Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Эксплуатация российских гелиоустановок

OPERATION OF RUSSIAN SOLAR PLANTS

V.A. Butuzov, Doctor of Engineering, Kuban State Agricultural University of I. T. Trubilin (Krasnodar)

Keywords: solar heating, solar plant (SP), solar collector (SC), operational reliability, technical condition of SP

Implementation of solar plants (SP) in Russia does not progress as fast as we would like. As a result, the total capacity of solar heat supply systems in the country by January 1st, 2019 amounted to just 68 MW (85 thousand m2), which constitutes less than 0.015 % of the global indicator – 480 GW (600 million m2). To accelerate this process one has to be sure in operational reliability of solar collectors used in Russian solar facilities. Let's analyze the operation and condition of equipment in several SPs operating in Russia for a long time.

Описание:

В России внедрение гелиоустановок (ГУ) осуществляется не так быстро, как хотелось бы. В результате в стране на 1 января 2019 года общая мощность систем солнечного теплоснабжения составляла всего 68 МВт (85 тыс. м2), что не превышает 0,015 % от мирового показателя – 480 ГВт (600 млн м2). Для ускорения данного процесса немаловажна уверенность в эксплуатационной надежности используемых на российских объектах солнечных коллекторов. Проанализируем работу и состояние оборудования на нескольких ГУ, эксплуатируемых в России длительное время.

Эксплуатация российских гелиоустановок

В России внедрение гелиоустановок (ГУ) осуществляется не так быстро, как хотелось бы. В результате в стране на 1 января 2019 года общая мощность систем солнечного теплоснабжения составляла всего 68 МВт (85 тыс. м2), что не превышает 0,015 % от мирового показателя – 480 ГВт (600 млн м2)1. Для ускорения данного процесса немаловажна уверенность в эксплуатационной надежности используемых на российских объектах солнечных коллекторов. Проанализируем работу и состояние оборудования на нескольких ГУ, эксплуатируемых в России длительное время.

Эксплуатация российских гелиоустановок

Анализ развития солнечного теплоснабжения в нашей стране с двадцатых годов XX века по настоящее время представлен в [1], а российский опыт изготовления солнечных коллекторов (СК)2 и монтажа гелиоустановок описаны в [2]. В 2018–2019 годах в России были построены гелиоустановки общей площадью 1 000 м2, в том числе с плоскими СК – 630 м2 (63 %), в основном российского производства, и с вакуумными трубчатыми СК – 370 м2 (37 %). Примеры внедрения российских гелиоустановок, построенных в 2018–2019 годах, приведены в [3].

Для создания надежных и экономичных гелиоустановок необходимо проанализировать результаты многолетней эксплуатации солнечных коллекторов3. В этом ключе проведем мониторинг результатов работы СК, установленных не менее 10 лет назад на объектах в Астраханской области и в Краснодарском крае, а также выполним оценку их эксплуатационной надежности.

Солнечные коллекторы

В 2020 году солнечные коллекторы в России производили две организации. ООО «Новый полюс» (Москва, www.newpolus.ru) предлагает СК типа «Яsolar» следующих видов: плоские жидкостные, воздушные, воздушно-жидкостные и трубчатые вакуумные жидкостные. Конструкция жидкостного плоского СК выполнена в четырех модификациях: три с размерами 2073×1070×103 мм и одна с размерами 1073×1073×105 мм. Абсорбер листотрубный медный. Лист абсорбера с селективным покрытием TiNOX соединяется с медной трубкой диаметром 9 мм пайкой с бессвинцовым припоем. Уплотнение стекла выполнено температурно-стойкой резиной. Конструкция корпуса – рамная из алюминиевого профиля, теплоизоляция толщиной 60 мм, тыльная сторона – из листового алюминия. Трубчатые вакуумные СК выпускаются с количеством трубок 10, 20 и 30 с площадью соответственно 0,83; 1,728 и 2,592 м2 с U-образными медными трубками. Воздушный и воздушно-жидкостный СК при площади 2 м2 производятся с прозрачной изоляцией из стекла и поликарбоната.

