Создание энергоэффективных технологий с солнечными системами теплоснабжения в агропромышленном комплексе

В Федеральных целевых программах «Энергоэффективная экономика на 2002;2005 гг. и на перспективу до 2010 г. «Энергосбережение России на 1998 — 2005гг.», подготовлены подпрограммы «Энергосбережение в ЖКХ», «Энергосбережение в сельском хозяйстве», «Энергообеспечение регионов на основе использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии», где предусмотрена экономия органического топлива (до 20−50%) за счет использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), в первую очередь, в регионах с суровыми климатическими условиями и большой удаленностью потребителей от источников тепла.

В районы автономного энергоснабжения Дальнего Востока, Сибири и Крайнего Севера ежегодно завозится 6−8 млн. тонн горюче-смазочных материалов (дизельное топливо, бензин, мазут, масла) и 20−25 млн. тонн угля. В связи с увеличением транспортных расходов стоимость топлива в указанных районах значительно превышает цены производителей и уже достигла 300 долл./т у. т /. На топливо и его завоз тратится более половины бюджета территорий, 80% завозимых энергоресурсов используется в регионах Сибири на теплоснабжение жилых, общественных и промышленных зданий. В целом по России на теплообеспечение жилого сектора расходуется до 40% всего добываемого твердого и газообразного топлива. Нехватка топлива зачастую ставит под угрозу жизнь людей, и государство вынуждено решать вопрос завоза топлива с помощью МЧС России. Тогда как во всех этих регионах имеются возобновляемые источники энергии (ВИЭ), способные обеспечить на 70−90% их энергетические потребности /1/.

В структуре потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) региона Сибири и Дальнего Востока (ДВ) преобладает уголь: в Республиках Бурятия (48,4%), Тыва (42,5%), Хакасия (31,5%) — краях Приморском (59%), Хабаровском (44%), Красноярском (34%), областях Амурской (54%), Магаданской (56%), Сахалинской (37.4%), Иркутской (32%), Читинской.

60,1%). Из-за специфики развития Сибири и ДВ велика доля мелких котельных — до 50%, в которых, как и на ТЭЦ региона, сжигается в основном местный уголь. В связи с этим возникает острейшая проблема снижения вредных выбросов от энергетических установок.

Частые отключения потребителей с ФОРЭМ (федеральный оптовый рынок энергии и мощности) плюс перерывы в энергоснабжении из-за аварийных отключений дезорганизуют жизнь регионов, наносят ущерб, оцениваемый в миллиарды долларов в год. По примерным оценкам средне многолетних потерь в сельском хозяйстве и особенно в непрерывных производствах перерабатывающей промышленности, ущерб от недоотпуска электроэнергии в 25−30 раз превышает стоимость недопоставленной энергии /2/. Поэтому обеспечение гарантированного минимума энергоснабжения сельского населения и сельскохозяйственного производства в зонах неустойчивого централизованного энергоснабжения и предотвращение ущербов от аварийных и ограничительных отключений является самой неотъемлемой задачей.

Производство сельскохозяйственной продукции является одной из энергоемких отраслей экономики России, которая в 2−3 раза выше, чем в индустриально развитых странах, что связано с сезонным характером использования ТЭР, территориальной рассредоточенностью производства, низким качеством поставляемой техники /3/. На долю сельского хозяйства России приходится до 12−15% общей потребляемой энергии в стране, в то же время этот показатель в странах ЕЭС составляет 1.5%, США — 1.3%. Сравнительный анализ потребления ТЭР в сельскохозяйственном производстве за 1990 и 2002 гг. показал резкое снижение их почти в 2 раза, в том числе и электрической энергии. Снижение потребления произошло также в быту и социальной сфере, но в меньшей степени, это объясняется смещением реальных объемов потребления с общественного в частный сектор (ЛПХ) /4/.

Потребление энергоресурсов в сельском хозяйстве России составляет около 120 млн. т у.т (из них 10−14%) приходится на Сибирь, электроэнергии.

