CC BY
7Научная статья/ Article
УДК 338.2
https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-2-69
Методика определения срока окупаемости солнечного коллектора в климатических условиях Туркменистанa
Язгельди Дурдыгулыевич Якубов1, Саглык Бегенджович Рахманов2
1 2 Государственный энергетический институт Туркменистана, Мары, Туркменистан,
Аннотация. Расход энергии для нагрева воды не зависит от того, какой вид энергии используем для нагрева. Известно, что солнечные коллекторы являются одним из самых универсальных солнечных устройств на основе возобновляемых источников энергии. Современные солнечные коллекторы позволяют нагревать теплоноситель до относительно высоких температур. Исходя из опытов определим количество тепловой энергии, воспринятое теплоносителем первого контура за счет излучения солнца. Несмотря на достигнутые в настоящее время технико-экономические показатели установок, солнечные коллекторы пока не получили широкого внедрения, хотя в мире применение их достаточно развито. На сегодняшний день солнечные водонагревательные системы используют в частных домах, многоквартирных зданиях, школах, больницах, ресторанах, в сельском хозяйстве, промышленности, на автомойках. Цель работы — сравнение экономической эффективности работы плоского солнечного коллектора и электрического нагревателя. В статье рассматривается методика определения сравнительно-экономической эффективности солнечного коллектора и электрического нагревателя в климатических условиях Туркменистана.
Ключевые слова: энергия, солнечный коллектор, температура, вода, теплоноситель
Для цитирования: Якубов Я. Д., Рахманов С. Б. Методика определения срока окупаемости солнечного коллектора в климатических условиях Туркменистана // Вестник Сыктывкарского государственного университета. Серия 2: Естествознание. Медицина. 2024. № 2 (30). С. 69-74. https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-2-69
Methodology for determining the payback period of a solar collector in the climatic conditions of Turkmenistan
Yazgeldi D. Yakubov1, Saglyk B. Rahmanov2
1 2 State Energy Institute of Turkmenistan, Mary, Turkmenistan 1, 2 [email protected]
Abstract. The energy consumption for heating water does not depend on what type of energy we use for heating. It is known that solar collectors are one of the most versatile solar devices based on renewable energy sources. Modern solar collectors allow heating the coolant to relatively high temperatures. Based on the experiments, we will determine the amount of thermal energy absorbed by the primary circuit coolant. This is due to the radiation of the sun. Despite the currently achieved technical and economic indicators of installations, solar collectors have not yet been widely implemented. Although their use is quite developed in the world. Today, solar water heating systems are used in private homes, apartment buildings, schools, hospitals, restaurants, agriculture, industry, and car washes. The purpose of the work is to compare the economic efficiency of a flat solar collector and an electric heater. The article discusses the methodology for determining the comparative economic efficiency of a solar collector and an electric heater in the climatic conditions of Turkmenistan.
Keywords: Energy, solar collector, water, temperature, to disseminate
For citation: Yakubov Y. D., Rahmanov S. B. Methodology for determining the payback period of a solar collector in the climatic conditions of Turkmenistan. Vestnik Syktyvkarskogo universiteta. Seriya 2: Estestvoznanie. Medicina = Syktyvkar University Bulletin. Series 2: Natural Science. Medici cine. 2024. 2 (30): 69-74. (In Russ.) https://doi.org/10.34130/2306-6229-2024-2-69
Введение. При современной экономической ситуации, росте цен на энергоносители, актуален вопрос применения возобновляемых источников энергии, в частности использование неиссякаемой энергии солнца [1].
Солнечную энергию можно применять практически для любых хозяйственных нужд, где требуется тепло:
• автономного горячего водоснабжения;
• в качестве основного или дополнительного отопления жилых помещений;
• подогрева открытых и закрытых бассейнов:
• обогрева теплиц, производственных помещений.
Известно, солнечные коллекторы являются одним из самых универсальных солнечных электростанций на основе возобновляемых источников энергии. Современные солнечные коллекторы позволяют нагревать теплоноситель до температур порядка 180 °С. Средний КПД установок колеблется от 30 до 60 %. Несмотря на достигнутые в настоящее время технико-экономические показатели установок, солнечные коллекторы пока не получили широкого внедрения, хотя в мире применение их достаточно развито. На сегодняшний день солнечные водонагревательные системы используются в частных домах, многоквартирных зданиях, школах, больницах, ресторанах, сельском хозяйстве, промышленности, на автомойках [2].
