РАЗВИТИЕ РЫНКА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В РОССИИ

Проблемы развития рынка тепловых насосов в России и необходимость государственной поддержки их внедрения

И.В. Москаленко, генеральный директор, ООО «Корса», г. Москва

Наша компания с 2002 года стала разрабатывать тепловые насосы, когда о них было известно только из зарубежных источников. Мы провели испытания по отбору тепловой энергии из воздуха, грунта, воды, спроектировали конструкцию тепловых насосов специально для российского климата, разработали несколько линеек геотермальных тепловых насосов, различной мощности для бытового и промышленного применения. Помимо производства самих тепловых насосов, мы проектируем и изготавливаем «под ключ» тепловые пункты на их основе, включая создание теплосбора – геотермального контура.

Исходя из опыта работы в условиях средней полосы, могу с уверенностью утверждать, что самым надежным источником теплоснабжения среди разных типов тепловых насосов являются грунтовые тепловые насосы. При теплосъеме с водоемов, скважин, колодцев существуют проблемы с объемом и качеством используемой воды, с получением разрешений, с соблюдением требований Закона о недрах. Что касается «воздушных» тепловых насосов, как единственного источника отопления, то они не в состоянии полностью покрыть тепловую нагрузку объекта в условиях средней полосы, поскольку при понижении температуры на улице резко падает их производительность. Конечно, они могут работать в бивалентном режиме, в паре с другим генератором тепловой энергии, но, как правило, если на объекте есть газ или подведена теплотрасса, никто устанавливать тепловой насос не будет, даже воздушный.

Конечно, самый главный вывод, приобретенный с опытом работы, это то, что любой объект необходимо рассматривать комплексно, в сотрудничестве с проектными организациями, проектирующими весь объект, начиная от строительной части, вентиляции, кончая системой отопления. Все технологии должны стыковаться между собой и работать во взаимодействии, как единый организм.

Энергоэффективный дом в Решетниково

В 2014-м году в р.п. Решетниково Клинского района Московской области по программе ГК «Фонд содействия реформированию ЖКХ» был построен 3-х этажный 56-ти квартирный энергоэффективный дом. Весь комплекс теплоснабжения был спроектирован, изготовлен и смонтирован нашей компанией. Дом стал примером оптимального применения различных технологий энергосбережения.

Общая площадь дома составила 2 561 м², жилая – 2 030 м². В новое жилье переехали 112 жителей.

Рис.1. Многоквартирный дом в Решетниково.

В качестве системы отопления были смонтированы водяные теплые полы, установлен поквартирный учет и регулировка поступления тепловой энергии для отопления. В качестве источника тепловой энергии используются 4 тепловых насоса собственного производства общей мощностью 220 кВт.

Для теплосбора системы отопления и ГВС были установлены вертикальные грунтовые зоны 65 штук, глубиной по 55 метров. Использовался «однопетлевой» зонд (труба ПНД диаметром 32 мм). Наша методика расчета теплосъема отлична от европейской ввиду необходимости учитывать более длинный отопительный сезон, ведь тепла грунта должно хватить на 214-220 дней.

Система горячего водоснабжения выполнена на основе одного теплового насоса и семи буферных теплоаккумуляторов косвенного нагрева. Тепловой насос зимой получает низкопотенциальное тепло из грунта через геозонды и из вентиляции здания через драй-кулер, который установлен на чердаке здания и интегрирован в систему вентиляции с механическим побуждением. Летом тепло из геотермального контура при помощи трехходового клапана смешивается с теплом окружающего воздуха, получаемого через драй-кулер, переключенный на летнее положение и отбирающий тепловую энергию с улицы. Для того, чтобы режим работы теплового насоса был стабильным, в результате такого смешивания в тепловой насос поступает антифриз с температурой около 12-13 градусов. Все процессы в тепловом пункте управляются специально созданной автоматикой, включающей погодозависимое регулирование. Кроме того, при использовании драй-кулера мы добиваемся ускоренного восстановления грунта после зимнего отбора тепла. Такая конфигурация полностью себя оправдывает, так как это позволяет получать более дешевую горячую воду (за счет увеличения коэффициента преобразования СОР при высокой температуре источника) при эффективном восстановлении грунта. Тепловой насос нагревает воду до температуры 50ºС, а далее она догревается электрическим котлом.

Рис. 2. Тепловой пункт с тепловыми насосами.

Рис. 3. Коллекторы геозондов.

Для контроля за своим оборудованием, где бы оно ни находилось, мы разработали комплексную программу управления, систему удаленного доступа и диспетчеризацию. Это значит, что мы можем в любой точке страны через интернет или GSM модем наблюдать за работой оборудования и помогать потребителю в его эксплуатации. Можем его диагностировать, активно влиять на его работу, менять параметры. Для управляющей компании мы даем возможность наблюдать за работающим оборудованием, реагировать на аварии, получать информацию от счетчиков, фиксирующих затраты электричества на отопление или на горячее водоснабжение, формировать счета за коммунальные услуги.

Согласно расчетам, стоимость ГВС – в два раза ниже по сравнению с соседним домом – без теплового насоса. Через два года эксплуатации дома, на основании официальных платежных документов, которые получили у граждан из различных домов в этом районе, годовые проектные показатели снижения затрат на отопление подтвердились. При оптимальном применении инновационных строительных материалов и правильном подборе конфигурации комплекса тепловых насосов с рекуперацией тепла вентиляции, мы получили снижение затрат, по сравнению с соседними домами, получающими тепло от городской котельной, на 80%. Этот показатель достаточно наглядно демонстрирует эффективность работы тепловых насосов, а также необходимость комплексного подхода к энергосбережению, начиная со стадии проектирования объекта.

Исходя из 15-летнего опыта работы с тепловыми насосвми, я считаю, что сравнивая тепловой насос с другими источниками тепловой энергии, необходимо производить расчеты с учетом приведенных затрат, исходя из жизненного цикла всего отопительного комплекса на основе теплового насоса. Такой подход имеет место во многих зарубежных странах, например, в Скандинавии. Ресурс работы отопительного комплекса на геотермальном тепловом насосе считается 50 лет. Срок службы геотермального контура (а это 60% вложений) до 100 лет. При правильном проектировании системы, монтаже и обслуживании теплонасосная система может проработать без проблем 40-50 лет (ресурс компрессора, например, Copeland – 20 лет непрерывной работы). Стоимость компрессора составляет 5-6% от общей стоимости отопительного комплекса и его замена в случае поломки не так уж обременительна за пол-века эксплуатации.

