Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 33)

15) Приложение 4: Мои эксперименты и методы оценки производительности (Окончание):

Кроме этого, существуют следующие пять групп причин, которые уменьшают производительность СТС через течение времени: каждый год будет забирать до 1,5-2 % производительности, и через 20-30 лет работы уровень производительности СТС упадет до 60-80 % от уровня новой станции:

14) Старение стеклянных зеркал: они будут терять 0,5-1,5 % своего КПД в год. Существует несколько причин этого (эти причины есть описанные в Главе 4 Доклада 18): старение зеркального слоя, повреждения из-за градов, потери полос 1. П.14 не охватывает пленочные зеркала, поскольку они периодически меняются на новые, и их старение учитывается в п.8. Но если скорость уменьшения КПД стеклянных зеркал есть больше, чем 1,5 % в год, возникает экономический смысл их замены (например, через 15 или 10 год), поскольку доход от дополнительного тепла (из-за увеличения производительности СТС с новыми зеркалами) становится больше, чем стоимость замены стеклянных зеркал

15) Старение коллекторов: время постепенно (но очень-очень медленно) уменьшает КПД коллекторов из-за старения стекловаты 14, нарушения ее стыков с пленкой 15, разрушения досок 13. Эти детали меняться не будут (в отличие от пленки 15 и труб 12)

16) Старение концентраторов, которое увеличивает высоту зайчика от зеркал. Но влияние этого (на производительность СТС) – есть очень небольшое, хотя существует гипотеза, что время прогибает рычаг 7 (и планки 4), и это увеличивает высоту зайчика

17) Мы отказываемся от ремонта концентраторов: сломанные рычаги 7 и сломанные щиты (это листы 4 с планками 5 и зеркалами) удаляются с поля 84 (чтобы ветер не бросил их на концентраторы и коллекторы). Поэтому СТС постепенно теряет производительность. Ожидаемая скорость потери щитов (с зеркалами) – 0,5-1 % в год

18) Течение времени будет увеличивать частоту аварий (из-за износа оборудования станции), и это будет увеличивать потери КПД из-за п.13 (простои и временные уменьшения КПД)

 

«Таблицы производительности» для разнообразных городов (кроме Миргорода) формировались (в Главе 9) через следующие методы:

— «Пиковая мощность» (это третий элемент уравнений «таблиц производительности») на примере января для Малаги: 15 января Малаги и 27 февраля Миргорода имеют одинаковую высоту солнца над горизонтом в полдень (31,4 град); поэтому малагский январь получил «мощность» миргородского 27 февраля (это 490 Вт). Остальные «пиковые мощности» были получены аналогично, поскольку высота солнца в полдень – это одна из двух основных причин, которые формируют «мощность». Вторая причина (прозрачность атмосферы) имеет небольшое влияние, и она учитывается трудно

— «Приведенное время работы» (это второй элемент уравнений «таблиц производительности») рассчитывалось на базе «солнечного on-line калькулятора» через разнообразные тригонометрические вычисления, которые учитывают попадание зайчика в коллектор, изменение горизонтального угла падения радиации, изменение силы солнца на протяжении года и дня (из-за изменения его высоты), распределение радиации по высоте зайчика, распределение коэффициента поглощения по высоте коллектора и др. Оказалось, что все города имеют примерно одинаковые «времена работы» в летнее солнцестояние (21 июня). «Времена» для весеннего и осеннего равноденствий (21 марта, 21 сентября) отличаются мало: 5,81 час на 60 град сев. широты, 5,95 час на 50 град, 6,09 час на 40 град, 6,21 час на 25 град. Но «времена» для зимнего солнцестояния имеют заметные отличия (поскольку зимнее северное солнце быстро теряет свою силу при движении от полудня в сторону вечера или утра): 2,17 час на 60 град сев. широты, 3,82 час на 50 град, 4,83 час на 40 град, 5,12 час на 25 град

— Первые элементы уравнений («количество солнечных дней») были получены через следующую процедуру. Сначала я взял данные о количестве солнечных часов в день по различным месяцам (для разнообразных городов) из www.climatemps.com (Но Lhasa – из Hong Kong Observatory). Затем я поделил эти «количества солнечных часов» на продолжительность дня в различные месяцы этих городов (эта продолжительность зависит только от географической широты города; я брал эту продолжительность из «солнечного on-line калькулятора»). Затем я умножил все результаты на «коэффициент К» (его смысл – в следующем абзаце); результаты этого – есть «коэффициенты солнечного сияния». «Количество солнечных дней» — это умножение «коэффициента сияния» на количество дней в месяце

Коэффициент К устраняет разницу между моим методом получения «коэффициента солнечного сияния» (поскольку остальные элементы «таблиц производительности» опираются на этот метод, и он есть описанный в начале этого Приложения) и методом из www.climatemps.com. Следующая таблица показывает процедуру вычисления «коэффициента К»:

— Ее второй столбец – это «количество солнечных дней» для Киева (это есть аналог моего Миргорода) на базе www.climatemps.com

— Ее третий столбец – это мои реальные измерения «количества солнечных дней» для Миргорода в 2010 (с октября)

— Ее четвертый столбец – аналогичные измерения в 2011

— Ее пятый столбец – аналогичные измерения в 2012

— Ее шестой столбец – аналогичные измерения в 2013 (Это пишется в начале июля 2013)

— Ее последний столбец – это есть среднее столбцов 3, 4, 5, 6

Киев

(по www. climatemps. com)

Миргород 2010

Миргород 2011

Миргород  2012

 

Миргород  2013

Мой метод (среднее четырех столбцов)

Январь

5,1

5,1

7,4

1,6

4,7

Февраль

6,4

8,8

13,2

6,9

9,6

Март

9,4

15,4

13,5

7,6

12,2

Апрель

11,8

10,6

15,3

13,1

13,0

Май

16,7

19,5

21,7

23,2

21,5

Июнь

16,7

16,2

20,9

21,8

19,6

Июль

18,1

18,5

24,5

21,5

Август

17,3

19,4

18,4

19,8

Сентябрь

14,9

20,3

19,8

20,0

Октябрь

11,5

8,8

13,5

10,6

11,0

Ноябрь

5,6

6,0

6,4

6,5

6,3

Декабрь

3,7

4,1

3,8

5,6

4,5

T O T A L

137,2 день

 

