Солнечное теплоснабжение в мире и в России

Ведущим трендом развития мировой энергетики является широкое использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ). На рис. 1 представлена диаграмма соотношения установленных тепловых и электрических мощностей, годовой выработки тепловой и электрической энергии четырех наиболее масштабно применяемых технологий использования ВИЭ: солнечного теплоснабжения, ветроэнергетики, фотоэлектрических станций (ФЭС), геотермальных электростанций (ГеоЭС) по материалам «Обзора мирового рынка солнечного теплоснабжения», выполненного в мае 2013 года Францом Маутнером и Вернером Вайсом из института AEE INTEC, Австрия.

Как следует из рис. 1, на первом месте ветроэнергетика, на втором — солнечное теплоснабжение. По данным на конец 2012 года, во всем мире установлено 383 млн м² солнечных тепловых установок общей тепловой мощностью 268,1 ГВт с годовой выработкой тепловой энергии 225 ТВт⋅ч/год. Россия в обзоре AEE INTEC вообще отсутствует. Общая площадь гелиоустановок в нашей стране пока составляет около 30 тыс. м². Причин тому несколько: отсутствие федерального закона об использовании ВИЭ, достаточно оформленной касаемо этой темы государственной политики, доступного по цене оборудования, и, как следствие, отсутствие рынка гелиоустановок. Анализ аналогичного рынка в зарубежных странах показал, что он сформирован в результате реализации мер государственного регулирования (рис. 2).

В России при стоимости тепловой энергии, уже сопоставимой с европейской, окупаемость (рис. 3) до семи лет имеют гелиоустановки с солнечными коллекторами (СК) отечественных производителей при круглогодичной работе в южных регионах страны, при величине стоимости замещаемой тепловой энергии от 2 руб/кВт⋅ч (газовые котельные). При замещении тепловой энергии от 3 руб/ кВт⋅ч (электроэнергия) срок окупаемости снижается до 4,8 года.

В последнее время произошли некоторые позитивные изменения [1]. В Комитете по энергетике Государственной Думы России подготовлен проект закона об использовании ВИЭ. В Академии наук России воссоздан научный совет по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии, ведется подготовка Международной научной конференции в Москве, проведение которой запланировано 22–23 октября 2013 года.

Для разработчиков гелиоустановок создан «Атлас солнечной радиации России» [2]. Для Краснодарского края создана региональная база значений солнечной радиации [3]. Доступны несколько компьютерных баз для проектирования гелиоустановок [4]. В табл. 1 приведены основные характеристики компьютерных программ для проектирования гелиоустановок.

В России имеется два производителя солнечных коллекторов. Например, НПО «Машиностроения», находящееся в городе Реутово (Московская область), выпускает СК с алюминиевым листотрубным абсорбером европейского качества. Данный производитель имеет полный цикл производства, включающий в том числе нанесение высокоселективного РVD-покрытия. В Улан-Удэ налажено производство СК с листотрубным абсорбером (медь, алюминий) на основе комплектующих китайских производителей. На сравнительно небольшом российском рынке гелиоустановок плоские и вакуумные СК предлагаются фирмами Buderus, Viessmann, Wolf, Vaillant, Schu .. co (Германия), Ariston (Италия), Thermosolar (Словакия), а также китайскими, турецкими и израильскими производителями с общим годовым объемом продаж 5400 м². В 2012 году лидером стала фирма Buderus — 4400 м². На втором месте — Ariston (600 м²). Сооружение гелиоустановок осуществляется, в основном, в трех регионах России: Краснодарский край, Астраханская область и Бурятия.

В Краснодарском крае эксплуатируется 100 гелиоустановок общей площадью 10 тыс. м². В городе Усть-Лабинске, в 60 км от Краснодара, третий год эксплуатируется самая большая в России на сегодняшний день гелиоустановка ГВС с 300-ми СК фирмы Wolf (Германия) общей площадью 600 м² (фото 1) [5]. Трехконтурная схема гелиоустановки представлена на рис. 4.

Завершается строительство гелиоустановки санатория Министерства обороны в Анапе (фото 2) площадью 325 м² (в ее составе 130 единиц СК Kairos XP 2,5V фирмы Ariston). Схема гелиоустановки — трехконтурная, с семью буферными баками вместимостью по 3 м³.

В Астраханской области в городе Нариманов завершено строительство крупнейшей в России гелиоустановки мегаваттного класса площадью 4224 м² с 2200 СК типа Logasol CКN 1,0-S фирмы Buderus (фото 3). Ее стоимость — около 80 млн руб. Расположена она рядом с котельной мощностью 30 МВт для сезонного горячего водоснабжения. Установка состоит из четырех гелиополей (2 × 540 и 2 × 560 шт.) и расположена на площади 24 тыс. м². Расчетный расход нагреваемой до 55 °C воды — 500 м³/сут. Схема гелиоустановки — двухконтурная с двумя баками-аккумуляторами вместимостью по 500 м³ (схема гелиоустановки представлена на рис. 5).

Таким образом, Россия приступила к строительству мегаваттных солнечных станций централизованного теплоснабжения. Сооружение гелиоустановок большой мощности (свыше 500 м²) является одним из направлений повышения их экономических показателей. По данным института AEE JNTEC (Австрия), на конец 2012 года в мире работали мегаваттные гелиоустановки общей площадью 3,83 млн м², в том числе самая большая 36305 м² (25 МВт) для теплоснабжения университета в городе Риаде (Саудовская Аравия). Наибольшее количество таких установок построено в Европе — 175 шт. общей площадью 456 тыс. м² (319 МВт).

В Бурятии построено 90 гелиоустановок общей площадью 4400 м². Разработка и сооружение гелиоустановок в этом регионе производится, в основном, в Центре энергоэффективных технологий (ЦЭФТ) и ООО «Кассол» под руководством Г.П. Касаткина и И.Г. Касаткина. Одним из последних смонтированных агрегатов является гелиоустановка туристко-рекреационной зоны «Байкальская гавань» площадью 230 м². Перспективным направлением является также разработка и сооружение этой фирмой энергоактивных зданий, когда абсорберы интегрируются в кровлю или стены здания. При этом сокращается стоимость гелиоустановки, так как используются теплоизоляционные конструкции ограждений и остекление здания. Подобные технологии применены, например, в гелиоустановке с интегрированными в конструкцию сетей здания солнечными коллекторами средней школы №1 в городе Кяхта (Бурятия) площадью 73 м².

Солнечное теплоснабжение — второе по значимости направление использования ВИЭ в мире после ветровой энергетики. Рынки гелиоустановок в зарубежных странах сформированы в результате реализации мер государственного регулирования. В России при организации серийного производства солнечных коллекторов реальный срок окупаемости гелиоустановок составляет от пяти лет. Экспертная оценка российского рынка гелиоустановок, согласно Концепции развития энергетики до 2030 года, составляет свыше 10 млн м². В настоящее время в регионах России имеются технические возможности дня организации массового сооружения гелиоустановок.

1. Бутузов В.А. Перспективы российской гелиотехники // Энергосбережение, №4/2012.
2. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Г. и др. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. — М.: Институт высоких температур РАН, 2010.
3. Амерханов Р.А., Бутузов В.А., Гарькавый Р.А. Вопросы теории и инновационных решений. — М.: Энергоатомиздат, 2009.
4. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в России. Проектирование, строительство, эксплуатация. Lambert Academic Publishing. Saar-Bru .. cken, 2012.
5. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Опыт проектирования и строительства гелиоустановки для горячего водоснабжения районной больницы // Новости теплоснабжения, №2/2012.