площадках блоки солнечных коллекторов поглощают энергию солнечного излучения и передают её теплоносителю - дистиллированной воде. Нагретая вода передает тепло 2-му контуру через пластинчатые теплообменники, затем циркуляционными насосами возвращается к солнечным коллекторам; 2-й контур - открытый: вода из двух аккумуляторных баков котельной циркуляционными насосами подается на пластинчатые теплообменники. Нагретая вода возвращается в два аккумуляторных бака и насосами котельной передаётся потребителям. Солнечная водонагревательная установка предназначена для функционирования в период повышенной солнечной активности с апреля по октябрь. В остальной (отопительный) период подача воды на нужды горячего водоснабжения г. Нариманова осуществляется существующим оборудованием котельной мощностью 30 МВт. Экономический эффект от проекта состоит в снижении потребления природного газа по сравнению с базовым вариантом на 6 371 тыс. м3 и снижение расходов на оплату за использованный природный газ на 18,6 млн руб./год.
II
Рис. 3. Блок солнечных коллекторов - гелиоприставка к котельной мощностью 30 МВт в г. Нариманове
В АГТУ разработан проект совместной работы крышной котельной [6] с СВУ для теплоснабжения и отопления спорткомплекса АГТУ. В соответствии с проектом обвязка трубопроводов и бака-аккумулятора осуществляется трубопроводами из металлополимерных многослойных труб из алюминиевого сердечника с внутренним и внешним покрытием из полиэтилена. Затраты на строительство и эксплуатацию крышной котельной на базе двух конденсационных котлов марки R-3407 (производитель Rendamax) и затраты на СВУ, в которой имеется 35 коллекторов, в каждом из которых по 30 вакуумных трубок (производитель Sunram), составляет около 22 млн руб. Срок окупаемости всего проекта составил около 5 лет, что вполне приемлемо. Проект будет реализован в 2014-2015 гг.
Вполне обоснована также перспектива использования фотоэлектрических преобразователей (ФЭП), КПД которых в зависимости от материала достигает в настоящее время 12-20 % и более. Фотоэлектрические преобразователи уже начали применяться в Австралии, Израиле, США, Японии и ряде других стран как на крупных солнечных электростанциях, так и на небольших объектах для их автономного электроснабжения [7].
Имеется ряд примеров применения батарей ФЭП для электроснабжения жилых домов и фермерских хозяйств в Астраханской области. Один из них - применение солнечных батарей для освещения подъездов жилых домов в п. Тинаки (рис. 4). Система освещения - энергосберегающие (люминесцентные) лампочки. Для экономии электроэнергии включение и выключение лампочек осуществляется датчиками движения. В каждом доме установлена одна автономная солнечная энергосистема (всего 4 шт.). Компания, обслуживающая объект - «Астраэнергоэф-фект» (г. Астрахань). Основными элементами 3-х систем являются: солнечные модули, суммарной мощностью 400 Вт; контроллер заряда солнечных модулей; аккумуляторные батареи емкостью 400 А-ч и инвертор с выходной мощностью 1 000 Вт. Основными элементами 4-й системы являются: солнечные модули суммарной мощностью 800 Вт; контроллер заряда солнечных модулей; аккумуляторные батареи емкостью 800 А-ч и инвертор выходной мощностью 1 000 Вт.
Рис. 4. Солнечные батареи для освещения подъездов жилых домов в пос. Тинаки
В Красноярском районе в пос. Молодежный создана автономная система электроснабжения с применением солнечных модулей (рис. 5).
Рис. 5. Комплект солнечных батарей для автономной системы электроснабжения в пос. Молодежный
Эта система используется для электроснабжения бытовой техники: холодильника, телевизора, сплит-системы и освещения. Основные элементы системы: 10 солнечных модулей суммарной мощностью 1 850 Вт; контроллер заряда; 6 аккумуляторных батарей емкостью 200 А-ч,
рассчитанные на напряжение 12 В; инвертор, рассчитанный на мощность 3 000 Вт. Компания, обслуживающая объект, - «Астраэнергоэффект» (г. Астрахань).
В одном из фермерских хозяйств в степи на территории Лиманского района Астраханской области существует автономная солнечная система для обеспечения энергоэнергией ряда маломощных потребителей: телевизора, спутниковой тарелки, энергосберегающих лампочек и других электроприборов. Режим работы системы - круглый год. Основное оборудование: солнечные модули суммарной мощностью 1 600 Вт; контроллер заряда; 6 аккумуляторных батарей емкостью 200 А-ч; инвертор мощностью 3 000 Вт. Компания, обслуживающая объект, - «Астра-энергоэффект» (г. Астрахань).
