СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
SOLAR ENERGY
УДК 662.997: 662. 93(44)
ВОЗМОЖНОСТИ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ И ГОРЯЧЕГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ ЧАСТНЫХ ДОМОВ С ОДНОВРЕМЕННЫМ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СОЛНЕЧНОЙ И ВЕТРОВОЙ ЭНЕРГИИ
О.М.Саламов, А.М.Гашимов, Ф.Ф.Алиев*
Институт Радиационных Проблем НАН Азербайджана ул. Б.Вахабзаде, 9, г. Баку, AZ 1143, Азербайджан Тел: (99412) 539 32 24, доп. 125; факс: (99412) 539 83 19; oktay dae@mail.ru
*Международная Экоэнергетическая Академия ул. М.Арифа, 5, г. Баку , AZ 1073, Азербайджан
В работе рассматриваются возможности теплоснабжения (ТС) и горячего водоснабжения (ГВС) частного дома с количеством жителей 5 человек, в условиях г. Баку, с одновременным использованием солнечной и ветровой энергии. Приводятся месячные и годовые значения тепловой нагрузки, необходимые для обеспечения потребности в ТС и ГВС экспериментального дома. Приводятся коэффициенты замещения солнечной и ветровой источников энергии, а также количества экономии условного топлива, определяемые расчетным путем.
Ключевые слова: горячее водоснабжение, теплоснабжение, тепловая нагрузка, плоские солнечные коллекторы, ветроэлектрический агрегат, скорость ветра, интенсивность солнечной радиации, коэффициент полезного действия, экономия условного топлива.
POSSIBILITIES OF HEAT AND HOT WATER SUPPLY OF PRIVATE HOUSES WITH SIMULTANEOUS USE OF SOLAR AND WIND ENERGY
O.M.Salamov, A.M.Hashimov, F.F.Aliyev*
Institute of Radiation Problems of ANAS B.Vahabzadeh, 9, Baku, AZ 1143, Azerbaijan Tel: (99412) 539 32 24 (125); fax: (99412) 539 83 19; oktay dae@mail.ru
international Ecoenergy Academy M.Arif, 5, Baku, AZ 1073, Azerbaijan
In the work it is considered the possibilities of heat supply (HS) and hot water supply (HWS) of private houses with a population of 5 people under conditions of Baku with simultaneous use of solar and wind energy. Monthly and annual values of heat load are provided, which are necessary for meeting needs to HS and HWS of model houses. Substitution coefficients of solar and wind energy sources, as well as quantity of fuel-saving, defined by calculating, are given.
Keywords: hot water supply, heat supply, heat load, flat solar collectors, wind-electric unit, wind velocity, intensity of solar radiation, efficiency, fuel saving.
Ранее нами были исследованы возможности обеспечения сельской семьи горячей водой с использованием солнечной энергии, в частности плоских солнечных коллекторов (ПСК). При этом были рассмотрены два режима водопотребления: экономичный «жесткий» и относительно менее экономичный «нормальный» режимы, с суточными нормами на каждого человека 50 л/сут и 80 л/сут, соответственно [1].
Целью данной работы является выявление возможности комбинированного использования солнечной и ветровой энергии для теплоснабжения (ТС) и горячего водоснабжения (ГВС) односемейного частного дома расположенного на Апшеронском полуострове. Для достижения этой цели, были определены ходы изменения энергетических характеристик обоих источников энергии, в частности ветроэлектрического агрегата (ВЭА) и ПСК при различных климатических условиях, а также суточные, месячные и годовые значения суммарных тепловых нагрузок (ТН) на ТС и ГВС.
Экспериментальный дом, расположен в Яса-мальском районе г. Баку. Число постоянных жителей дома составляет 5 человек. Дом состоит из 4-х комнат общей площадью 56 м2. Для нагревания трех комнат, общей площадью 44 м2 используется газовой нагреватель типа «Атеш», производства Иранской Исламской Республики, а для одной комнаты, площадью 12 м2 отдельный газовый нагреватель типа «Джейран» местного производства.
В бане используется котел типа самовар, который одновременно служит для снабжения кухни горячей водой (мытья посуды, стирки, умывания и т.д.). Температура воздуха во время проведения экспериментов менялась в широком диапазоне, а температура в комнатах поддерживалась на уровне ~220С.
Для уточнения общей ТН на ТС и ГВС, в течение трех лет (с 01.01.2010 г. по 01.01.2013 г.) были зарегистрированы показания газового счетчика. Одновременно была проведена также регистрация ежемесячных значений электрической нагрузки (ЭН).
В табл.1 приведены показания газового и электрического счетчиков за 2010-2012 г.г.
Ежемесячные значения ТН были определены расчетным путем, с учетом теплоты сгорания 1 м3 метана, для чего была использована следующая формула [3]:
= кС(29,53п +10,25)=39,781Спаа,, (1)
где: С - количество расходуемого метана за месяц, м3; п - углеродное число (в данном случае для метана п = 1); Ъ - коэффициент пересчета от МДж на кВт-ч,
который равен Ъ = 0,278; пгаз - КПД газовых нагревательных приборов, среднее значение которого меняется в пределах 0,5^0,6 (для газового котла нами
принят цгаз = 0,55).
Таблица 1
Ежемесячные значения расхода газа и электроэнергии за периоды 2010-2012 г.г.
Table 1
Monthly values of gas and energy consumption for periods 2010-2012 years
Месяцы Показания газового счетчика, м3 Показания электр. счетчика, кВт/ч
2010 г. 2011 г. 2012 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г.