— около 90 млрд. кВт-ч, из которых на сельскохозяйственное производство расходуется 67%, на инфраструктуру села — 33%. Душевое энергопотребление составляет 3.0−3.5 т у.т./чел. Затраты на энергообеспечение сельских районов Сибири составляют около 1/6 всех затрат на энергоснабжение народнохозяйственного комплекса региона. Основной потребитель — тепловые процессы (до 80%) получения горячей воды для технологических нужд в сельском хозяйстве, на отопление животноводческих помещений, теплиц /5/.

Энергетика сельского хозяйства Сибири имеет ряд специфических особенностей: рассредоточенность сельских потребителей, малая единичная мощность, большая протяженность сетей — электрических, тепловых, газовых, значительная часть которых в настоящее время разрушена, небезопасна и непригодна для дальнейшей эксплуатации. Неудовлетворительное состояние транспортной сети приводит к росту потерь уже произведенной продукции, преждевременному износу и списанию автомобилей и другой техники, нарушению технологии производства. Транспортные издержки в себестоимости сельскохозяйственной продукции в Сибири достигают 40%, бывает, что стоимость ее доставки превышает выручку реализации.

Энергосбережение в животноводстве, которое занимает ведущее место в АПК Сибири по потреблению топлива и электрической энергии, необходимо рассматривать во взаимосвязи с традициями, зональными особенностями и укладом жизни населения Сибири, увеличением объемов производства продукции фермерскими хозяйствами на кооперативной основе, семейными фермами и личными подворьями с низким уровнем концентрации производства.

Анализ энергообеспечения сельскохозяйственного производства, развития фермерских и особенно ЛПХ с внедрением технологий первичной обработки и переработки сельскохозяйственной продукции на местах показывает, что потребность в электрической энергии на селе в ближайшей перспективе не снизится, а в ближайшие годы возрастёт на 12- 15% /4/.

Регионы Сибири, являясь одними из субъектов Российской Федерации, разумеется, не избежали проблем в восстановлении и развитии фермерских хозяйств, характерных для федерации в целом, и современное состояние их в принципе не отличается от общероссийских. Так, фермерские хозяйства Забайкалья только на 40% обеспечены водоснабжением, на 60% электрифицированы, нет горячего водоснабжения в большинстве хозяйств. Из-за снижения потребления ТЭР в 1991;1998 гг. (в Восточной Сибири в 1.45 раза, на Дальнем Востоке — 1.8 раз) разрушилась социальная инфраструктура, сократилось число рабочих мест, что привело к крайне тяжелой демографической ситуации — за эти годы отток населения из Восточной Сибири и Дальнего Востока составил 1 млн. человек.

В связи с удорожанием энергоресурсов в стране основной обьем овощей, мяса, молока переместился из сельхозпредприятий (11,5%) в личные подсобные хозяйства (86%) — соответственно по РБ: в сельхозпредприятиях — 6.2%, ЛПХ — 90.8%). Этот почти стопроцентной процент «загрязненной» продукции, да ещё по потреблению которой мы отстаем в Байкальском регионе от России в 1.7 раза, а от Америки в 2.7 производится в животноводческих помещениях, временных пленочных теплицах, где не поддерживаются нормируемые параметры микроклимата. В этих условиях возвращение к жизни перспективных деревень Сибири, развитие фермерских хозяйств, личных подсобных хозяйств для выращивания экологически чистой с/х продукции возможно за счет проведения политики энергосбережения с использованием ВИЭ /1/.

Опыт использования ВИЭ в развитых странах показывает возможность создания автономных сельскохозяйственных территориальных комплексов /6/ в районах Байкальской природной территории (БПТ). В рамках Российской программы развития использования возобновляемых источников энергии (РПРВИЭ) предложено создание здесь демонстрационных объектов с автономными системами жизнеобеспечения на базе ВИЭ: экопоселений, фермерских хозяйств, солнечных теплиц, гибридных ферм-теплиц для ЛПХ, экодомов, туристических, спортивных баз /7/.