Проблемы рынка тепловых насосов в России

Несмотря на бурный рост продаж тепловых насосов за рубежом, в нашей стране в последние годы наблюдается спад. При анализе ряда субъективных и объективных факторов становятся понятны причины этого.

Самое главное – это отсутствие в России государственных программ поддержки распространения этой технологии:

• отсутствие прямого или косвенного стимулирования, как производителей, так и потребителей тепловых насосов;
• отсутствие налоговых или тарифных льгот, прямого со-инвестирования со стороны государства в энергосберегающие проекты;
• отсутствие национальных ГОСТов по тепловым насосам, нет нормативной документации по организации геотермального теплосбора, использованию водоемов.

Особую обеспокоенность вызывает качество работы и квалификация торгующих и монтажных организаций, которые присутствуют на рынке. Производителям тепловых насосов стоит уделять больше внимания этой проблеме. Прежде всего, надо тщательно подбирать в качестве партнеров проектные и монтажные компании, максимально информировать их об особенностях работы со своим оборудованием, формировать из них дилерскую сеть. Каждый объект должен быть работоспособным и контролироваться производителем основного оборудования в течение нескольких лет до тех пор, пока наш рынок тепловых насосов не станет по-настоящему цивилизованным.

На дилера ложится основная нагрузка по работе с клиентами, – потенциальными потребителями тепловых насосов. Дилер, по сути, – лицо производителя. Его квалификация может прославить производителя или бросить тень не его репутацию. Завод отвечает за качество и гарантию теплового насоса, как оборудования, а за работоспособность всего комплекса отвечает монтажная и проектная компании. Поскольку эта тема новая, то производители, которые знают все тонкости работы с тепловыми насосами, должны максимально передавать свои знания дилерам, проводить обучение, помогать в монтаже и пуско-наладке. Правильность подбора оборудования имеет ключевое значение.

Основные ошибки

Я вынужден так подробно остановиться на этом вопросе, поскольку к нам обращается большое количество организаций и частных лиц с просьбой помочь исправить то, что уже установлено и не работает. А ведь это оборудование далеко не дешевое!

Порой анализ системы показывает, например, что геотермальный контур теплосбора используется с водо-водяным тепловым насосом, что неправильно. Казалось бы, геотермальный и водо-водяной тепловые насосы, – оба являются холодильными машинами, но отличаются они по интенсивности теплосъема, то есть размерами испарителя. Геотермальный тепловой насос должен быть сконструирован, исходя из возможности источника низкопотенциального тепла обеспечить необходимым количеством тепловой энергии тепловой насос, причем на протяжении необходимого срока отопительного сезона. Многолетние исследования, которые мы проводили, заставили прийти к выводу, что теплосбор – это основной элемент, который должен быть правильно рассчитан при установке теплового насоса.

В России в виде геотермальных тепловых насосов иногда также устанавливаются промышленные холодильники, кондиционеры. К нам на рынок попадает различное оборудование, например, из Китая иногда без документов, по «серым схемам» поставки. При этом основным критерием его приобретения является принцип дешевизны. В области применения тепловых насосов этот критерий вообще не уместен. В результате такого подхода оборудование не работает, возникают претензии, судебные и внесудебные разбирательства. Подобные факты, а их неимоверно много, дискредитируют тему применения тепловых насосов. При этом необходимо помнить, что на приобретение и монтаж заведомо непригодного оборудования истрачены большие средства, причем впустую! Вот одна из причин снижения популярности тепловых насосов за последние 10 лет.

Очень часто продавцы тепловых насосов, чтобы увеличить продажи, лукавят, искажая реальные технические возможности тепловых насосов. Например, тепловой насос такой-то модели декларируется как 15-киловаттный. В его рекламном буклете мелким шрифтом указан режим работы: +7ºС – это температура источника тепла, +35ºС – температура нагретого теплоносителя. При этом, коэффициент преобразования (СОР) = 5,6. При реальном применении такого теплового насоса в средней полосе России, у него будут совершенно другие показатели. При температуре источника (грунт) около +3 - 0ºС, и нагреве +45ºС (теплые полы), уменьшится его мощность (в результате может не хватить для отопления дома), увеличится электропотребление, а СОР будет равен 3,7. Не разбирающийся в тонкостях покупатель или монтажная организация, устанавливают этот тепловой насос на объект и, поскольку тепла недостаточно, дополнительно ставится электрокотел, или заготавливаются дрова. Опять результат отрицательный!

Или на сайте продавца размещена информация о том, что предлагаемый тепловой насос, стоимостью 300 тыс. рублей обогревает дом в 400 квадратных метров. А какой дом: из бруса, кирпичный, каркасный? Утепленный или нет? Или это не имеет значения? Такая дезинформация в дальнейшем приведет к проблемам, как у покупателя, так и у монтажной организации. Именно продавец, обязан подобрать тепловой насос по мощности, исходя из конструкции самого здания, его теплопотерь и температурного графика системы отопления.

Вывод напрашивается вполне определенный: производители обязаны следить за каждым объектом со своим оборудованием, если они дорожат своей репутацией.

Еще одна проблема – это самоучки. Вот такую вот штуку сделали: водо-водяной насос на 450 киловатт в Челябинской области для отопления от воды озера. Проект колоссально дорогой. Причем его много раз переделывали. Итоговая стоимость более миллиона долларов. В тепловом насосе установили на одной лини шесть компрессоров, что вообще недопустимо, с точки зрения конструкции холодильной машины. Теплообменник-испаритель не соответствует проектной мощности. В результате ничего не работает и исправить это невозможно.

Московская область, жилой многоквартирный дом площадью около 3,0 тысяч квадратных метров. Установлены 16 компрессоров от холодильных витрин, покрытые льдом и снегом и некая бочка, опутанная медными трубочками, плюс что-то похожее на щит управления с торчащими в разные стороны проводами. Эксплуатация этих изделий в таком виде по действующим правилам недопустима! Это как минимум попадает под административную ответственность. Продавцы квартир утверждают, что вот эта вот конструкция является ноу-хау и способна отапливать – 3 000 квадратных метров жилья с копеечной платой за коммунальные услуги. Люди верят, покупают квартиры, остаются недовольны высокой платой за отопление (поскольку дом фактически отапливается электричеством) и опять возникает негатив в сторону тепловых насосов.

