ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Разработка и изготовление гибридной ветроэнергетической гелиосистемы.

Рекомендуемая область пременения

Системы комплексного совместного использования традиционной энергетики и возобновляемых источников энергии. Гибридные ветроэнергетические гелиосистемы могут широко применяться:
1. В горячем водоснабжении - для обеспечения горячей водой бытовых потребителей, кемпингов, баз летнего отдыха детей, туристических баз, зон летнего отдыха населения, дачных участков и коттеджей, предприятий агропромышленного комплекса и т.п.
2. В тепло и энергоснабжении - отопление производственных и бытовых помещений, отопление частных домов, отопление теплиц, теплоснабжение жилищно-коммунальных хозяйств и отдельных потребителей
3. В системах - предварительного подогрева добавочной воды котельных, в технологиях сушки с использованием горячей воды с температурой 60-80 С.

Назначение, цели и задачи проекта

Проект относится к разработке оборудования гибридных ветроэнергетических гелиосистем с целью использования энергии ветра и солнца для целей тепло, энергоснабжения. Наличие в ГИВЕГЕС собственного электричества позволяет использовать вспомогательные электрические агрегаты (насосы подачи, клапана системы гидрораспределения, глубинные насосы и т.п.) независимо от наличия на объекте промышленного электроснабжения. Возможность комплектации (изготовления) системы трехфазными преобразователями напряжения различной мощности значительно расширяет возможности ГИВЕГЕС в целом. Проект направлен на проведение работ в области возобновляемых источников энергии. Основная цель проекта – разработка и изготовление гибридной ветроэнергетической гелиосистемы с использованием последних достижений в электротехнике, электронике, теплотехнике и фотоэлектрическом преобразовании солнечной энергии. Предполагается создание установки с возможностью интеграции с малыми гидроэнергетическими станциями.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В Амурской области, как и во всем Дальневосточном регионе порядка 30% населения не обеспечивается централизованно тепловой энергией. Эксплуатируются более 400 тысяч частных домов и дачных участков, более 2500 фермерских хозяйств, на отопление которых расходуется более 600 тыс. тонн угля не считая дров и жидкого топлива. Кроме расхода органического топлива, его сжигание обуславливает значительное загрязнение окружающей среды. Сжигание 1 кг угля сопровождается выбросом около 10 м3 воздуха, загрязненного продуктами сгорания и не пригодного для дыхания. Значительная ветхость линий электропередач не позволяет ряду поселков и деревень иметь электрическую энергию требуемого качества. Зачастую школы и больницы испытывают значительные временные перебои с электроснабжением. Отсутствие электричества приводит к отключению телефонных станций так необходимых в трудные минуты.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Гибридная ветроэнергетическая гелиосистема (ГИВЕГЕС) состоит из трех основных энергогенерирующих составляющих:

1. Солнечная нагревательная установка (гелиоколлектор), принцип работы которой, основан на поглощении тепла черным телом в термоизоляционном корпусе и передача этого тепла непосредственно теплоносителю.
2. Ветровая энергетическая установка с высокоэффективным генератором и лопастным ветроколесом.
3. Солнечные электрические модули, собранные в блоки батарей.

Проектом предусматривается самостоятельная разработка электронных блоков системы управления ГИВЕГЕС способных обеспечивать интеграцию этих трех энергогенерирующих составляющих в максимально эффективную гибридную систему, изготовление гелиоколлекторов с встроенными датчиками температуры на поглощающей поверхности, изготовление управляющего контроллера и преобразователя напряжения от аккумуляторов в линейку стандартных напряжений вплоть до бытового 220 В. переменного тока. Изготовление ветряного колеса с минимальной  скоростью страгивания как горизонтального, так и вертикального типа. Разработка контроллера управления режимами работы гелиоколлекторов в составе с электрическими нагревателями (ТЭН) питающимися от сети промышленного напряжения или жидко-топливными  бойлерными установками. Электроника разрабатываемой ГИВЕГЕС потребляет минимальное количество электрической энергии для собственной работы и «стартует» даже при минимальной рассеянной освещенности солнечных электрических модулей.

Гелиоколлектор состоит из прямоугольной нагревательной емкости окрашенной в черный цвет. Особая форма внешней стенки емкости позволяет эффективней собирать солнечную энергию при различных углах положения солнца, не прибегая к дополнительным механизмам ориентации, что упрощает систему в целом и повышает ее надежность.

Энергоэффективность солнечной нагревательной установки (гелиоколлектор) определяется не только эффективностью солнечных коллекторов, но и эффективностью отбора тепловой энергии от них (циркуляционный насос, теплообменники и др.). Неравномерность поступления солнечного излучения требует оптимизации отбора тепловой энергии от солнечных коллекторов, которую можно осуществить за счет регулирования расхода теплоносителя в первом контуре с помощью системы управления производительностью насоса. В то же время необходимо учитывать, что при определенной температуре внешней окружающей среды и отсутствия солнечной достаточной энергии гелиоколлектор в силу своих свойств и неидеальных характеристик может превращаться в «холодильник». Это особенно актуально при больших площадях. В таких случаях электронная система управления установки должна самостоятельно определять минимальный порог температурной добавки от гелиоколлектора и при его нарушении исключать его из контура циркуляции теплоносителя. В связи с этим будет разработана специальная микропроцессорная система управления с алгоритмами самонастройки.

