Підвищення ефективності сонячних систем енергопостачання

Abstract

Удосконалено метод визначення екологічної складової витрат енергоустановок. Запропоновано враховувати податок на використаний кисень. В результаті обробки замірів інсоляції було отримано значення середньо річної інсоляції в м. Одеса 1242,48±18,9 кВт∙ год/м2. Доведено, що при роботі впродовж теплої половини року кут нахилу сонячних колекторів (СК) має бути 25°, площа СК має визначатися через інсоляцію у червні. При роботі цілорічно кут нахилу - 38-40°, площа СК визначається за інсоляцією у травні. Розроблено метод врахування динаміки споживання гарячої води при проектуванні СЕУ. Запропоновано використання напівпровідникової сонячної електростанції у якості резервного джерела живлення відповідальних споживачів АЕС. Доведена техніко-економічна доцільність такого використання, що до того ж підвищує безпеку АЕС.

Диссертация посвящена повышению эффективности солнечных енергоустановок (СЭУ) и совершенствованию метода технико-экономического анализа энергоустановок. В результате обработки данных по инсоляции, полученных с помощью метеостанции в ОНПУ, было получено значения среднесуточной по месяцам и среднегодовой инсоляции в г. Одесса 1242,48±18,9 кВт∙ч/м2. Сопоставление полученных и литературных данных показало, что в теплую половину года замеренные данные выше теоретических в среднем на 4,3 %. По критерию максимума переданной потребителю энергии за год была проведена оптимизация угла наклона солнечного коллектора (СК) для условий юга Украины. Получено, что при работе в период теплой половины года рациональный угол наклона СК равен 25°, при работе на протяжении всего года - 38-40°. Усовершенствован метод определения экологической составляющей эксплуатационных затрат энергоустановок, определяемая как сумма платы за выбросы вредных веществ и платы за потребление кислорода. Выбросы СО2 предложено учитывать согласно Налоговому кодексу Украины и Киотскому протоколу, по которому оплата ~20 $/т. Разработана методика и определена величина ставки налога за использование кислорода, которая составила 45,54 грн./т. Технико-экономическое сопоставление СЭУ и газового котла для горячего водоснабжения (ГВС) показало, что учет платы за выбросы СО2 согласно Киотскому протоколу и за использование кислорода повышают экологическую составляющую при использовании газа в 511 раз, а годовые приведенные затраты - на 8,91 %. Рассчитаны приведенные затраты для солнечной электростанции башенного типа (БСЭС) и ТЕС на угле, которые производят одинаковое количество электроэнергии. Учет экологической составляющей в эксплуатационных затратах ТЕС не дало экономических преимуществ БСЭС. Разработана методика определения оптимальной площади солнечных коллекторов при известной мощности потребителя, которая удовлетворяется бинарной установкой горячего водоснабжения с котлом. Определенно, что при работе на протяжении теплой половины года площадь коллекторов должна определяться по удельной инсоляции в июне. Минимум годовых приведенных затрат отвечает части солнечной энергии в тепловом балансе потребителя 89,4 %. При работе на протяжении всего года площадь СК надо определять по удельной инсоляции в мае (коэффициент замещения 76,8 %). Разработана математическая модель СЕУ для ГВС, позволившая выяснить зависимость стоимость СЕУ от ее производительности по горячей воде. Получено, что удельные капиталовложения с повышением мощности снижаются до производительности 500 л/сут. Далее они не изменяются и равны 100 грн./л. Разработана методика учета режима потребления горячей воды при проектировании солнечных энергоустановок (СЕУ). Снижение времени подготовки воды обеспечивается использованием бака оперативного расхода (БОР), который может быть заменен скоростным теплообменником. Нагрев воды, направляемой потребителю из бака–аккумулятора, осуществляется всем теплоносителем, нагретым в солнечных коллекторах. Скорость нагрева определяется поверхностью нагрева этого теплообменника, а также расходом теплоносителя. Отсюда следует, что для повышения динамических характеристик СЕУ следует повышать ее мощность, т.е. количество солнечных коллекторов. Наилучшее количество солнечных коллекторов, удовлетворяющее всем суточным режимам потребления, определяется технико-экономическим анализом. Рассмотрено предложение использования полупроводниковой солнечной электростанции (ПСЭС) в качестве резервного источника питания ответственных потребителей АЭС. Определена мощность ПСЭС для обеспечения питания необходимых насосов, расхолаживающих ядерный реактор ВВЭР-1000. ПСЭС мощностью 1,034 МВт позволяет обеспечить расхолаживание в течение трех суток. В состав ПСЭС, замещающей один канал безопасности, должна входить аккумуляторная станция емкостью 11,475 МВт∙ч, состоящая из 4782 аккумуляторов по 200 А∙ч каждый. При определении емкости аккумуляторов было учтено снижение остаточного энерговыделения в реакторе со временем. Требуемая площадь солнечных панелей с КПД 15,4 % соответствует площади квадрата со стороной 108,4 м2. При стоимости ПСЭС 4,013 млн. $, себестоимость производимой электроэнергии составила 8,075 грн./кВт∙ч. Зелений тариф на электроэнергию СЭС с 1.01.2016 г. равен 9,42-12,45 грн./кВт∙ч. Исходя из этого, срок окупаемости будет равен 10,15-31,7 лет. Таким образом можно констатировать, что использование ПСЭС, кроме повышения безопасности, оказывается экономически приемлемым.

Dissertation is devoted the improvement of thermal charts and method of sun installations economic analysis. The method of determination of ecological constituent of sun installations charges is improved. It is suggested to take into account paying for the used oxygen. As a result of processing of insolation data a value middling of annual sun radiation was got for Odessa 1242,48±18,9 kWh/m2. It is well-proven that for exploitation during the warm half of year an angle of sun collectors (SС) slope must be 25°, the area of SC must be determined through insolation in June. For exploitation during whole-yearly the angle of slope 38-40°, the area of SC is determined on insolation in May. The method of account of hot water consumption dynamics is developed at planning of domestic water heating system.