Использование солнечной энергии для производства горячего водоснабжения на объекте университета острова Русский
Исследование опыта использования альтернативных источников энергии для получения горячего водоснабжения за счёт энергии солнца. Характеристика особенностей солнечных коллекторов и фотоэлектрических солнечных панелей, установленных на кровле здания.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.02.2017 |
| Размер файла | 636,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет»
Использование солнечной энергии для производства горячего водоснабжения на объекте университета острова Русский
Богданович Г.А., Карягин А.В., Баскова Г.Н.,
Владивосток
Резюме
В данной статье описан опыт использования альтернативных источников энергии, для получения горячего водоснабжения за счёт энергии солнца на одном из объектов Дальневосточного федерального университета в кампусе на о. Русский. Приведены данные мониторинга о выработанной энергии за 5 месяцев работы установки, а также для сравнения приведены данные об экологическом эффекте. Приведены работы, проводимые по повышению надёжности и производительности установки.
Ключевые слова: солнечная энергия, солнечная водонагревательная установка, фотоэлектрическая солнечная установка.
Введение
Приморский край относится к регионам России, где поступление солнечной радиации является максимальным и достигает 5 и более кВт*ч/мІ в день. Число солнечных дней в среднем по Приморскому краю составляет 310, при продолжительности солнечного сияния более 2000 часов [1,3].
Максимальное поступление солнечной радиации наблюдается в мае, а минимальное в декабре, причём в марте наблюдается максимальная сумма прямой радиации на нормальную к лучу поверхность и продолжительность солнечного сияния. Минимальная продолжительность солнечного сияния наблюдается в июне и июле это связано с сезоном дождей, которые наступают в этот период
По некоторым исследованиям, практические ресурсы солнечной энергии в Приморском крае с учетом экологических и других ограничений составляют: тепловой энергии - 16,0 млн.кВт, электрической энергии - 4,9 млн.кВт [2], в то время как установленная мощность оборудования электростанций в крае составляет 2,7 млн.кВт электрической энергии и 3,9 млн.кВт тепловой энергии [5,6]. Таким образом, мощность электростанций и ресурс солнечной энергии при получении электрической величины одного порядка.
Однако, несмотря на огромный потенциал солнечной энергетики, широкое внедрение альтернативной энергетики в России сдерживается по ряду причин: это дороговизна, большая материалоемкость оборудования, недостаточный опыт использования данных технологий, плохая информированность. Привлечь внимание к альтернативной энергетике можно с помощью демонстраций успешного опыта внедрения установок альтернативной энергетики в реальном хозяйственном применении. Существующая тенденция понижения стоимости оборудования для солнечной энергетики и постоянное повышение стоимости органического топлива и тарифов на электрическую и тепловую энергию, также являются тем фактором, который повышает привлекательность и конкурентоспособность альтернативной энергетики.
В данной статье рассмотрен пример реального использования солнечной энергии для горячего водоснабжения гостиничного корпуса на кампусе Дальневосточного Федерального университета в городе Владивосток на острове Русском.
1. Описание установки
В декабре 2014 года на кампусе ДВФУ была установлена всесезонная Лабораторная солнечная водонагревательная установка (СВНУ), предназначенная для получения горячего водоснабжения гостиничного корпуса рассчитанного на проживание 536 человек. Совместно с СВНУ смонтирована фотоэлектрическая солнечная установка (ФСУ). Вырабатываемая энергия ФСУ расходуется на автономное электроснабжение СВНУ, излишки электроэнергии расходуются на электроснабжение внутренних потребителей.
Генерирующее оборудование установок включает в себя: 90 солнечных коллекторов производительностью 0,15 Гкал/час тепловой энергии и 176 фотоэлектрических солнечных панелей производительностью 22 кВт*час электрической энергии.
Солнечные коллектора и фотоэлектрические солнечные панели установлены на кровле здания. Общая площадь кровли составляет 2566 мІ.
СВНУ разделена на три одинаковые системы. Каждая система включает в себя 30 коллекторов, две насосные станции с теплообменниками и накопительный бак емкостью 5000л. (поясняющая схема представлена на рисунке 1).