Объем использования энергетического потенциала солнечной радиации можно значительно расширить за счет следующих технических решений: сочетания активных солнечных систем (на базе СК) с традиционными системами водяного или воздушного отопленияширокого применения пассивных систем солнечного отопления (без использования специального гелиотехнического оборудования) с энергоэффективными тепловыми аккумуляторами.

Поэтому решение научной проблемы — разработки методологии энергосберегающих технологий на базе ВИЭ, учитывающих социальный, экологический и региональный факторы развития агропромышленного комплекса Сибири является актуальным и заключается в необходимости надежного и устойчивого теплообеспечения жилого сектора, ЛПХ, сельского хозяйства. Этим требованиям отвечают технологии на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), особенно солнечной энергии, преобразование которой в тепло невысокого потенциала, используемого для горячего водоснабжения и отопления, получило наибольшее развитие в мире.

Реализация огромного потенциала солнечной энергии Байкальского региона возможна за счет создания экологически чистых энергосберегающих технологий на базе ВИЭ в сельском хозяйстве, жилом секторе, ЛПХ, проблема энергообеспечения которых является самой насущной. При разработке энергоэффективных технологий использованы ранее полученные результаты:

— количественных показателей энергетического потенциала ВИЭ регионов Сибири /8,9,10,11/.

— теплотехнических, гидравлических и энергетических характеристикразработанных опытных образцов гелиотехнического оборудования /12,13/;

— теоретических и экспериментальных характеристик тепловых аккумуляторов с насадками галька и цеолиты /14/;

— моделирования эффективности функционирования биотехнических систем жизнеобеспечения коров для получения максимальной продуктивности /15,16/;

— технико-экономических показателей эффективности работы солнечных систем в жилом доме, солнечной теплице /17/.

Решение научной проблемы — разработки методологии энергосберегающих технологий, учитывающих социальный, экологический и региональный факторы развития экономики региона Сибири является актуальной народнохозяйственной задачей, заключающейся в необходимости надежного и устойчивого теплообеспечения жилого сектора, ЛИХ, сельского хозяйства с учетом высоких экологических требований, предьяв-ляемых к объектам ТЭК в условиях особого режима хозяйствования в бассейне озера Байкал.

Этим требованиям отвечают технологии на базе возобновляемых источников энергии (ВИЭ), особенно солнечной энергии, преобразование которой в тепло невысокого потенциала, используемого для горячего водоснабжения и отопления, получило наибольшее развитие в мире.

В связи с чем, целью диссертационной работы является исследование и разработка энергоэффективных технологий с солнечными системами тепло-обеспечения для снижения экологической нагрузки, обеспечения энергетической и продовольственной безопасности, повышения качества жизни населения.

Объектом исследования являются: солнечные системы теплообеспечения жилого дома, теплицы, фермерского хозяйстватехнологический процесс функционирования биотехнической системы для производства молока.

Предмет исследования — закономерности, связывающие параметры систем солнечного теплоснабжения технологических процессов объектов сельского хозяйства, личных подсобных хозяйств, жилого сектора с показателями энергетической, экологической и экономической эффективности.

Для достижения цели исследования сформулированы следующие задачи:

1.Обосновать роль и значимость реализации технического потенциала солнечной энергии для теплообеспечения жилого сектора, объектов сельского хозяйства региона Сибири.

2.0босновать критерии эффективности и разработать математические модели функционирования систем жизнеобеспечения фермерского хозяйства, теплицы.

3.Разработать методики и модели определения: теплопроизводительности пассивных солнечных систем (ПСС) — энергоэффективности тепловых аккумуляторов с различными теплоаккумулирующими насадкамиэнергетических характеристик солнечных систем жилого дома.

4.Разработать опытные образцы гелиотехнического оборудования и экспериментальные установки для определения их теплотехнических, гидравлических характеристик.

5.Дать технико-экономическую оценку эффективности использования активных и пассивных солнечных систем отопления, тепловых аккумуляторов для теплообеспечения фермерского хозяйства, теплицы, жилого дома, Методы исследований. При выполнении работы применялись методы: системных исследований, множественного регрессионного анализа, конечно-разностный, сравнения,^метод, базовой точки, статической оптимизации по экономическому критерию, энергетического анализа.

