Гелиотехника в России. Перспективы развития
Виталий БутузовПерспективы развития в России гелиотехнологий вызывают особый интерес и ожидания специалистов, так как это один из наиболее доступных видов получения возобновляемой энергии.
Комитет по возобновляемым источникам энергии (ВИЭ) Союза научных и инженерных обществ России под руководством доктора техн. наук П. П. Безруких на сегодняшний день является единственной профессиональной и общественной структурой, объединяющей специалистов в данной области.
Основные научные исследования в области гелиотехники в России в недавнем прошлом велись в двух направлениях:
• создание российской компьютерной базы данных солнечной радиации (под руководством О. С. Попеля, доктора техн. наук, профессора Объединённого института высоких температур (ОИВТ РАН), одного из создателей Атласа солнечной радиации России). Для Краснодарского края (на основе обработки данных наземных станций наблюдений и компьютерной базы данных NASA) создана региональная база значений солнечной радиации.
• анализ российского опыта сооружения гелиоустановок и адаптации зарубежного опыта к российским условиям. Одним из перспективных направлений повышения надёжности гелиоустановок является сооружение самодренирующих гелиоустановок.
Основным элементом гелиоустановок, определяющим надёжность и экономическую окупаемость, являются солнечные коллекторы (СК).
В настоящее время в России по существу отсутствует их серийного производство. Единственный в России производитель солнечных коллекторов (СК) европейского качества – НПО «Машиностроение» (Реутово, Московская обл.) в 2011 году реализовал около 300 м2. Причина: небольшой спрос и относительно высокая стоимость по сравнению с турецкими и китайскими аналогами.
Каменск-Уральский завод в Свердловской области продолжил изготовление небольших партий СК с алюминиевыми штампованными абсорберами. При более низком КПД, чем у НПО «Машиностроение», стоимость последних СК на 10–15 % выше. На сравнительно небольшом российском рынке гелиоустановок плоские и вакуумные СК предлагают израильскими производителями с общим годовым объёмом продаж до 1 000 м2.
 |
| Железнодорожный вокзал в Адлере |
В 2010 году наибольшие объёмы продаж в России были у фирмы Wolf – 372 СК (744 м2), а в 2011 году лидером стала фирма Ariston – 189 СК (427,5 м2).
Исследования перспектив производства солнечных коллекторов (далее – СК) в России показали, что наиболее востребованы плоские СК.
На основе изучения продукции ведущих мировых производителей определены основные тенденции совершенствования элементов плоских СК: листотрубные алюминиевые или медные абсорберы, специальное стекло, рамный корпус.
Результаты сопоставления производительности плоских и вакуумных СК в условиях Баварии (Германия), близких к Краснодарскому краю, представлены в [4]. Изморось и снег на вакуумных СК снижает их производительность в зимнее время и при существенно большей стоимости делает предпочтительным применение плоских СК. В [5] приведены результаты анализа конструкций ведущих мировых производителей вакуумных СК и перспектив их совершенствования. Для промышленного крупномасштабного производства СК в мире созданы специальные технологии, оборудование и материалы [6].
Гелиоустановки с пластиковыми СК при их дешевизне не обеспечивают требуемого срока службы (20 лет), а исследования по созданию термотропных пластиков (изменяют цвет с чёрного на белый при нагреве) пока не завершились промышленными образцами.
Воздушные СК, получившие широкое применение в Канаде, целесообразно использовать в основном для отопления производственных цехов и складов [7].
Солнечное теплоснабжение является вторым в мире по объёмам получения энергии из возобновляемых источников. В 2012 году установленная мощность гелиоустановок составила 268,1 ГВт с годовой выработкой тепловой энергии 225 ТВт•ч [1].
Как развивается российское солнечное теплоснабжение, оценим по наиболее продвинутым в этих вопросах регионам: Краснодарскому и Ставропольскому краю, Бурятии, Астраханской и Волгоградской области.