Солнечные модули на основе ФЭП для освещения мест общего пользования установлены также на многоквартирных домах в поселке Володарский Володарского района Астраханской области. В многоквартирных домах установлено по 3 солнечные батареи, выдающие 390 Вт, переходящие на 12 В, а также по 22 аккумуляторные батареи. Фотоэлектрические преобразователи способны принимать энергию и накапливать ее в аккумуляторных батареях, которые, в свою очередь, осуществляют ее подачу на лампочки в подъездах, освещающие лестничные пролеты и входные двери. Датчики движения позволяют тратить электричество исключительно тогда, когда к дому подходит человек.
В 2014-2015 гг. в Астраханской области планируется построить 6 солнечных электростанций (СЭС) общей стоимостью 10 млрд руб. Первые два объекта планируются к реализации в 2014 г.: СЭС «Резиновая» и «Володаровка» мощностью по 15 МВт. Инвестором первой из них выступает ООО «Международный центр «Энергохолдинг», а второй - ООО «КомплексИндуст-рия». Стоимость каждого инвестиционного проекта составляет 1,73 млрд руб. Общая мощность всех 6 станций должна составить 90 МВт, что лишь немногим меньше недавно запущенной в эксплуатацию одной из крупнейших в регионе Астраханской ГРЭС мощностью 110 МВт.
Заключение
В заключение необходимо отметить следующее.
1. Рост цен на ТЭР делает все более актуальным использование возобновляемых видов энергии, в частности солнечной. Технически реализуемые ресурсы солнечной энергии в Астраханской области составляют 1,4 млрд ГДж/год, что практически в 5 раз превышает потребности в тепловой энергии и в 10 раз - в электроэнергии.
2. Для практического использования солнечной энергии могут быть применены на небольших объектах СВУ термосифонного типа, на более крупных - СВУ с насосной циркуляцией. Оригинальные СВУ гравитационного типа с многоступенчатыми гелиоколлекторами из разнородных элементов имеют капитальные затраты в 1,4-1,6 ниже, чем традиционные СВУ циркуляционного типа.
3. В настоящее время в Астраханской области в г. Астрахани, с. Карагали, г. Нариманове имеется несколько десятков СВУ с плоскими и вакуумированными трубчатыми солнечными коллекторами, используемыми для горячего водоснабжения малоэтажных жилых зданий, фермерских хозяйств, спортивно-оздоровительных комплексов и туристических баз и в качестве приставок к котельным. В г. Нариманове создана самая крупная в России СВУ, имеющая
2 200 коллекторов общей площадью 2,4 тыс. м2.
4. Обоснована перспектива использования ФЭП для электроснабжения жилых домов и фермерских хозяйств в Астраханской области. Солнечные батареи используются для освещения подъездов жилых домов в пос. Тинаки, для электроснабжения бытовой техники в пос. Молодежный, для обеспечения электроэнергией ряда маломощных потребителей в фермерском хозяйстве в степи на территории Лиманского района, а также для освещения мест общего пользования в многоквартирных домах в пос. Володарский.
5. В 2014-2015 гг. в Астраханской области построят 6 СЭС на основе ФЭП. Солнечные электростанции «Резиновая» и «Володаровка» мощностью по 15 МВт планируются к реализации в 2014 г. Общая мощность всех 6 станций должна составить 90 МВт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Амерханов Р. А. Вопросы теории и инновационных решений при использовании гелиоэнергетических систем / Р. А. Амерханов, В. А. Бутузов, К. А. Гарькавый. М.: Энергоатомиздат, 2009. 504 с.
2. Бутузов В. А. Состояние и перспективы развития солнечных тепловых установок в России / В. А. Бутузов // Гелиотехника. 2005. № 1. С. 44-50.
3. Шишкин Н. Д. Эффективное использование возобновляемых источников энергии для автономного теплоснабжения различных объектов / Н. Д. Шишкин. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2012. 208 с.
4. Шишкин Н. Д. Оценка ресурсов возобновляемых источников энергии Астраханской области, перспективы и концепция их использования / Н. Д. Шишкин. Препринт. Саратов: СНЦ РАН. Лаборатория нетрадиционной энергетики, 2000. 31 с.