Исследования, на основе которых выполнена работа, проведены:

— В Восточно-Сибирском филиале ВИЭСХ по хоздоговору 5/93// РАСХН «Сооружение экспериментального энергоэффективного экологически чистого фермерского хозяйства на основе солнечной, ветровой и теплонасосной установок общей мощностью 100 кВт в бассейне оз. Байкал» (1993гг.).

В ОАО «Институт солнечной энергетики»: по Распоряжению Министерства науки и технологий РФ № 1644Ф от 21 октября 1999 г. «Разработка макетных образцов солнечного коллектора, свободно — поточной гидротурбины, проекта солнечной теплицы».

— по Госконтракту 2.21.4 «Разработка и изготовление опытных образцов солнечных коллекторов (СК) с теплоносителем вода и воздух на базе композитов из местного сырья и отходов производства» (2000;2001гг.), выполненной на основании Федеральной программы Программы социально-экономического кого развития РБ (Постановление Правительства РФ от 15.04. 1996 г.№ 442). В Центре солнечной энергетики БГСХА.

— по контракту с ЕК 12 012 relating to project «Renewable energy certificates as instrument to monitor and stimulate RE development in Russia (зеленые сертификаты как инструмент для мониторинга возобновляемой энергии и стимулирования развития возобновляемой энергетики в России» (2005;2006 гг.).

— по контракту с ФГУП ФЦГС «Экология» «Подготовка перечня объектов возобновляемых источников энергии с указанием их предварительных технических и экономических характеристик и плана их строительства на Байкальской природной территории» в рамках подготовки Российской программы развития ВИЭ (№ 03 — РПРВИЭ — 06/2006).

Научную новизну исследований представляют:

— метод системных исследований: моделирования биотехнической системы на молочной ферме, создания энергоэффективной солнечной теплицы.

— экспериментально — статистический метод исследования теплоаккумули-рующих пористых насадок (ТАН) для обоснования оптимальных: режима аккумуляции тепла и геометрии слоя насадки.

— система математических моделей: обоснования рациональных режимов работы систем вентиляции и отопленияэнергетических характеристик активных и пассивных солнечных систем. методология обоснования энергоэффективности и экологичности использования активных и пассивных солнечных систем в энергосберегающих технологиях для теплоснабжения жилого сектора, фермерского хозяйства, ЛПХ.

Практическую значимость работы представляют:

— методика расчета эффективности функционирования солнечных теплиц с пассивными солнечными системами (ПСС).

— методика расчёта энергетической эффективности тепловых аккумуляторов (ТА), с различными параметрами насадки, геометрией слоя, скоростями движения теплоносителя, удельной теплоёмкостью, плотностью насадки.

— гелиотехническое оборудование: солнечные коллектора с теплоносителем водавоздух, тепловые аккумуляторы с ТАН «галька» и «цеолиты». проекты фермерского хозяйства и солнечной теплицы с солнечными системами теплоснабжения. В 2005 г. проект «Энергоэффективная солнечная теплица» был назван Экспертным комитетом ООН на состоявшемся глобальном конкурсе инвестиционных проектов возобновляемой энергетики в Гонконге в числе 8 лучших отобранных из 127 заявленных проектов. А автор была названа победителем конкурса и стала первым ученым России, награжденным престижным призом В1ие8ку (голубое небо) Департамента промышленности ООН.

Реализация результатов исследования.

Разработанные методические рекомендации.

— «Использование солнечной энергии для нагрева воды в сельском хозяйстве Сибири» были рекомендованы НТС АПК Бурятской АССР (постановление № 15 от 26.03.86г) для внедрения проектной организации «ВостСибГипро-сельхозстрой».

— «Использование солнечной энергии для горячего водоснабжения Новосибирской области» были опубликованы по постановлению от 13.03.89 г. НТС Новосибирского Агропрома и в этом же году были внедрены (впервые в Сибири) солнечные системы для нагрева воды на доильных площадках совхоза «Шарапский» и совхоза-техникума «Новосибирский».

