Виталий БУТУЗОВ
Профессор, д. т. н.,
Кубанский государственный аграрный
университет им. И.Т. Трубилина
Е-mail: ets@nextmail.ru
Введение
Достоверная информация по гелиоустановкам мира в целом и отдельных стран публикуется по заданию Мирового энергетического агентства (МЭА) в отчетах института AEE INTEC (Австрия) с 2005 г. На 01.01.2023 г. институт оценил суммарную установленную мощность солнечной теплогенерации всех стран мира в 542 ГВт при площади 774 млн м2 (100%)с выработкой тепловой энергии 442 ГВт·ч/год. В России общая площадь гелиоустановок по этому отчету составляла 27265 м2 [1].
Анализ российских данных показал, что их следует дополнить статистикой поставки солнечных коллекторов и комплектных гелиоустановок для односемейных домов [2]. В РФ имеется определенный опыт сооружения солнечной теплогенерации [3]. В отличие от других стран в России отсутствует господдержка развития этого направления теплоэнергетики. Ежегодно вводится в эксплуатацию всего 2000 м2 гелиоустановок. Производством солнечных коллекторов занимаются две организации. Одна из них ООО «Новый Полюс» выполняет также разработку проектов и монтаж гелиоустановок.
Обзор мировой статистики
На рис. 1 представлена диаграмма распределения основных групп с общей площадью 708,67 млн м2 гелиоустановок мира по назначению.
Наиболее массовыми являются установки горячего водоснабжения одноквартирных домов (Domenic hot water heating in singl – family houses: DHW-SFH) – 391,5 млн м2 (55,2%) и многоквартирных домов (Domenic hot water heating in multi – family houses: DHW-MFH) – 293 млн м2 (41,4%). Гелиоустановки, отопление и ГВС (Combi system: DHW-MFH) – 16,9 млн м2. Для других видов солнечных установок общей площадью 7,23 млн м2 их распределение представлено на рис. 2: мегаваттные (Large Scale heat – LSSH), воздушные, термофотоэлектрические (PVT), промышленные (Solar heat for industrial processes – SHIP). Площадь мегаваттных гелиоустановок составляла 3,1 млн м2 (2181 МВт), а самая мощная была построена в городе Силькеборг в Дании (157 тыс. м2; 110 МВт). Воздушные гелиоустановки имели площадь 1,44 млн м2 (985 МВт), а их наибольшее число работало в Канаде (0,474 млн м2, 334 МВт), установки с PVT-коллекторами имели площадь 1,5 млн м2 (751 МВт тепловых, 254 МВт электрических). Самая мощная промышленная гелиоустановка создана в Австралии (Pontagusta) – 36 МВт (51,5 тыс. м2), тогда как суммарная площадь достигает 0,63 млн м2 (300 МВт).
По теплоносителям в мире преобладали жидкостные гелиоустановки – 613,4 млн м2 (86%), а по конструкциям солнечных коллекторов – вакуумные (ЕТС) – 492,2 млн м2 (80%).
По данным АЕЕ Intec, в России в 2021 г. общая площадь гелиоустановок составляла 27265 м2 (100%) (рис. 3). По назначению преобладали установки ГВС МКД – 21472 м2 (78,8%), а по применяемым коллекторам – жидкостные плоские – 23190 м2 (85%). Вакуумные солнечные коллекторы имели площадь всего 3872 м2 (14,2%).
Современная солнечная теплогенерация России
Вышеприведенные данные института АЕЕ Intec получены экспертным путем, в том числе с участием автора, и не учитывают значительное число гелиоустановок, сооружаемых владельцами одноквартирных домов. В книге [2] было показано, что по отчетам налоговых и таможенных органов РФ максимальное число солнечных коллекторов было поставлено зарубежными производителями в 2010–2015 гг. с общей площадью 58480 м2 (www.litvinchuk.ru), в том числе отдельных коллекторов – 30220 м2, а в составе комплектных гелиоустановок с баками – 28200 м2. Ежегодные поставки в 2016–2022 гг. зарубежных и отечественных производителей солнечных коллекторов не превышали 1000 шт. С учетом изложенного, на рис. 4 предложена диаграмма распределения гелиоустановок РФ по назначению в 2022 г. Существенным отличием от статистики АЕЕ Intec явилось преобладание гелиоустановок горячего водоснабжения одноквартирных домов – 62700 м2 (73,1%), а доля ГВС МКД сократилась до 25% (21472 м2).
Состояние и перспективы развития в РФ солнечной теплогенерации определяются политическими и экономическими факторами. В 2022 г. в стране отсутствовали закон об использовании ВИЭ и концепция развития возобновляемой энергетики. Правительством РФ утверждена программа развития солнечной, ветровой и малой гидравлической сетевой электрогенерации с установленной мощностью 12 ГВт до 2035 г. (план ДПМ – ВИЭ‑2). По другим направлениям электрогенерации (ГеоЭС, БиоЭС) концептуальные решения в 2022 г. отсутствовали. По теплогенерации на основе ВИЭ отсутствует даже государственная программа. Три её основных направления: биотеплогенерация, солнечное и геотермальное теплоснабжение развиваются в основном на региональном уровне. Существующие ГОСТы на конструкции солнечных коллекторов и рекомендации по проектированию гелиоустановок устарели и требуют доработки. Научные исследования по солнечной теплогенерации выполняют д. т. н. О. С. Попель (ОИВТ РАН) и д. т. н. В. А. Бутузов (КубГАУ), д. т. н. С. Е. Щеклеин (солнечные опреснители, УРФУ). За последние пять лет в российских журналах были опубликованы всего 30 статей по гелиоустановкам.