 

 

 

163,7 день

Таким образом, коэффициент К равен 1,179 (= 163,7 / 137,2)

Иногда (это есть несколько месяцев в Phoenix, Allahabad и Lhasa) месяц имеет больше солнечных дней, чем календарных. Мы можем интерпретировать это, как много солнечных дней с аномальной прозрачностью неба (эти дни получают оценки по 1,05 и больше), которая есть очень часто в пустынях, горах и тропиках. Хотя, возможно, это есть следствие использования различных (а не одного одинакового) методов измерения солнечных сияний в www.climatemps.com для различных городов (и это уменьшило киевский результат по www.climatemps.com) и / или 2011 и 2012 были аномально солнечные в моем Миргороде (и это увеличило миргородский результат согласно моему методу). Использование «коэффициента К» есть обязательное, поскольку он согласовывает «солнечные сияния» с нашим пониманием «пиковой мощности» и «приведенного времени и работы»; кроме того, это устраняет влияние различий в понимании «длительности дня» между www.climatemps.com и «солнечным on-line калькулятором»

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 32)

15) Приложение 4: Мои эксперименты и методы оценки производительности (2-е продолжение):

Но реальная производительность нашей СТС окажется меньше, чем сообщения «базовой таблицы производительности», поскольку следующие 13 шт. групп причин будут влиять на производительность СТС:

1) Утечки тепла: кроме утечек через пленку 15 и стекловату 14 (они уже есть учтенные в «таблице производительности»), утечек из аккумуляторов 38 и утечек во время передачи тепла с СТС на завод (эти утечки учитываются в «таблицах теплового баланса»). Сейчас мы учитываем остальные утечки:

 

Средняя площадь утечки

Толщина теплоизоляции

Утечка за сезон

Шланги 21-22

60 кв. м

1 см

30,6 МВт-час

Трубопроводы 42

280 кв.  м

5 см

28,6 МВт-час

Трубопроводы 41

340 кв. м

8,5 см

20,4 МВт-час

Трубопроводы 39

940 кв. м

15 см

156 МВт-час

Трубы будки 40 (и емкость 46)

160 кв. м

9 см

44,2 МВт-час

С У М М А

 

 

280 МВт-час

Но насосы 43-44 расходуют 114 МВт-час электроэнергии в год. Примерно половина этой энергии (КПД этих насосов – 50-60 %) станет кинетической энергией воды, и она будет рассеяна (через трение) в тепло воды аккумуляторов 38 (остальная половина из 114 МВт-час станет теплом корпусов насосов и их электродвигателей, и она будет рассеяна в воздух будки 40). Таким образом, 57 МВт-час этого тепла компенсируют часть тепловых утечек 280 МВт-час

Итого, потеря 223 МВт-час в год – это потеря 0,6 % производительности СТС.

2) Потери тепла при включении системы: отсутствие работы охлаждает коллекторы (и трубопроводы 41-42) до температуры уличного воздуха (хотя трубы 12 обычно будут на 5-20 градусов теплее улицы из-за их нагрева рассеянной солнечной радиацией и других причин). Затем включение системы забирает полезное тепло воды на нагрев холодных деталей

Больше 80 % этого тепла идет на нагрев 110 т стальных труб 12. Их нагрев на 85 град требует 1,1 МВт-час тепла. Плюс 0,15 МВт-час на нагрев 13 т стали трубопроводов 41-42 на 95 град. Плюс частичный нагрев стекловаты 14 и теплоизоляции трубопроводов 41-42. Итого – 1,3 МВт-час потерь полезного тепла. Эта потеря компенсируется на протяжении 2-5 минут работы системы под солнцем. Поэтому единичное появление солнца из-за туч на протяжении этого времени оказывается бесполезным для нас (а более короткое единичное появление солнца только забирает полезную энергию). Но серия коротких появлений солнца дает положительный нагрев, поскольку система не успевает полностью охладиться за промежуток времени между соседними появлениями солнца

Существует следующий метод уменьшения этих потерь. За 7-9 минут до окончания работы насосов 43, они включаются на полную мощность. Это уменьшает температуру их воды внутри труб 12 (из-за увеличения ее потока), но это не мешает работе турбогенераторов, поскольку новый поток еще не дошел до них через путь всех труб 12 и трубопроводов 39. Насосы 43 выключаются, когда этот поток достигает турбогенераторов. Этот метод уменьшает (на 5-20 град) температуру стенок труб 12 и трубопроводов 41-42, и это дает уменьшение наших потерь тепла на 0,1-0,2 МВт-час за одно выключение

Мой анализ миргородского сезона 2012 дал следующее:

— Система имеет 110 включений (в год) после полного охлаждения с потерей по 1,2 МВт-час. Итого – 132 МВт-час потерь

— Плюс 710 включений после частичного охлаждения (через 10-40 минут после выключения, или на фоне хорошего нагрева коллекторов слабым солнцем, или во время первого утреннего включения, когда солнце нагрело верхние (зимой) или нижние (летом) трубы коллекторов). Это еще 400-500 МВт-час потерь

— Плюс потери из-за медленного ухода воды из коллекторов: эта вода задерживает уменьшение тепловой утечки из коллекторов (она задерживает уменьшение разницы температур между внешней поверхностью труб 12 и воздухом улицы). Наши насосы 45 удаляют воду (из труб 12) на протяжении 7 минут; это добавляет около 0,2 МВт-час потерь для каждого из 820 шт. выключений в год. Итого, все дополнительные потери – 164 МВт-час

— Кроме этого, система будет работать около 28 часов на коротких исчезновениях солнца длительностью от 1 до 10 минут; оператор не будет выключать систему во время этих «исчезновений», и вода аккумуляторов 38 (с температурой 75-100 град) будет идти по трубам 12, а СТС будет терять тепло со скоростью около 4 МВт. Таким образом, наши дополнительные потери – 112 МВт-час