Разработанное учебное пособие «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. Расчет энергетических показателей» допущено УМО вузов по агроинженерному образованию в качестве учебного пособия для студентов вузов по специальности 311 400 — «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства».

Разработанные программы: «Развитие нетрадиционной энергетики РБ на 2001;2005 гг» (утвержденная Правительством РБ) и программа «Энергосбережение Баргузинского района с использованием ВИЭ» позволили при поддержке Минэнерго РФ решить вопрос строительства 2 малых ГЭС до 1.

МВт в данном районе.

Разработанные опытные образцы солнечных коллекторов (СК) по Распоряжению Министерства науки и технологий РФ № 1644Ф от 21.10. 1999 г. и по Госконтракту 2.21.4 «Разработка и изготовление опытных образцов СК с теплоносителем вода и воздух на базе композитов из местного сырья и отходов производства» были внедрены как солнечные: установки для горячего водоснабжения фермерских хозяйств в Закаменском, Кижин-гинском, Иволгинском районах РБдушевой в пансионате «Колос» на берегу оз. Байкалприставки к электрокотельной профилактория Бурятэнерго.

На базе созданного демонстрационного полигона возобновляемой энергетики (ВЭ) и лаборатории по ВЭ осуществляется с 1997 г. подготовка специалистов в области ВЭ на инженерном факультете БГСХА. Разработанные энергоэффективные технологии фермерского хозяйства, гибридной фермы-теплицы, жилого дома, теплицы с солнечными системами теплоснабжения позволили разработать перечень объектов ВИЭ с указанием их предварительных технических, экономических характеристик и плана их строительства на Байкальской природной территории (БПТ) в рамках подготовки Российской программы развития ВИЭ по Глобальному экологическому фонду.

Основные положения, выносимые на защиту:

— методология обоснования использования технического потенциала солнечной энергии для теплообеспечения жилого сектора, объектов сельского хозяйства, фермерских хозяйств, ЛПХ для устойчивого развития Байкальского региона;

— система математических моделей: эффективности функционирования биотехнической системы (БТС) — передаточных функций по каналам распространения возмущающих воздействий воздушной среды молочной фермы;

— метод создания энергоэффективной солнечной теплицы, заключающийся в оптимально рассчитанной конструкции всех элементов теплицы, совмещенных с тепловыми аккумуляторами и ПСС;

— результаты экспериментального исследования и расчета: ТАН для обоснования оптимального режима аккумуляции тепла, определения температуры выходящего воздуха в режиме разрядки и температуры насадок «галька» и «цеолиты» в режиме зарядкигидравлических и теплотехнических характеристик разработанных СК, ТА с теплоносителем воздух и вода;

— результаты расчета: теплопроизводительности ПСС теплицы и фермы в отопительный периодэнергетических характеристик ССТ жилого дома;

— результаты расчета: коэффициента замещения активными и пассивными ССТ органического топлива, себестоимости выработки 1Гкал теплоты и предовращения выбросов С02 фермерскими хозяйствами, солнечными теплицами, гибридными фермами-теплицами для ЛПХ, экопоселениямирезультаты технико-экономического расчета эффективности внедрения ССТ на существующих объектах сельского хозяйства, жилого сектора РБ и приоритетных 12 проектов для внедрения в Байкальском регионе. Апробация работы .

Основные материалы работы докладывались: на всероссийском энергетическом форуме «ТЭК России в XXI веке. Актуальные вопросы и стратегические ориентиры» (Москва, 2002 г.) — международных научно-технических конференциях: Международного общества «Солнечная энергетика» (Никасия, Кипр, 1994 г.) — «Энергосбережение в сельском хозяйстве"(Москва, 1991;1998г.г.) — «PROCEE-DINGS of international agricultural mexanization confe-renge» (Пекин, 1991 г.) — «Возобновляемые источники энергии для устойчивого развития Байкальского региона» (УланУдэ, 2001,2003гг.) — «I Монгольская конференция по фотоэнергетике» (Улан-Батор, 2001 г.) — «Энергосбережаю-щие технологии и оборудование возобновляемой энергетики» (Удина, Италия, 2006 г.) — международных семинарах: «Возобновляемая энергетика» (Перт, Сидней, Канберра Австралия, 2002г) — «Бизнес и инвестиции в области ВИЭ в России» (Москва, 1999г) — глобальном конкурсе «Энергоэффективные технологии возобновляемой энергетики» конгресса Департамента промышленности ООН (Гонконг, 2005 г.).

