Магистерский диплом (ВКР) на тему Разработка и исследование технологических схем комплексов солнечных коллекторов для повышения эффективности тепловых сетей г. Волжского

Содержание:

Введение 7

Глава 1 Анализ использования установок гелионагрева в энергетических системах 8

1.1 Литературный обзор степени изученности проблемы внедрения солнечных коллекторов 8

1.1.1 Общие вопросы разработки систем солнечного теплоснабжения 8

1.1.2 Проблемы и предпосылки использования установок гелионагрева в энергетических системах 11

1.1.3 Использование установок гелионагрева в теплоэнергетических системах 15

1.1.4 Зарубежный опыт использования установок гелионагрева в теплоэнергетических системах 25

1.2 Патентный обзор 30

1.3 Анализ математических моделей и существующих методик исследование технологических схем комплексов солнечных коллекторов 40

1.3.1 Существующие подходы к проектированию систем солнечного теплоснабжения. 40

1.3.2 Существующие методологические подходы преобразования энергии солнечного излучения для нужд теплоснабжения 41

1.4 Вывод по главе 1 47

Глава 2 Разработка и исследование математических моделей коллекторов 48

2.1 Анализ математических моделей для описания работы солнечных коллекторов 48

2.2 Выбор численной модели солнечного термального коллектора 55

2.2.1 Оценка энергетических потребностей объекта энергоснабжения для определения мощности солнечного коллектора 55

2.2.2 Выбор типа солнечного коллектора 55

2.2.3 Выбор необходимого солнечного коллектора 58

2.2.4 Расчет мощности и площади кластера солнечных коллекторов 60

2.3 Вывод по главе 2 64

Глава 3 Разработка схем комплексов солнечных коллекторов гелионагрева обратной сетевой воды у потребителей тепловой энергии для замещения части нагрузки тепловых сетей централизованной системы отопления г. Волжского 65

3.1 Описание функционирования установки гелионагрева водопроводной воды, установленной в дополнение к системе централизованного теплоснабжения 65

3.2 Анализ и выбор аэродинамической трубы 70

3.3 Исследование технологических схем комплексов солнечных коллекторов для повышения эффективности тепловых сетей г. Волжского 70

3.4 Оценка экономической эффективности разработанных схем и установок гелионагрева 70

3.5 Вывод по главе 3 72

Заключение 73

Список использованных источников 74

Введение:

В течение многих лет газ и электроэнергия рассматривались как наиболее выгодные источники для обогрева жилых помещений и подогре-ва воды. Сравнительно низкие расценки, простота и надежность в эксплуа-тации газовых и электрокотлов, отсутствие необходимости в нагрузке на электросеть. Данные показатели обусловили выбор в пользу данных видов энергообеспечения. В связи с увеличением тарифов на газ и электричество эти виды энергоснабжения оказываются не только невыгодными, но даже неподъемными для бюджетов семей. Особенно это касается помещений с высокой площадью. Это же относится и к объектам, находящимся вдали от систем централизованного энергообеспечения.

По существующим оценкам, технический ресурсный потенциал ВИЭ (преобладающую долю которых составляют источники, базирующиеся на использовании энергии солнца) весьма значителен. При этом экономиче-ский статус потенциала ВИЭ непосредственно зависит от конкретной хо-зяйственной ситуации, показателей стоимости, от наличия резервов в реги-оне, а также качества использования имеющихся традиционных ТЭР. При этом указанный потенциал со временем меняется. Значительный вклад в решение проблемы энергоснабжения районов с преобладанием децентра-лизованных энергоресурсов могут внести возобновляемые источники, в том чмсле и для повышения эффективности тепловых сетей.

Анализ существующего рынка [1] показал большое количество сол-нечных систем [2, 3, 4, 5].

На значительной части РФ, в том числе в городе Волжском, энерго-потенциал использования солнечной энергии не является самым большим, средняя годовая мощность падающего солнечного излучения — 1028 Вт/м2.

Цель данного проекта состоит в том, чтобы в разработать и исследо-вать технологические схемы комплексов солнечных коллекторов для по-вышения эффективности тепловых сетей г. Волжского.

Заключение:

На основании проведенного литературного обзора можно сделать следующие выводы:

1. Значительный и постоянно растущий экономический потенциал ВИЭ (обусловленный постоянно растущей стоимостью топлива и сопут-ствующими его применению проблемами загрязнения окружающей среды) определяет одно из приоритетных направлений «Энергетической страте-гии России» — увеличение доли возобновляемых источников энергии (включая солнечную) в энергетическом балансе страны.

2. Масштабы и опыт успешной эксплуатации систем гелионагрева за рубежом предопределяют их как одно из основных направлений увеличе-ния доли возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе страны.