Рисунок 1: Принципиальная схема системы СВНУ
Три накопительных бака, насосные станции с теплообменниками, электрические аккумуляторные батареи, системы электроснабжения и управления расположены в подвальном помещении. Система СВНУ включает в себя четыре циркуляционных контура, посредством которых передаётся солнечная энергия системе горячего водоснабжения корпуса.
ФСУ разделена на две системы: однофазную и трёхфазную.
Однофазная система ФСУ включает в себя 124 фотоэлектрические панели, зарядные устройства, которые обеспечивают заряд 28 аккумуляторных батарей, необходимых для аварийного электроснабжения установки, и однофазный инвертор, преобразующий вырабатываемую электроэнергию в однофазную напряжением 220В частотой 50Гц. Электроэнергия, вырабатываемая однофазной системой, обеспечивает автономную работу СВНУ, а излишки полученной энергии отдаются во внутреннюю сеть электроснабжения корпуса.
Трёхфазная система ФСУ включает в себя 52 солнечные панели и инвертор, преобразующий вырабатываемую энергию в трёхфазную напряжением 380В частотой 50Гц. Электроэнергия трёхфазной системы используется на энергоснабжение внутренних потребителей гостиничного корпуса. водоснабжение энергия солнце коллектор
В установке применены 90 солнечных вакуумных коллекторов марки ES58-1800-30R1. Коллектора ориентированы на юг, угол наклона поверхности солнечных коллекторов к горизонту составляет 40°.
Таблица 1: Технические данные солнечного коллектора
|
Тип коллектора |
ES58-1800-30R1 |
|
|
Общая площадь |
4,90 мІ |
|
|
Ширина коллектора |
2420 мм |
|
|
Высота |
2010 мм |
|
|
Глубина |
145 мм |
|
|
Площадь апертуры |
2,791 мІ |
|
|
Эффективная площадь абсорбции |
2,411 мІ |
|
|
Объём жидкости в манифольде |
2,3 л |
|
|
Рекомендуемая скорость потока |
3,21/4,82 л/мин. |
|
|
Степень поглощения |
> 91%: 0,93 ~ 0,96 (АМ-1.5) |
|
|
Средний коэффициент тепловых потерь |
0.4 ~ 0.6W/(m2?) |
|
|
Угол установки |
40є |
|
|
Количество трубок |
30 шт |
|
|
Длина трубки |
1800 мм |
|
|
Внешний диаметр трубки |
58±0.7 мм |
|
|
Толщина внешней стеклянной трубки |
1.8±0.15мм |
|
|
Внутренний диаметр трубки |
47±0.7мм |
|
|
Толщина внутренней стеклянной трубки |
1.6±0.15 мм |
|
|
Эффективная площадь вакуумной трубки |
0,13 мІ |
|
|
Устойчивость к граду |
До 35 мм |
|
|
Срок службы |
15 - 25 лет |
Площадь крыши, которую занимают солнечные коллектора, составляет 1112 мІ, а эффективная площадь абсорбции тепловоспринимающей поверхности составляет 216,99 м2.
2. Мониторинг работы установки
С начала ввода установки в эксплуатацию проводится непрерывный мониторинг выработки электрической и тепловой энергии установкой, а также технических параметров работы установки. Данные мониторинга архивируются в онлайн режиме и доступны для удалённого анализа через сеть Интернет. Ниже представлены суточные данные о выработке тепловой энергии установкой с января по май 2015 года.
Рисунок 2: Суточные данные о выработке тепловой энергии в январе 2015г.
Рисунок 3: Суточные данные о выработке тепловой энергии в феврале 2015г.
Рисунок 4: Суточные данные о выработке тепловой энергии в марте 2015г.
Рисунок 5: Суточные данные о выработке тепловой энергии в апреле 2015г.
Рисунок 6: Суточные данные о выработке тепловой энергии в мае 2015г.
По суточному графику выработки тепловой энергии установкой можно наблюдать о количестве солнечных и пасмурных дней в течение исследуемого периода. Наблюдения за работой установки показали, что и в пасмурные дни установка способна вырабатывать тепловую энергию. Отсутствие выработки тепловой энергии наблюдалось только в дни выпадения осадков.
