CC BY
23СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
SOLAR ENERGY
Статья поступила в редакцию 02.07.13. Ред. рег. № 1704 The article has entered in publishing office 02.07.13. Ed. reg. No. 1704
УДК: 621.472
СОЛНЕЧНОЕ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ: МИРОВОЙ ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ РОССИЙСКОЙ ГЕЛИОТЕХНИКИ
В.А. Бутузов
ОАО «Южгеотепло» 352042, г. Краснодар, улица Садовая, дом 223 Тел./факс: (861) 2517767, e-mail: butuzov@newmail.ru
Заключение совета рецензентов: 08.07.13 Заключение совета экспертов: 13.07.13 Принято к публикации: 18.07.13
Солнечное теплоснабжение в мире занимает второе место после ветроэнергетики (383 млн. м3, 268,1 ГВт, 225 ТВт-ч/год). Зарубежные рынки созданы государственным стимулированием. В России ежегодно устанавливаются солнечные коллекторы (СК) площадью 6 тыс. м2 при окупаемости 5-10 лет. Государственная поддержка солнечного теплоснабжения в России отсутствует. Отечественное производство СК ведется в Москве и Улан-Удэ. Зарубежные производители ежегодно продают 5,4 тыс. м2 СК. Развитие солнечного теплоснабжения осуществляется в Краснодарском крае (10 тыс. м2), в Астраханской области, где построена крупнейшая гелиоустановка в России (4,4 тыс. м2), в Бурятии (4,4 тыс. м2).
Ключевые слова: солнечное теплоснабжение, государственное стимулирование, рынок гелиоустановок, солнечное теплоснабжение, окупаемость, производство солнечных коллекторов, строительство гелиоустановок в регионах.
SOLAR HEAT SUPPLY: WORLD EXPERIENCE AND PERSPECTIVES OF RUSSIAN SOLAR TECHNIQUE
V.A. Butuzov
"Yuzhgeoteplo", LLC 223 Sadovaya St., Krasnodar, 352042, Russia Tel./fax: (861) 251 77 67, e-mail: butuzov@newmail.ru
Referred: 08.07.13 Expertise: 13.07.13 Accepted: 18.07.13
Solar heating in the world is the second only to wind power (383 million m3, 268,1 GW, 225 TW-h/year). Foreign markets are created by government incentives. Annually in Russia solar collectors (SC) with an area of 6 thousand m2 and 5-10 years payback time have been installed. Government support for the solar thermal system in Russia is absent. Domestic production of SC is in Moscow and Ulan-Ude. Foreign manufacturers annually sell 5.4 million m2 of SC. Development of solar heating is carried out in Krasnodar region (10 thousand m2), in Astrakhan region, where its largest solar power plant in Russia (4.4 thousand m2), in Buryatia (4.4 thousand m2).
Keywords: solar heating, government incentives, solar thermal market, solar heating, payback, production of solar panels, building of solar stations in regions.
Сведения об авторе: Бутузов Виталий Анатольевич, инженер-теплоэнергетик, д-р техн. наук, генеральный директор ОАО «Южгеотепло», директор ООО «Энерготехнологии», профессор Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар).
Области научных интересов: энергоснабжение на основе возобновляемых источников энергии (солнечное и геотермальное теплоснабжение), централизованное теплоснабжение, энергосбережение. Публикации: 274.
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 08 (130) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Ведущим трендом развития мировой энергетики является широкое использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ). На рис. 1 представлена диаграмма соотношения установленных тепловых и электрических мощностей, годовой выработки тепловой и электрической энергии четырех наиболее масштабно применяемых технологий использования ВИЭ: солнечного теплоснабжения, ветроэнергетики, фотоэлектрических станций (ФЭС), геотермальных электростанций (ГеоЭС) по материалам Обзора мирового рынка солнечного теплоснабжения, выполненного в мае 2013 г. Францом Маутнером и Верне-ром Вайсом из института ЛБЕ МТЕС, Австрия (далее обзор ЛЕЕ ЖГЕС). Как следует из рис. 1, на первом месте ветроэнергетика, на втором - солнечное теплоснабжение. По данным на конец 2012 г. в мире установлено 383 млн. м2 солнечных тепловых установок общей тепловой мощностью 268,1 ГВт с годовой выработкой тепловой энергии 225 ТВт-ч/год. Россия в Обзоре ЛЕЕ ШТЕС отсутствует. Общая площадь гелиоустановок в России пока составляет около 30 тыс. м2. Причин тому несколько: отсутствие федерального закона об использовании ВИЭ, государственной политики, доступного по цене оборудования и, как следствие, отсутствие рынка гелиоустановок.