Итого, все эти потери – около 858 МВт-час. Это потеря 2,3 % производительности СТС

3) Тени и заслонения:

— Тень от планки 16 (на нижнем зеркале концентратора) забирает 0,9 % производительности СТС

— Заслонение планки 17 (она заслоняет коллектор от фотонов с нижнего зеркала концентратора) забирает 0,5 % производительности

— Тени и заслонения рычага 7: они появляются только ранним утром и поздним вечером, и их влияние на производительность СТС есть очень слабое – меньше 0,1 % потери

— Тени от коллектора: они могут появиться утром и вечером на нижнем краю верхнего зеркала, а в полдень – на верхнем краю нижнего зеркала. Они забирают меньше чем 0,3 % производительности

— Тень от более южного ряда концентраторов (на нижнем краю нижнего зеркала в декабре). Ее влияние зависит от расстояния между рядами концентраторов. Наше расстояние (7,5 м для 50 град сев. широты) – это потеря 0,55 % производительности (см. начало главы 3)

— Тени от диагональных планок усиления ряда планок 16: три планки усиления на один ряд из 90 шт. секций – это потеря 0,05 % производительности СТС

— Разнообразные тени на краю ряда (это тот край, который располагается около трубопровода 39): тени от шлангов 21-22, тени от трубопроводов 41-42, тень от аккумуляторов 38. Эти тени падают только на 1-5 крайних секций, и их влияние есть очень небольшое – меньше 0,05 % производительности СТС

4) Потери на краях рядов:

— В полдень солнечный зайчик (от зеркал ряда концентраторов) полностью попадает в пределы ряда коллекторов, но он весь день двигается по горизонтали в направлении востока. Поэтому после полудня зайчик начинает выходить за пределы восточного края ряда коллекторов. Утром он тоже выходит за пределы ряда коллекторов (но за западный край ряда): сначала его промах по горизонтали – есть 1-2 м, но этот промах постепенно уменьшается до полудня. Средний (по всему солнечному дню) промах зайчика мимо коллекторов – около 0,5 м с учетом большего веса полуденных часов по сравнению с утренними и вечерними. Поэтому потери производительности нашей СТС – это 0,26 % (= 0,5 м / 190,8 м длины ряда). Но мы уменьшаем эти потери, если расстояние между соседними (в направлении запад-восток) рядами будет минимальным, поскольку потерянный зайчик ряда концентраторов будет попадать в соседний ряд коллекторов. Еще один метод уменьшения этих потерь – это увеличение ширины крайних секций коллекторов (крайние коллекторы выходят за пределы ряда концентраторов)

Кроме этого, существует еще несколько небольших причин потери КПД (их влияние – около 0,02 % потери производительности): потери из-за изгиба шлангов 25, 34, потери из-за тени от выхода обратного клапана 32 на улицу, из-за утечек тепла через металл клапана 32 и через доски 27 с слоем 28, из-за заслонения стекловаты 28

5) Влияние окружения СТС: сила солнца может уменьшаться из-за городского смога, дыма из труб промышленных предприятий, горения леса или торфяников. Это с южной стороны поля 84. Плюс возможность солнечного затмения

6) Качество изготовления зеркал, концентраторов и коллекторов. «Таблица производительности» формировалась на базе уровня качества этих устройств в моих экспериментах. Если качество зеркал и коллекторов СТС окажется хуже, это уменьшит ее производительность. Если это качество окажется лучше, это увеличит производительность СТС. Если высота зайчика наших зеркал окажется меньше, чем 8-12 см, производительность СТС увеличится. Но если высота зайчика окажется больше, наша производительность будет меньше

7) Временная пыль и грязь на зеркалах и пленке 15:

— Стеклянные зеркала собирают много грязи (но этот процесс замедляется зимой), которая не смывается дождями (но она хорошо смывается снегом во время зимних оттепелей). Поэтому мы делаем «малые мойки» зеркал (эта операция учитывалась в «эксплуатационных расходах» стеклянных зеркал). 3 шт. «малых моек» в год (май, июль, сентябрь) – это 2 % средней (по всему году) потери производительности СТС из-за пыли и грязи на зеркалах. Если мы увеличиваем количество «малых моек», эти потери уменьшаются

— Кроме этого, существует «большая мойка» стеклянных зеркал (эта операция есть учтенная в «эксплуатационных расходах» зеркал): она удаляет сложную грязь, которая не может быть удалена «малыми мойками». Наша периодичность «больших моек» (раз в 3-7 год) – это 0,7 % средней (по всем годам) потери производительности СТС из-за сложной грязи

— Пленочные зеркала моются дождем (или снегом) очень хорошо, и поэтому они не нуждаются в дополнительных мойках. Средний уровень пыли на них – меньше 1 % потери производительности СТС

— Пыль на внешней стороне пленки 15 – это есть проблема, поскольку пленка 15 смотрит вниз, и поэтому она плохо моется дождями, а снег не попадает на нее. Поэтому существует операция периодической мойки пленки 15 (эта операция учитывалась в эксплуатационных расходах коллекторов)

8) Старение пленки 15, покраски труб 12 и зеркал. Коэффициент пропускания пленки 15 постоянно ухудшается из-за разрушения ее полимерной структуры, накопления волосков стекловаты и пыли на внутренней стороне, накопления несмываемой грязи на внешней стороне. Поэтому пленка 15 периодически заменяется на новую, а средняя потеря нашей производительности из-за ее старения – около 0,5 %

Черная краска труб 12 (и стекловаты 14) стареет тоже: время (и солнце) уменьшает коэффициент ее поглощения до новой перекраски. Средняя потеря нашей производительности из-за этого – около 0,2 %

Старение пленочных зеркал дает очень большую потерю производительности СТС (старение стеклянных зеркал учитывается в п.14). Мы меняем их на новые зеркала тогда, когда коэффициент отражения старых зеркал опустится до уровня 0,85-0,9 от коэффициента отражения новых зеркал. Поэтому средняя потеря производительности СТС (по всем месяцам жизни пленочного зеркала) – 5-6 % в год

