VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Основными компонентами гелиоустановки являются (см. рисунок): солнечный коллектор 1; бак-аккумулятор 2; дополнительный источник энергии (котёл) 3; средства автоматики 4.

Рис. Гелиоустановка горячего водоснабжения

Установка может работать как с естественной, так и с принудительной циркуляцией.

Использование теплоты падающей солнечной энергии и преобразование её в тепловую энергию горячей воды осуществляется в солнечном коллекторе 1. В случае недостаточной температуры горячей воды догрев её осуществляется вспомогательным источником энергии 3 (например, котлом). Контроль за процессом нагрева осуществляется системой автоматики 4.

Эффективность использования гелиоустановок для различных регионов страны неодинакова. Для её оценки необходима информация о валовом, техническом и экономическом потенциале солнечной энергии [1].

Валовый потенциал солнечной энергии – это средний годовой объем энергии, содержащейся в солнечном излучении при полном ее превращении в полезно используемую энергию.

Технический потенциал солнечной энергии – часть валового потенциала, преобразование которого в полезно используемую энергию возможно при данном уровне развития технических средств, при соблюдении требований по охране окружающей среды.

Экономический потенциал солнечной энергии региона – часть технического потенциала, преобразование которого в полезно используемую энергию экономически целесообразно при данном уровне цен на ископаемое топливо, тепловую и электрическую энергию, оборудование, материалы и транспортные услуги, оплату труда и др.

Наиболее широко исследованным показателем оценки энергетической эффективности использования солнечной энергии является коэффициент замещения f [2], который может принимать значения от 0 до 1. Коэффициент замещения f– доля тепловой нагрузки, обеспечиваемой за счет солнечной энергии.

В [2] приведена методика расчета коэффициента замещения f как функции безразмерных комплексов X и Y. Физический смысл Y можно трактовать как отношение количества энергии, поглощаемой пластиной коллектора в течение месяца, к полной месячной тепловой нагрузке; физический смысл Х – отношение месячных тепловых потерь коллектора при базисной температуре (которая принимается равной 100 ^оС) к полной месячной тепловой нагрузке. Значение Y зависит, прежде всего, от среднемесячного дневного прихода суммарной (прямой и рассеянной) солнечной энергии на наклонную поверхность , который, в свою очередь, определяется как доля от среднемесячного дневного прихода суммарной энергии на горизонтальную поверхность .

На современном этапе внедрение гелиоустановок в нашей стране сдерживается, с одной стороны, в силу высокой стоимости солнечных коллекторов и относительно низкой стоимости топлива, с другой стороны, тем, что имеющийся опыт эксплуатации подобных систем зачастую не давал тех количественных и качественных результатов, которые ожидались, согласно выполненным предварительно расчетам.

В данной работе мы хотим дать общее представление об экономической целесообразности использования гелиоустановок для различных регионов России (Северо-Кавказский, Центрально-Черноземный, Центральный, Северо-Западный, Северный и Дальневосточный регионы). Они выбраны для исследования неслучайно. Северо-Кавказский и Дальневосточный регионы наиболее благоприятны для использования гелиоустановок по климатическим характеристикам, Центральный и Северо-Западный регионы – наиболее платежеспособные, а Северный регион является наиболее проблематичным с точки зрения энергоснабжения. Центрально-Черноземный регион занимает примерно срединное положение относительно крайних регионов по широте (между Северным и Северо-Кавказским регионами).

Оценка эффективности инвестиций в гелиоустановки может быть определена в соответствии с разработанными НП «АВОК» «Рекомендациями по оценке экономической эффективности инвестиционного проекта теплоснабжения» [4]. Нами были рассчитаны следующие определяющие критерии: а) дополнительные дисконтированные затраты (ДЗ) в гелиоустановку горячего водоснабжения за расчетный период; б) срок окупаемости (Т_ок) дополнительных затрат в гелиоустановку горячего водоснабжения.

в качестве объекта оценки экономической эффективности рассматривался жилой дом (коттедж), в котором потребность в горячей воде реализуется либо традиционной системой горячего водоснабжения (вариант I), либо комбинацией солнечной и традиционной систем (вариант II). Система оснащена пластиковыми солнечными коллекторами СКП-2. Общая площадь солнечных коллекторов принималась в расчете равной 12 м², объем теплоизолированного бака-аккумулятора - 600 л. В контуре солнечных коллекторов - антифриз. Бак-аккумулятор имеет встроенный теплообменник. Система оснащена устройством для циркуляции теплоносителя и автоматикой. Коэффициент замещения нагрузки горячего водоснабжения определялся для календарного года в целом.