Некоторые компании увлекаются излишним применением технологий прямого испарения. В качестве теплосбора используют медные трубки, помещенные в грунт на глубину порой до 30-ти метров. Хотя, как известно, в холодильной технике существуют проблемы с подъемом масла и масляным «голоданием» компрессора. Масло, которое попадает вместе с фреоном на глубину 30 метров, так там и остается. За неделю работы перемораживается земля, и система останавливается. За это время автор творения успевает подписать приемо-сдаточный акт на выполненные работы, получить свои деньги и смыться. Включаются предусмотрительно установленные электрокотлы. Вот и все энергосбережение! Но зато получается дешевый теплосбор. Вместо того, чтобы бурить нормальные скважины, создавать проверенную и надежную гидравлическую систему, вот таким вот способом пытаются конкурировать с добросовестными монтажными организациями.

Я беседовал с представителем Европейской ассоциации тепловых насосов по поводу этой технологии «прямого испарения». Были высказаны те же самые сомнения о возможности ее массового использования. Она имеет право на применение только в особых случаях, когда это обосновано расчетами и проектом. В Европе уже давно от нее отказались и она неприменима особенно в нашем климате, когда требуется длительная «щадящая» нагрузка на грунт.

Большая проблема – это сервисное обслуживание. Продавцы, производители, монтажники в большинстве случаев оставляют свое оборудование без дальнейшего сервиса. Продали, получили деньги – а дальше – «хоть потоп». На нынешнем этапе развития российского рынка тепловых насосов сервис – это ответственность всех участников процесса, особенно производителя (пока). Очень много обращений из разных регионов страны с просьбой помочь исправить содеянное кем-то. Только порой и помочь-то нечем. Даже на больших многоквартирных домах, которые строятся по государственным и муниципальным программам таких примеров масса. Это Бийск и Ангарск, Владивосток, Камчатка, Дагестан. Когда оборудование перестает работать, останавливается по какой-либо причине, управляющая компания, как правило, не хочет даже разбираться. Появляется «добрые дяди» из местных теплоснабжающих компаний и предлагают жильцам МКД подписать заявление о подведении теплотрассы от местной котельной. В итоге так и происходит: подводится теплотрасса и граждане платят по местным тарифам, причем и зимой и летом. Вот и вся экономия. А тепловые насосы, как впрочем, и все энергосбережение все кому не лень начинают хором ругать в СМИ, как региональных, так и в федеральных. Появляются публикации о том, что тепловые насосы в России вообще не работают.

Это позор! Здесь надо что-то делать. Даже руководство г. Москвы, например в ТиНАО, и слышать ничего не хотят о тепловых насосах. Это происходит потому, что на их территории есть объект – малоэтажный поселок, где установлено 30 геотермальных тепловых насосов. Из-за отсутствия управляющей компании, сервиса, элементарного обучения со стороны производителя, посторонние люди перенастраивали и издевались над этими тепловыми насосами, загоняли в режим выше их возможностей, перемораживали грунт, все они вышли из строя (прежде всего компрессоры). Людям продавали энергоэффективное жилье, обещая экономию на текущих платежах за коммунальные услуги, а они в результате платят за отопление и ГВС огромные деньги, поскольку обогреваются электричеством! В результате, это место специалисты назвали «кладбищем тепловых насосов».

Бывают случаи, когда в погоне за показной энергоэффективностью, бездумно оснащают объекты всеми видами энергосберегающего оборудования. Например, есть в Рязанской области МКД, площадью 650 м², построенный по губернаторской программе расселения ветхого жилья, в котором установлен высокотемпературный тепловой насос «КОРСА», мощностью 22 кВт, для работы только осенью и весной. Кроме того, там еще установлено целое поле солнечных коллекторов, и солнечных батарей. Только ветряка не хватает. И в итоге не работает ничего. Солнечные вакуумные коллекторы, предназначенные для ГВС, летом взрываются от отсутствия циркуляции и достаточной нагрузки, а зимой от них нет никакого толка, т.к. тепла от них недостаточно для ГВС. Солнечные батареи накапливают электроэнергию в аккумуляторах и она никуда не расходуется. Кроме того все это зимой надо чистить от снега. Тепловой насос, рассчитанный на переходные сезоны и работу при плюсовой температуре, не включается, потому что рядом с домом (впритык) стоит газовая котельная. Ее запуск и выключение оформляется обычно актом, но никому не хочется этим заниматься по нескольку раз за зиму для того, чтобы включить вместо нее тепловой насос, когда не очень холодно. Это частная котельная и жильцы дома платят за тепловую энергию по местным тарифам. А дом называется энергоэффективным, оборудование – энергосберегающим. Это насмешка. Было много публикаций на тему из-за того, что граждане, проживавшие ранее в бараках, платили за тепловую энергию меньше, чем в этом «энергоэффективном» доме. Это, конечно, вина проектной и монтажной организаций, которые это все «создавали». Несмотря на наши многократные предложения исправить содеянное на этом объекте, наша инициатива не нашла отклика ни в областном Минстрое, ни тем более в проектном институте, потому что, никому это не нужно, кроме нас и несчастных жителей энергоэффективного дома. А монтажная компания исчезла в неизвестном направлении.

К сожалению, несмотря на всю красочную рекламу, которую наши производители, продавцы и монтажники дают в интернете (она просто вся набита чудесами о тепловых насосах), «сарафанное радио» работает более жестко и безжалостно. А «сарафанное радио», к сожалению, в большинстве случаев, плохо отзывается о тепловых насосах.

Зарубежный опыт

Это все, к счастью, – «болезни роста». За рубежом было нечто похожее. Развитие технологий по созданию геотермальных насосов началось в Европе в 1973-1978 гг., когда в результате кризиса на Ближнем Востоке энергоносители стали очень дорогие и крупнейшие потребители нефти, Европа и США, начали искать пути экономии энергоресурсов.

