5.2.Разработка и внедрение первой в районе Сочи солнечно-топливной котельной.
B децентрализованных системах теплоснабжения НВИЭ уже сейчас при наличии благоприятных условий (к ним можно отнести и повышенные экологические требования для рекреационных регионов) могут составить реальную конкуренцию традиционным котельным на органическом топливе, причем самым выгодным представляется применение комбинированных установок. K числу наиболее экономически и экологически эффективных устройств НВИЭ относятся прежде всего солнечно-коллекторные и теплонаносные установки [8-10]. При этом среди энергоустановок, в которых выгодно использование энергии солнца, следует выделить комплексы, создаваемые на базе отопительных котельных, работающих на органическом топливе. B этом случае гелиоустановка представляет собой пристройку к котельной, обеспечивающую покрытие большей части нагрузки горячего водоснабжения в теплое время года.
Как известно, первая на территории бывшего CCCP солнечно-топливная котельная, разработанная ЭНИН им. Кржижановского, была построена для гостиницы "Спортивная" в Симферополе. Она была оборудована отопительными котлами на природном газе и солнечными коллекторами площадью 204 м2. Эта гелиоустановка обеспечила экономию 20 % годового расхода природного газа и покрытие до 80 % нагрузки горячего водоснабжения [10]. Гелиосистема была выполнена в виде солнечной приставки к имевшейся котельной. B Краснодарском крае в доперестроечный период под руководством B. A. Бутузова [9] было построено пять подобных установок. Анализ работы солнечно-топливных котельных на современном этапе показывает их достаточно высокую эффективность как в части экономии топлива и обеспечения экологической безопасности, так и по капитальным затратам. B таких системах достигаются наибольшие к. п. д. солнечных коллекторов, большая продолжительность сезона работы и повышенная эксплуатационная надежность. Одним из наиболее существенных достоинств этих установок является частичное использование существующего оборудования, а также возможность их обслуживания штатным персоналом котельной. Для комбинированного подогрева подпиточной воды солнечно-котельные установки в южных регионах могут работать в круглогодичном режиме.
B Краснодарском крае, обладающем большим потенциалом солнечной энергии, эксплуатируются 36 гелиоустановок общей площадью 2700 м2 [11]. B сочинском санатории "Лазаревское" функционирует крупнейшая на побережье гелиосистема площадью 400 м2.
Котельная в пос. Солоники Лазаревского района Сочи мощностью 1 МВт предназначена для отопления и горячего водоснабжения четырех жилых трехэтажных домов. B котельной установлено четыре котла типа "Универсал-5М", работающих на каменном угле, тепловой мощностью 0,259 МВт с площадью поверхности нагрева 33.1 M^ каждый без систем газоочистки и утилизации теплоты уходящих газов. Имеется также бак-аккумулятор вместимостью 25 м3. B конце 1995 г. администрацией района было принято решение о реконструкции котельной с преобразованием ее в солнечно-топливную. Это мотивировалось высокой стоимостью и трудностью доставки органического топлива, а также необходимостью улучшения экологической обстановки в речной долине поселка на фоне благоприятных для работы солнечно-коллекторных установок климатических условий.
Первая очередь гелиосистемы котельной площадью 250 м2 предусматривает покрытие около 35 % расчетной годовой нагрузки горячего водоснабжения поселка. Котельная имеет два независимых контура циркуляции - отопления и горячего водоснабжения по закрытой схеме. Принципиальная схема солнечно-топливной котельной предусматривает сооружение дополнительного контура циркуляции, включающего в себя блоки солнечных коллекторов, циркуляционные насосы и баки-аккумуляторы с дополнительным баком вместимостью 20 м3.
Установка может работать в сезонном и круглогодичном режимах эксплуатации. Температура нагретой воды - - 55 0C, время аккумулирования энергии в баке-аккумуляторе краткосрочное (l-2cут). Дублирующим источником энергии служат существующие водогрейные котлы. Гелиоустановка представляет собой систему солнечных коллекторов, состоящую из пяти модулей, которые в свою очередь разделены на блоки по 10 коллекторов в каждом. Система обвязки трубопроводов - попутная, каждый блок может быть отключен индивидуально.
Солнечные коллекторы располагаются па плоской крыше котельной и специальной эстакаде. При проектировании учитывалась возможность ча-грязнения коллекторов уносом из дымовой трубы, для предотвращения последствий которого выполнена система водяного смыва с поверхности коллекторов. Проектом предусмотрено использование солнечных коллекторов "Радуга" производства НПП "Конкурент" (г. Жуковский Московской обл.). Поглощающая панель коллектора - - штампосвар-ная из листовой нержавеющей стали, покрытие панели - - селективное, выполненное напылением в вакуумной камере. Корпус изготовлен из специального анодированного алюминиевого профиля, тепловая изоляция - - комбинированная (из базальтового волокна в алюминиевой фольге и пенополиуретана). Прогнозируемый срок службы коллектора - 15 - 20 лет.
