Фото 1. Гелиоустановка издательства «Советская Кубань» в Краснодаре
Фото 2. Гелиоустановка базы отдыха «Лесная поляна» в Новороссийске
Фото 3. Гелиоустановка объектов ЦРБ Усть-Лабинска
На первом, советском этапе развития гелиотехники в 1982–1992 гг. в регионе применялись солнечные коллекторы (СК) со стальными абсорберами Братского завода отопительного оборудования, грузинской фирмы «Спецгелиотепломонтаж» (Тбилиси), с алюминиевыми абсорберами заводов института «КиевЗНИИЭПИО», Всесоюзного института легких сплавов, Бакинского завода по обработке цветных сплавов.
Научные и методические основы создания гелиоустановок разрабатывались Краснодарской лабораторией энергосбережения и нетрадиционных источников энергии Академии коммунального хозяйства (Москва). На основе изучения значений интенсивности солнечной радиации региона, теплопроизводительности гелиоустановок, стоимости их сооружения и фактической стоимости замещения ими органического топлива сделан вывод о целесообразности применения гелиоустановок преимущественно для ГВС.
Проектирование и монтаж установок выполнялись в основном объединением «Кубаньтеплокоммунэнерго» (Краснодар). На этом этапе строились в основном одноконтурные ГУ площадью от 50 до 300 м2, а также двухконтурные солнечно-топливные котельные. На фото 1 представлена одна из первых гелиоустановок Краснодарского края, построенная в 1989 г. и работающая до настоящего времени. Общая площадь СК Тбилисского завода — 300 м2.
Удельная сметная стоимость ГУ — 117 USD/м2 при курсе 1 USD = 30 руб. Срок окупаемости ГУ составил 7,4 года. Экономические показатели солнечно-топливных котельных существенно выше, т.к. при их сооружении применяется существующее оборудование котельной (баки, насосы). Так, для гелиоустановки котельной в г. Тимашевске площадью 326 м2 с СК Братского завода удельная сметная стоимость составила всего 76,1 USD/м2 при курсе 1 USD = 30 руб. (структура сметной стоимости на рис. 4).
Срок расчетной окупаемости — 2,8 года при фактическом сроке эксплуатации — 20 лет. Итак, на советском этапе для регионального развития гелиотехники были характерны: большой выбор конструкций, наличие нормативной документации (Справочники по климату, ВСН 52–86 «Установки солнечного горячего водоснабжения»), типовые проекты гелиоустановок московских и киевских проектных организаций, наличие специализированных монтажных организаций (Спецгелиотепломонтаж, Тбилиси), Краевой программы развития возобновляемых источников энергии.
Основные технические и экономические решения гелиоустановок на этом этапе существенно не отличались от зарубежных. На втором этапе развития гелиотехники в Краснодарском крае в 1993–2005 гг. в основном применялись СК с абсорберами из цветных металлов: Ковровского механического завода (КМЗ) — латунь; НПО Машиностроения (Реутово, Московской обл.) — алюминий, нержавеющая сталь; фирма «Конкурент» (Жуковский, Московской обл.) — нержавеющая сталь.
Большинство построенных гелиоустановок оборудованы СК КМЗ: 38 установок общей площадью 1500 м2. СК данного производителя имели оптимальное для российского рынка соотношение цены и теплотехнических показателей. Разработка, проектирование и монтаж ГУ выполнялась специалистами Южнорусской энергетической компании и фирмы «Теплопроектстрой» (Краснодар). Для 54 городов и населенных пунктов региона были получены достоверные расчетные значения прямой, рассеянной и суммарной солнечной радиации.
Разработаны типовые проекты и выполнен монтаж следующих гелиоустановки ГВС расчетной дневной производительностью 0,2; 1; 2; 3; 4; 6 и 10 м3. При этом построены гелиоустановки с естественной циркуляцией производительностью 6 м3 в день и более. На фото 2 представлена такая гелиоустановка в Новороссийске. В результате анализа технических и экономических показателей 10 ГУ с СК КМЗ, построенных в 1999– 2000 гг. установлено следующее.