В начале малая геотермальная энергетика была доступна только состоятельной прослойке населения, но год от года инженеры искали возможности для снижения себестоимости техники. Оборудование было пока еще не совершенным, качество низкое и их распространение замедлилось. Были и претензии от потребителей по качеству, были судебные разбирательства, были банкротства фирм. Эта волна увлечения тепловыми насосами схлынула, когда углеводороды стали дешеветь. Но позже, уже в 90-х, когда углеводороды опять подросли в цене и люди осознали, что они загрязняют окружающую среду, эта технология стала опять востребованной. В Европе была создана Ассоциация тепловых насосов, организована специальная лаборатория, которая проверяет на добровольной основе продукцию каждого производителя на предмет соответствия его оборудования паспортным характеристикам. Выдается соответствующий сертификат и потребитель теперь уверен, что он покупает, например геотермальный тепловой насос, а не промышленный холодильник, или чиллер.

Кроме того, конечно, нам необходимо вырабатывать какие-то стандарты по тепловым насосам. Помимо того ГОСТа, который существует (перевод немецкого нормативного документа), надо разработать российские более подробные и современные нормативы и правила. Без этого даже иногда трудно привлечь к ответственности недобросовестных продавцов или установщиков, которые не понимают, что тепловой насос – это не бытовой холодильник.

Предложения

Исходя из всего сказанного, я считаю, что нужно что-то делать и как можно быстрее. Например, можно, в качестве одного из методов воспитания участников рынка использовать формирование «черного списка» недобросовестных установщиков, производителей или монтажных организаций. Надо обратиться в Правительство РФ с вопросом о необходимости создания современной нормативной базы для тепловых насосов, разработки методики стимулирования потребителей и производителей тепловых насосов, как энергосберегающего, экологичного источника теплоснабжения.

Например, можно применять повсеместно скидку на тариф электроэнергии, если дом отапливается тепловыми насосами, аналогично применяемой для зданий с электроплитами или с отоплением на основе электронагревателей. Пора уже внести изменение в законодательство, которое позволило бы также и мелким потребителям электричества для тепловых насосов, в том числе частникам, понизить тариф на 30%, в соответствии с законом.

Необходимо разработать нормативную базу для буровых работ по геотермальному контуру. Создавая геотермальное поле, мы все время идем на грани соблюдения Закона о недрах и Градостроительного Кодекса. И хотя некоторые монтажные компании утверждают, что сегодня можно бурить водоносный известняк, что это, мол, недорого и они не извлекают полезные ископаемые. Но ведь дело в том, что на это нет разрешения и дело вовсе не в цене вопроса. Особенно, если тепло отбирают из воды артезианской скважины, поднимая воду наверх, а потом сливают ее тоже в скважину, но в другой горизонт. Вот это уж точно запрещено Законом. Конечно, этот вопрос крайне важный и решать его надо на государственном уровне. Необходимо чтобы разрешение на бурение для геотермальных зондов до водоносного слоя можно было получить на законных основаниях без волокиты и в кратчайшие сроки.

Конечно, создание в России некоммерческой организации по тепловым насосам, типа Европейской Ассоциации, во многом способствовало бы наведению порядка в этой сфере энергосбережения в России, помогло бы консолидировать усилия участников рынка тепловых насосов, повышению качества конечного продукта.

ПУТИН ЗА РАЗВИТИЕ ВИЭ

Путин поручил обеспечить развитие возобновляемой энергетики в изолированных энергорайонах

Президент РФ Владимир Путин поручил правительству РФ обеспечить развитие распределенной генерации, в том числе на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в удаленных и изолированных энергорайонах России, говорится в указе «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года».

Также в числе мер по обеспечению доступной электроэнергией Путин поручил обеспечить внедрение интеллектуальных систем управления электросетевым хозяйством на базе цифровых технологий.

Кроме того, президентом РФ поручено обеспечить электрификацию транспортных коридоров «Запад – Восток» и «Север – Юг» (включая Байкало-Амурскую и Транссибирскую железнодорожные магистрали), устойчивое энергоснабжение потребителей на территориях Крыма, Севастополя, Калининградской области и Дальневосточного федерального округа и развитие централизованных энергосистем, включая модернизацию генерирующих мощностей тепловых, атомных и гидроэлектростанций в соответствии с потребностями социально-экономического развития.

Адрес новости

БУДУЩЕЕ "МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКИ"

Продолжается регистрация участников научно-практической конференции «Будущее малой распределенной генерации в России: удаленные и изолированные территории», которая состоится в Москве 7 июня 2018 года. 

Организаторами мероприятия выступают ФГБУ «Российское энергетическое агентство» Минэнерго России и АО «Национальный Инжиниринговый Центр Энергетики» при поддержке Минэнерго России. Мероприятие проводится в рамках реализации отраслевой программы «Внедрение систем энергоснабжения для отдаленных и изолированных территорий», имеющей статус национального инновационного проекта, реализующейся при поддержке организационного комитета Конкурса «Ежегодная общественная премия «Регионы – устойчивое развитие». 

Центральная тема конференции – практические вопросы развития малой распределённой энергетики и реализация инвестиционных проектов в регионах России, включая механизмы получения льготного финансирования и государственной поддержки проектов малой энергетики. 

В рамках мероприятия участники получат информацию по следующим вопросам: 

• ключевые аспекты государственной политики в сфере распределенной энергетики; 

• механизмы организации льготного финансирования проектов и государственной поддержки; 

• возможности создания объектов малой генерации на удаленных и изолированных территориях; 

• поддержка высокотехнологичных производств со стороны регуляторов, органов исполнительной власти, финансовых организаций и инвесторов. 

С докладами выступят представители Минэнерго России, региональных органов власти и компаний, уже имеющих положительный опыт получения государственной поддержки и реализации проектов, поставщики технологий и оборудования в сфере распределенной энергетики. 

Участникам будут предоставлены информационные материалы, включающие в себя схемы возможной организации финансирования проектов распределенной энергетики. 

Дополнительную информацию можно получить в Оргкомитете конференции по телефону (495) 789-92-92 (доб. 2122 - Монина Наталия, 2271- Стребелева Елена) или по e-mail: edu@rosenergo.gov.ru, а также на сайтах организаторов: ФГБУ «Российское энергетическое агентство» Минэнерго России и АО «Национальный инжиниринговый центр энергетики». 

