Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Забайкальский государственный университет» (ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)

Факультет Энергетический

Кафедра ЭиЭТ

Реферат

по дисциплине: «Альтернативные и возобновляемые источники энергии» на тему: «Солнечно-топливная котельная»

Выполнил: студент группы ТЭСмз-20 Года П.А.

.

Чита, 2021г.

Содержание

Введение

1. Использование солнечно-топливной котельной и принцип работы

2. Преимущества использования солнечно-топливных котельных

3. Разработка солнечно-топливной котельной в Краснодарском крае

Заключение

Введение

Солнечное теплоснабжение в мире является вторым по объемам использования видом возобновляемых источников энергии. Институт прикладных исследований AEE INTEC (Австрия) по заданию Международного энергетического агентства (МЭА) ежегодно публикует статистические данные по развитию солнечного теплоснабжения стран мира. В 2014 г. в этих материалах впервые приведены данные по гелиоустановкам (ГУ) России. При установленной мощности всех солнечных систем теплоснабжения мира 330 ГВт (471 млн м²) с годовой выработкой тепловой энергии 281 ТВт·ч в России работали ГУ общей установленной мощностью 8,76 МВт (12514 м²), в том числе 11504 м² (92%) с плоскими солнечными коллекторами (СК) и 1010 м² (8%) с вакуумными СК.

По уточненным данным [1] в Краснодарском и Ставропольском краях, Бурятии, Астраханской и Волгоградской областях всего эксплуатируется 307 ГУ общей площадью 16440 м² (13,15 МВт). На рис. 1 представлена структура ГУ России по назначению.

Рис. 1. Структура гелиоустановок России по назначению.

Больше всего работает солнечно - топливных котельных 4756 м² (28,9%). На втором месте ГУ гостиниц и санаториев - 3826 м² (23,4%). К многочисленной группе следует отнести ГУ социальных объектов - 3014 м² (18,3%) и производственных предприятий - 3000 м² (18,3%). На односемейных домах работает 1345 м² (8,2%) ГУ ГВС. На таких же домах на отопление и ГВС эксплуатируется 210 м² (1,3%) СК. Воздушные ГУ составляют - 40 м² (0,2%), а ГУ плавательных бассейнов - 21 м² (0,1%).

Столь скромные результаты определяются рядом факторов. В России отсутствует федеральный закон об использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и государственная поддержка их развития. ГУ в вышеуказанных регионах строятся при минимальной поддержке соответствующих администраций. В стране нет серийного производства основного оборудования ГУ - солнечных коллекторов (СК), а применение качественных европейских СК при существующих тарифах на энергоресурсы приводит к большим срокам окупаемости.

Для развития солнечного теплоснабжения принципиально важно оценить потенциальный российский рынок. В настоящее время существует экспертная оценка этого рынка в концепции развития энергетики России до 2030 г. в размере 10 млн м². Ежегодно устанавливается около 5400 м² солнечных коллекторов, в том числе 90% импортных [2[.

Россия сравнительно недавно приступила к развитию солнечного теплоснабжения.

солнечно-топливный котельная гелиоустановка

1. Использование солнечно-топливной котельной и принцип работы

Как известно, первая на территории бывшего СССР 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. Гелиосистема была выполнена в виде солнечной приставки к имевшейся котельной (рис. 2).

Рис. 2. Принципиальная схема солнечно-топливной котельной в гостинице «Спортивная» (г. Симферополь)

В Краснодарском крае в доперестроечный период под руководством В. А. Бутузова 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. В таких системах достигаются наибольшие КПД 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.

В Краснодарском крае, обладающем большим потенциалом солнечной энергии, эксплуатируются 36 гелиоустановок общей площадью 2700 м2. В сочинском санатории «Лазаревское» функционирует крупнейшая на побережье гелиосистема площадью 400 м2.

Котельная в пос. Солоники Лазаревского района, г. Сочи мощностью 1 МВт предназначена для отопления и горячего водоснабжения четырех жилых трехэтажных домов. В котельной установлено четыре котла типа «Универсал-5М», работающих на каменном угле, тепловой мощностью 0,259 МВт с площадью поверхности нагрева 33,1 м2 каждый, без систем газоочистки и утилизации теплоты уходящих газов. Имеется также бак-аккумулятор вместимостью 25 м3.

В 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 °С, время аккумулирования энергии в баке-аккумуляторе - краткосрочное (1-2 сут). 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 располагают на плоской крыше котельной и специальной эстакаде. При проектировании учитывают возможность загрязнения 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 области). Поглощающая панель коллектора - штампосварная 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 КПД установки зависят от годового изменения климатических условий и температуры подаваемого теплоносителя, поэтому моделирование изменения КПД в годовом и суточном циклах - достаточно сложная задача. В данном случае были рассчитаны месячные суммы солнечной радиации на наклонную поверхность коллекторов, при этом усредненные значения КПД 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 1860 кВт-ч/м², а за сезон с апреля по октябрь - 1350 кВт*ч/м². Расчетное количество тепла, вырабатываемое гелиосистемой при сезонной работе, равно 175 МВт * 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; оксидов серы, азота и углерода - на 10; углекислоты - на 156 т в год.