Рис. 1. Суммарная установленная тепловая и электрическая мощность и годовая выработка тепловой
и электрической энергии по данным МЭА 2012 г. (ВЭС - ветроэлектростанции, ФЭС - фотоэлектрические
станции, ГеоЭС - геотермальные электростанции) Fig. 1. Totally installed thermal and electric power and annual output of heat and electricity according to the IEA from 2012 (ВЭС - wind power, ФЭС - photovoltaic power plants, ГеоЭС - geothermal power plants)
Рис. 2. Стимулирование сооружения гелиоустановок в зарубежных странах Fig. 2. Incentives of solar thermal construction in foreign countries
Анализ аналогичного рынка в зарубежных странах показал, что он сформирован в результате реализации мер государственного регулирования. На рис. 2 представлен механизм такого стимулирования.
В России при стоимости тепловой энергии, уже сопоставимой с европейской, окупаемость гелиоустановок (рис. 3) до 7 лет имеют гелиоустановки с СК отечественных производителей при круглогодичной работе в южных регионах страны при стоимости замещаемой тепловой энергии от 2 руб./кВт-ч
(газовые котельные). При замещении тепловой энергии от 3 руб./кВт-ч (электроэнергия), срок окупаемости снижается до 4,8 года.
В последнее время произошли позитивные изменения [1]. В Комитете по энергетике Госдумы России подготовлен проект закона об использовании ВИЭ. В АН России воссоздан научный совет по нетрадиционным ВИЭ, ведётся подготовка международной научной конференции в Москве (22-23 октября 2013 г.)
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 08 (130) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Рис. 3. График окупаемости гелиоустановок Fig. 3. Solar thermal stations payback schedule
Программное обеспечение для проектирования гелиоустановок Solar thermal design software
Наименование программы Getsolar Plysun T'Sol TRNSYS Transo!
Организация-разработчик 1 rig.Buio Solar Energie Unformation, Sauerbach, Германия Vela Solaris AG/SPF Institut fui Sola rtec h n i k, W¡ ntertu r. Швейцария Dr. Valentin EnergieSoftware GmbH. Berlin. Германия University of Wisconsin/ Aiguasol/ TRANSSOLAR. MADISON, Wisconsin, США Aiguasol. Barcelona, Испания
Стоимость лицензионной версии, вкл. НДС 19% (Германия) Полная 10.0 - 355.81 евро; П рофесс иона л ь-ная 10.0593.31 евро Полная облегч. 5.0 -119 евро: п роф ее с и он ал ьная полная 5,0 - 599 ееро Полная Express 1.0 -160 евро; полная Pro 4.5-580 евро: полная Expert 4 51280 евро TRNSYS lite 5.0 -1499,4 евро; Полная TRNSYS17 - 6366,5 евро Полная 2.1 -464.1 евро
Поддерживаемые языки ант./франц. /нем./лгал./ испан./пол./фин англ./франц /нем./ итал /пелан./порт/ чеш /рум /кит./греч Express: ант /нем. Рюи Expertдополн. франц /стал /испан. ант. X франц./ ант./ислан.
С какого года на рынке 1993 1994 1993 1974 2004
Сайт разработчика www. getsolar. info www.spf.ch www velasolaris.com www.valentin.de http: //se 1. те. wise ed u/trnsys wwwtrnsys.de www.aiguaso J.coop
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 08 (130) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Для разработчиков гелиоустановок создан Атлас солнечной радиации России [2]. Для Краснодарского края создана региональная база значений солнечной радиации [3]. Доступны несколько компьютерных баз для проектирования гелиоустановок [4]. В таблице приведены основные характеристики компьютерных программ для проектирования гелиоустановок.
В России имеется два производителя солнечных коллекторов: НПО Машиностроения (Реутово, Мос-
ковская область) выпускает СК с алюминиевым лис-тотрубным абсорбером европейского качества. Данный производитель имеет полный цикл производства, в том числе нанесения высокоселективного РУО покрытия. В Улан-Удэ налажено производство СК с листотрубным абсорбером (медь, алюминий) на основе комплектующих китайских производителей. На рис. 4 представлены солнечные коллекторы и их основные характеристики НПО Машиностроения и ООО «Кассол».