Ссылки на источники в сети «Интернет»: 

www.rosenergo.gov.ru 

ПРЕКРАСНАЯ ЭНЕРГИЯ. МИНИ-ТЭЦ БЕЗ ТОПЛИВА И ДЫМОВЫХ ГАЗОВ. РОССИЯ

Энергия опыта, молодости и солнечного модуля

Новые технологии Иван ТРОХИН

Сфокусировать лучи Солнца в возобновляемую энергетику России подвластно академику РАН Дмитрию Стребкову и молодой электрисе Наталье Филиппченковой вместе с коллегами из Всероссийского научно-исследовательского института электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) Федерального научного агроинженерного центра.

О том, что все большое начинается с малого, хорошо сказал товарищ Петрыкин – простой рабочий и педагог по призванию, герой Ролана Быкова из классики отечественного кинематографа «Большая перемена». Так и в современной энергетике: небольшие, со скромным названием изобретения могут порой масштабно распространиться на практике. И приятно, когда на небосводе авторского энергетического коллектива вместе с мэтрами появляется молодая звездочка.

Прекрасная энергия и сельская мечта

Представительница прекрасной половины человечества и инженер-электрик Наталья Филиппченкова под мудрым наставничеством ученого с мировым именем в области солнечной энергетики Дмитрия Стребкова стала соавтором востребованных сегодня и в будущем изобретений по части солнечных источников энергии. В последних вполне прекрасно вырабатывается совместно электрическая и тепловая энергия. Это – просто мечта для сельских жителей в районах России, где много солнечных дней в году.

«ТЭЦ» без топлива и дымовых газов

Что же стало результатом научно-изобретательского «солнечного» союза? Появился гибридный фотоэлектрический модуль (патент РФ за номером RU 2546332). Он представляет собой оригинальную конструкцию, подобную наглядной для общего понимания устройства компьютерной трехмерной модели от зарубежных коллег из фирмы Yougen. Однако, на взгляд автора этих строк, отечественный модуль видится более дешевым и адаптированным к погодным реалиям нашей страны.

Гибридный фотоэлектрический модуль от разработчиков из ВИЭСХ состоит из солнечных элементов (фотоэлектрических преобразователей), которые размещены между защитным стеклом и корпусом с теплообменником. Через последний пропускается теплоноситель с целью его нагрева для нужд потребителей. Что тут особенного? Дело в том, что пространство между солнечными элементами и теплообменником, а также – между последним и стеклом, заполнено слоем силоксанового геля толщиной от 0,5 до 5 мм. Защитное стекло выполнено в виде вакуумированного стеклопакета из двух стекол с вакуумным зазором от 0,1 до 0,2 мм и вакуумом – от 0,001 до 0,00001 мм рт. ст. Теплообменник представляет собой герметичную камеру с патрубками для циркуляции теплоносителя. Общая площадь солнечных элементов соизмерима с площадью верхнего основания корпуса теплообменника.

Вроде все просто, а каков эффект: надежный, энергетически эффективный и экологически чистый в работе своеобразный функциональный аналог микроТЭЦ. Он дает фактически бесплатное электричество и тепло, благополучно «питаясь» солнечными лучами!

Сконцентрировать и преобразовать

Дальнейшее развитие (патент RU 2580462) рассмотренного выше изобретения погружает нас в оптику и геометрию. При этом может получиться еще более эффективная теплофотоэлектрическая «ТЭЦ» с зеркальным концентратором солнечного излучения.

Известно, что недостатком фотоэлектрических модулей является низкая удельная мощность фотопреобразователя. Разработчики из ВИЭСХ поставили перед собой крайне сложную инженерно-научную задачу – преодолеть этот негативный барьер. Как успешный результат их многолетних трудов и явился усовершенствованный, но по-прежнему с простым названием и уже известный нам, солнечный модуль. Он заимел в своем конструктивном составе статический концентратор солнечного излучения и стал характеризоваться, как требовалось, более высокой удельной мощностью.

Солнечный модуль со статическим концентратором имеет габаритные размеры в поперечном сечении, которые вполне соизмеримы с габаритными размерами плоского модуля. Здесь необходимо подчеркнуть, что удельная мощность фотоприемника будет повышенная. В чем же секрет?

Нужный результат показали зеркала

Технический результат по увеличению удельной мощности фотоприемника в составе солнечного модуля был достигнут следующим образом. Рабочая поверхность, на которую падают солнечные лучи, оснащается миниатюрными зеркальными экранами. Не правда ли, что в этом техническом решении просматривается изящность и красота женского подхода? Всего лишь одна мелкая деталь. По своему существу – это дамское зеркальце. А что из этого вышло?

Зеркальные экраны выполнены в виде жалюзи из плоских зеркальных отражателей. Сами жалюзи содержат в своей конструкции устройство для изменения расстояния между зеркальными отражателями. При этом, что следует заметить, все это выбрано не по принципу «на глаз», а рассчитано по науке. Так, расстояние между миниатюрными зеркальными отражателями на рабочей поверхности, углы входа солнечных лучей, их выхода и наклона зеркальных отражателей связаны геометрическими соотношениями.

В составе рассматриваемого солнечного модуля концентратор выполнен в виде призмы полного внутреннего отражения. С точки зрения конструкции концентратор солнечного излучения также может быть реализован в виде полупараболоцилиндрического зеркального отражателя.

Подробности в цифрах

Работоспособность предложенных в зеркальном солнечном модуле технических решений доказана не только на бумаге. Успех ожидал разработчиков и в ходе проведения опытных подтверждений правильности расчетной модели.

Например, экспериментальный образец солнечного фотоэлектрического модуля с полупараболоцилиндрическим зеркальным отражателем, выполненным из стеклянных фацет, оснащался фотоприемником с габаритными размерами, равными в плане 125×1250 мм. Этот фотоприемник состоял из 36 кремниевых солнечных элементов, электрически соединенных последовательно. Геометрический коэффициент концентрации солнечного излучения составил 4,32. Оптический коэффициент полезного действия (КПД) оказался на уровне 80%. КПД фотоприемника составил 15%, а общий КПД модуля практически достиг 12%.

Таким образом, у рассмотренного выше солнечного фотоэлектрического модуля с полупараболоцилиндрическим зеркальным отражателем при площади самого модуля, составившей почти 0,69 квадратного метра, пиковая электрическая мощность достигла 82 Вт. Последний показатель следует считать при освещенности в один киловатт на квадратный метр и температуре воздуха, равной плюс 25ºС.