Плоские солнечные коллекторы благодаря относительно невысоким ценам, высокой эффективности, простоте монтажа и установки — самый удобный, простой и экономичный вариант установки гелиосистем [2].
Целью исследования является сравнение экономической эффективности работы плоского солнечного коллектора и электрического нагревателя [3].
Для реализации данной цели необходимо рассчитать:
• потребление электроэнергии на нагрев воды установленного объема с одинаковой начальной и конечной температурой;
• возможную экономию средств, затраченных на нагрев воды за определенный период.
Результаты и обсуждение. Расход энергии для нагрева воды не зависит от того, какой вид энергии используем для нагрева. Исходя из опытов определим количество тепловой энергии, воспринятое теплоносителем первого контура, за счет излучения солнца.
Предположили, что в одной семье проживает пять человек, один человек потребляет в сутки в среднем 50-60 л теплой воды температурой 60 С0. Тогда в сутки на одну семью расходуется 250-300 л горячей воды. Количество тепла, необходимое для нагрева 300 л воды в водонагревателе (традиционном бойлере), можно определить по следующему выражению [4]:
Q _ G * Судел * (^вход ^ыходЗ (^Х
где Q — количество необходимой теплоты, кВт-ч/сут.; G = 0.3 м3/сут. — необходимое количество горячей воды; Судел = 1.161 кВт/кг-0 С — удельная теплоемкость воды.
Q = 0.3 х 1161 х (60 — 15) = 15673 кВт-ч/сут.
Согласно расчетам, на горячее водоснабжение одной семьи в сутки расходуется 15673 кВт-ч тепловой энергии.
Количество тепловой энергии, воспринятое теплоносителем второго контура (нагреваемой водой):
Q_2 = п х 0_1 (2), где п = 0.99 — тепловые потери при передаче тепла.
Q2 = 0.99 х 1.494 = 1.479 кВт.
Предположив, что такая мощность солнечного коллектора может развиваться в течение шести часов в сутки на протяжении шести месяцев (с апреля по сентябрь), при этом средняя температура горячей воды будет составлять 50 °С, можно рассчитать выработку тепла солнечным коллектором за год:
Qгод = Q2 х т х ф (3), где п = 0.99 — коэффициент поправки на облачность.
Qгод = 1.479 х 6 х 183 х 0.75 = 1217.96кВт • ч.
При этом расход электрической энергии на привод насоса за этот период составит:
Qн = Рн х т (4),
где Рн = 0.1 кВт - мощность насоса.
Qн = 0.1 х 6 х 183 = 109.8 кВт • ч.
Тогда стоимость затраченной энергии на нагрев воды солнечным коллектором составит:
Зск = ^ х ТЭЭ> где ТЭЭ=2.50 ^ру^- тариф на электроэнергию.
2.50
ЗСк = 109.8 х-= 2.75 манат.
Ск 100
Если нагрев воды производить электрическим нагревателем, то для этого потребуется тепла:
Qэн=Q0Д (5),
пЭН
где ^ЭН = 0.95 — КПД электрического нагревателя.
1217.96
QЭН =-— = 1282.06 кВт • ч.
ЭН 0.95
Следовательно, стоимость затраченной энергии на нагрев воды электрическим нагревателем составит:
Зэн = Qэн х ТЭЭ (6)
2 50
ЗЭН = 1282.06 х — = 32.05 манат.
ЭН 100
Примем объем нагретой воды за год равным
7Г0Д = 50 м3.
Цена одного кубометра воды при нагреве солнечным коллектором:
Цск = ^ (7)
угод
2.75
ЦСК = ^^ = 0.06 манат.
Цена одного кубометра воды при нагреве электрическим нагревателем:
Цск = 3ск (8)
^год
32.05
Цск = -эд- = 0.64 манат.
Стоимость централизованного горячего водоснабжения составляет в открытой системе водоснабжения в доме 95.9, в закрытой — 119.59 руб. за кубометр (цены указаны за 2016 г.). Стоимость горячей воды при нагреве солнечным коллектором в значительной мере меньше централизованного горячего водоснабжения (ГВС), но при централизованном ГВС вода поступает с более высокими параметрами [4].
Экономия при использовании солнечного коллектора по сравнению с электрическим нагревателем за год составит:
Э = Зэн - Зск (9) Э = 32.05 - 2.75 = 29.3 манат.
Чтобы определить срок окупаемости установки для нагрева воды с помощью солнечного коллектора, необходимо рассчитать издержки и капитальные вложения. В табл. приведена основная информация по оборудованию.
