Главная » Литература » Альтернативные источники энергии » Сарнацкий - Системы солнечного тепло- и хладоснабжения
Сарнацкий - Системы солнечного тепло- и хладоснабжения
СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ
Под редакцией Э.В.Сарнацкого, СА.Чистовича
Москва Стройиздат 1990
Системы солнечного тепло- и хладоснабжения / P.P. Авезов, М.А. Барский-Зорин, И.М. Васильева и др.; Под ред. Э.В. Сарнацкого и С.А. Чистовича. - М.: Стройиздат, 1990. - 328 с: ил.
Рассмотрено состояние и перспективы развития систем солнечного тепло- и хладоснабжения. Освещены результаты научных разработок и передовой опыт проектирования, изготовления, монтажа и организации эксплуатации гелиоустановок. Изложены особенности проектирования и расчета систем солнечного теплоснабжения с дублирующими источниками тепловой энергии.
Для инженерно-технических и научных работников проектных, строительных и эксплуатационных организаций»
© Э.В. Сарнацкий, С.А. Чистович и коллектив авторов, 1990
ПРЕДИСЛОВИЕ
Первые разработки в области солнечного теплоснабжения относятся в нашей стране к началу тридцатых годов. В течение последних 15 лет вновь наблюдается активность в научных исследованиях, конструировании и проектировании оборудования и объектов с солнечным тепло- и хладоснабжением; были предприняты на государственном уровне меры по организации программного подхода к решению этой важной народнохозяйственной проблемы. Возведен целый ряд интересных экспериментальных и демонстрационных объектов, критически проанализирован отечественный и зарубежный опыт, налажены международные научно-технические связи. Выпущен ряд нормативных и рекомендательных документов, пособий, переводных и отечественных книг по проблеме. К сожалению, различного рода экономические, производственно-технические и организационные причины не позволили добиться желаемых масштабов внедрения солнечной теплоэнергии.
Тем не менее метод проб и ошибок в практическом претворении в жизнь устройств и установок по тепловому преобразованию солнечной энергии позволил накопить в чем-то горький, но по-своему неоценимый опыт. Мы научены, как не надо делать, и достаточно четко знаем, что и как надо делать. Сложилась и окрепла отечественная школа гелиотехников. Сегодня советские ученые и специалисты находятся на переломном этапе работы по решению серьезной народнохозяйственной проблемы, что требует организации новой работы и она уже начата.
ГКНТ СССР и Президиум Академии наук СССР в целях сосредоточения научных усилий и средств научных организаций, вузов и промышленных предприятий по решению проблем использования нетрадиционных энергоресурсов организовали в апреле
К задачам Объединенного научного совета отнесены (цитируется по постановлению ГКНТ СССР и Президиума АН СССР):
рассмотрение и научно-техническая оценка предложений министерств и ведомств СССР и их научных учреждений, а также подготовка предложений Объединенного научного совета по формированию заданий, направлениям фундаментальных исследований в научных учреждениях страны, включаемых в указанные программы;
согласование технических требований и подготовка материалов по оценке технического уровня изделий, оборудования, установок, технологий и материалов, создаваемых по заданиям этих программ;
разработка предложений, выдвигаемых на конкурс по созданию новых видов оборудования, технологий, материалов, а также по сооружению технологических комплексов и установок;
экспертиза представленных на конкурс материалов и подготовка рекомендаций для включения в задания указанных программ предложений, отобранных по итогам конкурса;
разработка предложений по объемам финансирования работ, заданиям указанных программ и долевому участию различных министерств и ведомств СССР в финансировании этих работ, в том числе по объемам финансирования фундаментальных исследований, проводимых в научных учреждениях страны;
проведение анализа состояния фундаментальных исследований и работ по использованию нетрадиционных возобновляемых источников энергии в народном хозяйстве, разработка прогнозов и предложений по развитию этого направления на перспективу;
проведение сравнительного анализа развития этого направления за рубежом и в стране, разработка методов технико-экономической оценки конкурентоспособности нетрадиционных возобновляемых источников энергии с учетом их взаимодействия на окружающую среду;
разработка рекомендаций по экономическому стимулированию внедрения этих источников энергии;
участие в подготовке и проведении научных конференций, симпозиумов, семинаров и совещаний как в стране, так и за рубежом в области нетрадиционных возобновляемых источников энергии;
участие в работе международных организаций по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии;
оказание методической помощи в организации подготовки и повышении квалификации кадров в области нетрадиционных возобновляемых источников энергии;
подготовка аналитических и информационных материалов по проблеме для Государственного комитета СССР по науке и технике и Президиума Академии наук СССР, содействие пропаганде и освещению в периодической печати достижений и опыта использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии в народном хозяйстве.