Следуя выше обозначенным регионам, расчет экономической эффективности использования гелиоустановок горячего водоснабжения проводился для следующих городов: г. Краснодар (φ = 45˚ 2' с.ш.); г. Воронеж (φ = 51˚ 43' с.ш.); г. Москва (φ = 55˚ 45' с.ш.); г. Санкт-Петербург (φ = 59˚ 56' с.ш.); г. Архангельск (φ = 64˚ 32' с.ш.); г. Владивосток (φ = 43˚ 12' с.ш.). На основании ряда проведенных вычислительных операций были получены результаты, которые приведены в таблицах 1,2.

Таблица 1

Значение коэффициента замещения f *

Географическое местоположение	φ = 45˚ 2' с.ш. (г.Краснодар)	φ = 51˚ 43' с.ш. (г.Воронеж)	φ = 55˚ 45' с.ш. (г.Москва)	φ = 59˚ 56' с.ш. (г. Санкт-Петербург)	φ = 64˚ 32' с.ш. (г.Архангельск)	φ = 43˚ 12' с.ш. (г.Владивосток)
Коэффициент замещения f	0,53	0,44	0,40	0,33	0,34	0,66

* Годовая экономия теплоты, за счет замещения части теплопотребления на нужды горячего водоснабжения солнечной энергией, составляет:

г. Краснодар – 5,42 Гкал (при общем теплопотреблении за год 10,26 Гкал);

г. Воронеж – 4,76 Гкал (при общем теплопотреблении за год 10,87 Гкал);

г. Москва – 4,59 Гкал (при общем теплопотреблении за год 11,43 Гкал);

г. Санкт-Петербург – 3,65 Гкал (при общем теплопотреблении за год 11,17 Гкал);

г. Архангельск – 3,97 Гкал (при общем теплопотреблении за год 11,60 Гкал);

г. Владивосток – 7,13 Гкал (при общем теплопотреблении за год 10,87 Гкал).

Таблица 2

Значение дисконтированных затрат и срока окупаемости

гелиоустановок горячего водоснабжения *

Географическое местоположение	φ = 45˚ 2' с.ш. (г.Краснодар)	φ = 51˚ 43' с.ш. (г.Воронеж)	φ = 55˚ 45' с.ш. (г.Москва)	φ = 59˚ 56' с.ш. (г.Санкт-Петербур)	φ = 64˚ 32' с.ш. (г.Архангельск)	φ = 43˚ 12' с.ш. (г.Владивосток)
ДЗI, руб.	1205386	1276390	1342862	1312647	1362501	1276390
ДЗII, руб.	625550	773941	860845	940434	952290	495690
Ток, лет	4,2	5	5,2	7,5	6,5	3

* Значения, приведенные в таблице, получены при цене на теплоту в размере

2500 руб./Гкал. с учетом ежегодного ее роста на 20% (горизонт расчета - 20 лет).

Дополнительные дисконтированные затраты ДЗ по сравниваемым вариантам определяется из выражений [4]

, (1)

, (2)

где (соответственно по вариантам): К – капиталовложения; Э_t, Э_at – текущие издержки и амортизационные отчисления в год t; r – принятая процентная ставка (норма дисконта), отн. ед. [4]; Т_CЛ – горизонт расчета (расчетный период).

Таким образом, анализируя итоговые данные, можно сделать вывод, что наибольший экономический потенциал гелиоустановки горячего водоснабжения могут иметь в Приморском и Краснодарском краях.

Срок окупаемости системы (согласно принятым исходным данным для конкретного примера расчета и при стоимости теплоты от традиционного источника теплоснабжения 2500 руб./Гкал) 3 и 4,2 года, соответственно, для Владивостока и Краснодара.

Очевидно, что рост стоимости теплоты приведет к снижению срока окупаемости гелиоустановок горячего водоснабжения.

Библиографический список

1. Безруких, П.П. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / Под общей редакцией Безруких П.П. – СПб.: Наука, 2002. - 314 с.

2. Бекман, У. Расчёт систем солнечного теплоснабжения: Пер.: с англ./ У. Бекман, С. Клейн, Дж. Даффи. – М.: Энергоиздат, 1982, 80 с.

3. Сотникова, О.А. Использование тепловой энергии солнца в пассивных и активных системах теплоснабжения // О.А. Сотникова, Д.М. Чудинов / Вестник Воронежского государственного технического университета. Том 1, №6 . - Воронеж: Воронеж, гос. техн. ун-т, 2005. - С. 56-63.

4. Р НП «АВОК» 5-2006 «Рекомендации по оценке экономической эффективности инвестиционного проекта теплоснабжения». – М.: НП «АВОК», 2006. – 24 с.

Код для цитирования: Скопировать