Выводы по главе V.

I. По разработке энергоэффективого фермерского хозяйства.

1.1. Для отопления в фермерском хозяйстве запроектированы солнечные системы отопления (ССО) со следующими коэффициентами замещения /:

• на молочной ферме ССО на базе СК с теплоносителем воздух площадью 50 м с /= 22% (40.4 ГДж) из 183.75ГДж потребной нагрузки отопления.

• в теплице оптимальная ориентация ограждающих конструкций, совмещенных с тепловыми аккумуляторами обеспечит 120.1 ГДж (/ = 46%).

• в жилом доме фермера ССО на базе СК «Сокол» (8= 25 м2) с теплоносителем вода / составит 31% {15.6 ГДж).

1.2. Для горячего водоснабжения системы с СК «Сокол» обеспечат 50.14 ГДж нагрузки ГВС из потребных 92.68 фермерского хозяйства. За счет использования активных ССТ и аккумуляции тепловым аккумулятором избыточного тепла можно заместить 294.27 ГДж (50%) из 587.16 потребной нагрузки отопления и ГВС фермы, теплицы и жилого дома.

•у.

1.3. Теплопроизводителъностъ ПС С площадью 50м" составит за отопительный период 12 251.7 кВт-ч. Из 213 825.4 кВт-ч необходимого тепла на теплоснабжение фермерского хозяйства экономия за счет внедрения энергосберегающих технологий на базе ВИЭ составит 45%.

Всего по фермерскому хозяйству будет сьэкономлено 12.24 т у. т органического топлива и предовращен выброс 34 т. углекислого газа.

1.4. Определены динамические характеристики — численные значения коэффициентов передаточных функций помещения молочной фермы в диапазоне температур наружного воздуха от 0 до -36°С через 6 °C для разработки энергоэффективной системы вентиляции и отопления для поддержания оптимальных параметров микроклимата 0вн =14°С, (рвн=70%;

1.5. Система из 10 комбинированных фото-ветродизелъных установок по 1.5 кВт (из 12 фотомодулей и 2 ветроустановок УВЭ-500) обеспечит выработку за год 17 900 кВт-ч электроэнергии (85%) из 21 160 потребной.

II. Предложены 1 2 приоритетных проектов сооружения объектов ВИЭ: 2 экопоселений, 3 фермерских хозяйств, 4 ЛПХ и 3 туристических баз по БПТ в рамках подготовки Российской программы развития ВИЭ со следующими технико-экономическими показателями: технический потенциал ВИЭ по районам БПТ составил 73 млн. кВт-ч, реализация его 12% за счет введения 6474.45 кВт мощностей установок ВЭ позволит получить 561 754 кВт-ч электрической и 8 338 318 -тепловой энергии. замещение солнечными системами органического топлива составит 7137 Гкал на сумму 17 млн. руб/г. при этом предовратится в год: сжигание 9.6 млн. т/ 02, 1762.7 ту. тутяя и выброс 4865 т. С02.

— себестоимость выработки 1 Гкал тепловой энергии солнечными системами составит, руб/Гкал: ПСС — 2787- ССТ на базе СК с теплоносителем вода — воздух — 3559- ТА, совмещенные с ограждающими конструкциями — 2648- ТА с теплоносителем вода — 2800- открытая ПСС в виде оранжереи — буферной зоны — 2400. При этом срок окупаемости ССТ составит не более 5- 6 лет, без учета технологического и экологического эффекта.