В составе Объединенного научного совета образована секция теплового преобразования солнечной энергии с подсекциями, имеющими такие профили, как использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии в сельском хозяйстве, нетрадиционные солнечные электростанции.
Союз научных и инженерных обществ СССР создал в своем составе Комитет по возобновляемым источникам энергии, который объединил усилия ученых и инженеров различных научно-технических обществ и стал альтернативным научно-техническим образованием в области нетрадиционной энергетики.
Длительное время достаточно эффективно работает Межведомственная комиссия по использованию возобновляемых источников энергии в народном хозяйстве при Госплане СССР. Она осуществляет планово-распорядительные и контрольные функции в деле практического развития и применения возобновляемых источников энергии, рассматривает и принимает конкретные решения по производству необходимого оборудования, организации материально-технического обеспечения, устанавливает соответствующие задания министерствам и ведомствам по замещению органического топлива энергией нетрадиционных видов, способствует созданию и функционированию специализированных организаций по монтажу и сервисному обслуживанию установок и устройств нетрадиционной энергетики.
Есть уверенность, что такая организация единения научных сил при условиях состязательности и конкурсности создаст множественность идей и технических решений.
В структуре разрабатываемой Государственной научно-технической программы по проблеме «Экологически чистая энергетика» предусматривается направление "Солнечное тепло- и хладоснабжение". Следует отметить, что это направление имеет наибольшую степень технологической готовности по сравнению с другими видами нетрадиционной энергетики и наиболее приемлемо в свете экономических критериев сегодняшнего дня. Это подтверждает и скромная отечественная практика, и достаточно разнообразный и более масштабный мировой опыт.
Указанные обстоятельства, а также перспективы оптимизации цен на топливо и энергию позволяют с большой степенью достоверности утверждать, что в ближайшем будущем возможно получить реальную и достаточно ощутимую экономию топлива.
Необходимо отдавать себе отчет в том, что основная сфера применения солнечной энергии - децентрализованное теплоснабжение с огромным множеством индивидуальных и коллективных потребителей. Это делает задачу типично межведомственной, требует поставить на государственный уровень организацию работ по решению проблемы (ряд задач разрешим на ведомственном или региональном уровне).
Государственная научно-техническая программа должна включать в себя основные приоритетные задачи, определяющие основу научно-технического прогресса всего этого направления.
Секция теплового преобразования солнечной энергии Объединенного научного совета определила четыре приоритетных направления, которые предложены в проект ГНТП "Экологически чистая энергетика" в виде следующих проектов:
разработка материалов и конструкций и серийное производство солнечных коллекторов нового поколения на мировом техническом уровне;
разработка, освоение промышленного производства и внедрение в народное хозяйство комбинированных солнечно-топливных и солнечно-электрических котельных тепловой мощностью до 4 Гкал/ч;
разработка технологии и оборудования по использованию солнечной энергии для выработки холода;
разработка новых конструкций и архитектурно-строительных решений жилых и общественных зданий с пассивными системами солнечного отопления.
В предлагаемой читателю книге с достаточной детализацией изложено существо каждого из этих направлений, рассказано о научных исследованиях, опыте практической реализации, перспективах.