9) Влияние природных явлений на производительность СТС:

— Роса: она не является проблемой для коллектора, хотя появляется на пленке 15 часто. Утром солнечный зайчик (от наших зеркал) постепенно накрывает ее и испаряет (уменьшение производительности отсутствует). Кроме этого, роса очень любит стеклянные зеркала, и она может уходить с них очень долго (до нескольких часов). Пленочные зеркала накрываются росой тоже, но утреннее солнце быстро убирает ее до начала работы системы

— Иней: аналогичная ситуация, но солнце удаляет иней в несколько раз дольше. Пленочные зеркала имеют мало потерь производительности из-за инея, но стеклянное зеркало остается покрытым инеем (после появления солнца) дольше. Интересная ситуация с инеем на пленке 15: он может остаться на нижней части пленки до 10-11 часов утра, когда солнечный зайчик опустится полностью на коллектор и не растопит иней там

— Дождь: он оставляет большие капли на поверхности зеркал, которые могут уменьшить нашу производительность во время первого (после дождя) появления солнца из-за туч. Солнце удаляет эти капли с пленочных зеркал быстро. Но стеклянные зеркала остаются с каплями дольше

— Ветер: он незначительно увеличивает утечки тепла из коллекторов (через пленку 15 и стекловату 14)

— Снег: он любит налипнуть на поверхность нижних зеркал слоем с толщиной несколько сантиметров. Верхние зеркала  располагаются более вертикально, но и они могут покрыться снегом. Но появление солнца быстро удаляет снег с пленочных зеркал; например, результаты от 25 января 2012: через 10 минут снег сполз с 60 % поверхности нижних зеркал, еще 20 % поверхности освободились от снега в следующие два часа, но 20 % поверхности остались со снегом (до вечера, когда я убрал его метелкой). Но стеклянные зеркала освобождаются от снега дольше. Поэтому существует операция удаления снега с стеклянных зеркал (она есть учтенная в «эксплуатационных расходах»)

10) Запотевания внутренней стороны пленки 15: они появляются, если вода попала внутрь коллектора. Обычно запотевания покрывают не всю пленку, а только ее участки. Солнечный зайчик убирает эти запотевания с огромным трудом, и этот процесс может достигнуть несколько часов. Эти запотевания уменьшают производительность СТС (из-за уменьшения коэффициента пропускания пленки 15)

Поэтому крепления нижнего края пленки 15 (на нижней доске 13) располагаются с увеличенным интервалом, чтобы стык «пленка-доска» оказался немного неплотным. Это дает небольшую вентиляцию коллектора уличным воздухом, который уносит влагу из него. Но эта вентиляция является утечкой тепла, которая уменьшает производительность СТС тоже

11) Вертикальные перестройки концентраторов: «таблицы производительности» думают, что мы каждый день делаем вертикальную перестройку для нацеливания солнечного зайчика на середину коллектора (это пример для весеннего и осеннего равноденствий) в полдень. Но мы решили делать вертикальные перестройки через 3-4 град изменения высоты солнца в полдень (попадание зайчика в середину коллектора происходит в середине мартовских и сентябрьских периодов между двумя перестройками). Это дает среднюю (по всем периодам года) потерю около 0,6 % производительности СТС (для нашего фокусного расстояния концентратора, высоты коллектора и высоты зайчика)

12) Ошибки настройки концентраторов: идеально настроенные концентраторы – это одновременное попадание зайчиков всех секций концентраторов в одинаковую высоту коллекторов. Но реальная настройка будет иметь отклонения от этих правил, например зайчик одной секции попадает в середину коллектора, зайчик другой секции попадает на 1 см выше середины в этот момент времени, зайчик третьей секции – на 2 см ниже и так далее. Если 60-70 % секций попадает в интервал отклонений «плюс-минус 2 см», то мы теряем меньше 0,2 % нашей производительности

13) Простои (и временные уменьшения КПД) из-за разнообразных аварий. Наиболее частая авария – это «перегрев коллекторов» (когда коллекторы остаются под солнцем и без воды дольше, чем на 15-50 минут): черная краска труб 12 становится серой, а пленка 15 мутнеет, получает дырки и растягивается. Эти коллекторы будут работать с уменьшением КПД (на 5-40 %) до тех пор, пока мы заменим краску и пленку. Простои (станции, блока, ячейки) возникают из-за разнообразных причин, например, аварии аккумуляторов 38 и насосов 43, замерзания трубопроводов 41-42 и труб будок 40, аварии трубопроводов 39, 41-42

Далее моя оценка потерь производительности СТС по пп.1-13:

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Стеклянные зеркала

0,6 %

2,3 %

2,3 %

0,3 %

0,1 %

0

3 %

0,7 %

0,4 %

0,2 %

0,6 %

0,1 %

0,2 %

Пленочные зеркала

0,7 %

2,6 %

2,3 %

0,3 %

0,1 %

0

1 %

6 %

0,3 %

0,2 %

0,6 %

0,1 %

0,2 %

Таким образом:

— «Таблица производительности» (для реальной СТС с стеклянными зеркалами) получается из умножения «базовой таблицы производительности» на коэффициент 0,897. Этот коэффициент есть результат умножения КПД всех 13 шт. пунктов (по правилу: КПД = 1 – «потеря производительности»)

— Результат умножения всех 13 шт. пунктов (для случая пленочных зеркал) – есть 0,864. «Таблица производительности» (для СТС с пленочными зеркалами) – есть умножение «базовой таблицы производительности» на коэффициент 0,800 (= (6,25 / 6,75) х 0,864)

— Производительность 1 кв.м пленочного зеркала – это 89,2 % производительности 1 кв. м стеклянного зеркала (= (6,25 х 0,864) / (6,75 х 0,897))

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 31)

15) Приложение 4: Мои эксперименты и методы оценки производительности (1-е продолжение):

Один кв. метр стеклянного зеркала производит следующую энергию (это тепло, которое усваивается водой коллекторов и заходит в тепловой аккумулятор) на протяжении года в моем г.Миргород (это есть «базовая таблица производительности»):