Подведем «солнечные» итоги

Солнечные модули, о которых шла речь в статье, наверное, не претендуют на вытеснение с рынка малой энергетики биотопливных микро- и мини-ТЭЦ. Уж слишком скромна электрическая мощность «солнечников». Однако малое – это первый шаг к большому. Поэтому, в частности, зная фундаментальные законы электротехники, нетрудно подсчитать, кому сколько необходимо в сельском доме собрать электрически последовательно и параллельно отдельных солнечных панелей, чтобы получить «зеленые» вольты и ватты, а вместе с ними – и горячую водичку по скромным, стремящимся к минимуму ценам. В этом смысле разработки солнечных модулей из ВИЭСХ – это весьма актуальное научно-техническое направление для малой энергетики России.

ПОТЕНЦИАЛ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА

Потенциал производства биогаза в России

  

Содержание

• Электростанция на биогазе работает в Республике Крым

Источник: http://www.biointernational.ru/news/3376.html
Общая потребность России в биогазовых заводах оценивается в 20 тысяч предприятий. При интенсивном развитии этой отрасли российской энергетики страна может стать крупнейшим экспортером отдельных видов биоэнергетики.
К такому выводу пришли эксперты AЕnergy в своем исследовании. Они оценили потенциал производства биогаза в России по 7 федеральным округам. Наибольший потенциал имеет Южный и Приволжский федеральные округа. Затем идет Центральный и Сибирский. За ними следуют Центральный и Сибирский округа. А вот на Северо-Западе и на Дальнем Востоке биогазовый потенциал один из самых низких.

Страна способна обеспечить свои потребности в энергоресурсах за счет биоресурсов. В России имеется 775 млн. тонн отходов агропромышленного комплекса (АПК), что может обеспечить при современном уровне технологии до 70 млрд. м3 биогаза и более 100 млн тонн высококачественного удобрения.

Сегодня в нашей стране более 1600 крупных животноводческих предприятий, свинокомплексов и птицефабрик. Каждый день на них в общей сложности образуется более 450 000 тонн навоза и прочих стоков. Кроме того, существуют отходы боен, мясоперерабатывающих комбинатов, рыбозаводов, различные отходы растениеводства и переработки (силос, жом свеклы и подсолнечника), стоки водоканалов. Это практически бесплатное сырье, которое не используется в полной мере.
Переработка фактически дармового сырья позволяет получить электроэнергию, тепло, а в качестве побочного продукта – высококачественные органические удобрения (если речь идет о переработке навоза и растительного сырья). Кроме того, сегодня в стране более 2 млн. га земли занято, если можно так сказать, под хранение остатков сельскохозяйственной деятельности. Вовлечение этих земель в нормальный сельскохозяйственный оборот принесло бы огромный положительный эффект российской экономике. Поскольку большая часть органических отходов приходится на агропромышленный комплекс, то развитие биогазовой энергетики наиболее перспективным видится именно в сельской местности страны.

Электростанция на биогазе работает в Республике Крым

Источник: http://ekomir.org/news/2016/01.04.shtml
На полигоне ТКО в с. Тургенево Белогорского района начата выработка электроэнергии из свалочного газа.

Свалочный газ — газ из органических отходов, выделяющийся из мусора,  биогаз, образующийся в результате анаэробного разложения органических отходов.

Заместитель директора по развитию ООО «Инсайт-2007» Стегачев Н.В.: «Мы считаем своим достижением, что в качестве силовой установки используется двигатель отечественного производства – ЯМЗ-238. В мировой практике в подобных проектах применяются двигатели Jenbacher, Deutz. Но эти машины работают только через станцию первичной подготовки газа, стоимость которой превышает стоимость энергогенерирующего оборудования. В нашу электростанцию поступает неочищенный газ непосредственно от скважин. Вот вам и вариант импортозамещения, причем с качественно лучшими эксплуатационными характеристиками.»

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Принципиальная схема теплового насоса включает в себя три основных узла:

• Устройство забора тепла, внешний контур;
• Непосредственно тепловой насос, в свою очередь состоящий из испарителя, конденсатора, разряжающего вентиль-дросселя для понижения давления и запитанного от электросети компрессора;
• Система распределения тепла.

Тепло, получаемое из грунта, воды или воздуха используется для нагрева циркулирующего теплоносителя и его подачи к низкотемпературным потребителям. В зависимости от специфики проекта это может быть система отопления радиаторная или «теплый пол», фанкойл, накопительная емкость.

Требования к источникам энергии для насосов Экомер

В качестве источника энергии может быть использован любой доступный в зимний период источник тепла: какой-либо водоем, грунт, вторичное тепло (теплотрасса, промышленные установки, выходящий из системы вентиляции теплый воздух и пр.).
Для обустройства внешнего контура, предназначенного для сбора тепла, используют трубопровод из полимерных труб диаметром 40 мм, укладку которого выполняют в грунт, либо в воду. В качестве теплоносителя применяют 30% раствор пропиленгликоля.

Земляной контур
Укладку трубопровода выполняют в котлован или в сообщающиеся траншеи глубиной 1-1,2 м с промежутками между соседствующими трубами не менее 0,8-1,0 м. Наибольшей энергоэффективности удается добиться на влажных грунтах, а на сухих потребуется увеличить протяженность контура. Примерная отдача 1 метра трубопровода – от 20 до 30 Вт тепловой мощности, т.е. монтаж теплового насоса мощностью 10 кВт требует  наличия участка 20х20 м (≈400 м²) для укладки контура длиной 350-450 м.

Скважина
Бурение скважин обходится дороже укладки контура, но позволяет обойтись меньшей площадью земельного участка. Для получения суммарной расчетной глубины можно изготовить несколько умеренно глубоких и менее дорогих скважин. При этом уровень получаемой тепловой энергии с каждого метра скважины достигает показателя 50-60 Вт. Следовательно, для монтажа насоса, производящего те же 10 кВт энергии, необходима общая глубина скважин (либо одна скважина) 170 м.

Водоем
Вода на дне озера, реки, моря неизменно сохраняет положительную температуру и обладает наиболее высоким коэффициентом преобразования энергии. 10-киловаттный тепловой насос потребует укладки в водоем контура длиной около 80 метров (примерная отдача 100 Вт тепловой мощности на каждый метр трубопровода). Предотвращает всплытие трубопровода установка на него груза из расчета 5 кг на погонный метр контура. Укладка контура трубы на дно озера, является самым экономичным вариантом.