При общей площади ГУ от 19 до 54 м2 СК размещены на кровлях зданий, либо на навесах. Бакиаккумуляторы вместимостью от 2 до 6 м3 выполнены из нержавеющей стали, стали Ст3 с различными покрытиями. Теплоизоляция баков — стекловата и оцинкованная сталь. Схемы ГУ — одноконтурные, циркуляция воды через СК — термосифонная или насосная. Режим работы — сезонный. Средняя удельная сметная стоимость ГУ — 160 USD/м2 при курсе в 2000 г. — 1 USD = 28 руб.
Обычно при анализе показателей общая стоимость гелиоустановки распределена на следующие составляющие: СК, учитывающая как собственно их стоимость, так и затраты на их монтаж; металлоконструкции и трубопроводы, включая стоимость материалов, вспомогательного оборудования, арматуры, теплоизоляции и их монтаж; бак-аккумулятор с его монтажом и теплоизоляцией; прочие расходы: проектирование и наладка. Срок окупаемости таких гелиоустановок — семь лет.
На третьем, современном этапе применяются в основном СК зарубежного производства с медными абсорберами германского, словацкого, израильского и турецкого производства. Проектирование и монтаж гелиоустановок выполняется в основном специалистами ООО «Теплопроектстрой», ОАО «Южгеотепло» [2]. Результаты обработки значений интенсивности солнечной радиации станции наземного наблюдения сопоставлены с аналогичными значениями компьютерной базы NASA SSE.
Установлено, что расхождение в определении интенсивности суммарной солнечной радиации между ними не превышает 8 %, но по отдельным месяцам года (зимним) оно достигает 57,3 % [3]. Для проектирования гелиоустановок в Краснодарском крае применяют данные [2], а для техникоэкономического обоснования гелиоустановок — программу NASA SSE. В городе Усть-Лабинске (Краснодарская область) непосредственно в 60 км от самого Краснодара строится круглогодичная гелиоустановка больницы (фото 3) с 300 СК фирмы Wolf (Германия) общей площадью 600 м2.
СК имеет медный листотрубный абсорбер, штампованный алюминиевый корпус, градостойкое стекло. Коллекторы размещены на опорных металлоконструкциях в наземном варианте. Ориентация — южная, угол наклона 45° к горизонту. Расстояние между блоками СК оптимизировано по условиям затенения. Установлено, что для условий Краснодарского края это расстояние достаточно определять как для сезонных гелиоустановок при работе с апреля по октябрь.
При этом затенение южных частей СК при работе с октября по март приводит к уменьшению выработки тепловой энергии не более чем на 10 %, что соответствует точности обработки данных интенсивности солнечной радиации станции наземного наблюдения. Принципиальная схема гелиоустановки следующая. СК смонтированы блоками по 10 шт., каждый из которых оборудован регулирующим клапаном. В гелиоконтуре применяется незамерзающий теплоноситель Anro фирмы Wolf (Германия).
Схема гелиоустановки трехконтурная. Во втором контуре установлен буферный бак, вместимость которого (20 м3) определена из условий аккумулирования избыточного тепла при превышении производительности гелиоустановки над водоразбором горячего водоснабжения (ГВС). В третьем контуре водопроводная вода нагревается теплом промежуточного контура и при необходимости в зимнее время догревается теплоносителем существующей котельной.
Для автоматизации работы гелиоустановки применен контроллер фирмы Resol (Германия). Сметная стоимость гелиоустановки — примерно 12,5 млн руб. Анализ российского рынка гелиоустановок показал, что его существенный рост следует ожидать после повышения стоимости природного газа и реализации региональных программ энергосбережения в соответствии с федеральным законом №261 от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности».
В Краснодарском крае, при численности населения 5 млн человек, ежегодно число отдыхающих со всех концов России превышает 10 млн человек. Отсюда, рынок гелиоустановок только для этого региона оценивается в 5 млн м2. Для освоения этих объемов требуется построить завод по производству СК и создать соответствующую инфраструктуру (проектирование, монтаж, обслуживание).
Следует отметить, что в России в настоящее время отсутствует серийное производство СК, а конструкция коллектора НПО Машиностроения (Реутово, Московской обл.) не перспективна для массового производства. На основании анализа известных конструкций ведущих мировых производителей СК: плоских, вакуумных трубчатых, пластиковых сделан вывод о перспективности производства плоских СК, определены основные конструктивные характеристики.