Экономическая реформа предполагает противозатратную направленность системы хозяйствования в инвестиционной сфере. Основы хозрасчета предусматривают экономическую ответственность за конечные результаты при освоении инвестиций в строительстве и реконструкции. За конечные результаты солнечного теплоснабжения принимают экономию органического топлива и экологическую чистоту процесса, однако формализованный подсчет "рублевой" экономии при сегодняшних методических подходах будет сведен на нет финансовой и материальной затратностью. Учитывая перспективность решения проблемы, необходимы стимулирование научных исследований, производства специального оборудования, выделения и освоения инвестиций на строительно-монтажные работы, льготы при эксплуатационных затратах. Предполагается с учетом реалий экономической реформы введение экономического механизма, который обеспечит действительное увеличение масштабов применения в народном хозяйстве нетрадиционных источников энергии.
Должен быть обеспечен программный подход к решению этой важной государственной задачи, установлены контрольные цифры по производству энергоресурсов на нетрадиционный основе, которыми будут руководствоваться министерства и ведомства, Советы Министров союзных республик при формировании планов. Это должно быть подкреплено производством и поставкой по госзаказам специального оборудования, сырья и материалов, выделением капитальных вложений с лимитами подрядных работ.
Центральные экономические ведомства должны предусмотреть на эти цели государственные дотации для производителей и потребителей оборудования нетрадиционной энергетики. Финансирование НИОКР в этой сфере предполагается осуществлять комбинированно, причем половина средств на эти цели будет выделяться ГКНТ СССР исполнителям, получающим это право на конкурсной основе.
Предусмотрена разработка и утверждение в ближайшее время Положения о системе экономических стимулов для предприятий, организаций, кооперативов и отдельных граждан в конструировании, производствен применении оборудования для нетрадиционной энергетики. Предположительно это будет выплата государственных дотаций, освобождение в ряде случаев от платы за фонды и амортизационных отчислений, уменьшение платежей и бюджет из прибыли, льготные цены и кредиты для организации и отдельных граждан.
Половина объема экономии энергоносителей от внедрения нетрадиционных энергоустановок останется в распоряжении предприятия, остальное может передаваться на договорной основе в распоряжение местного Совета.
Будет развернута работа по созданию ассоциаций производителей и потребителей оборудования для нетрадиционной энергетики. Вряд ли можно претендовать на полноту и универсальность перечисленных мер по стимулированию развития нетрадиционной энергетики, они потребуют дополнения и уточнения. Ясно одно, что традиционными мерами по дескридитировавшему себя понятию "внедрение" нетрадиционную энергетику не создать.
Предлагаемая книга обладает достаточной полнотой и стройностью в изложении опыта и перспектив развития солнечного теплоснабжения и должна найти заинтересованного читателя среди тех, кому не безразлично, каким будет завтрашний день с той точки зрения, какую отстаивают авторы.
Э.В. Сарнацкий, председатель секции теплового преобразования солнечной энергии Объединенного совета ГКНТ СССР и АН СССР по проблеме "Нетрадиционная энергетика
Глава 1. ПУТИ ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ТЕПЛО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ
1.1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ В СССР
Основным направлением развития теплоэнергетического хозяйства городов и поселений городского типа является в СССР централизованное теплоснабжение и особенно его наиболее эффективная форма - теплофикация.
По масштабам комбинированного производства тепловой и электрической энергии, по централизации теплоснабжения наша страна занимает ведущее место в мире. Централизованным теплоснабжением обеспечено в настоящее время 55 % объема теплового потребления страны, причем 60 % дают ТЭЦ. Ежегодно на теплофикацию и централизованное теплоснабжение расходуется около четверти всего добываемого в стране топлива [1,5]. В связи с возросшими темпами жилищного строительства и развития народного хозяйства следует ожидать дальнейшего роста теплопотребления.