Значения к. п. д. установки зависят от годового изменения климатических условий и температуры подаваемого теплоносителя, поэтому моделирование изменения K.II.Д. в годовом и суточном циклах - достаточно сложная задача. B данном случае были рассчитаны месячные суммы солнечной радиации на наклонную поверхность коллекторов, при этом усредненные значения к. п. д. принимались равными 0,35 - 0,6 в зависимости от режима работы гелиоустановки и расчетного месяца. Расчетное годовое удельное количество суммарной солнечной радиации на наклонную поверхность гелиоустановки составляет 1860кВт•ч/м2, а за сезон с апреля по октябрь - 1350кВт•ч/м2. Расчетное количество тепла, вырабатываемое гелиосистемой при сезонной работе, равно 175МВт•ч, при круглогодичной работе - 227,3 МВт•ч.
Как показали технико-экономические расчеты, срок окупаемости гелиосистемы котельной в пос. Солоники (с учетом инфляции) составляет 3 - 6 лет в зависимости от режима работы установки, что является очень хорошим показателем для энергетического оборудования. При этом уменьшается количество вредных выбросов в окружающую среду: золы - на 3,4; окислов серы, азота и углерода - на 10; углекислоты - на 156т в год.
B настоящее время должны быть возобновлены прекращенные из-за недостатка финансирования из местного бюджета работы по монтажу первой очереди солнечно-топливной котельной. Сооружение второй очереди намечено после запуска, испытаний и проверки принятых конструктивных решений гелиосистемы первой очереди.
Можно констатировать, что внедрение комбинированных солнечно-топливных котельных один из наиболее перспективных путей повышения эффективности и экологической безопасности существующих коммунальных котельных. Ha территории России эксплуатируется более 75 тыс. отопительных котельных жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) с суммарной тепловой мощностью 690,5 тыс. Гкал/ч. Потребление топлива (в пересчете на 1 т условного топлива) составляет 217,4 млн. т, из них только 41 % - • природный газ, около 47 % твердое топливо, 12 % жидкое и прочие виды топлива (торф, дрова) [8]. B 1997 r. валовые выбросы вредных веществ в атмосферу предприятиями ЖКХ в целом по России составили 677,68 тыс.т, что на 3,1% больше, чем в предыдущем году [12]. При этом существенно возросли выбросы жидких и газообразных веществ, в том числе оксида углерода (на 7,2 %), оксидов азота (на 3,8 %), сернистого ангидрида (на 2,1 %). Это прежде всего связано с продолжением эксплуатации маломощных котельных, не имеющих установок для очистки дымовых газов.
B Краснодарском крае в 1999 г. валовой выброс загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями энергетики составил 15,71тыс.т, или 15,3% общего выброса предприятиями края, что также осложняет экологическую ситуацию в курортном регионе. Ha предприятиях теплоэнергетики не сооружают установки очистки отходящих дымовых газов, на котлоагрегатах отсутствуют контрольно-измерительные приборы для поддержания оптимального режима горения, эксплуатируется устаревшее котельное оборудование.
Поэтому работы по проектированию и внедрению комбинированных солнечно-топливных котельных, использующих наиболее экологически безопасное топливо и оборудованных системами очистки дымовых газов, что способствует улучшению экологической обстановки в регионе, должны получить широкую поддержку со стороны властных структур и муниципальных предприятий, обеспечивающих централизованное теплоснабжение потребителей. Это особенно важно для региона Сочи, характеризующегося высокими требованиями к экологической безопасности рекреационной зоны, на фоне благоприятных для внедрения энергоустановок на базе НВИЭ природно-климатических условий. B этом плане опыт, полученный при разработке солнечно-топливной котельной в пос. Солоники Лазаревского района Сочи, представляется весьма полезным и должен учитываться при формировании региональных программ энергоснабжения и устойчивого развития территории.
6. Перспективы развития фотоэлектрических технологий.
Устойчивое развитие человечества в значительной степени зависит от наличия энергии и ее качества. Возобновляемые источники энергии (ВИЗ) могут помочь решению этих важных энергетических проблем, поскольку они доказали свою надежность и экологичность. Отсюда тот повышенный интерес, который проявляют крупные нефтяные компании мира к инвестированию в ВИЭ. За год в мире потребляется столько нефти, сколько ее образовалось в природных условиях за 2 млн лет. Предполагается, что пик использования нефтяных ресурсов наступит около 2030 г. [5].
Солнечные технологии, включая фотоэлектричество, могут стать конкурентоспособными уже в следующем десятилетии при соответствующей общественной и финансовой поддержке. Переход к крупномасштабному использованию ВИЭ произойдет в 21 веке. Это связано и с возрастающей потребностью развивающихся стран в электроэнергии (нехватка электроэнергии уже сейчас существует в ряде стран, включая Китай и Индию, а рост населения усугубляет эту проблему). Через 30—40 лет дополнительно потребуется 5000 ГВт установленной мощности, что примерно в 2 раза больше современного уровня.
За последние 10-20 лет в США в области фотоэлектрического способа получения энергии достигнут значительный прогресс, и стоимость производимой энергии снизилась на порядок (рис. 14). Это результат усовершенствования многих компонентов, однако существует еще много возможностей для дальнейшего совершенствования и улучшения стоимостных и режимных характеристик фотоэлектрических систем.
Прогрессу в использовании ВИЭ в США способствовали политика в области охраны окружающей среды, развитие самих технологий и промышленности. Были оформлены дотации и субсидии, приняты другие стимулирующие меры, которые способствовали росту использования ВИЭ. За период 1975—1990 гг. в солнечные энергетические технологии вложено более 38 млрд долл. государственных субсидий.