— себестоимость выработки 1 кВт-ч электрической энергии составит ФЭУ-6.625- ВЭУ-1.59;

III. По энергоэффективности использования ССТ на базе солнечных коллекторов и стеклопакетов в жилом секторе.

— технический потенциал солнечной энергии за счет использования солнечных систем на базе СК «Сокол» в инфраструктуре сельских поселений РБ по 21 району составит 2062.57 тыс. Гкал (из них: ГВС -1286.9- отопление -775.67). Реализация этого потенциала позволит сьэкономить 235.3 тыс. т у. т органического топлива в год и предовратить выброс 649.5 тыс. т С02 результаты расчета экономической целесообразности внедрения новых окон на базе стеклопакетов с повышенным сопротивлением теплопередачи до 0.71 м2-°С7Вт показал достаточно их высокую эффективность -¦ годовая экономия тепловой энергии в тепловом балансе дома составила I 1.57% со сроком окупаемости от 2 до 12 лет. В районах с длительным отопительным периодом свыше 7000 градусо-дней и высокой стоимостью 1 Гкал до 3200 руб./Гкал соответственно и ниже срок окупаемости до 2 лет. При широком внедрении стеклопакетов экономия в жилом секторе РБ составит 40 906 Гкал тепловой энергии на сумму 45 млн. рублей;

IV. По технико-экономической оценке эффективности создания экопоселений 9 Будет введено 5948.3 кВт мощности систем и установок ВЭ, из них: тепловой- 5693.3- электрической — 55- Экономия энергии по предлагаемому проекту экопоселения за год составит 9 022 009 кВт-ч из них: тепловой 8 860 758.85(144 638.6 по фермерскому хозяйству и ЛПХ- 8 716 120.2 по садоводческому экопоселению), электрической — 161 250.

9 Коэффициент замещения ССТ составит 66.5% (8 860 758.85) из 13 318 971 кВт-ч потребной тепловой энергии по экопоселению. Предовращение выбросов С02- составит 3404 т/год.

• Годовой экономический эффект составит по: экономии тепловой энергии 15млн.169 тыс. рублейпредовращению выбросов С02 — 3481.4 т.- экономии органического топлива -1256 т у. тэкономии сжигания кислорода- 6899.1тсроку окупаемости 5−6 лет.

Перечень внедренных, награжденных разработок, изданных методических рекомендаций, монографий, учебных пособий, сборников трудов (по проведенным международным конференциям) приводится в таблице 5−26.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Работа представляет законченное исследование, в котором дано научно-техническое и методологическое обоснование и решение важной научно-технической проблемы создания энергоэффективных экологически чистых техноло-гий, гелиотехнического оборудования для производства сельскохозяйственной продукции. Проведенные исследования позволили сформулировать основные вы-воды и рекомендации:

1.Разработанный метод моделирования биотехнической системы жизнеобеспе-чения молочных коров позволил обосновать минимум приведенных затрат на по-лучение максимальной продуктивности при температуре <9т=140С и влажности ^""=70%. Выбор любого значения мощности ВОУ, отличного от установленных оптимальных значений параметров микроклимата 9епЪ (рт, вызывает увеличение затрат до 8−10%.

2.Технологии на базе ВИЭ отвечают требованиям надежного автономного энер-гообеспечения инфраструктуры сел, ЛПХ и объектов сельского хозяйства, а так-же экологическим требованиям по предовращению выбросов углекислого газа энергоустановками.

3. Динамические характеристики, полученные по моделям математического опи-сания передаточных функций по прямым и перекрёстным каналам распростра-нения возмущающих воздействий, позволили обосновать рациональные режимы работы ВОУ для поддержания оптимальных значений <?&bdquo-=140С, ^=70%.

4. Разработан метод расчета оптимальной конструкции солнечной теплицы, совмещенной с тепловыми аккумуляторами, что позволяет обеспечить максима-льный приход солнечной радиации и экономию до 40% материалов ограж-дающих конструкций, аккумулирования в них более 45 тысяч кВт-ч избыточного солнечного тепла.