Месяц

 

Итого за месяц

Январь

7,4 дней        х 4,06 час    х 472 Вт =

14,2 кВт-час

Февраль

13,25 дней    х 5,08 час    х 526 Вт =

35,4 кВт-час

Март

13,45 дней    х 5,85 час    х 567 Вт =

44,6 кВт-час

Апрель

15,25 дней    х 5,82 час    х 587 Вт =

52,1 кВт-час

Май

21,75 дней    х 5,41 час    х 594 Вт =

69,9 кВт-час

Июнь

20,9 дней      х 5,20 час    х 594 Вт =

64,6 кВт-час

Июль

24,55 дней    х 5,26 час    х 587 Вт =

75,8 кВт-час

Август

18,4 дней      х 5,57 час    х 574 Вт =

58,8 кВт-час

Сентябрь

19,8 дней      х 5,89 час    х 553 Вт =

64,5 кВт-час

Октябрь

10,6 дней      х 5,44 час    х 520 Вт =

30,0 кВт-час

Ноябрь

6,5 дней        х 4,43 час    х 466 Вт =

13,4 кВт-час

Декабрь

5,6 дней        х 3,69 час    х 439 Вт =

9,1 кВт-час

Итого за сезон

 

532,4 кВт-час

, где (на примере январского уравнения «7,4 дней х 4,06 час х 472 Вт =»):

«472 Вт» — это есть пиковая мощность одного кв. метра стеклянного зеркала в январские дни. Обычно, это есть около полудня в обычный солнечный день в середине января. Ее теоретическое объяснение: это есть полное КПД нашей системы (это 55-65 %), которое есть умноженное на мощность потока солнечной радиации в полдень обычного солнечного дня месяца (это 700-1000 Вт / кв. м на протяжении года)

Мои эксперименты (в 2013) измерили отношение пиковой мощности 1 кв. м стеклянного зеркала к силе солнца (которая измерялась через мой люксометр). Ее среднее значение – это есть 6,82 на средней разнице температур (между водой коллектора и воздухом улицы) около 46 град. Это есть для следующих условий: высота зайчика 14-20 см, активная высота коллектора – 17,5 см, фокусное расстояние концентратора 110 см. Но изменение наших условий немного ухудшает наш коэффициент (до 6,7-6,8), поскольку:

— Мы будем иметь проигрыш КПД (по сравнению с моими экспериментами) из-за увеличения утечки тепла через пленку 15. Эта утечка увеличивается из-за увеличения свободной высоты пленки (с 27 см до 30 см), но мы имеем более низкую утечку тепла через стекловату 14 из-за увеличения ее толщины (5-10 см вместо 5 см в моих экспериментах). Все это увеличивает коэффициент утечки тепла из коллектора с 0,808 Вт / (град х кв. м зеркала) до 0,86 Вт / (град х кв. м)). Это дает дополнительную потерю мощности около 2,4 Вт на кв. м зеркала (это есть потеря около 0,4 % КПД) на разнице температур 46 град

— Кроме того, эта утечка тепла (из коллектора) увеличивается из-за увеличения разницы температур между водой и воздухом: с средних 46 град (в моих экспериментах) до средних 85 град (в нашей СТС). Это дает дополнительную потерю мощности 37,8 Вт на кв. м зеркала (около 5,6 % КПД)

— Но активная высота наших коллекторов будет больше (20 см), а высота наших зайчиков будет меньше (8-12 см из-за более качественного изготовления зеркал и концентраторов, плюс возможно из-за НИОКР). Это уменьшает потери радиации зайчика (из-за промаха мимо коллектора) с 3-6 % до 0,2-0,5 %

— Увеличение фокусного расстояния концентратора (с 110 см до 115 см) немного улучшает наш КПД (на 0,5 %) из-за уменьшения влияния пп. 3, 4 Главы 6 Доклада 17 и п.5 Главы 4 Доклада 18

Таким образом, мы используем коэффициент 6,75 (это есть для стеклянных зеркал; пленочные зеркала имеют иной коэффициент). Этот коэффициент умножается на силу солнца в обычный солнечный день месяца (эта сила измерялась моим люксометром в Миргороде на протяжении сезонов 2011 / 12 и 2012 / 13): январь – 70, февраль – 78, март – 84, апрель – 87, май – 88, июнь – 88, июль — 87, август — 85, сентябрь – 82, октябрь – 77, ноябрь – 69, декабрь – 65. Результат этого умножения – это есть «пиковая мощность», которая используется в миргородской «таблице производительности»

— «4,06 час х 472 Вт» — это есть тепло (в кВт-час), которое производится через 1 кв. м зеркала на протяжении обычного январского солнечного дня. «4,06 час» — это не есть время реальной работы системы от ее включения до ее выключения (система реально работает около 6 часов в январе); обычно это называют «приведенное время работы». Это есть объем производства тепла на протяжении солнечного дня (1,916 кВт-час в середине января), который есть деленный на пиковую мощность. Выводы о «приведенном времени работы» (для различных месяцев миргородского года) — это были компромиссы между следующими двумя методами. Во-первых, объем тепла дается экспериментом, который измеряет мощность 1 кв. м зеркала на протяжении всего дня, как было описано выше; но улучшение наших условий по сравнению с моими экспериментами до марта 2012 (уменьшение фокусного расстояния концентратора, увеличение высоты коллектора, уменьшение высоты солнечного зайчика) дает более длинное «приведенное время работы» (на 5-15 % больше по сравнению с результатами моих экспериментов), поскольку зайчик находится внутри коллектора дольше. Во-вторых, это теоретические расчеты на базе «солнечного on-line калькулятора» (из Internet) через разнообразные тригонометрические вычисления, которые учитывают попадание зайчика в коллектор, изменение горизонтального угла падения радиации, изменение силы солнца на протяжении года и на протяжении дня (из-за изменения его высоты), распределение радиации по высоте зайчика, распределение коэффициента поглощения по высоте коллектора и др. Эти два метода дают очень близкие результаты