Ветроэнергетическая часть установки представляет генератор с ветряным колесом, расположенным на мачте определенной высоты в зависимости от типа привода (горизонтальный или вертикальный) и типом выбранного ветряного колеса. Определенная эффективность ветроустановки  может быть достигнута при преобладании в течении года ветров со скоростью более 3 м/с. Предварительные эксперименты с установкой УВЭ-500 (Гатчина, тип ветрового колеса – трехлопастной винт с круткой) показали эффективность ветроэнергетики в Амурской области на равнинной ее части и горных возвышенностях.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Солнечная активность в Дальневосточном регионе является одна из самых высоких по стране, так на один квадратный метр «падает» порядка 3 кВт. Суммарная годовая продолжительность солнечного сияния в Приамурье составляет от 2000 часов в год в северных районах и до 2600 часов в южных. Это больше, чем на Кавказе, Кубани, в Ставрополье. Равномерность распределения солнечного сияния по временам года в Амурской области также одна из наилучших в России. При современных показателях КПД солнечных электрических батарей гарантированный отбор энергии может составлять порядка 300 Вт./кв.м. Иными словами 10 кв.м. солнечных батарей могут дать до 3 кВт. энергии, что полностью покрывает необходимые и достаточные потребности среднего дома (коттеджа). Конечно, расчет идет для ожидаемого максимума, но 25-30 кв.м. солнечных электрических модулей разрешает проблему энергообеспечения полностью.

Проект предусматривает проведение дополнительных исследований по повышению Энергоэффективность и конкурентоспособности ГИВЕГЕС, разработку основных комплектующих ГИВЕГЕС и технологию их изготовления. С целью более широкого охвата рынка сбыта ГИВЕГЕС могут выпускаться в нескольких модификациях в зависимости от назначения:

1. С преобладанием ветровой составляющей.

2. С преобладанием солнечной составляющей.

3. С возможностью интеграции с малыми ГЭС.

4. ГИВЕГЕС мобильного исполнения (в контейнере) или легко собираемого комплекта, для обеспечения горячей водой и электрической энергией кемпингов, баз летнего отдыха детей, туристических баз, зон летнего отдыха населения, предприятий агропромышленного комплекса и т.п.

ГИВЕГЕС могут выполняться для работы, как в сезонном, так и круглогодичном варианте.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Энергосбережение.Экология. Для обеспечения горячей водой и электричеством одной семьи достаточно ГИВЕГЕС с площадью гелиоколлекторов 4-6 кв.м., с площадью солнечных электрических батарей 5-10 кв.м. и с мощностью ветроэнергетической установки 1 кВт. Для фермерского хозяйства соответственно – 15-30 кв. м, 20-25 кв.м., 2-3 кВт. Суммарная потребность Дальневосточного региона в ГИВЕГЕС может составить до 700 ед. При этом может быть обеспечена экономия органического топлива в объеме 100000 т. и значительное сокращение выброса вредных веществ. Кроме этого, улучшаются социально-бытовые условия жизни населения и экономятся непосредственные затраты труда на отопление, электроэнергию и горячее водоснабжение. Так  например, только производство тепловой энергии  с площадью коллекторов 50 кв.м. может уменьшить вредные газовые выбросы в атмосферу по сравнению с котельной за год: до 16850 кг СО2, до 620 кг SO2, до 60 кг NО2, до 58600 кг загрязненных дымовых газов; снизить потребление атмосферного кислорода до 12300 кг; уменьшить количество зольно-шлаковых отходов до 1700 кг.

Новые потребительские свойства продукции

Нетрадиционные методы получения электроэнергии

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам

Стадия и уровень разработки

При проведении работ по данному проекту будут использоваться некоторые готовые и разработанные раннее решения. Это относится к ветрогенератору и солнечным модулям. После исследования различных образцов и выработке окончательного решения к владельцам (патентодержателям) будут высланы соответствующие запросы с информацией о использовании их разработок в наших установках. Соответственно будут оформлены отношения и сделаны соответствующие ссылки. Солнечный гелиоколлектор является собственной разработкой заявителей и отличается от существующих несколько иной геометрической формой. Электронная система и программное обеспечение так же являются собственными разработками заявителей и являются единственными экземплярами. После проведения экспериментальных разработок и получения положительных результатов будут оформляться соответствующие документы для проведения патентования всей установки в целом, а так же отдельных узлов и механизмов.

Предлагаемые инвестиции

3,5 млн. руб.
Полная стоимость проекта – 3500 тыс. руб.
Возможные инвестиции – 200 тыс. руб.

Рынки сбыта

ЖКХ, фермерские хозяйства, энергоснабжающие организации

Возможность и эффективность импортозамещения

Предлагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не имеет аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

20.11.2006