5. Бутузов В. А. Гелиоустановка угольной котельной / В. А. Бутузов // Промышленная энергетика. 2009. № 1. С. 51-53.
6. Бизнес-план № 002-09 «На строительство и дальнейшую эксплуатацию котельной на базе двух конденсационных котлов марки R-3407 (производство Rendamax) и определение упущенной выгоды при эксплуатации имеющейся системы отопления и горячего водоснабжения». Астрахань, 2009. 85 с.
7. Бутузов В. А. Фотоэлектрические и солнечные тепловые установки: германский опыт стандартизации качества оборудования, проектирования, монтажа и эксплуатации / В. А. Бутузов // Промышленная энергетика. 2010. № 2. С. 45-47.
REFERENCES
1. Amerkhanov R. A., Butuzov V. A., Gar'kavyi K. A. Voprosy teorii i innovatsionnykh resheniipri ispol'zovanii gelioenergeticheskikh sistem [The questions of the theory and innovative decisions while using helioenergy systems]. Moscow, Energoatomizdat, 2009. 504 p.
2. Butuzov V. A. Sostojanie i perspektivy razvitija solnechnyh teplovyh ustanovok v Rossii [State and prospects of development of solar heaters in Russia]. Geliotehnika, 2005, no. 1, pp. 44-50.
3. Shishkin N. D. Jeffektivnoe ispol'zovanie vozobnovljaemyh istochnikov jenergii dlja avtonomnogo teplos-nabzhenija razlichnyh ob#ektov [Effective use of renewable sources of power for autonomous heating of different objects]. Astrakhan: Izd-vo AGTU, 2012. 208 p.
4. Shishkin N. D. Ocenka resursov vozobnovljaemyh istochnikov jenergii Astrahanskoj oblasti, perspektivy i kon-cepcija ih ispol'zovanija [Evaluation of the resources of renewable power sources in the Astrakhan region, prospects and concepts of their use]. Preprint. Saratov, Saratovskij nauchnyj centr Rossijskoj akademii nauk. Laboratorija netradi-cionnoj jenergetiki, 2000. 31 p.
5. Butuzov V. A. Gelioustanovka ugol'noj kotel'noj [Solar installation of coal boiler]. Promyshlennaja jenergetika, 2009, no. 1, pp. 51-53.
6. Biznes-plan № 002-09 «Na stroitel'stvo i dal’nejshuju jekspluataciju kotel’noj na baze dvuh kondensacionnyh kotlov marki R-3407 (proizvodstvo Rendamax) i opredelenie upushhennoj vygody pri jekspluatacii imejushhejsja sistemy otoplenija i gorjachego vodosnabzhenija» [Business-plan №. 002-09 "On construction and further exploitation of the boiler based on two condensate boilers of types R-3407 (produced by Rendamax) and determination of lost benefit at exploitation of the existing system of heating and hot water supply"]. Astrahan', 2009. 85 p.
7. Butuzov V. A. Fotojelektricheskie i solnechnye teplovye ustanovki: germanskij opyt standartizacii kachestva oborudovanija, proektirovanija, montazha i jekspluatacii [Photoelectric and solar heating installations: German experience of standardization of the quality of equipment, designing, assembling and exploitation]. Promyshlennaja jenergetika, 2010, no. 2, pp. 45-47.
Статья поступила в редакцию 15.10.2013
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Шишкин Николай Дмитриевич — Астраханский государственный технический университет; д-р техн. наук, профессор; зав. лабораторией нетрадиционной энергетики Саратовского научного центра Российской академии наук при Астраханском техническом университете; n.shiskin@astu.org.
Shiskin Nickolay Dmitrievich — Astrakhan State Technical University; Doctor of Technical Sciences, Professor; Head of the Laboratory of Alternative Energy of Saratov Scientific Centre of Russian Academy of Sciences under auspices of Astrakhan State Technical University; n.shiskin@astu.org.
Ильин Роман Альбертович — Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук; старший научный сотрудник лаборатории нетрадиционной энергетики Саратовского научного центра Российской академии наук при Астраханском государственном техническом университете; kaften.astu@mail.ru.
Ilyin Roman Albertovich - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences; Senior Researcher of the Laboratory of Alternative Energy of Saratov Scientific Centre of Russian Academy of Sciences under auspices of Astrakhan State Technical University; kaften.astu@mail.ru.