— «7,4 дней» — это количество «солнечных сияний» в январских днях сезона 2012. Я измерял «сияния» не по «правилам гелиографа», а по результатам измерений потока радиации на мои экспериментальные коллекторы, по измерениям мощности системы, по измерениям силы солнца моим люксометром и по результатам наблюдений за поведением солнца каждый день на протяжении сезона 2012. Обычный солнечный день без облаков – это 1,0, если результат люксометра был около 70 (это есть для полудня середины января). Солнечный день с аномальной прозрачностью неба – это до 1,05-1,1; но это есть очень большая редкость; например, только 4 шт. дней сезона 2012 получили оценки 1,05. Но существуют части дня с очень большой аномальной прозрачностью (например, люксометр показывал до 96 в полдень 2 апреля 2012, хотя обычный день начала апреля – это 85-86); обычно аномальная прозрачность неба появляется между облаками после дождя; мороз дает улучшения прозрачности тоже. Солнечный день без облаков, но с ухудшением прозрачности неба (дымка) – это от 0 до 0,95 в зависимости от мощности потока радиации на коллекторы (граница «нулевого результата» — это когда тени есть, но они очень слабые). Туман, мгла и полупрозрачные облака считались как дымка аналогичной интенсивности. Облака с просветами солнца давали 0,05-0,95 пропорционально коэффициенту их просветов, но я учитывал только время работы системы (с 9.00 до 15.00 в середине января), и вес времени около полудня был больше, чем утром или вечером. Периоды аномальной прозрачности, дымки, полупрозрачных облаков, мглы, тумана считались аналогично и согласно их интенсивности. Короткий просвет в облаках (меньше 1-3 минут) игнорировался, поскольку оператор СТС не будет включать насосы 43 из-за этого. Но серии коротких просветов считались как дымка аналогичной интенсивности. Все короткие облака и их серии учитывались в уменьшении коэффициента сияния

Наши «таблицы производительности» не учитывают утечки тепла из аккумуляторов 38, и они не учитывают сбросы лишнего тепла. Сейчас мы интересуемся только теплом, которое вошло в аккумуляторы 38, а эти утечки и сбросы учитываются в «таблицах балансов» из глав 6, 9

Другие условия составления «таблиц производительности»:

— Это есть таблица для 20 см активной высоты коллектора и 115 см фокусного расстояния концентраторов. Высота солнечного зайчика – это 8-12 см

— Мы думаем, что наши зеркала есть новые, и они имеют качество моих экспериментальных стеклянных зеркал, и они не имеют грязи и пыли

— Наши коллекторы имеют качество на уровне моего последнего коллектора, со свежей перекраской труб-стекловаты и с новой чистой пленкой 15

— Попадание середины солнечного зайчика в коллектор в полдень: в летнее солнцестояние – 6-7 см выше середины коллектора, в зимнее солнцестояние – 5-6 см ниже середины коллектора, в весеннее и осеннее равноденствия – в середину коллектора

Пленочные зеркала опираются на коэффициент 6,5-6,7, который был достигнутый в моих экспериментах августа-октября 2012 (в конце моих работ по улучшению пленочной системы). Это для следующих условий: высота зайчика 14-22 см, активная высота коллектора – 17,5 см, фокусное расстояние концентратора – 125 см,  разница температур между водой и воздухом – 20-25 град. Но изменение наших условий уменьшает этот коэффициент (до 6,2-6,3) для «таблиц производительности» пленочных зеркал, поскольку:

— Дополнительная потеря КПД (на 0,2 % на разнице температур 20-25 град) возникает из-за увеличения коэффициента утечки тепла из коллектора с 0,808 Вт / (град х кв. м зеркала) до 0,86 Вт / (град х кв. м)), поскольку свободная высота пленки 15 увеличивается (с 27 см до 30 см), хотя это частично компенсируется через уменьшение утечки тепла через стекловату 14 из-за увеличения ее толщины (5-10 см вместо 5 см в моих экспериментах)

— Кроме того, эта утечка тепла (из коллектора) увеличивается из-за увеличения разницы температур между водой и воздухом: с средних 20-25 град (в моих экспериментах) до средних 85 град (в нашей СТС). Это дает дополнительную потерю КПД около 9,6 %

— Увеличение активной высоты коллекторов (до 20 см) и уменьшение высоты наших зайчиков (до 8-12 см из-за уменьшения фокусного расстояния концентратора, из-за более качественного изготовления зеркал и концентраторов, плюс возможно из-за НИОКР) уменьшают потери радиации зайчика (из-за промаха мимо коллектора) с 3-8 % до 0,2-0,5 %

— Уменьшение фокусного расстояния концентратора (с 125 см до 115 см) делает наш КПД меньше (на 0,7 %) из-за увеличения влияния пп. 3, 4 Главы 6 Доклада 17

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 30)

15) Приложение 4: Мои эксперименты и методы оценки производительности (Начало):

Измерения мощности моих солнечных систем начались в октябре 2011. Затем я потратил один год, чтобы увеличить КПД системы почти в 2 раза: 17 октября 2011 один кв. м зеркал давал 276 Вт в полдень, а 22 октября 2012 – уже 498 Вт

Таким образом, я делал замеры мощности в следующих девяти различных ситуациях (это были замеры с пленочными зеркалами):

1) Начало октября 2011: я установил три секции концентратора 3-го типа (Доклад 5) с коллектором 1-го типа (Доклад 7) длиной 4,3 м и активной высотой 17 см (но коллектор имел много ошибок). Плюс новые зеркала, но с очень плохим качеством. Высота зайчика – 20-30 см (форма зеркал была очень далекая от идеала). Аккумулятор (объем – 55 литр) стоял в подвале дома и соединялся с коллекторами через два шланга по 8 м. Точность учета тепловых утечек (из шлангов и аккумулятора) – низкая

2) Середина октября: я переделал коллектор для исправления нескольких ошибок его конструкции