Таблица
Стоимость, срок службы и норма амортизации оборудования
Оборудование Стоимость, руб. Срок службы, лет Норма амортизации
Солнечный коллектор «Сокол-Эффект-М» 1267.2 20 0.05
Бак-водонагреватель HSOLAR 230 ST DUO TURBO 3007 20 0.05
Насосная станция циркуляционная в сборе 25/60 578 8 0.125
Прочее 402 10 0.01
Капитальные вложения:
lvaM — И Цоборуд СЮ]
Кам — 1267.2 + 3007 + 578 + 402 — 5254.2 манат.
Издержки:
И — Ц Цоборуд Х Кам + Ипр, (11)
где Ипр — прочие издержки (стоимость использованной холодной воды за год), составляет 270 манат.
И=1267.2 х 0.05 + 3007 х 0.05 + 578 х 0.125 + 402 х 0.1 + 279 — 596 манат.
Срок окупаемости:
Т —К (12)
5254.2 Т — —-— 8.8 лет.
596
Заключение. Произведен сравнительно-экономический анализ эффективности солнечного коллектора и электрического нагревателя. Применение солнечного коллектора для нагрева воды выгоднее электрического нагревателя. Экономия при использовании солнечного коллектора составляет 29.3 манат. Однако, по сравнению с центральным ГВС, использование солнечного коллектора невыгодно, так как вода к потреблению поступает с более высокой температурой.
Список источников
1. Государственная программа энергосбережения на 2018-2024 годы. Ашхабад, 2018. 17 с.
2. Джумаев А., Якубов Я. Использование солнечного коллектора в экспериментальном жилье // Наука и техника в Туркменистане. 2017. № 6. С. 4.
3. Джумаев А., Солтанов Х. Основы энергосбережения : учебник для вузов. Ашхабад: Наука, 2018. 220 с.
4. Расчет системы теплоснабжения с использованием солнечных тепловых коллекторов : методические указания по выполнению расчетно-графических работ для студентов всех форм обучения по специальности «Энергетические установки, электростанции на основе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии». Екатеринбург, 2015. 110 с.
References
1. Gosudarstvennaya programma energosberezheniya na 2018-2024 gody [The State Energy Saving Program for 2018-2024]. Ashkhabad, 2018. 17 p. (In Russ.)
2. Dzhumaev A., YAkubov YA. The use of a solar collector in experimental housing. Nauka i tekhnika v Turkmenistane [Science and technology in Turkmenistan]. 2017. No 6. P. 4. (In Russ.)
3. Dzhumaev A., Soltanov H. Osnovy energosberezheniya : uchebnik dlya vuzov [Fundamentals of energy saving : Textbook for universities]. Ashkhabad: Nauka, 2018. 220 p. (In Russ.)
4. Raschet sistemy teplosnabzheniya s ispol'zovaniem solnechnyh teplovyh kollektorov. Metodicheskie ukazaniya po vypolneniyu raschetno-graficheskih rabot dlya studentov vsekh form obucheniya po special'nosti Energeticheskie ustanovki, elektrostancii na osnove netradicionnyh i vozobnovlyaemyh istochnikov energii [Calculation of the heat supply system using solar thermal collectors. Methodological guidelines for the implementation of computational and graphic works for students of all forms of education in the specialty
Power plants, power plants based on non-traditional and renewable energy sources]. Ekaterinburg, 2015. 110 p. (In Russ.)
Информация об авторах
Якубов Язгелди Дурдыгулыевич, преподаватель кафедры «Технология обработки металлов» Государственного энергетического института Туркменистана (745400, Туркменистан, Мары, ул. Бай-рамхан, 62)
Рахманов Саглык Бегенджович, преподаватель кафедры «Технология обработки металлов» Государственного энергетического института Туркменистана (745400, Туркменистан, Мары, ул. Бай-рамхан, 62)
Information about the authors
Yazgeldi D. Yakubov, lecturer at the Department of «Metal processing technology» of the State Energy Institute (62, Bajramkhan str., Mary, 745400, Turkmenistan)
Saglyk B. Rahmanov, lecturer at the Department of «Metal processing technology» of the State Energy Institute (62, Bajramkhan str., Mary, 745400, Turkmenistan)
Статья поступила в редакцию / The article was submitted Одобрена после рецензирования / Approved after reviewing Принята к публикации / Accepted for publication
17.01.2024 09.04.2024 12.04.2024
