СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГОУСТАНОВКА

Наиболее наглядным примером генерирования солнечной энергии летом в электрическую и ее экономии является использование: • для производства электроэнергии разности температур (потенциалов) между двумя искусственно созданными аккумуляторами теплоты и холода, которые представлены в виде солнечного соляного пруда, расположенного с южной стороны отдельно стоящего здания и обыкновенного теплоизолированного котлована со льдом, расположенного с северной стороны этого же здания; • для экономии электроэнергии при использовании и производстве сжатого воздуха теплоты солнечного соляного пруда для подогрева сжатого воздуха перед пневмоприемниками (пневмоинструментом), холода льда котлована для понижения температуры воздуха, засасываемого поршневым компрессором. Предлагаемая система производства электроэнергии в принципе не отличается от описанной ранее и работает от солнечной энергии [1] (рис. 1), запасенной солнечным соляным прудом [9]. Теплота из пруда по гравитационной тепловой трубе [8] поступает к электростанции [7], где в термодинамическом цикле преобразуется вначале в энергию потока масла, затем в механическую и далее электрическую энергию. Неиспользованная в цикле теплота по другой гравитационной тепловой трубе [6] отводится в котлован со льдом [4], вызывая его таяние. Отражающая поверхность [2] увеличивает поступление солнечной энергии в пруд, а теплоизоляционное покрытие [3] исключает таяние льда от теплоты воздуха и солнечного излучения. Принцип работы электростанции представлен на рис. 2. При подведении по тепловой трубе [9] к масломету (водомету) теплоты и отводе неиспользованной в термодинамическим цикле теплоты по тепловой трубе [8] из масломета периодически под давлением выдавливается масло, которое, проходя через клапан [2] и гидромотор [6], приводит его, а значит и электрогенератор [5], во вращение. Во время вытеснения масла из масломета [1] клапаны [3 и 4] закрыты, поэтому масло поступает в гидроаккумулятор [7], заряжая его. После того, как все масло будет вытеснено из масломета, давление в нем понизится, клапан [2] закроется, а клапан [3] откроется. Затем за счет энергии, запасенной гидроаккумулятором [7], масломет (водомет) заполнится маслом, и цикл повторится. В процессе заполнения масломета клапан [4] открывается, обеспечивая циркуляцию масла через гидромотор при его инерционном вращении. Электрическая энергия, вырабатываемая электрогенератором [5], подается потребителю. Экономия электроэнергии при использовании сжатого воздуха достигается за счет того, что воздух, подаваемый к пневмоинструменту по воздуховоду [10], расположенному в солнечном соляном пруду, нагревается в нем, что снижает его потребность (весовой расход): подогрев сжатого воздуха с 30 до 90 °С обеспечивает экономию расхода сжатого воздуха, а значит и электроэнергии, до 20% [2]. Экономия электроэнергии при производстве сжатого воздуха достигается за счет того, что всасываемый в компрессор воздух, прежде проходя по воздуховоду [5], расположенному в котловане со льдом, охлаждается, что вызывает уменьшение удельного расхода электроэнергии: снижение температуры всасываемого воздуха с 20 до 0 °С снижает и расход электроэнергии на 8% [2]. В табл.1 приведена выработка электроэнергии для условий Омской (или Московской) области (примерно 55 ° северной широты) при площади солнечного соляного пруда 50 кв. м и объема льда в котловане 227 куб. м (принято из условия аккумулирования всей теплоты, не использованной в термодинамических циклах). В табл.2 приведена экономия электроэнергии при использовании теплоты солнечного соляного пруда на подогрев сжатого воздуха перед пневмоинструментом с 30 до 90 °С. В табл. 3 приведена экономия электроэнергии при использовании холода льда котлована для охлаждения воздуха, засасываемого компрессором с 20 до 0 °С. Расчет показателей таблиц 2 и 3 проведен исходя из того, что на выработку 1 куб. м сжатого воздуха давлением 0,6 МПа (6 кГс/кв. см) требуется 0,1 кВт.ч электроэнергии. �з табл. 2 и 3 следует, что суммарная экономия электроэнергии при использовании и производстве сжатого воздуха составляет 9246 кВт.