Рисунок 7: Данные о выработке тепловой энергии с января по май 2015г.
За исследуемый период с января по май солнечной установкой было выработано 64788 кВтч (233236,8МДж) тепловой энергии, что показало среднюю суточную выработку тепловой энергии с 1 мІ эффективной площади абсорбции коллекторов 1,977 кВтч/м2.
Следует отметить, что за исследуемый период установка не всё время находилась в работе. В январе и феврале месяцах продолжались пусконаладочные работы, на проектную мощность установка вышла только в марте 2015 года.
Максимальная производительность установки была зафиксирована 23 мая. В этот день установка выработала 1040 кВтч, что на 1 мІ эффективной площади абсорбции составило 4,79 кВтч/м2 в день.
Ниже для сравнения приведено количество месячной выработки установкой с 1 мІ тепловой энергии в МДж и статические характеристики месячных сумм солнечной радиации и прямой радиации на горизонтальную поверхность в городе Владивосток.
Таблица 2: Данные статических характеристик солнечной радиации и выработанной тепловой энергии установкой.
|
Январь |
Февраль |
Март |
Апрель |
Май |
||
|
Q, МДж/мІ |
260 |
339 |
463 |
488 |
521 |
|
|
S', МДж/мІ |
170 |
228 |
283 |
263 |
259 |
|
|
Qвыр, МДж/мІ |
133 |
152 |
255 |
260 |
275 |
Q, МДж/мІ - месячные суммы суммарной солнечной радиации; S', МДж/мІ - месячные суммы прямой радиации на горизонтальную поверхность; Qвыр, МДж/мІ - суммарное месячное количество тепловой энергии, выработанное солнечной водонагревательной установкой с 1мІ.
Из примера можно наблюдать, что данные выработанной установкой тепловой энергии примерно совпадают со статистическими данными о поступлении солнечной радиации на горизонтальную поверхность. (Январь и февраль не учитывается, так как в этот период ещё не были завершены работы по пуско-наладке оборудования). Данный пример показывает эффективность работы установки, что ещё раз подтверждает целесообразность использования солнечных водонагревательных установок в Приморском крае.
3. Экологический эффект
Оценка экологической эффективности применения альтернативной энергетики хорошо видна на примере экономии органического топлива. Ниже приведен расчёт экономии органического топлива, используемого при производстве энергии традиционными способами, на то количество тепловой энергии, которое выработала установка.
Данные расчёта экономии органического топлива за исследуемый период приведены в таблице 3.
Таблица 3: Данные расчёта экономии органического топлива за исследуемый период.
|
Топливо |
Количество, кг |
|
|
Уголь |
22 213 |
|
|
Мазут |
11 900 |
|
|
Природный газ |
14 307 |
Наиболее всего оправдано применение альтернативных источников энергии с экологической точки зрения. Традиционные способы производства энергии в наибольшей степени «ответственны» за усиливающийся парниковый эффект и выпадение кислотных осадков, поступление в атмосферу основной доли техногенного углерода (в основном в виде СО2), около 50% двуокиси серы, 35% - окислов азота и около 35% пыли.
Ниже приведены данные о количестве атмосферных загрязнений, возникающих при традиционных способах производства энергии того количества энергии, которое выработала установка с января по май [4].
Таблица 4: Количество атмосферных загрязнений при традиционном производстве
|
Тепловая энергия выработанная за исследуемый период |
Вредные выбросы при традиционном производстве |
||||||
|
SO2 |
NOх |
CO2, |
Зола, шлак |
Тепловое загрязнение |
Потребление кислорода |
||
|
т |
т |
т |
т |
МДж |
т |
||
|
64788 кВт*ч |
0.99 |
0.09 |
27.28 |
2.27 |
166358.40 |
19.85 |
4. Работы, проводимые по повышению производительности установки
С момента запуска установки проводятся работы по повышению её надёжности и производительности.