5. Разработанная методика определения теплопроизводительности пассивных инженерные уравнения для расчета температуры внутри теплицы и фермы по сезонам года.

6. Разработан метод расчета энергоэффективности тепловых аккумуляторов с теплоаккумулирующими насадками (ТАН). Впервые получено уравнение, учитывающее влияние ряда переменных на количество аккумулируемого тепла расход в и скорость V воздуха, порозность е, диаметр 8ср, форма зерна у/, плотность и удельная теплоемкость ТАН. Уравнение позволяет определить оптимальный режим аккумуляции тепла и оптимальную геометрию слоя (высоту Н и поперечное сечение аккумулятора.

7. Получены уточненные значения характеристик солнечных систем теплоснабжения дома: объема бака-аккумулятора, площади солнечного коллектора и теплообменника, расхода теплоносителя гелиоконтура, коэффициента замещения солнечной энергией оргтоплива и удельной экономии его.

8. Разработаны солнечные коллектора с теплоносителем вода (СК-1) и воздух (СК-2) и методики их испытаний, получены уравнения кривых КПД: V = г1о~ РцУ' Т''" = 0,64 — 4,85 • Т* (для СК-1) — г| = 0,685 — 4,08Т* (для СК-2).

9. Получены на экспериментальных установках ЭУ-1 и ЭУ-2 гидравлические характеристики количественных зависимостей аэродинамического сопротивления ?:

— рабочей камеры солнечного коллектора СК-2 от критерия Ке? = —— ;

11е.

— теплоаккумулирующей насадки (ТАН) от критерия Яе —? = 10 Яе-0−2.

10. Разработаны методики определения гидравлических характеристик ТАН в солнечной воздухонагревательной установке (СВНУ-2). По данным эксперимента получены уравнения Твых выходящего воздуха из ТАН в режимах разрядки: Т шх = 3.63(0.3327^ -0.057ТНАР) — гальки.

Твых = 2.21 (0А91ТНАС -0.057ГЯ^)-Цеолитови зарядки: ТНМ. =Л9ТНМ.0 +0.197^.- гальки-ТНАС =1.13ТНАС0 + 0АЗТвхцеолитов.

11. Разработаны энергоэффективные технологии с активными и пассивными солнечными системами теплоснабжения (ССТ и ПСС), позволяющие применительно к фермерскому хозяйству, сьэкономить за год 12.24 т у. т органического топлива и предовратить выброс 34 т. С02.

12. Разработана энергоэффективная солнечная теплица, в которой себестоимость выработки тепловой энергии составит 520 руб/м2, что в 2.2 раза ниже по сравнению с теплицей, традиционно отапливаемой котлом типа «Жарок» на угле.

13. Перспективное создание в Байкальском регионе экопоселения площадью 25га двух комплексов теплиц площадью по 1000 м², 120 жилых эко-домагибридной фермытеплицы для ЛПХ, одного фермерского хозяйства позволит выработать установками ВЭ 7584.8 Гкал тепловой энергии, достичь экономии органического топлива до 1256 т у. т, сжигания кислорода до 6899.1 т/год и предовратить выбросы С02 до 3360 т/год.

14. Технико-экономический расчет эффективности внедрения солнечных систем теплоснабжения показал, что использование 8.9% (2.07 106Гкал) технического потенциала солнечной энергии для горячего водоснабжения и отопления существующих обьектов сельского хозяйства, инфраструктуры села и реализация 12 проектов в Байкальской природной территории* позволит предовратить сжигание 81 472.7 т у .т/г и выброс 225.1 тыс. т СОг, что внесет значительный вклад в развитие экономики агропромышленного комплекса и улучшения экологической обстановки региона. Автор за данную разработку «ТЭО эффективности внедрения проектов на базе ВЭ в Байкальской природной территории в рамках ГЭФ» награждена экспертным институтом «Глобальный мир экономики» дипломом GLOBAL WORLD ECONOMIC AWARD (За заслуги в экономике Глобального мира") и призом «ECONOMIC DEVELOPMENT ACHIEVEMENTS» 10 июля 2007 г" в г. Вена.