Январь 534 593 600 250 300 300
Февраль 600 530 560 250 333 317
Март 634 466 550 250 250 285
Апрель 450 432 420 256 323 317
Май 376 257 150 250 358 340
Июнь 127 1 20 100 270 353 317
Июль 106 100 90 270 311 273
Август 106 90 90 290 341 276
Сентябрь 106 100 100 300 317 354
Октябрь 106 130 120 250 317 350
Ноябрь 318 270 300 350 300 300
Декабрь 360 400 450 400 300 367
Годовые 3823 3488 3450 3386 3803 3796
Из уравнения (1) были определены суммарные значения ТН на ТС и ГВС с учетом КПД газовых нагревательных приборов. Результаты расчета приведены в табл.2.
Таблица 2
Месячные и суточные значения общих тепловых нагрузок с учетом КПД используемых газовых приборов Table 2
Monthly and daily values of total heat load based on efficiency of used gas devices
Месяцы Реальные месячные тепловые нагрузки, кВт-ч Реальные суточные тепловые нагрузки, кВт-ч Потребляемая мощность от источников энергии, кВт
2010 г. 2011 г. 2012 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г. 2010 г. 2011 г. 2012 г.
Январь 3248 3913 3650 104,774 126,226 117,742 4,366 5,259 4,906
Февраль 3650 3223 3407 130,357 115,107 117,482 5,432 4,796 4,895
Март 3856 2835 3345 124,387 91,452 107,9 5,183 3,811 4,496
Апрель 2737 2627 2555 91,2 87,567 81,167 3,8 3,649 3,382
Май 2287 1563 913 73,774 50,419 29,452 3,074 2,1 1,227
Июнь 772 729 608 25,773 24,3 20,267 1,072 1,013 0,844
Июль 645 609 547 20,806 19,645 17,645 0,867 0,819 0,735
Август 645 547 547 20,806 17,645 17,645 0,867 0,735 0,735
Сентябрь 645 609 608 21,5 20,3 20,267 0,896 0,846 0,844
Октябрь 645 791 729 20,806 25,516 23,516 0,867 1,063 0,98
Ноябрь 1934 1642 1824 64,467 54,733 60,8 2,686 2,281 2,533
Декабрь 2190 2433 2737 70,645 78,484 88,29 2,654 2,42 2,45
Ср.годовые 1937,9 1767,9 1789,2 63,7 58,1 58,8 2,647 2,399 2,336
Годовые 23 255 21 215 21 470 - - - - - -
Из табл.2 видно, что в экспериментальном доме фактические расходы тепловой энергии на ТС в -6,0^6,5 раза превышает тепловому расходу на ГВС, то достаточно хорошо согласуется с литературными данными [4-7].
А теперь, используя данные, приведенные в табл.2, можно выбирать энергетические параметры ПСК и ВЭА. Для повышения общей эффективности работы системы, в данном случае, в качестве основного источника энергии выбран ВЭА. Для возможности точного определения годичного хода изменения вырабатываемой мощности ВЭА необходимо знать ветровые ресурсы, наблюдаемые на месте его установления. Как было указано в работе [2], по частотному распределению скорости ветра г. Баку расположен в зоне А. Среднегодовая скорость ветра в г. Баку меняется в пределах 5,4 ^ 7,3 м/с.
Что касается месячных значений суточного колебания скорости ветра, то для г. Баку они всегда имеют положительный знак и меняются в небольших пределах. Это означает, что в г. Баку энергия ветрового потока носит стабильный характер, и использование этой энергии вполне целесообразно.
Для обеспечения потребности экспериментального дома в ТС и ГВС, нами в Институте Радиационных Проблем НАН Азербайджана разработана комбинированная солнечно-ветровая энергетическая система (КСВЭС), в которой в качестве ВЭА используется унифицированный, модернизованный ВЭА типа АВЭУ-6-4М, с диаметром ветро-колеса (ВК) 6,6 м и мощностью 4,0 кВт. Поскольку на эту систему получен патент Азербайджана [8], то в данной работе приводятся только ограниченная информация о ней, а принципиальная схема КСВЭС не приводится.
На рис.1 и рис.2 представлены зависимости вырабатываемой мощности ВЭА и частоты генерируемого тока от скорости ветра. Оба графики построены на основе данных, полученных при испытании ВЭА в различных климатических условиях. На указанных рисунках показаны только те участки характеристик, которые сняты в моменты разгона скорости вращения ВК.
При снятии указанных характеристик ВЭА, ЭН были выбраны с условием обеспечения безопасности электрогенератора (ЭГ).
Как видно из рис.1, при скоростях ветра ниже расчетной (9 м/с), мощность ВЭА резко падает,
и максимальная мощность ВЭА под нагрузкой достигается лишь при скоростях ветра выше 10 м/с. Далее путем автоматического изменения тока возбуждения генератора мощность ВЭА придерживается постоянно и на неё не влияет дальнейшее повышение скорости ветра, вплоть до предельно-допустимого значения для данного ВЭА. Как только скорость ветра достигает предельного значения, генератор автоматически развозбуждается и отключается от внешней нагрузки. Частоты возбуждения и развозбуждения генератора составляют, 35...45 Гц и 16.24 Гц, соответственно.
Для определения удельной мощности, развиваемой с единицы ометаемой площади ВК (РВк ), и общей развиваемой мощности ВЭА (РВЭА ) использованы уравнения:
РВК = 0,615 -10 -3V ЧпгенПМуЛт:
РВЭА =РП- V 3 ЕПген П
8
ген I мулт
(2)
(3)
= 4,828-10"4 V3Ю Еп п
' ~ I ген I мулт
где: р - плотность воздуха, кг/м3 (для нормальных условий р = 1,23); Ю - диаметр ВК, м (в данном случае Ю = 6,6 м); V - скорость ветра, м/с; Е - коэффициент использования энергии ветра, максимального значения которого для тихоходных ВД
составляет Емакс = 0,35 - 0,3
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.