Рис. 4. Солнечные коллекторы и их основные характеристики НПО Машиностроения и ООО «Кассол» Fig. 4. Solar collectors and their main characteristics of SCU "Mashinostroyenie" and JSC "Kassol"
На сравнительно небольшом российском рынке гелиоустановок плоские и вакуумные СК предлагаются фирмами из Германии - Buderus, Vissmann, Wolf, Vailant, Schüco; Италии - Aristón; Словакии -Thermosolar, а также китайскими, турецкими и израильскими производителями с общим годовым объёмом продаж 5400 м2. В 2012 г. лидером стала фирма «Buderus» - 4400 м2. На втором месте - Аристон (600 м2) (рис. 5).
Рис. 5. Объемы поставок коллекторов зарубежных производителей в Россию (2012 г.) Fig. 5. Volumes of solar collectors of foreign manufacturers imported in Russia in 2012
Сооружение гелиоустановок осуществляется, в основном, в трёх регионах России: Краснодарский край, Астраханская область и Бурятия.
Рис. 6. Гелиоустановка больничного комплекса в г. Усть-Лабинске Fig. 6. Solar thermal plant of hospital complex in Ust-Labinsk
В Краснодарском крае эксплуатируется 100 гелиоустановок общей площадью 10000 м2. В г. Усть-Лабинске в 60 км от Краснодара третий год эксплуатируется самая большая в России на сегодняшний день гелиоустановка ГВС с 300-ми СК фирмы «Wolf» (Германия) общей площадью 600 м2 (рис. 6) [5]. Трехконтурная схема гелиоустановки представлена на рис. 7.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 08 (130) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
1 - солнечные коллекторы; 2 - насосы; 3 - теплообменники; 4 - мембранный бак; 5 - буферный бак
Рис. 7. Принципиальная схема гелиоустановки в Усть-Лабинске Fig. 7. Schematic diagram of solar thermal plant in Ust-Labinsk
Завершается строительство гелиоустановки санатория Министерства обороны в Анапе площадью 325 м2 (130 шт СК KAIROS XP 2,5 V фирмы «Аристон», Италия). Схема гелиоустановки трехконтур-ная с 7-ю буферными баками по 3 м3 (рис. 8).
Рис. 8. Гелиоустановка госпиталя в г. Анапа Fig. 8. Solar thermal plant of hospital in Anapa
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 08 (130) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
Рис. 9. Гелиоустановка в г. Нариманов Астраханской обл. Fig. 9. Solar thermal plant in Narimanov, Astrakhan region
Рис. 10. Компоновка гелиоустановки в г. Нариманов Астраханской обл. Fig. 10. Arrangement of solar thermal plant in Narimanov, Astrakhan region
Q котельную
СК типа Logasol СКМ 1,0-8 фирмы ВМегш (Германия) (рис. 9). Гелиоустановка стоимостью около 80 млн. рублей расположена рядом с котельной мощностью 30 МВт для сезонного горячего водоснабжения. Установка состоит из четырех гелиопо-лей (2x540 шт. и 2x560 шт.) и расположена на площади 24000 м2. Расчётный расход нагреваемой до 550С воды 500 м3/сут. Схема гелиоустановки двух-контурная с двумя баками-аккумуляторами вместимостью по 500 м3 (рис. 10). Компоновка гелиоустановки представлена на рис. 11.
Таким образом, Россия приступила к строительству мегаваттных солнечных станций централизованного теплоснабжения. Сооружение гелиоустановок большой мощности (свыше 500 м2) является одним из направлений повышения их экономических показателей. По данным института ЛЕЕ ШТЕС (Австрия) на конец 2012 г. в мире работали мегаваттные гелиоустановки общей площадью 3,83 млн. м2, в том числе самая большая 36305 м2 (25 МВт) для теплоснабжения университета в г. Риаде (Саудовская Аравия). Наибольшее количество таких установок построено в Европе - 175 шт. общей площадью 456000 м2 (319 МВт).
1 - солнечные коллекторы; 2 - теплообменники; 3 - баки-аккумуляторы; 4 - насосы ГВС; 5 - насосы гелиоконтура; 6 - дренажные насосы; 7 - дренажные баки; 8 - клапан аварийного слива
Рис. 11. Принципиальная схема гелиоустановки в г. Нариманов Астраханской обл. Fig. 11. Schematic diagram of solar thermal plant in Narimanov, Astrakhan region
В Астраханской области в г. Нариманов завершено строительство крупнейшей в России гелиоуста-
Рис. 12. Гелиоустановка туристско-рекреационной зоны «Байкальская гавань» Fig. 12. Solar thermal plant of tourist recreation base "Baikal harbor"
В Бурятии построено 90 гелиоустановок общей площадью 4400 м2. Разработка и сооружение гелиоустановок в этом регионе производится, в основном, в Центре энергоэффективных технологий (ЦЭФТ) и ООО «Кассол» под руководством Г.П. Касаткина и И.Г. Касаткина. На рис. 12 представлена одна из последних смонтированных гелиоустановок туристско-рекреационной зоны «Байкальская гавань» площадью 230 м2. Перспективным направлением является также разработка и сооружение этой фирмой энергоактивных зданий, когда абсорберы интегрируются в кровлю или стены здания. При этом сокращается стоимость гелиоустановки, так как используются теплоизоляционные конструкции ограждений и остекление здания. На рис. 13 приведена гелиоустановка с интегрированными в конструкцию стен здания солнечными коллекторами средней школы № 1 в
новки мегаватного класса площадью 4224 м2 с 2200 г. Кяхта (Бурятия) площадью 73 м2.