Производство солнечных коллекторов и сооружение гелиоустановок в России имеют многолетний опыт [3]. По ряду причин в XXI веке темпы развития солнечной теплогенерации кратно сократились и не превышают 1000 м2 коллекторов в год. В 2022 г. заказчикам была доступна продукция только двух предприятий: АО «ВПК НПО «Машиностроение» и ООО «Новый полюс» (далее «Новый полюс»). Оба производителя имеют общую конструкторскую школу и базовую конструкцию с листотрубными абсорберами. НПО «Машиностроение» предлагало потребителям солнечные коллекторы с медными и алюминиевыми абсорберами, гелиотехническим стеклом и рамным корпусом из алюминиевых профилей (www.sololnpo.ru). Данные коллекторы не были испытаны и сертифицированы должным образом. На рис. 5 представлена гелиоустановка ГВС базы отдыха «Машиностроение» в пос. Архипо-Осиповка Краснодарского края площадью 240 м2 с аварийным расхолаживанием солнечного коллектора [4].
«Новый полюс» в 2022 г. являлся единственной организацией страны, которая изготавливала солнечные коллекторы, выполняла проектные и монтажные работы, обслуживала гелиоустановки (www.newpolus.ru). Заказчикам предлагались жидкостные (плоские и вакуумные), воздушные и комбинированные (PVT) коллекторы. Плоские коллекторы имели размеры 20701070103мм и 10731070103 мм, медные листотрубные абсорберы. Их существенным отличием от солнечных коллекторов НПО «Машиностроение» являлось соединение труб и листов пайкой. Коллекторы выполнялись с прозрачным покрытием как гелиотехническим стеклом, так и поликарбонатом. Вакуумные коллекторы производились на основе китайских комплектующих и имели число труб от 10 до 30 с единичной площадью коллекторов до 2,6 м2. Коллекторы «Нового полюса» не испытаны и не сертифицированы должным образом. По данным производителя, в 2021–2022 гг. было произведено 800 солнечных коллекторов общей площадью 1660 м2 (100%). На рис. 6 представлена диаграмма их распределения по конструкциям. В большинстве своем это плоские СК – 1260 м2 (78,7%).
В таблице 1 приведены основные технические характеристики шести гелиоустановок, построенные ООО «Новый полюс» в 2020–2023 гг. общей площадью 1456 м2. Большинство из них сезонные, для горячего водоснабжения. Одна установка обеспечивает также подогрев бассейнов, а одна в г. Альметьевске производит догрев теплоносителя кондиционера.
Две гелиоустановки обеспечивают круглогодичную работу ГВС с поддержкой отопления. При сооружении данных установок использовались солнечные коллекторы собственного производства. Опорные конструкции коллекторов разработаны в нескольких вариантах: на горизонтальной поверхности, в том числе для установки на вечномерзлых грунтах, а также для наклонных скатов кровель. Автоматика обеспечивает в том числе аварийное расхолаживание коллектора. На рис. 7 представлена гелиоустановка детского сада этого производителя в г. Севастополе с коллектором с общей площадью 300 м2.
Компания Vist Energy (г. Ростов-на-Дону) специализируется на поставках в РФ плоских солнечных коллекторов китайской фирмы Linuo Ritter International Co. Ltd с единичной площадью СК 2 м2 и 3 м2. Имеется сертификат соответствия Solar Reymark Tuvreinland № 011–7SZ964F от 10.11.2020 г. и сертификат соответствия РФ № 0529358. Абсорбер листотрубный (алюминий/медь), трубная медная панель выполнена по регистровой схеме. Стекло гелиотехническое, корпус и тыльная сторона выполнены из алюминиевых сплавов. В 2021–2022 гг. в Краснодарский и Хабаровский края было поставлено 340 м2 солнечных коллекторов, в том числе для четырех гелиоустановок с числом коллекторов более 10 шт. – 164 м2. На рис. 8 гелиоустановки отеля «Усадьба Парфенова» в пос. Каменномостском в Республике Адыгея. Гелиоустановка на кровле основного здания отеля состоит из 24 коллекторов Vist Energy общей площадью 72 м2, а гелиоустановка – на кровле СПА-комплекса выполнена на основе 24 коллекторов «ВПК НПО «Машиностроение» общей площадью 48 м2. Гелиоустановки обеспечивают ГВС и подогрев плавательного бассейна.
Выводы
- Солнечная теплогенерация мира с установленной мощностью 542,3 ГВт (774 млн м2, 100%) и годовой выработкой – 442 ГВт·ч по данным австрийского института АЕЕ Intec занимала в 2022 г. второе место после биотеплогенерации. По назначению лидировали гелиоустановки ГВС односемейных домов (DHW-SFH – 391,5 млн м2; 39,2%) и также установки для многоквартирных домов (DHW-МFH – 293 млн м2; 38,1%). Наибольшее распространение получили жидкостные вакуумные коллекторы (ЕТС) общей площадью – 492 млн м2 (80%).
- По данным автора уточнена статистика института АЕЕ Intec по российским гелиоустановкам с общей площадью в 2022 г. 85745 м2 (100%).
По назначению лидировали установки односемейных домов – 62700 м2 (73,1%), а по применяемым конструкциям – плоские солнечные коллекторы. - Основным производителем плоских, вакуумных, воздушных, комбинированных солнечных коллекторов в 2022 г. в России являлось ООО «Новый полюс» (Москва). За последние два года оно изготовило 800 СК общей площадью 1660 м2, в том числе плоских 1260 м2 (78,7%), вакуумных – 220 м2 (13,7%). Преобладали поставки для ГУ с числом СК более 10 шт., всего 920 м2. Из 15 гелиоустановок, построенных за последние годы, преобладали сезонные установки для ГВС при максимальной площади до 300 м2.