Теплый воздух
Воздушный теплообменник собирает тепло атмосферных масс или нагретого воздуха, генерируемого в ходе производственных процессов промышленных предприятий, работы системы вентиляции и т.п. На каждый затрачиваемый 1 кВт электроэнергии воздушный тепловой насос способен создавать 2-6 кВт тепловой мощности.

Использование тепловых насосов

Независимо от выбранной модели теплового насоса в состав общей отопительной системы дополнительно включают электронагреватель. Наличие электронагревателя позволяет установить тепловой насос с меньшим потенциалом, что снижает величину изначальных финансовых вложений и сокращает срок окупаемости установки.

Управление работой насоса выполняется при помощи интегрированного в корпус электронного блока с ЖК-дисплеем и энергонезависимой памятью, сохраняющей последние настройки. Опционально система может быть укомплектована выносной панелью, на сенсорный экран которой выносится вся необходимая цифровая, текстовая и графическая информация о функционале и текущем режиме работы теплового насоса. Интерфейс панели интуитивно понятен и позволяет легко и быстро вносить требуемые коррективы в текущие настройки.

Преимущества тепловых насосов

Среди преимуществ тепловых насосов особо выделяют:

• Экономичность и энергоэффективность: каждый 1 кВт потребленной тепловым насосом электроэнергии компенсируется 3-5 кВт выработанной им тепловой мощности.
• Экологическая и технологическая безопасность: отсутствие топлива, взрывоопасных и отравляющих газов, вредных выбросов.
• Универсальность: возможность использования не только для отопления, но и для охлаждения помещений.
• Стабильность работы в автоматическом режиме, простота и удобство мониторинга и корректировки настроек.

При достаточно высоких стартовых затратах, связанных преимущественно с обустройством внешнего контура, срок окупаемости теплового насоса составляет всего 3-9 лет. Величина этого периода, как и эффективность работы устройства, в значительной мере зависят не только от его технических параметров, но и от безошибочности предварительных расчетов. Они должны учитывать как максимальные потребности объекта в тепловой энергии, так и объем теплопотерь, определяемых характеристиками конструкционных и светопропускающих материалов.
 Тепловой насос – выгодный вид инвестиций в будущее своей семьи или в развитие бизнеса!

АНАЛИЗ ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК

Сравнительный анализ  применения биогазовых технологий и других источников энергии

З. Мамадалиева, Т.Каюмов, М.Султонов, Ф.Савриев,
Ташкентский институт ирригации и механизации сельского хозяйства, Наманганский инженерно-технологический институт
Данная статья описывает анализ возможностей энергосбережения и повышения энергетической эффективности путём внедрения кроме традиционных ресурсов биогазовых технологий. Здесь приводятся примеры получения тепловой и электрической энергии из биогазовых установок особенно в сельской местности на фермерских хозяйствах.
На сегодняшний день одной из основных задачей энергетики является энергосбережение и повышение энергетической эффективности путём внедрения кроме традиционных ресурсов альтернативные источники энергии. В Узбекистане широко применяются такие виды альтернативных источников энергии как энергия солнца, малых рек и ручьёв, ветра, геотермальных источников и энергия биомассы. Ряд законодательных актов правительства Республики Узбекистан, в том числе постановления Президента от 1 марта 2013 г. «О мерах по дальнейшему развитию альтернативных источников энергии», от 26 мая 2017 г., ПП-3012 “По дальнейшему развитию возобновляемой энергетики, повышению энергоэффективности в отраслях экономики и социальной сфере на 2017-2021 годы, от 8 ноября 2017г. ПП-3079 «О мерах по обеспечению рационального использования энергоресурсов» ещё ярче показали всю актуальность и неотложность получения возобновляемой энергии и переработке сельскохозяйственных отходов.
В Узбекистане энергетическое оборудование централизованных систем энергоснабжения, технически устарело, полностью выработано, вследствие чего требует незамедлительного обновления. Опыт последних лет обнажил недостатки централизованных систем, которые при передаче электроэнергии и тепла горячей воды сопровождаются, соответственно, 10% и 30% потерями.
Главным фактором, заставляющим переходить на альтернативные средства снабжения теплом и электроэнергией, является изношенность тепло- и электросетей, а также низкое качество электроэнергии. Этой альтернативой стали когенерационные установки малой мощности, так называемые мини-ТЭЦ, способные обеспечить тепловой и электрической энергией отдельные здания или предприятия.
В качестве топлива для таких когенерационных установок может использоваться природный газ, пропан, биогаз, попутный нефтяной газ, газ сточных вод и др. Производство собственной энергии позволяет не зависеть от теплоэнергетических компаний и существенно сократить собственные затраты на энергоносители.
Как и во многих других южных странах чаще всего в Узбекистане широко применяются гелиоэнергетические установки. Применение остальных альтернативных источников энергии пока только развивается, причём не совсем интенсивно. Если принять во внимание, что более 60 % населения проживают в сельской местности, где более 80% заняты в земледелии, на данном этапе появляется интерес к применению биогазовых технологий. Внедрение биогазовых установок в сельской местности позволит использовать биогаз не только для работы бытовых приборов, но и для выработки электричества и тепловой энергии при помощи специальных генераторных установок.
Чем же является биогаз. Биогаз – смесь газов, включающих в себя: метан (СН₄) - 55-70% и углекислый газ (СО₂) – 28-43%, а также другие газы в очень малых количествах, например – сероводород (Н₂S). Биогаз получается в результате анаэробного брожения, то есть происходящей безвоздушной ферментации органических веществ различного происхождения. В среднем 1 кг органического вещества, при 70% биологическом разложении, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка. Из 1 м³ биогаза можно вырабатыватья одновременно 2,4 кВтч электрической +3,2 кВтч тепловой энергии.
В любом сельском хозяйстве собирается значительное количество навоза, остатков растений, различных отходов. Обычно их используют как органическое удобрение, но только после предварительного разложения. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям.
Вырабатываемый биогаз после очистки и компрессии, может использоваться для получения электрической и тепловой энергии, а также в бытовых целях для потребления населением. Отходы биогазовых установок, получаемые после анаэробного брожения биомассы, являются качественными экологически чистыми удобрениями, а также применяться в качестве кормовых биодобавок для рыбных хозяйств и птицеферм.
При расчёте эффективности биогазовых установок можно привести сравнительный анализ основной продукции- биогаза и других энергоресурсов, которые мы можем видеть в таблице.
Таблица. Сравнение расхода на м³ биогаза и других энергоисточников