Второй российских производитель – АО «ВПК «НПО Машиностроение» (www.sololnpo.ru) – имеет 20-летний опыт разработки и выпуска СК [2]. В 2020 году он производил СК типа «СОКОЛ-ЭФФЕКТ» двух модификаций с листотрубными медными и алюминиевыми абсорберами чешского производства с селективным покрытием. Стекло гелиотехническое с антибликовым покрытием, толщиной 3,2 мм. Уплотнение стекла в корпусе выполнено ЕРДМ-резиной. Конструкция корпуса – рамная из алюминиевого профиля. Теплоизоляция имеет толщину 50 мм. Для монтажа предлагаются межколлекторные сильфонные компенсаторы и опорные конструкции.

Гелиоустановка в Астраханской области

В России самая мощная солнечно-топливная котельная (СТК), обеспечивающая горячее водоснабжение (ГВС) жилых зданий, была построена в 2011 году в г. Нариманов (рис. 1, табл. 1)4.  Данная гелиоустановка имеет 2 200 солнечных коллекторов типа CKN 2,0 (табл. 2) немецкой фирмы Buderus типа Logosol CKN 2,0 с листотрубными медными абсорберами с регистровой гидравлической схемой и лакокрасочным покрытием. СК соединяются между собой четырьмя резинотканевыми патрубками и хомутами. Стекло – просветленное градостойкое толщиной 3,2 мм. Корпус рамный из алюминиевых профилей. Теплоизоляция – минеральная вата толщиной 25 мм. Тыльная сторона – стальной оцинкованный лист. Габариты СК 1032×2026×67 мм. Апертурная (облучаемая) площадь СК составляет 1,94 м2. СК скомпонованы в три гелиополя с числом коллекторов 540, 560 и 1 100 шт (схема. 1). Ориентация южная, угол наклона к горизонту 45°. Расположение однорядное. Блоки скомпонованы в основном по 10 шт. и подключены по противоточной схеме. Схема гелиоустановки двухконтурная. Теп­лоноситель СК – химочищенная вода. Максимальная расчетная температура – 120 °С, температура стагнации – 200 °С.

В 2014 году гелиоустановка была дополнена фотоэлектрическими модулями (ФЭМ) в количестве 1 040 шт., скомпонованными в два гелиополя по 640 и 400 шт. В настоящее время ФЭМ не эксплуатируются.

Эксплуатация российских гелиоустановок

Тепловая схема гелиоустановки предусматривает работу СК по закрытой схеме с подогревом теплоносителя ГВС-котельной в пластинчатых теплообменниках. Для заполнения химочищенной водой гелиоконтура и аварийного сброса при перегреве установлены три группы баков и насосов. При проектировании гелиоустановки предусматривалась работа котельной по закрытой четырехтрубной схеме с нагревом воды в двух баках вместимостью по 250 см3 для ГВС.

Поскольку котельная переведена на работу по открытой двухтрубной схеме, то в настоящее время гелиоустановка эксплуатируется не в расчетном проектном режиме. Предварительный анализ работы данной гелиоустановки показал, что имеется возможность 30-процентного увеличения ее производительности. Десятилетняя эксплуатация установленных СК в самом дешевом исполнении (лакокрасочное покрытие абсорберов, резинотканевые соединительные патрубки) показала их высокую надежность: повреждения СК отсутствуют (табл. 2). На абсорберах имеется налет песка.