Необходимо отметить, что до настоящего времени теплоснабжение в СССР развивалось главным образом экстенсивным путем. Количественный рост систем не сопровождался соответствующими качественными изменениями; технические решения, сформировавшиеся в основном еще в довоенные и первые послевоенные годы, за последние десятилетия не претерпели существенных изменений. Современные системы теплоснабжения крупных городов являются недостаточно надежными и маневренными, плохо управляемы, что приводит к серьезным авариям, особенно в условиях суровых зим. Схемные и конструктивные решения теплопотребляющих установок и источников теплоты не учитывают многообразия природно-климатических и других местных условий на обширной территории нашей страны.
В системах теплоснабжения практически не применяются тепловые насосы, позволяющие эффективно использовать низкопотенциальные вторичные энергетические ресурсы и природное тепло (грунта, воды, воздуха). В покрытии общего теплопотребления весьма небольшую долю составляют нетрадиционные источники энергии. В городах, снабжаемых теплом от ТЭЦ и котельных, работающих на угле (в том числе, на низкосортных его сортах), неуклонный рост тепловых нагрузок приводит к загрязнению воздушного бассейна и ухудшению экологической обстановки. Особенно остро стоит проблема экологии для городов Сибири, Казахстана и других регионов, развитие теплоснабжения которых ориентируется на использование твердого тепла.
Авария на Чернобыльской АЭС заставила коренным образом пересмотреть требования к надежности работы атомных источников, что, в свою очередь, вызвало резкое замедление темпов развития атомного теплоснабжения. Ожидается, что отпуск теплоты от ядерных источников на уровне 2000 года будет в несколько раз ниже по сравнению с ранее составленной Энергетической программой. Поэтому сильно обостряется проблема покрытия теплопотребления в европейской части СССР, ориентированной на строительство атомных теплоэлектроцентралей и атомных станций теплоснабжения.
Общая запущенность теплового хозяйства страны в значительной мере объясняется несовершенством действующего хозяйственного механизма, ведомственной разобщенностью. Разрозненная организационная структура управления отдельными звеньями системы (тепловые источники, тепловые сети, теплопотребляющие установки) находится в противоречии с технологической общностью этих звеньев, органически связанных между собой в едином процессе производства, систем транспортирования, распределения и потребления тепловой энергии.
Переход народного хозяйства на работу в условиях полного хозяйственного расчета, самофинансирования и самоокупаемости снимает многие преграды на пути широкого внедрения достижений науки в практику, в том числе в практику теплоснабжения.
Необходимо, однако, отметить, что главная цель, которая должна ставиться при разработке, сооружении и функционировании систем теплоснабжения - достижение максимального народнохозяйственного эффекта при обеспечении требуемого качества (в первую очередь - теплового комфорта в отапливаемых зданиях и сооружениях) и надежности снабжения теплом потребителей - не всегда совпадает с экономическими интересами ведомств, занятых проектированием, монтажом, эксплуатацией отдельных звеньев этих систем. Отсутствие учета фактически отпущенной и потребленной тепловой энергии, экономически необоснованные и не соответствующие ее реальной себестоимости тарифы не стимулируют внедрение мероприятий по снижению энергоемкости народного хозяйства. В результате удельные, приведенные к одинаковым климатическим условиям затраты тепла (на одного человека, на единицу произведенного национального продукта) в СССР еще существенно превышают уровень, достигнутый во многих развитых странах.
Приоритетные направления научно-технического прогресса в энергетике, разработанные ГКНТ МССР, АН СССР, Госпланом СССР, зафиксированные в энергетической программе, предусматривают решение следующих задач [2]:
реализацию в результате выполнения технологических энергосберегающих мероприятий не менее 40 % намеченного снижения энергоемкости национального дохода в 1,4 ... 1,5 раза к
уменьшение за счет научно-технического "мероприятия роста (по сравнению со сложившимися тенденциями и с учетом предстоящего ухудшения горно-геологических условий) удельной капиталоемкости топливно-энергетического комплекса (ТЭК) на 15 % к
увеличение за счет научно-технических мероприятий роста производительности труда в целом по ТЭК на 30 % к
сокращение количества вредных выбросов ТЭК в окружающую среду по сравнению с существующим уровнем в 1,5 раза к