2. Преимущества использования солнечно-топливных котельных

В 1997 г. 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. 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.

В Краснодарском крае в 1999 г. валовой выброс загрязняющих веществ в атмосферу предприятиями энергетики составил 15,71 тыс. т, или 15,3 % общего выброса предприятиями края, что также осложняет экологическую ситуацию в курортном регионе. На 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. В этом плане опыт, полученный при разработке солнечно-топливной котельной в пос. Солоники Лазаревского района г. Сочи, представляется весьма полезным и должен учитываться при формировании региональных программ энергоснабжения и устойчивого развития территории.

3. Разработка солнечно-топливной котельной в Краснодарском крае

Солнечно-топливные котельные в отличие от гелиоустановок горячего водоснабжения (ГВС) характеризуются большим КПД и меньшей удельной стоимостью монтажа и эксплуатации.

В 2004 г. завершено сооружение 1-й очереди солнечно-топливной котельной в станице Старовеличковской Краснодарского края. Расчетный режим работы: апрель - октябрь. На кровле действующей котельной центральной районной больницы с двумя водогрейными котлами КС-1 общей установленной тепловой мощностью 2,32 МВт для обеспечения ГВС смонтирована гелиоустановка общей площадью 171,3 м². Солнечные коллекторы (СК) - 190 шт. Ковровского механического завода (КМЗ) размещены на кровле котельной. Над существующей ветхой мягкой кровлей смонтирован усиленный деревянный каркас с покрытием из стального оцинкованного профилированного листа толщиной 0,8 мм. Металлоконструкции СК опираются на волны металлического покрытия с распределением нагрузок. Ориентация СК - южная, угол наклона над уровнем горизонта - 30°. По условиям гидравлики СК сгруппированы в блоки по пять-шесть коллекторов. Схема гелиоустановки - одноконтурная.

В здании котельной установлены три теплоизолированных бака-аккумулятора вместимостью по 7 м³. Баки выполнены из обычной стали, антикоррозионное покрытие - двухкомпонентная краска КО-42Т (имеется разрешение санитарных органов на ее применение при температуре питьевой воды до 60 °С).

Баки обвязаны трубопроводами по параллельной схеме, что обеспечивает их попеременную работу. Циркуляция воды при этом обеспечивается двумя насосами ЦНЛ 32/100-1,1/2 (один - рабочий, другой - резервный) мощностью по 1,1 кВт. После 18 ч 00 мин при пасмурной погоде при необходимости вода подогревается теплоносителем котлов в пластинчатом теплообменнике, после чего данный бак используется для ГВС потребителей. В течение суток один-два бака работают с гелиоустановкой, из третьего осуществляется подача горячей воды потребителям.

Эксплуатационные испытания солнечно-топливной котельной проводились с июня по октябрь 2004 г. При испытаниях использовались стандартные приборы: комплект теплосчетчика (водомеры типа ВСТ, термодатчики Pt-l00, тепловычислитель ВКТ-7), переносный расходомер типа «Акрон», контактный термометр. В результате испытаний установлено, что фактическая тепловая мощность гелиоустановки на 20 % выше расчетной. Подтверждены основные проектные характеристики. В режимах совместной работы гелиоустановки и нагрева воды теплоносителем от котлов не выявлено существенного уменьшения тепловой эффективности.

Заключение

Можно констатировать, что внедрение комбинированных солнечно-топливных котельных - один из наиболее перспективных путей повышения эффективности и экологической безопасности существующих коммунальных котельных, в таких системах достигается большая продолжительность сезона работы и эксплуатационная надежность. Существенным достоинством этих установок является частичное использование технологического оборудования котельной, возможность обслуживания их прежним персоналом котельной, что позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты на систему. Но использование данных установок в течение всего года эффективно только в районах с максимальной солнечной активностью и не при низких температурах наружного воздуха.

Список используемой литературы

1. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в регионах России // Энергосбережение. 2014. № 6.

2. Бутузов В.А. Новости российской гелиотехники // Новости теплоснабжения. 2013. № 10.

3. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Т., Киселева С.В., Терехова Е.Н. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. М. ОИВТ РАН. 2010.

4. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Экономическая целесообразность сооружения гелиоустановок // Энергосбережение. 2012. № 8.

5. Территориальный орган федеральной службы государственной статистики. Курортно-туристический комплекс Краснодарского края. Краснодар. 2011.

6. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В. Комбинированное теплоснабжение объектов с использование солнечной энергии // Промышленная энергетика. 2006. № 12.

7. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в России. Проектирование, строительство, эксплуатация. Lamber Academic Publishing, Германия. Саар - Брюкен. 2012.

8. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В. Гелиоустановки котельных малой мощности // Промышленная энергетика. 2007. № 6.

9. Бутузов В.А. Анализ состояния котельного парка Краснодарского края и пути повышения его экономичности // Промышленная энергетика. 1985. № 3.

Размещено на Allbest.ru