Гелиоустановки в Краснодарском крае

В Усть-Лабинске гелиоустановка для круглогодичного горячего водоснабжения центральной районной больницы (рис. 2, табл. 1) площадью 600 м2 была построена в 2011 году [3]. Информация о солнечных коллекторах типа CFK-1 в табл. 2. СК немецкой фирмы Wolf состоят из листотрубных медных абсорберов с регистровой гидравлической схемой с PVD-селективным покрытием. Корпус СК алюминиевый штампованный («корыто»). Стекло гелиотехническое толщиной 3,2 мм, запрессованное в корпусе. СК имеют по четыре патрубка с резьбовыми соединениями. Теплоизоляция – базальтовое волокно толщиной 60 мм. Габариты: 1090×2090×110 мм. Апертурная площадь СК – 2 м2. СК в количестве 300 шт. скомпонованы в 15 сдвоенных блоков по 10 шт. в каждом. Ориентация южная, угол наклона 45° к горизонту. Расположение однорядное. Гелиополе находится на расстоянии 150 м от насосного модуля.

Эксплуатация российских гелиоустановок

Гелиоконтур5 включает в себя солнечные коллекторы, пластинчатый теплообменник, насосы (схема. 2). Второй контур включает бак-аккумулятор вместимостью 10 м3 и насосы. Третий контур имеет пластинчатый теплообменник для подогрева воды на ГВС. Для автоматизации работы гелиоустановки применен специализированный контроллер немецкой фирмы Resol с датчиком солнечной радиации.

Вследствие неквалифицированной эксплуатации вышли из строя 40 СК (табл. 2). Они были разморожены при работе на обычной воде, деформированы при перегреве солнечных коллекторов, а также обнаружены неисправности сильфонных компенсаторов.

В Сочи три гелиоустановки в летний сезон обеспечивают горячей водой санаторий им. Фрунзе (рис. 3). Они были смонтированы объединением «Спецгелиотепломонтаж» (Тбилиси) в 1985 году на кровле столовой и пристройке к ней и имеют площади 252, 160, 96 м2 [3]. По истечении срока службы в 2010 году СК с штампосварочными стальными абсорберами были заменены на солнечные коллекторы типа «СОКОЛ» (табл. 2) с сохранением основных схемных и компоновочных решений (табл. 1).

Эксплуатация российских гелиоустановок

Ориентация СК южная, угол наклона к горизонту 45°. Суммарно на трех гелиоустановках установлено 254 СК с габаритными размерами каждого коллектора 1007×2007×100 мм. Абсорберы выполнены из плавниковых прессованных алюминиевых трубок из сплава АД-31. Гидравлическая схема абсорбера – регистровая. Селективное покрытие абсорбера – вакуумное нанесение PVD по технологии НПО «Машиностроение». Корпус рамный из алюминиевых профилей. Стекло закаленное, толщиной 3,2 мм. Теплоизоляция – базальтовое волокно Rockwool толщиной 60 мм. Тыльная сторона выполнена из листового алюминия. Алюминиевые патрубки абсорбера имеют муфтовые резьбовые соединения.

Самая большая гелиоустановка санатория площадью 252 м2 с СК на кровле столовой имеет бак-аккумулятор вместимостью 5 м3, установленный на высоте 8 м с 2-метровым превышением над СК. При замене в 2010 году СК в гелиоконтур дополнительно были установлены циркуляционные насосы. Подпитка бака выполнена через промежуточный бачок с поплавковым регулятором. Работа гелиоустановки на химочищенной водопроводной воде при отсутствии ее контакта с воздухом обусловила 35-летнюю эксплуатацию баков и трубопроводов.

ГУ № 2 с СК на кровле пристройки столовой площадью 160 м2 выполнена по аналогичным гидравлической и компоновочной схемам. Особенностью ГУ № 3 площадью 96 м2 с СК на кровле центрального теплового пункта (ЦТП) является размещение бака аккумулятора и насоса в здании ЦТП.

Основным недостатком 10-летней эксплуатации данных гелиоустановок с алюминиевыми СК является повреждение 30 коллекторов (табл. 2) в результате электрохимической коррозии резьбовых соединений (соединительные муфты из стали 3 и бронзы). Солнечные коллекторы установлены на расстоянии 15 м от берега моря, однако за 10 лет эксплуатации следов коррозии на абсорберах и корпусах коллекторов не выявлено.