Изначально в установке не было предусмотрено резервирования циркуляционных контуров, что могло бы привести к остановке оборудования и перегреву установки. Для повышения надёжности работы установки была разработана система резервирования циркуляционных насосов первых двух контуров главной насосной станции. Система резервирования первого контура включила в себя параллельную установку основному насосу резервного. Автоматизация процесса обеспечивает запуск резервного насоса в случае выхода из строя основного, а также автоматическое переключение насосов с заданным интервалом времени для обеспечения их одинаковой наработки.
Для резервирования циркуляции теплоносителя второго контура в случае выхода из строя насоса, внедрена схема принудительной циркуляции обратной сетевой воды ГВС через этот контур. Принудительная циркуляция обеспечена работой штатных циркуляционных насосов горячего водоснабжения установленных в тепловом пункте корпуса.
Эксплуатация установки показала возможность увеличить теплосъём с установки, так как её производительность оказалась выше запроектированной, при повышении солнечной активности происходил нагрев оборудования до максимально допустимой температуры. Увеличение теплосъёма стало возможным за счёт подключения дополнительных потребителей и подпиткой холодной водой. Внедрение данного мероприятия позволило на 10% увеличить производительность установки, повысить теплосъём и понизить на 10 °С (с 43°С до 33°С) температуру воды на подаче в установку.
Дальнейшим развитием установки предполагается установка теплового насоса для утилизации тепловой энергии вытяжного воздуха вентиляционных систем для нагрева воды системы ГВС. Совместная работа тепловых насосов и солнечной водонагревательной установки позволит полностью обеспечить корпус горячей водой в пасмурные дни и отказаться от центрального теплоснабжения системы ГВС.
Список литературы
1. Веб сайт SolarGIS, Карта солнечного излучения. Солнечное излучение в разных частях планеты. www.solargis.info/doc/free-solar-radiation-maps-GHI
2. Ильин А.К., Ковалев О.П. Нетрадиционная энергетика в Приморском крае: ресурсы и технические возможности. Дальневосточная российская академия наук, Владивосток, с. 40, 1994.
3. Гричковсая Н.В., Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. Оценка потенциала солнечной энергии для разработки энергоэффективных зданий в условиях муссонного климата, Владивосток, с. 143, 170-172, 2008.
4. Благородов В.Н. Проблемы и перспективы использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии, Россия. Журнал Энергетик № 10, с. 16-18, 1999.
5. Россия, Открытое акционерное общество «Дальневосточная генерирующая компания», Веб сайт, Владивосток, филиал Приморская генерация www.dvgk.ru/en/branch/primgen
6. Россия, Открытое акционерное общество «Дальневосточная генерирующая компания», Веб сайт, Владивосток, филиал Лучегорский топливно-энергетический комплекс www.dvgk.ru/en/branch/luchtec
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Преимущества использования солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения жилых домов. Принцип действия солнечного коллектора. Определение угла наклона коллектора к горизонту. Расчет срока окупаемости капитальных вложений в гелиосистемы.
презентация [876,9 K], добавлен 23.06.2015Использование ветрогенераторов, солнечных батарей и коллекторов, биогазовых реакторов для получения альтернативной энергии. Классификация видов нетрадиционных источников энергии: ветряные, геотермальные, солнечные, гидроэнергетические и биотопливные.
реферат [33,0 K], добавлен 31.07.2012Общие сведения о солнце как источнике энергии. История открытия и использование энергии солнца. Способы получения электричества и тепла из солнечного излучения. Сущность и виды солнечных батарей. "За" и "против" использования солнечной энергии.
реферат [999,0 K], добавлен 22.12.2010Количество солнечной энергии, попадающей на Землю, ее использование человеком. Способы пассивного применения солнечной энергии. Солнечные коллекторы. Технологический цикл солнечных тепловых электростанций. Промышленные фотоэлектрические установки.