3. Особенности преобладающих в РФ систем, централизованных теплоснабжения делают применение солнечных установок существующих типов в режиме отопления нецелесообразным вследствие низкой эффектив-ности и требуют разработки новых схем использования энергии солнца, адаптированных к климатическим условиям России.

Рассчитанное среднее значение площади комплекса солнечных кол-лекторов для рассматриваемого объекта теплоснабжения с целью повыше-ния эффективности тепловых сетей г. Волжского для года составляет 32 352,88 м2.

Оценка эффективности технологических схем комплексов солнечных коллекторов для повышения эффективности тепловых сетей г. Волжского показала их высокую инвестиционную привлекательность для реальных объектов рассматриваемого региона.

Фрагмент текста работы:

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТАНОВОК ГЕЛИОНАГРЕВА В ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

1.1 Литературный обзор степени изученности проблемы внедрения солнечных коллекторов

1.1.1 Общие вопросы разработки систем солнечного теплоснабжения

Автор [2] рассмотрел способы энергосбережения в системах отопле-ния и охлаждения, остановившись подробно на вопросах:

— текущее положение дел в направлении повышения энергоэффектив-ности системы теплоснабжения;

— использование в отечественной и мировой практике нетрадицион-ных видов энергии

— состояние и тенденции развития и перспективы внедрения гелиоси-стем теплоснабжения.

Текущее положение и опыт эксплуатации гелиосистем тепло- и холо-доснабжения рассмотрено автором [2], а именно:

— классификация оборудования;

— оборудование солнечных отопительных и охлаждающих установок;

— солнечные установки горячего теплоснабжения;

— установки гелиосистем теплоснабжения и обогрева;

— солнечные охлаждающие системы;

— солнечные тепловые и охлаждающие системы.

Конструкции плоских и трубчатых вакуумированных солнечных коллекторов рассмотрены автором [2]:

Схематическим решениям для систем с использованием энергии солнца (системы солнечного отопления и теплоснабжения) посвящены ра-боты авторов [2].

Солнечное топливо и солнечные электрические котлы рассмотрены в работах [2], авторы рассмотрели:

— комбинированные системы теплоснабжения с использованием сол-нечной и электрической энергии, работающие на внепиковой мощности;

— применение энергии солнца в процессе выпуска сборных ж/б изде-лий;

— применение энергии солнца в производстве сельхозпродукции.

Авторами [2] были изучены пассивные системы отопления с исполь-зованием солнечной энергии, а также такие вопросы, как

— климатические факторы;

— критерии подбора пассивных установок;

— общие компоновочные решения домов с применением пассивных систем;

— расчет пассивных систем открытого типа;

— закрытых систем.

Авторами [2] было проведено исследование проектирования солнеч-но-тепловых охлаждающих систем:

— расчет падающей на коллектор величины солнечной радиации;

— расчет коллекторов солнечных батарей;

— расчет теплообменных аппаратов и накопительных баков;

— методы вычисления и конструирования солнечных тепловых и охлаждающих установок;

— расчет теплонасосных гелиоустановок на основе математических моделей;

— расчет гелиоприсадок к теплонакопительным электрическим стан-циям;

— архитектурно-конструктивные решения солнечных тепло- и холо-доустановок;

— типовые варианты проектов солнечных теплоснабжающих систем.

Труды авторов [10] направлены на вопросы автоматизации систем тепло- и холодоснабжения солнечных батарей:

— задачам автоматизации отопительных и холодильных установок;

— автоматическим приборам и регуляторам, применяемым в схемах автоматики гелиосистем и систем холодоснабжения;

— основные положения построения схем автоматики систем тепло- и хладоснабжения;

— особенности механизации систем пассивного гелиообогрева;

— схемотехнические решения по автоматизации активных систем сол-нечного теплоснабжения и холодоснабжения (ССХ);

— способы усовершенствования технических решений по автоматике солнечных систем нагрева и холодоснабжения.

Опыт в области формирования и работы специализированной орга-низации по реализации солнечно-тепловых установок (ППО «Спецгелио-тепломонтаж» рассмотрел автор [11]:

— в качестве примера можно упомянуть опыт проектирования, изго-товления и установки систем обогрева на солнечных батареях ППО «Спец-гелиомонтаж» [11].

Итоги полевых испытаний и экспериментальной эксплуатации геоси-стем приведены в работах автора [11]:

— результатами полевых исследований солнечных установок для го-рячего снабжения водой;

— опыт работы с котлами на гелиотопливе и гелиоэлектрическими бойлерами;

— опыт работы по эксплуатации зданий жилого назначения с солнеч-ными системами отопления.

Применение ЭВМ при конструировании и вычислении солнечных отопительных систем рассмотрены авторами [12]:

— описание прикладного ПО для САПР по солнечной теплотехнике;

— алгоритмическое сопровождение САПР СТ;

— инструкция по применению комплекса прикладного программного обеспечения САПР.