В Краснодарском крае в 2013 году эксплуатировалась 151 гелиоустановка (ГУ) общей площадью 6 573 м2 (5,3 МВт). По сравнению с предыдущим периодом произошло некоторое сокращение площади солнечных коллекторов (СК), так, в 2008 году установки занимали 10 000 м2. Это связано с демонтажем отработавших свой срок СК ещё советского производства.
Большинство гелиоустановок данного региона (рис. 1) построено для расположенных на побережье Чёрного моря гостиниц и санаториев, общая площадь СК которых достигает 3 392 м2. Затем идут гелиоустановки, СК которых обеспечивает теплом различные производственные объекты и составляет 1 390 м2. Площадь СК, установленных на социальных объектах (больницах, детских садах) и на котельных, сопоставима, и составляет соответственно 697 и 532 м2.
 |
| Фотоэлектрические модули на крыше здания вокзала Анапы |
На сегодняшний день большинство (69,4 %, или 4 560 м2) установленных солнечных коллекторов российского производства. Оставшиеся 30,6 % (2 013 м2) – это СК зарубежных производителей, включая 93 ВТСК (вакуумные трубчатые солнечные коллекторы).
В 2013 году в регионе завершено строительство нескольких гелиоустановок. Самая большая – площадью 720 м2 – построена на кровле здания железнодорожного вокзала в Адлере (Сочи) с 360 солнечными коллекторами немецкой фирмы Viessmann, которые размещены рядами, по 10 коллекторов в ряду. Гелиоустановка имеет четыре контура (рис. 2) и выполнена по европейским стандартам.
Следует отметить практику изготовления собственных конструкций СК с последующим их монтажом: ООО «АльтЭнергия НП» (Анапа) произвело 200 м2 СК с медными абсорберами и поликарбонатом (прозрачное покрытие); ИЧП «ГЕЛИОН» (Туапсе) также небольшими партиями (400 м2) выпускает СК собственной конструкции и монтирует гелиоустановки на их основе.
В 2013 году продолжилась эксплуатация самой большой в России гелиоустановки в городе Нариманов Астраханской области, которая насчитывает 2 200 солнечных коллекторов общей площадью 4 224 м2 (Buderus). Следует отметить, что в процессе эксплуатации обнаружены некоторые проблемы проникновения и отложения песка в абсорберах солнечных коллекторов.
В Бурятии в 2013 году эксплуатировалось 97 гелиоустановок общей площадью 4 200 м2. Большинство составляют гелиоустановки производственных и социальных объектов, площадь СК которых достигает 3 240 м2 (77,1 %). На втором месте – гелиоустановки только для горячего водоснабжения односемейных домов – 710 м2 (16,9 %). В регионе, также в односемейных домах, устанавливаются гелиоустановки, обеспечивающие отопление и горячее водоснабжение – 210 м2 (5 %). Объектов с воздушными отопительными системами совсем немного – 40 м2 (1 %). В 2013 году в регионе была смонтирована гелиоустановка туристско–рекреационной зоны «Байкальская гавань» площадью 230 м2.
Солнечные коллекторы для данной гелиоустановки изготовлены ООО «КАССОЛ» (Улан-Удэ) на основе комплектующих китайских производителей.
В Волгоградской области построено 30 ГУ общей площадью 973 м2. Наибольшее количество их эксплуатируется для больниц – 520 м2 (53,4 %) и различных баз отдыха – 434 м2 (44,6 %). Гелиоустановки для систем горячего водоснабжения односемейных домов не получили в регионе распространения и составляют всего 20 м2 (2 %). Среди крупных объектов солнечного теплоснабжения можно назвать гелиоустановку больницы в Ленинске площадью СК – 214 м2. Особенностью развития ГУ в данном регионе в последние годы является преимущественное использование вакуумных СК китайских производителей.
