Солнечная энергия в сочетании с другими возобновляемыми источниками

Лекция 2

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СОЛНЦА КАК ИСТОЧНИКА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Концепция развития солнечной энергетики в Украине

Классификация солнечных энергетических установок

Солнечная энергия в сочетании с другими возобновляемыми источниками

По климатическим условиям Украина относится к регионам со средней интенсивностью солнечной радиации. Количество солнечной энергии, поступающей на единицу площади в течение года, составляет 1000-1350 кВтч/м².

По уровню интенсивности солнечного излучения страна может быть поделена на четыре региона - Западный, Центральный, Юго-восточный и Южный. Средняя интенсивность солнечного излучения составляет около 1200 кВтч/м².

Реализованные в последние годы экспериментальные проекты показали, что годовая выработка тепловой энергии в условиях Украины составляет 500 - 600 кВтч/м². Учитывая общепринятый на Западе потенциал использования солнечных коллекторов для развитых стран, равный 1 м² на одного человека, а также производительность гелиосистем для условий Украины, ежегодные ресурсы солнечного горячего водоснабжения и отопления могут составить 28 млрд. кВтч тепловой энергии. Реализация этого потенциала позволила бы сэкономить 3.4 млн. тонн условного топлива (т.у.т.) в год.

В настоящее время, коммунальное хозяйство Украины потребляет ежегодно около 74 миллионов т.у.т. Ежегодно потребность в тепловой энергии увеличивается на 1.5-2 %. Существуют оценки, что с возобновлением экономического роста уровень потребления может существенно возрасти. С другой стороны, потенциал энергоэффективности и энергосбережения в коммунальном хозяйстве Украины составляет по разным оценкам не менее 50%. В случае использования этого потенциала экономический рост не должен привести к существенному увеличению потребления тепловой энергии.

Другой возможностью сдерживания роста потребления тепловой энергии является всемерное развитие концепции солнечных зданий. В северных европейских странах с помощью естественного нагрева солнце обеспечивает 14 % тепла от общей потребности обычных зданий. Эту оценку можно использовать в качестве нижнего предела для условий Украины. В зданиях, построенных с учетом пассивного использования солнечной энергии, вклад солнца в потреблении тепла может составить около 40 %. Доля пассивного нагрева обычно не учитывается официальной статистикой, однако в действительности это самый большой источник использования возобновляемой энергии. Существенный потенциал использования солнечной энергии в Украине заключается в использовании солнца для охлаждения и кондиционирования, а также в сельскохозяйственных приложениях, например, для сушки разных видов сельскохозяйственной продукции и опреснения воды в южных регионах.

В Украине реализовано несколько десятков экспериментальных проектов в разных отраслях народного хозяйства. Среди них системы горячего водоснабжения жилых и общественных зданий, лечебно-оздоровительных учреждений; системы солнечных коллекторов к топливным и электрическим котельным, обслуживающие промышленные, сельскохозяйственные и коммунальные предприятия; малые автономные установки для индивидуальных жилых домов и предприятий бытового обслуживания. По оценкам, сделанным украинскими специалистами, срок окупаемости внедренных экспериментальных установок солнечного водо- и теплоснабжения составляет от пяти до десяти лет.

Основными видами использования солнечной энергии является горячее водо- и теплоснабжение с применением солнечных коллекторов. Объем рынка установки солнечных коллекторов в 1999 году в развитых европейских странах составил около одного миллиона квадратных метров. При этом темп прироста объема рынка находился на уровне 30 %. В целом в Европе общая площадь солнечных коллекторов в 2000 году превысила десять миллионов квадратных метров. Интересно отметить, что темпы увеличения площади солнечных коллекторов в Европе отличались во много раз для стран с одинаковыми климатическими условиями. Так, например, удельная площадь солнечных коллекторов, установленных в течение 1999 года, в Австрии и Греции составила 15-18 м2 на тысячу жителей, в Финляндии -1.4 м2, а в Великобритании и Франции менее 0.2 м2. В первом приближении это различие может быть объяснено наличием или отсутствием поддержки со стороны правительств этих стран. Средняя площадь солнечных коллекторов на одного жителя в Европе в конце 1999 года достигала в Греции - 0.25 м2, Австрии - 0.18 м2, Дании - 0.05 м2 и Швейцарии - 0.033 м2.

Развивается два типа солнечного теплоснабжения - без долговременного аккумулирования тепла, когда доля солнечной энергии в общем количестве потребляемого тепла ограничена (максимум 20 % в климатических условиях северных европейских стран) и с сезонной аккумуляцией, при которой доля солнечной энергии может достигать 80-100 %.

В первом случае теплоснабжение обычно комбинируется с системой горячего водоснабжения. В результате получаются так называемые солнечные комбинированные системы. Объединение двух функций улучшает качество предоставляемых услуг и уменьшает их себестоимость. В таких странах, как Германия или Австрия, комбинированные системы охватывают большую часть рынка солнечных коллекторов. Во втором случае технические проблемы долговременного аккумулирования тепла и высокая стоимость метода все еще остаются барьером для широкого использования. Несмотря на это, в Европе уже реализовано несколько больших демонстрационных проектов.

Другой возможностью использования солнечной энергии является активно развивающаяся концепция строительства солнечных зданий. Под этим обычно подразумевают комбинацию солнечного теплоснабжения, фотоэлектричества, пассивного нагрева и естественного освещения. Данный подход может быть использован для всех типов зданий и в любых климатических условиях. При этом акценты для разных условий, а также для жилых и коммерческих зданий различны. В северных странах доминирует потребность в отоплении, а в южных более важным является охлаждение. Для коммерческих зданий кондиционирование и электрическое освещение часто вносит больший вклад в энергопотребление, чем отопление. Хорошо сконструированное солнечное здание может быть практически независимым от дополнительных источников тепла. При выполнении отдельных демонстрационных проектов в Европе получено уменьшение потребления энергии в четыре и более раза.