CC BY
29
УДК 621.438
Р. А. Ильин
Астраханский государственный технический университет
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ДЕЙСТВУЮЩИХ СОЛНЕЧНЫХ УСТАНОВОК
Применение в анализе эффективности теплоэнергетических установок коэффициентов использования энергии и эксергии может быть достаточно результативным [1-3 и др.].
Коэффициент использования энергии (энергоотдачи)
^ энерг — Эполезн С/Эс1р (1)
равен отношению количества полезной энергии Эполезн , Дж/год, полученной за определенный срок работы С, лет, к количеству энергии, затраченной на создание энергоустановки, Эстр , Дж. Если за срок работы принять срок службы установки, то для солнечных нагревательных установок (СНУ) ^энерг = 10-20 и более, для геотермальных тепловых ^ - до 15 и более [3].
Коэффициент использования эксергии (эксергоотдачи)
^экс = Ехполезн С/ Ехстр (2)
аналогичен (1), но в единицах эксергии. Величина ^экс >> 1, но при вычислении возникают трудности вследствие недостаточности данных по затратам эксергии на создание установок различных типов. При равенствах Эполезн = Эстр и Ехполезн = Ехстр получим Пэнерг = 1 и Пэкс = 1, что соответствует использованию в числителях (1) и (2) сроков энергетической
Со энерг и эксергетической Со экс окупаемости.
В данной работе при этих условиях вычислены величины Со энерг и Со экс как показатели энерго- и эксергоотдачи некоторых солнечных тепловых установок и геотермальных тепловых систем.
Выполнен анализ эффективности 10 солнечных водонагревательных установок с коллекторами российского производства с использованием их технико-экономических характеристик из [1]: 1 - детский сад (Темрюк), горячее водоснабжение: 22 м2 - 15,6 тыс. кВт-ч/год (здесь и далее: первое число - общая площадь коллекторов, второе - тепловая производительность; 2 - столовая и душевые (Новороссийск): 54 - 28,2; 3 - душевые базы отдыха (Анапа): 38 - 20,4; 4 - прачечная (Анапа): 38 - 20,4; 5 - столовая (Анапа): 19 - 10,2; 6 - душевые (Анапа): 38 - 20,4; 7 - душевые (курорт «Инал»): 35 - 18,3; 8 - столовая (курорт «Инал»): 29 - 15,1; 9 - столовая (Анапа): 26 - 11,0; 10 - душевые базы отдыха (Анапа): 26 - 11,0. Установки,
кроме 1, - с естественной циркуляцией воды. Все СНУ - трехсезонного исполнения. В расчетах Со экс в данной работе принято, что СНУ работают в течение всего года.
Результаты анализа представлены на рисунке. Очевидна определенная корреляция между экономической, энергетической и эксергетической эффективностью установок. Однако в современных условиях эксергетиче-ская оценка эффективности установок имеет определенные преимущества.
На основе (2) вычислены также эксергетические сроки окупаемости для двух геотермальных систем теплоснабжения: системы г. Изюм Харьковской области с тепловой производительностью 189 -109 кДж/год
и системы г. Северо-Курильск - 480 -109 кДж/год. Температура воды на выходе из систем соответственно 40 и 35 оС. Рассчитанные коэффициенты использования эксергии - 0,38 и 0,33. Принято: удельные затраты эксер-гии на создание систем - 80 • 106 Дж/кг, удельная масса - до 400 кг/кВт. Полученный срок окупаемости приведен на рисунке.
Некоторые характеристики солнечных водонагревательных установок и систем геотермального теплоснабжения:
1-10 - солнечные установки; 11 - геотермальная система г. Изюм Харьковской области; 12 - геотермальная система г. Северо-Курильск; Со эк - экономический срок окупаемости; Со энерг - энергетический срок окупаемости; С'о. энерг - энергетический срок окупаемости в случае снижения энергоемкости материалов установок на 20 %; Со экс - эксергетический срок окупаемости
Достаточно высокие сроки окупаемости в данном случае являются следствием повышенных затрат эксергии на создание установок, в том числе - на опоры, трубопроводы, баки-аккумуляторы. По данным Г. Р. Назаровой [5], сроки окупаемости солнечных тепловых установок простого состава (солнечные коллекторы - бак аккумулятор, естественная циркуляция) находятся в пределах 2,3-4,8.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Бутузов В. А. Анализ энергетических и экономических показателей гелиоустановок горячего водоснабжения // Промышленная энергетика. - 2001. - № 10. -С. 54-61.
2. Ильин Р. А. Термодинамические критерии оценки эффективности тепловых насосов // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности: Материалы 5-й Рос. конф. - Ульяновск: УлГТУ, 2006. - С.
3. Оуэнс С. Сравнение электростанций различных типов по занимаемой территории, материалоемкости и энергоотдаче // Солнечная энергетика. - М.: Мир, 1979. - С. 11-29.
4. Янтовский Е. И., Левин Л. А. Промышленные тепловые насосы. - М.: Энерго-атомиздат, 1989. - 128 с.
5. Назарова Г. Р. Конкурентоспособность гелиосистем: методы, конструкции, решения. Ч. 2. - Ашхабад: НПО «Солнце», 1990. - 117 с.
Статья поступила в редакцию 24.03.06
HEAT-AND-POWER ENGINEERING THERMODYNAMIC AND TECHNICAL EFFICIENCY OF WORKING SOLAR INSTALLATIONS
R. A. Ilyin
The thermodynamic and technical evaluation of efficiency of some working solar water-heating installations was executed by the terms of their pay-back period. This method of the analysis has the certain advantages in modern conditions.