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 08 (130) 2013 © Научно-технический центр «TATA», 2013
Рис. 13. Гелиоустановка средней школы № 1 в г. Кяхта в Бурятии Fig. 13. Solar thermal plant of secondary school № 1 in Kyakhta, Buryatia
Представленные материалы свидетельствуют, что солнечное теплоснабжение является вторым по значимости направлением использования ВИЭ в мире после ветровой энергетики. Рынки гелиоустановок в зарубежных странах сформированы в результате реализации мер государственного регулирования. В России при организации серийного производства солнечных коллекторов реальный срок окупаемости гелиоустановок составляет от 5 лет. Экспертная оценка российского рынка гелиоустановок, согласно
Концепции развития энергетики до 2030 г., составляет свыше 10 млн. м2. В настоящее время в регионах России имеются технические возможности дня организации массового сооружения гелиоустановок.
Список литературы
1. Бутузов В. А. Перспективы российской гелиотехники // Энергосбережение. 2012. № 4.
2. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Г. и др. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. М.: Институт высоких температур РАН. 2010.
3. Амерханов Р.А., Бутузов В.А, Гарькавый Р.А. Вопросы теории и инновационных решений при использовании гелиоэнергетических систем. М.: Энер-гоатомиздат, 2009.
4. Бутузов В. А. Солнечное теплоснабжение в России. Проектирование, строительство, эксплуатация. Lambert Academic Publishing. Saar-Brücken, 2012.
5. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гна-тюк И. С. Опыт проектирования и строительства гелиоустановки для горячего водоснабжения районной больницы // Новости теплоснабжения. 2012. № 2.
ПОДПИСКА НА РОССИЙСКИЕ НАУЧНЫЕ ЖУРНАЛЫ
eLIBRARY.RU
Научная Электронная Библиотека продолжает кампанию по подписке на отечественную научную периодику в электронном формате на 2013 г. Полнотекстовая коллекция включает журналы по всем отраслям современного знания. Всего на платформе eLIBRARY.RU сейчас размещено более 14 млн научных статей и публикаций. На платформе eLIBRARY.RU доступны электронные версии более 2500 российских научно-технических журналов, в том числе более 1300 журналов в открытом доступе.
Десятилетиями научные организации, вузы и библиотеки оформляли подписку на печатные версии этих журналов, а теперь они стали доступны в электронном виде на платформе eLIBRARY.RU:
Российские журналы на платформе eLIBRARY.RU представлены в виде нескольких коллекций: • Журналы издательства НАУКА • Российские журналы на eLIBRARY.RU • • Журналы Дальневосточного отделения РАН •
• Журналы Самарского государственного технического университета •
• Реферативные журналы ВИНИТИ • Реферативные журналы ИНИОН
• Реферативные журналы ЦНСХБ •
Полный перечень подписных журналов представлен в Каталоге 2013 г.
Оформить годовую подписку на текущие и архивные выпуски журналов, приобрести отдельные номера изданий могут частные лица и организации любой формы собственности и вида деятельности - университеты, институты РАН и других академий, отраслевые НИИ и научные центры, библиотеки, государственные органы и коммерческие структуры. Российские журналы доступны теперь в электронном виде не только отечественным, но и зарубежным подписчикам. Научная Электронная Библиотека работает со всеми, кого интересует научная периодика.
Для того чтобы получить доступ к подписным изданиям, необходимо зарегистрироваться на сервере eLIBRARY.RU и подписать Лицензионное соглашение, которое регламентирует порядок и правила работы и использования электронных ресурсов.
Заявки на подписку, вопросы, комментарии направляйте в отдел маркетинга и продаж
Тел.: 7 (495) 935 0101 Факс: 7 (495) 935 0002 Email: sales@elibrary.ru
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 08 (130) 2013
© Scientific Technical Centre «TATA», 2013