ч, что в 2,5 раза больше, чем может быть произведено электроэнергии из того же количества теплоты и холода при более простой конструкции системы электросбережения. Это согласуется с данными [3], из которых следует, что затраты на развитие добычи органического топлива и производства тепловой и электрической энергии в 4–6 раз больше, чем на такое же (по объему) энергосбережение. Двукратное снижение эффективности электросбережения в предлагаемой системе, по сравнению со среднестатистической, можно объяснить тем, что водомет (масломет) предлагаемой электростанции (где в качестве рабочего тела используется декафторбутан) обладает сверхвысоким КПД [4]. Для генерации электроэнергии и ее экономии используется солнечная энергия и холод льда котлована, поэтому несмотря на то, что сравнение идет с традиционным централизованным производством электроэнергии, достигаются хорошие технико-экономические показатели. Сезонная экономическая эффективность эксплуатации гелиоэлектростанции (при сметной стоимости электростанции, солнечного соляного пруда и концентратора солнечного излучение в 26 310 руб., стоимость котлована отнесена к тепловому насосу, работающему зимой [5]) по сравнению с производством того же объема электроэнергии традиционным способом на ТЭЦ равна 3600 руб. Если же в течение лета энергии солнечного соляного пруда и льда котлована использовать только для экономии электроэнергии при производстве и использовании сжатого воздуха, то сезонная экономическая эффективность выразится в сумме 10 910 руб., при сметной стоимости системы подогрева сжатого воздуха, солнечного соляного пруда, концентраторов солнечного излучения, системы охлаждения всасываемого воздуха и котлована 63 501 руб. Технико-экономические показатели приведены в масштабе цен 1998 г., так как после повышения в 1998–1999 гг. цены на сырую нефть с $9 до $27 за 1 баррель повысились и продолжают повышаться на газ, мазут, уголь, однако стоимость электроэнергии и теплоты, отпускаемых россиянам, пока еще не соответствует фактическим затратам на производство — наблюдается диспаритет цен: так стоимость 1 кВт.ч электроэнергии в России 1–3 цента США, а в странах Западной Европы от 12 до 15 центов за 1 кВт.ч. Проведенные в КБ расчеты показывают, что удельные капитальные затраты на сооружение системы, работающей летом в режиме гелиоэлектростанции, а зимой — теплового насоса (в данной статье его эффективность не приводится), на 1 кВт установленной мощности составляют в среднем в 2–3 раза выше, чем удельные капитальные затраты, рассчитываемые по традиционным методикам для традиционных электрогенерирующих систем и малых котельных. Однако такое сравнение, мягко говоря, не корректно и не отражает существующей практики электро- и теплоснабжения. Все дело в том, что при обычных расчетах не учитываются удельные капитальные затраты, которые несут другие смежные отрасли и сферы народного хозяйства, «обслуживающие» эти ТЭЦ и котельную. Ведь они (смежники) обязаны наращивать свои мощности для обеспечения их мазутом, газом, углем. Следовательно, при использовании невозобновляемых источников энергии к капитальным затратам на возведение ТЭЦ или котельной необходимо приплюсовывать пропорционально мощности возводимой ТЭЦ, котельной соответствующие капитальные вложение на развитие нефтегазодобычи, угольных шахт, трубопроводный и железнодорожный транспорт, автомобильные дороги, автотранспорт, электрические сети и т. д. Например, строительство линии электропередачи с оборудованием мощностью 50–300 МВч/год к центральной энергосистеме составляет $25 тыс./км. Т. е. поскольку солнечную энергию нет необходимости добывать и транспортировать, то можно, в отдельных случаях, для децентрализованных потребителей энергии капитальные затраты этих столь разных систем энергообеспечения уравнивать, но это не тема настоящей статьи. Рассмотренная система производства и экономии электроэнергии, конечно же, более всего подходит для новых децентрализованных сфер услуг, малого производства и жилого сектора с низкой плотностью размещения, вплоть до 60° северной широты. Как многие болезни легче предупредить, чем лечить, так и потребление электрической энергии легче уменьшить за счет усовершенствования технологических переделов ее использования, даже при росте производства в стране. Предлагаемое направление сбережения органического топлива позволит также улучшить экологическую обстановку. Список литературы 1. Осадчий Г. Б. Система малой электротеплофикации дорожно-строительного участка//Строительные и дорожные машины. 1999, № 9. С. 39-41. 2. Осадчий Г. Б. Преобразователь низкопотенциальной тепловой энергии со сверхвысоким КПД // �зв. вузов. Проблемы энергетики. 2000. № 9-10. С. 108-110. 3. Методические рекомендации по рациональному использованию топлива, тепловой и электрической энергии в хозяйствах, на предприятиях и в организациях ГОСАГРОПРОМА РСФСР. М.: Центр научно-технической информации, пропаганды и рекламы. 1988. 4. Голубчиков Ю. Россия и энергосберегающие технологии// Энергия. 1997. № 4. С.41-43.