Автореферат (Методология оптимизации параметров микрогенерирующих энергокомплесов на основе возобновляемых источников энергии), страница 7

18).В разделе 3 главы 4 представлены результаты экспериментального исследования эффективности системы производства тепловой энергии для условий резкоконтинентального климата, характерного для УралоРисунок 18. Солнечные коллекторыСибирской климатической зоны. В основу расчетов СКна объектелегли теоретические и экспериментальные разработки«Энергоэффективный дом»в области использования солнечной энергии СтребковаД.С., Безруких П.П., Бутузова В.А., Амерханова Р.А., Тарнижевского Б.В. и др..Показатели нагрузки, рассчитанные для экспериментального энергоэффективногодома в пос.

Растущий, представлены на рис. 19 и 20.Рисунок 19. Суммарная тепловая нагрузка системыРисунок 21. Принципиальная схема установки для исследования эффективности вакуумного солнечного коллектора в натурныхусловиях 1 – двухконтурный бакаккумулятор объемом 250 литров; 2 – циркуляционный насос Wilo 48 Вт; 3 – вакуумныйсолнечный коллектор Ariston Kairos VT-15; 4 –расходомер; 5-арматура; 6 – аналогоцифровой преобразовательРисунок 20. Тепловая энергия, отпущенная СКЭкспериментально полученные данныеподтвердили потенциальную возможностьобеспечения за счет солнечных коллекторовпотребностей в ГВС в период с марта по сентябрь (включительно).В ходе исследований в условиях Уральскогорегиона были апробированы, помимо плоскихСК, солнечные коллекторы с вакуумными трубками: определялись приходы солнечной радиации, изменение тепловых характеристик элементов, энергетическая производительность и эффективность установки, общая схема которойпредставлена на рис.

21. Исследования энергетических характеристик установки имели длительный (многомесячный) характер, сбор и накопление информации, как по приходу солнечной радиации, так и по температурным характеристи24кам, был максимально автоматизирован.Температурные характеристики системы вакуумных коллекторов при запуске в зимнийпериод показаны на рис.

22.Рисунок 22. Температурные характеристики системы вакуумных коллекторовРисунок 23. Данные по приходусолнечной радиации в многодневном циклеВозможность применения СКвак в зимнийпериод подтверждается нагревом прямой нитки теплоносителя за непродолжительный промежуток солнечного дня с +8 до +30оС.Для исследования радиационных характеристик применялись два независимых автоматических метеорологических комплекса «VantagePRO-2» (фирма Davis, США), регистрирующихпрямую и рассеянную радиацию, температуру ивлажность окружающей среды, силу и направление ветра в автоматическом режиме с сохранением данных в памяти компьютера.Солнечные коллекторы имели южнуюориентацию и стационарный угол наклона кгоризонту 450.

Характерные данные по измерению приходов солнечной радиациив районе расположения «Энергоэффективного дома» приведены на рис. 23.Внешний вид графика показывает наличие циклической (суточной) составляющейприхода энергии солнца, однако маскируетстохастический характер, связанный с облачностью, прозрачностью атмосферы ипрочими факторами.На рис. 24 приведен детальный суточныйграфик прихода солнечной радиации, учитывающий упомянутые выше явления.Рад.

Вт/м29008007006005004003002001000Время суток, час002.244.486.129.3612.0014.2416.4819.1221.36Рисунок 24. Характерный суточный график прихода солнечной радиацииНа рис. 25 представлены данные суточных графиков изменения температур в системе «солнечный коллектор – бак-накопитель», записанные с использованием системы дистанционного мониторинга установок ВИЭ «National Instruments».25Вт/м2 0СРисунок 25. Суточные графики изменения температурв системе «солнечный коллектор – бак-накопитель»В апреле 2012 г. в УрФУ, на основе расчетов и полученных экспериментальныхданных, разработана схема и выполнен монтаж вакуумных солнечных коллекторов на10-этажном многоквартирном доме в Екатеринбурге.

Схема функционирования системы солнечных вакуумных коллекторов представлена на рис. 26.Система состояла из 21 коллектора на 30вакуумных трубок и 28 коллекторов на 10(общее количество трубок: 910). Все трубкисоединены в секции по 90 единиц каждая(допускаются 80 и 100 соответственно). Таким образом, в систему входят 10 параллельно подключенных к магистральнымтрубопроводам секций СК.Параллельное присоединение коллекторов имеет такие плюсы, как возможностьвывода в ремонт, меньшие потери давления, однако при этом требуется большееколичество труб присоединения.При таком соединении не всегда возможнодостижение высоких температур, поскольку теплоноситель не успевает прогреться через 1коллектор.Рисунок 26.

Схема подключения вакуумных СКПроцесс монтажа вакуумных СК нак штатной системе отопления и ГВС10-тиэтажного дома (Екатеринбург)доме в мегаполисе приведен на фото(рис. 27).В случае последовательного соединения возможно при малом расходедогревать рабочую жидкость до необходимых параметров, однако в этомслучае необходимо учитывать большие потери давления, а также выводиз строя всей системы при неисправности одного коллектора.Был выполнен расчет эффективногоугла наклона СК для круглогодичногостационарного использования системывакуумныхколлекторов. Для гелеосистем,Рисунок 27.