презентация [3,3 M], добавлен 06.12.2015Применение нетрадиционной энергетики в строительстве энергоавтономных экодомов. Четыре альтернативные системы получения энергии: установка "солнечных батарей" из фотоэлектрических панелей; солнечные коллекторы; ветроэнергетические установки и миниГЭС.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 31.05.2013Обоснование экодома как жилища. Низкопотенциальная тепловая энергия. Первая солнечная батарея. Эффективность солнечных коллекторов. Климатическая характеристика Оренбургской области. Характеристика и расчёты солнечных батарей, ветряных генераторов.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 02.12.2014Пути уменьшения расходов энергии на отопление жилых домов: теплоизоляция зданий, рекуперация тепла в системах вентиляции. Способы достижения нулевого потребления полезной энергии. Использование альтернативных источников водоснабжения в пассивных домах.
реферат [351,4 K], добавлен 03.10.2010Исследование электроснабжения объектов альтернативными источниками энергии. Расчёт количества солнечных модулей, среднесуточного потребления энергии. Анализ особенностей эксплуатации солнечных и ветровых установок, оценка ветрового потенциала в регионе.
курсовая работа [258,8 K], добавлен 15.07.2012Использование солнечного излучения для получения энергии. Преобразование ее в теплоту и холод, движущую силу и электричество. Применение технологий и материалов для обогрева, охлаждения, освещения здания и промышленных предприятий за счет энергии Солнца.
презентация [457,4 K], добавлен 25.02.2015История открытия солнечной энергии. Принцип действия и свойства солнечных панелей. Типы батарей: маломощные, универсальные и панели солнечных элементов. Меры безопасности при эксплуатации и экономическая выгода применения солнечной системы отопления.
презентация [3,1 M], добавлен 13.05.2014Анализ действия и оценка перспектив использования альтернативных методов получения электрической энергии в России. Вклад в обеспечение государства электроэнергией гидроэлектростанций, ветроэнергетических установок, солнечных и приливных электростанций.
контрольная работа [55,9 K], добавлен 11.04.2010Использование возобновляемых источников энергии, их потенциал, виды. Применение геотермальных ресурсов; создание солнечных батарей; биотопливо. Энергия Мирового океана: волны, приливы и отливы. Экономическая эффективность использования энергии ветра.
реферат [3,0 M], добавлен 18.10.2013Классификация альтернативных источников энергии. Возможности использования альтернативных источников энергии в России. Энергия ветра (ветровая энергетика). Малая гидроэнергетика, солнечная энергия. Использование энергии биомассы в энергетических целях.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.07.2012Потенциал и сферы использования солнечной энергии, которая трансформируется в другие формы: энергию биомассы, ветра или воды. Механизм действия солнечных коллекторов и систем, тепловых электростанций, фотоэлектрических систем. Солнечная архитектура.
курсовая работа [420,7 K], добавлен 07.05.2011Возрастание интереса к проблеме использования солнечной энергии. Разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики. Современная концепция использования солнечной энергии. Использование океанской энергии. Принцип действия всех ветродвигателей.
реферат [57,6 K], добавлен 20.08.2014Изучение простейшего гелиоколлектора из термопластичных полимер-бутылок, технология его изготовления. Экологическая целесообразность использования солнечной энергии в системах горячего водоснабжения. Использование ПЭТ-тары для конструкции гелиоустановки.
презентация [2,2 M], добавлен 08.01.2015Солнечная, ветряная, геотермальная энергия и энергия волн. Использование альтернативной энергии в России. Исследование параметров солнечной батареи и нестандартных источников энергии. Реальность использования альтернативной энергии на практике.
реферат [3,8 M], добавлен 01.01.2015Обзор технологий и развитие электроустановок солнечных электростанций. Машина Стирлинга и принцип ее действия. Производство электроэнергии с помощью солнечных батарей. Использования солнечной энергии в различных отраслях производства промышленности.
реферат [62,3 K], добавлен 10.02.2012Характеристика возобновляемых источников энергии: основные аспекты использования; преимущества и недостатки в сравнении с традиционными; перспективы использования в России. Способы получения электричества и тепла из энергии солнца, ветра, земли, биомассы.
курсовая работа [3,9 M], добавлен 30.07.2012Пути и методики непосредственного использования световой энергии Солнца в промышленности и технике. Использование северного холода как источника энергии, его потенциал и возможности. Аккумулирование энергии и повышение коэффициента полезного действия.
реферат [18,0 K], добавлен 20.09.2009