3) Начало ноября: я опять переделал коллектор для исправления его ошибок. Кроме этого, тень от коллектора начала падать на низ зеркал (это особенность концентратора 3-го типа) и до конца ноября она накрывала около 15 % площади зеркал. Помимо этого, концентратор 3-го типа имеет неподвижный коллектор, и поэтому высота зайчика постепенно увеличивалась (в конце ноября было 25-35 см) из-за нарушения фокусировки

4) Декабрь: я переделал все три секции в концентратор 4-го типа (Доклад 11). Его фокусное расстояние 150 см. Кроме этого, я сделал корректировку формы зеркал, и это уменьшило высоту зайчика до 15-25 см. Помимо этого, я установил новый коллектор: 2-й тип (Доклад 8), длина 2,6 м, активная высота 18 см. Плюс, 20-22 января я увеличил объем аккумулятора до 240 литр

5) Конец января 2012: более точный учет тепловых утечек

6) Конец февраля: я уменьшил фокусное расстояние концентратора до 130 см и сделал новую корректировку формы зеркал. Кроме этого, я установил новые зеркала с лучшим качеством, чем в пп.1-5. Высота зайчика уменьшилась до 12-20 см.

7) Апрель: я разобрал все три секции концентратора и установил одну секцию на новом месте. Это был концентратор, который есть очень близкий к 1-му типу (это наш тип концентраторов из Главы 1). Плюс половина новых зеркал (но их качество не отличалось от зеркал п.6). Плюс новая корректировка формы зеркал. Высота зайчика – 12-18 см. Фокусное расстояние концентратора – 125 см. Кроме этого, я сделал и установил новый коллектор 3-го типа (Это наш тип коллекторов из Главы 1) длиной 121,5 см и активной высотой 17,5 см. Но без черной покраски стекловаты (она имела светлую желтую поверхность). Аккумулятор (объем – 55 л) был установлен под концентратором и соединялся (с коллектором) через два шланга по 2,5 м. Плюс более точный учет утечек тепла, и экспериментальное измерение нагрева воды насосом

8) Июль: я переставил концентратор-коллектор-аккумулятор на новое место. Плюс новая корректировка формы зеркал. Но высота зайчика увеличилась до 14-20 см. Плюс черная покраска стекловаты коллектора

9) Начало октября 2012: я установил новые зеркала, но их качество не превысило зеркала пп.6-8. Плюс новая корректировка формы зеркал, но зайчик оказался высоким (15-22 см)

Далее мои замеры мощности системы в этих девяти ситуациях. Это есть мощность системы (я вычитал утечки теплоты аккумулятора и шлангов его соединения с коллектором и учитывал влияние насоса), которая есть разделенная на площадь работающих зеркал концентратора (я вычитал площади разнообразных теней, но не вычитал тень от коллектора до января 2012 – см п.3). Это пиковые (максимальные) мощности в измерениях разнообразных дней:

Дата

Ситу-ация

Время пика

Сила солнца (по люксо-метру)

Темпе-ратура воды в коллекторах

Темпе-ратура воздуха улицы

Мощ-ность 1 кв. м зеркала

Эта мощность на едини-цу силы солнца

17.10.11

№ 1

11.03-11.13

Х

+ 62

+ 10

276 Вт

х

23.10.11

№ 2

12.40-12.54

Х

+ 63

+ 12

340 Вт

х

18.11.11

№ 3

11.15 -11.28

Х

+ 52

+ 2

218 Вт

х

23.11.11

№ 3

12.00-12.16

Х

+ 49

+ 3

240 Вт

х

24.11.11

№ 3

10.04-10.16

Х

+ 59

— 4

246 Вт

х

16.01.12

№ 4

12.37-12.58

Х

+ 23

— 2

313 Вт

х

27.01.12

№ 4

12.00-13.00

Х

+ 32

— 11

294 Вт

х

28.01.12

№ 4

10.50-11.54

Х

+ 40

— 12

302 Вт

х

01.02.12

№ 5

13.00-14.00

Х

+ 57

— 15

290 Вт

х

02.02.12

№ 5

10.00-11.00

Х

+ 48

— 18

303 Вт

х

07.02.12

№ 5

11.09-12.03

Х

+ 28

— 14

310 Вт

х

16.02.12

№ 5

11.01-11.48

Х

+ 19

— 9

315 Вт

х

10.03.12

№ 6

12.22-13.00

Х

+ 45

+ 4

434 Вт

х

13.03.12

№ 6

11.14-12.00

Х

+ 38

+ 7

427 Вт

х

25.04.12

№ 7

12.54-13.12

87

+ 37

+ 23

534 Вт

6,14 Вт

26.04.12

№ 7

13.08-13.28

85

+ 39

+ 27

487 Вт

5,73 Вт

19.05.12

№ 7

13.07-13.26

87

+ 40

+ 28

486 Вт

5,59 Вт

20.05.12

№ 7

12.39-13.01

86

+ 43

+ 28

486 Вт

5,65 Вт

21.05.12

№ 7

12.55-13.11

87

+ 49

+ 28

514 Вт

5,91 Вт

06.08.12

№ 8

13.03-13.25

80

+ 59

+ 38

500 Вт

6,25 Вт

11.08.12

№ 8

13.16-13.31

90

+ 55

+ 30

607 Вт

6,75 Вт

26.08.12

№ 8

12.49-13.09

84

+ 47

+ 29

528 Вт

6,29 Вт

02.09.12

№ 8

13.39-13.58

85

+ 51

+ 26

546 Вт

6,42 Вт

22.10.12

№ 9

13.31-13.54

74

+ 38

+ 16

498 Вт

6,73 Вт

Увеличение разницы температур (между водой системы и воздухом улицы) уменьшает мощность кв. метра зеркала, поскольку это увеличивает утечки тепла из коллектора (85-90 % этих утечек идет через пленку 15). Экспериментальное измерение утечек тепла для моего третьего коллектора (он работал в ситуациях №№ 7-9): мощность 1 кв. м зеркала уменьшается на 0,808 Вт, если разница температур увеличивается на 1 град. Экспериментальное измерение утечек из моего первого коллектора (он был в ситуациях №№ 1-3) – 0,841 Вт / (град х кв. м)