Монтаж вакуумных солнечных колосновной задачей которых служит отоплелекторов на 10-ти этажном доме в мегаполисе(Екатеринбург, ул. Родонитовая, д. 8, июнь 2012 г.) ние, наиболее целесообразным являются26«зимние» углы (от 60 до 750). Так, для угла наклона СК 65о в январе генерируемаямощность составляет порядка 400 Вт/м2 (рисунок 28), тогда как в аналогичное времядля угла в 10 градусов IН = 180 Вт/м2. Дальнейшее увеличение угла нецелесообразно,так как при угле в 90о IН = 415 Вт/м2 для января, при этом в летний период будет значительный недобор энергии, поскольку солнечное излучение попадает на вертикальную поверхность лишь частично.Расчетная годовая прибыль при использоIН, Вт/м2вании солнечных вакуумных коллекторовдля 10-ти этажного дома (250 квартир) напараллели 58o с.ш. составила около 180 тыс.руб. при цене 1 Гкал 900 руб., что соответствует 12–15 % всех затрат на отопление иГВС. Таким образом, использование солнечных коллекторов в средней полосе России может покрыть в летние месяцы нуждына ГВС для потребителя автономного децентрализованного объекта.Использование СК в составе КС ВИЭобеспечивает повышение надежности и эффективностьтеплоснабжения и ГВС в периодРисунок 28.

Расчетная зависимость мощ«весна-лето-осень», а также снижает расходности потока солнечной радиации от месяца года для углов наклона СК: 1 – 10о;более качественной электроэнергии.2 – 45о; 3 – 65о; 4 – 90оВ разделе 4 главы 4 представлен анализвозможностей гидроэнергетического потенциала Свердловской области, проведеноисследование особенностей малой гидроэнергетики для включения в энергобалансместных и территориальных образований и рассмотрен вариант использования микро-ГЭС в составе мКС ВИЭ (на примере «Энергоэффективного дома»).В основу расчетов гидроэнергетического потенциала Свердловской области леглитеоретические работы известных российских специалистов Васильева Ю.С., Елистратова В.В., Сидоренко Г.И., Виссарионова В.И.

и др..В результате исследований и расчетов, выполненных при участии диссертанта накафедре «Атомные станции и ВИЭ» УрФУ, было установлено, что на 18 тысячах рекСвердловской области для малых ГЭС возможно использование 320 существующихгидротехнических сооружений (ГТС). Из них на 80-ти ГТС малые ГЭС уже сегоднямогут быть экономически выгодны.Использование микро-ГЭС в составе мКС ВИЭ было реализованона Верхне-Бобровском пруду, расположенном в 0,5км от «Энергоэффективного дома». Организация подачи воды на турбину и схема гидротехнического сооружения дляустановки микро-ГЭС представленана рис. 29. Мощность микро-ГЭСсоставляла 1,5 кВт. Забор и подачаРисунок 29. Схема микро-гидроэлектростанции своды на турбину «банки» микросифонным водозабором на Верхне-Бобровском пруду близ «Энергоэффективного дома» (1 – плотинаГЭС осуществлялись посредствомВ–Бобровского пруда; 2 – сливной ствол трубы Dсифонно1400 мм; 3 – гидрозатвор регулирующего сброса; 4 –труба-сифон поддержания уровня зеркала пруда;го рукава d=200 мм, при напоре 3,8 м.5 – микроГЭС; 6 – сифонный рукав27Оптимальные соотношения долей установленных мощностей оборудования в составемКС ВИЭ с применением микроГЭС были определены с использованием уже описанного алгоритма и программы автоматического расчета «АРК-ВИЭ».Существующие вблизи каждого поселка пруды могут быть использованы для выработки электроэнергии на микро- и мини ГЭС посредством легко возводимых водозаборов сифонного типа.

Микро- и мини ГЭС могут быть применены в районахс высоким значением ГСОП в составе любой мКС ВИЭ в течение трех из четырехкварталов года.По итогам расчетов, выполненных в УрФУ с участием диссертанта, были определены 14 малых ГЭС, которые вошли в распоряжение Правительства Свердловскойобласти №261-РП «О развитии малой гидроэнергетики» от 02.04.2004г. В 2009 г. состоялся пуск Киселевской мини-ГЭС мощностью 200 кВт, в 2011 Верхне-СысертскоймГЭС N=100 кВт и в 2012 г. Нижнеиргинской мГЭС N=100 кВт (реконструирована в2016 г.).В целом анализ гидрологических данных ГТС водохранилищ Свердловской области показал, что существующие стоки позволяют разместить на них малые ГЭС суммарной мощностью не менее 55 МВт и осуществлять производство не менее200 млн.