В Анапе гелиоустановка была построена в 2000 году для ГВС базы отдыха «Рассвет» в станице Благовещенской (рис. 4, табл. 1). На навесе смонтированы 48 СК Ковровского механического завода общей площадью 38,4 м2 (табл. 2). Бак-аккумулятор вместимостью 4 м3 для термосифонной циркуляции воды установлен над СК с превышением отметки на 0,5 м. Солнечные коллекторы имеют абсорберы из латунной трубки со стальными плавниками с черным лакокрасочным покрытием, стекло оконное, толщиной 2 мм, корпуса стальные (сталь 3) с лакокрасочным покрытием. Теплоизоляция – полости из пергамина, тыльные стороны – окрашенный лист ДВП. Бак-аккумулятор выполнен из стали 3 и имеет внутреннее разрешенное для ГВС лакокрасочное покрытие. Теплоизоляция – стекловата толщиной 60 мм с покрытием из оцинкованной стали.

В 2020 году данная гелиоустановка продолжает работать, однако фактически действуют 40 из 48 СК (8 шт. демонтировано). Из 40 работающих солнечных коллекторов имеют частичные сколы лакокрасочного покрытия 30 шт., а у 10 СК либо совсем отсутствовали, либо были повреждены стекла (табл. 2). СК без стекол имеют коррозионные повреждения стальных ребер абсорберов. У 10 СК отсутствовала тыльная сторона. Большинство резинотканевых патрубков с хомутами сохранились. Обвязка СК металлопластиковой трубой в результате воздействия ультрафиолета солнечного излучения имеет массовые повреждения. Бак-аккумулятор находится в исправном техническом состоянии, и внутри него следов коррозии не обнаружено. Теплоизоляция не нарушена.

Эксплуатация российских гелиоустановок

Выводы и рекомендации

При разработке проектов гелиоустановок необходимо учитывать опыт многолетней эксплуатации. Солнечные коллекторы разных производителей отличаются по конструкции и стоимости и техническим характеристикам. Длительный опыт их эксплуатации показал, что при качественном лакокрасочном покрытии и резинотканевых соединительных патрубках они обеспечивают надежную работу гелиоустановок. При проектировании технически сложных автоматизированных гелиоустановок следует учитывать ежегодные эксплуа­тационные затраты и их выполнение специализированными организациями. В противном случае гелиоустановки могут выйти из строя после 2–3 лет эксплуатации.

Литература

1. Бутузов В. А. Столетний опыт работы российских научных школ солнечного теплоснабжения // Энергия: экономика, техника, экология. № 2. 2019. С. 16–29.

2. Бутузов В. А., Бутузов В. В., Брянцева Е. В., Гнатюк И. С. Гелиоустановки в России: анализ результатов сооружения в 2018–2019 годах // Сантехника, отопление, кондиционирование. 2020. № 2. С. 89–93.

3. Бутузов В. А. Российские установки солнечного теплоснабжения. Практика внедрения и оценка экономической целесообразности // Энергосбережение. № 8. 2019. С. 54–58.

4. Бутузов В. А., Бутузов В. В.Использование солнечной энергии для производства тепловой энергии. М.: Интехэнерго-Издат, Теплоэнергетик, 2015. 314 с.

5. Felix Dr. Peuzer A., Remmers K.-H., Schanaus M., Langzeiterfahrungen Solarthermie. Solarpraxis. Berlin.2001.

1 Источник: www.ren21.net.

3 Информация о многолетней эксплуатации солнечных коллекторов советских производителей представлена в [4], а немецких производителей – в [5].

5 Принципиальную схему гелиоустановки в Усть-Лабинске см. в полной версии статьи https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=7711 или в журнале «Энергосбережение » № 3–2012, с. 69–73.

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Все иллюстрации приобретены на фотобанке Depositphotos или предоставлены авторами публикаций.

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №1'2021



Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Сертификационный центр АВОК
Реклама на нашем сайте
Онлайн-словарь АВОК!