В Ставропольском крае эксплуатируется 28 гелиоустановок общей площадью 470 м2, количество которых практически в равных долях распределяется для горячего водоснабжения больниц – 177 м2 (37,6 %), многосемейных домов – 164 м2 (34,9 %) и односемейных домов – 129 м2 (27,5 %). В данном регионе в основном применяются вакуумные СК швейцарских и итальянских производителей. Из объектов можно выделить гелиоустановку для здания скорой медицинской помощи в городе Минеральные Воды площадью 88,6 м2 с солнечным коллектором швейцарской фирмы АМК – SOLAC System AG типа ОРС–15.
Можно видеть, что в России в рассматриваемых регионах эксплуатируется всего 307 гелиоустановок общей площадью 16 440 м2 и мощностью 13,15 МВт. Согласно структуре гелиоустановок по назначению, в России работает:
• солнечно–топливных котельных – 4 756 м2 (28,9 %),
• гелиоустановок для гостиниц и санаториев – 3 826 м2 (23,4 %),
• ГУ для теплоснабжения социальных объектов – 3 014 м2 (18,3 %),
• ГУ для производственных предприятий – 3 000 м2 (18,3 %),
• ГУ для горячего водоснабжения односемейных домов – 1 345 м2 (8,2 %),
ГУ для отопления и ГВС односемейных домов – 210 м2 (1,3 %),
• воздушных гелиоустановок – 40 м2 (0,2 %) и
• ГУ плавательных бассейнов – 21 м2 (0,1 %).
По классификации всемирной программы солнечного отопления и охлаждения (SHS) по назначению различают гелиоустановки:
• для плавательных бассейнов,
• системы горячего водоснабжения для одно- и многосемейных домов,
• отопления и ГВС одно- и многосемейных домов,
• солнечного теплоснабжения (централизованного),
• воздушного отопления и охлаждения,
• высокотемпературных процессов.
Согласно данной классификации подавляющее большинство российских гелиоустановок относится к централизованному солнечному теплоснабжению – 14 596 м2 (рис. 3).
ВыводыСтруктура управления сооружением гелиоустановок в России представлена на рис. 2. Огромное значение для развития возобновляемой энергетики имеет обмен накопленным опытом. Этому способствуют, например ежегодно проводимые в Москве конференция «Москва – энергоэффективный город» и международная специализированная конференция по использованию ВИЭ (www.vie-conf.ru), на которых обобщается опыт российских специалистов по гелиоустановкам и другим альтернативным источникам энергии и намечаются основные направления дальнейшей работы.
Таким образом, в России, несмотря на отсутствие рынка гелиоустановок (низкие цены на энергоносители и отсутствие государственной поддержки), продолжается работа по созданию новых солнечных коллекторов, схемных и компоновочных решений солнечных водонагревательных установок.
Литература
1. Попель О. С., Фрид С. Е., Коломиец Ю. Г. и др. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. М.: Объединенный институт высоких температур РАН, 2010
2. Амерханов Р. А., Бутузов В. А., Гарькавый К. А. Вопро¬сы теории и инновационных решений при использовании гелиоэнергетических систем // Энергоатомиздат, М.: 2009.
3. Бутузов В. А., Шетов В. Х., Брянцева Е. В., Бутузов В. В., Гнатюк И. С. Солнечные коллекторы. Тенденции совершенствования конструкций // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 10.
4. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Опыт проектирования и строительства гелиоустановок для горячего водоснабжения районной больницы // Новости теплоснабжения. 2012. № 2.
5. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Вакуумные трубчатые коллекторы. Мировые производители и перспективы производства в России // Альтернативная энергетика и экология.2010. № 5.
6. В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Технологии, оборудование и материалы солнечных коллекторов // Альтернативная энергетика и экология.2010. № 7.
7. Бутузов В. А. Воздушные солнечные коллекторы // Альтернативная энергетика и экология. 2011. № 1.
8. Бутузов В.А. Мировой опыт солнечных систем теплоснабжения // Энергосбережение. 2014. № 4.
9. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в регионах России // Энергосбережение. 2014. № 6. ●