Горючее	Отношение невосполняемых энергоресурсов на 1 м3 биогаза	Отношение 1 м3 биогаза на невосполняемые энергоресурсы
Природный газ, м3	0,75	1,34
Бензин, л	0,82	1,28
Электрическая  энергия, кВт	2	1,1
Каменный уголь, кг	0,9	1,1

Исходя из сведений данной таблицы, можно легко определить эффективность биогаза и его выгоду в цене,  особенно при ситуации постоянного дефицита возобновляемых энергоисточников.
Преимущества биогазовых электрических генераторов по сравнению с аналогами:
- замены масла не 500, а 2000 моточасов,
- высокий эл. КПД до 40 %, сумм.КПД эл.+тепло до 90%,
- высшая надежность.
Для рентабельности биогазовой установки решающим фактором является КПД при выработке электроэнергии. При сравнении эффективности выработки энергии различают такие уровни эффективности:

1. Механический КПД двигателя в генераторе – соотношение между выработанной в двигателе механической энергией и потенциалом энергии использованного горючего. Часто механический и электр. КПД генератора упрощенно приравнивают (среди прочего чтобы получит преимущества перед конкурентами), чего допускать не следует. Механическое КПД зависит от типа двигателя и его размеров, для газовых и газожидкостных двигателей он составляет до 45%.
2. КПД генератора: в генераторе просходит преобразование механической энергии в электрическую. КПД остальных генераторов с мощностью более 20 кВт составляет 90-96%. Все остальное превращается в тепло генератора.
3. Электрический КПД: чтобы рассчитать электр. КПД генератора, необходимо механичекий КПД умножить на КПД генератора. Пример: 40% механич. КПД и 93% КПД генератора дают электр. КПД 0,40 х 0,93 = 37,2%
4. Термический КПД: кроме механической энергии при переходе энергии от одного вида в другой в двигателе возникает большое количество избыточного тепла, частично в виде отработанных газов, а частично в охлаждающей жидкости, все остальное содержится в тепловом излучении. Термический КПД как правило выше электрического; он достигает в зависимости от типа строения двигателя и размеров, а также температуры используемого отводимого тепла до 55%.

Срок  покрытия расходов на постройку и эксплуатацию биогазовых установок  чаще всего чуть больше одного года, что  нетрудно определить ведь начиная с первичной загрузки биомассы до полного охватывания технологического процесса занимает  не меньше 100 дней [5]. Производство электрической  и тепловой энергии в установках на базе двигателя внутренного сгорания - наиболее распространный способ извлечения выгоды от биогазовой станции.  Электроэнергия может круглогодично использоваться как собственых нужд, так и для подачи в сеть.
 Нетрудно заметить,  что для повышения урожайности значительна основная часть спроса для внесении в почву органических удобрений. Так, биоудобрения получаемые на Каравулбазарском опытно промышленном биогазовом заводе, запущенном в 2016 г., за кг. составляют 1500 сум., в день составляют 37,5 млн.
При постройке установок анаэробного брожения органического мусора и организации их эксплуатации, необходимо правильное определение на каких предприятиях они будут наиболее экономически эффективны, а также исходя из количества ежедневного выхода органического вещества [6].  Предприятия,  которые могут применять биогазовые технологии:
а) Животноводческие (молочные) фермы, птицеводческие фабрики, свиноводческие фермы и конюшни, а также свалки растительных  отходов сельского хозяйства;
б)  Тепличные хозяйства;
в) Перерабатываюшие предприятия: спирт, пиво, сахарные  заводы, заводы по переработке мясной, молочной, и сельскохозяйственной продукции;
г)  Городские очистные канализационние предприятия, в последнее время заводы  по переработке поверхностных водорослей сажаемых в дренажных коллекторах для снижения минерализации засоленных  земель.
д)  Очистные и мусорные свалки в городских и сельских местностях.
Исходя из вышеуказанного, можно организивать централизированные мусорные свалки по приёму органических отходов, где в качестве первичных приёмных ёмкостей  можно построить биогазовые установки. Средний объём данных биореакторов будет рассчитан на ежедневную переработку до 100 тонн в сутки. Расходы на постройку этих установок можно уменьшить путём хашара^[1] и применением водонепроницаемых железобетонных резервуаров.
Необходимо отметить, что биогазовые установки помогут полностью  удовлетворить спрос населения на  минеральные удобрения, обеспечить электрической и тепловой энергией, а также дадут возможность снижения выброса вредных газов в атмосферу  и улучшения эколого-эпидемиологической, санитарной ситуации из-за скопления органических отходов.

Список использованной литературы

1. Имомов, Ш., Hwang Sang Gu, Усмонов К., Шодиев Э., Каюмов Т. Альтернативное топливо на основе органики / Министерство сельского и водного хозяйства РУз. – Тошкент: Фан, 2013. –168 б.
2. Салимов О., Имомов Ш. Оптимизация процессов биогазовой установки по индивидуальному заказу // Irrigatsiya va melioratsiya, 2017, № 2(8). – С. 47-49.
3. Имомов Ш. Возобновляемые источники энергии – биогаз / Экологически вестник (Спец. Выпуск – Энергетика), 2009, № 3–4.
4. Результаты испытание образца биоудобрения после биогазовой установки БНПЗ. Испытательные Центр института химии растительных веществ им.акад. С.Ю.Юнусова АН.Р Уз. 25.07.2017.
5. Ш.Ж.Имомов, Hwang Sang Gu «Биогазовая установка с рекуператором тепловых отходов брожения» Доклад на первом международном конгрессе «Biodizel». Москва 26-27 ноябрь. 2008 г.
6. Биогаз на основе возобновляемого сырья. Сравнительный анализ шестидесяти одной установки по производству биогаза в Германии/Специальное агенство возобновляемых ресурсов (FNR) Хофплатц 1, 18276, Гюльцов, Германия.-2010.115 с.