Эти результаты согласуются с моими тестами (19-20 марта 2012) с вторым коллектором (Эти эксперименты были описанные в Докладе 8). Я оставил его без воды под зайчиком хорошего солнца. Термопары (я временно установил их в коллекторе) показывали температуру до 300 град воздуха около труб 12 (температура около пленки 15 доходила до 180 град, но пленка плавилась не из-за этого, поскольку другая ее сторона охлаждалась уличным воздухом с 5 град и хорошим ветром). Это соответствует температуре до 400 град внутри труб

 

Кроме этого, до середины марта 2012 я делал замеры мощности на протяжении солнечного дня. Далее результаты нескольких этих замеров. В скобках – температура воды системы

17 октября 2011 (воздух: утром – +5 град, после обеда — +12 град):

9.00 – 66 Вт (32 град)                       12.15 – 258 Вт (53 град)

9.15 – 104 Вт (34 град)                     13.10 – 275 Вт (64 град)

9.25 – 112 Вт (36 град)                     14.15 – 257 Вт (60 град)

10.05 – 208 Вт (49 град)                   15.15 – 174 Вт (48 град)

11.10 – 276 Вт (62 град)                   15.45 – 59 Вт (51 град)

27 января 2012 (воздух: утром – -15 град, после обеда — -10 град):

9.07 – 82 Вт (19 град)                       12.30 – 294 Вт (32 град)

9.23 – 184 Вт (20 град)                     13.30 – 237 Вт (36 град)

9.46 – 245 Вт (21 град)                     14.15 – 113 Вт (38 град)

10.30 – 265 Вт (24 град)                   14.40 – 88 Вт (38 град)

11.30 – 284 Вт (28 град)

7 февраля 2012 (воздух: утром – -18 град, после обеда — -11 град):

8.33 – 0 (19 град)                               11.36 – 310 Вт (28 град)

8.48 – 36 Вт (19 град)                        12.39 – 306 Вт (32 град)

9.10 – 92 Вт (19 град)                        13.40 – 221 Вт (36 град)

9.30 – 183 Вт (20 град)                      14.13 – 134 Вт (37 град)

9.47 – 251 Вт (21 град)                      14.33 – 48 Вт (37 град)

10.12 – 270 Вт (23 град)                    14.57 – 1 Вт (37 град)

10.50 – 255 Вт (25 град)

10 марта 2012 (воздух: утром – -9 град, после обеда — +5 град):

8.02 – 47 Вт (26 град)                      12.41 – 434 Вт (45 град)

8.17 – 74 Вт (26 град)                      13.15 – 404 Вт (49 град)

8.39 – 152 Вт (26 град)                    13.45 – 365 Вт (51 град)

9.06 – 194 Вт (27 град)                    14.15 – 286 Вт (53 град)

9.39 – 259 Вт (29 град)                    14.45 – 253 Вт (55 град)

10.15 – 345 Вт (32 град)                  15.10 – 182 Вт (55 град)

10.45 – 386 Вт (35 град)                  15.31 – 148 Вт (56 град)

11.30 – 383 Вт (39 град)                  15.51 —  37 Вт (56 град)

12.11 – 378 Вт (42 град)

 

В мае 2013 я начал аналогичные эксперименты со стеклянными зеркалами: одна секция концентратора с 4 шт. стеклянных зеркал шириной по 63 см. Каждое зеркало имело по 12 шт. полос высотой 6 см и по 3 шт. полос высотой 8 см: общая высота этих полос (96 см) есть эквивалент зеркала (из Доклада 18) с высотой 98 см. Зеркала были новые (около 1 месяц после установки в концентратор) и чистые (я мыл их перед каждым днем измерений). Концентратор имел фокусное расстояние 110 см, зайчик имел высоту 14-20 см. Коллектор был старый (с активной высотой 17,5 см), но с новой пленкой 15 и новой черной перекраской труб и стекловаты

Далее мои замеры мощности системы с этими стеклянными зеркалами:

Дата

Время пика

Сила солнца (по люксометру)

Температу ра воды в коллекторе

Темпе-ратура воздуха улицы

Мощ-ность 1 кв. м зеркала

Эта мощно сть на еди ницу силы солнца

30.05.13

12.29-13.11

86

+ 78

+ 29

588

6,84 Вт

9.06.13

12.36-13.10

88

+ 77

+ 29

598

6,80 Вт

11.06.13

12.29-12.44

89

+ 70

+ 28

608

6,83 Вт

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 29)

13) Приложение 2: Стоимость тепла с учетом погодных форс-мажоров и разнообразных аварий (Окончание):

Пленочные СТС: Сценарий № 3 (все зеркала, концентраторы и коллекторы есть уничтоженные, но аккумуляторы 38, будки 40, трубопроводы 39 и др. остаются). Он есть аналогичный Сценарию № 3 стеклянных СТС, но его третий столбец состоит из двух элементов:

— Первый элемент (до знака «-») – стоимость установки новых зеркал, концентраторов и коллекторов (с коэффициентом дисконтирования года сценария). Но новые концентраторы и коллекторы – есть более дешевые (на 2-10 %), поскольку они используются на меньший срок работы

— Второй элемент (после знака «-») – это экономия расходов из-за отмены операции «Коллекторы: замена труб 12» и из-за отмены замен приспособлений 10 (в рамках операций «Концентраторы: остальные 6 шт. операций»). Они с коэффициентом дисконтирования 15-го года. Но эта экономия есть только для годов 10-15

Годы аварии

Вероятн

ость аварии

Убыток в случае аварии

Статистический убыток

(USD)

Дополнительная производительность в случае аварии

Статистическая дополнительная производительн ость (МВт-час)

1-3

0,3 %

632786 – 0

1898

3894

12

4-6

0,345 %

546624 – 0

1886

7870

27

7-9

0,397 %

472195 – 0

1875

10054

40

10-12

0,456 %

407899 – 109278

1362

10854

49

13-15

0,525 %

352359 – 109278

1276

10599

56

16-18

0,603 %

304381 – 0

1835

9546

58

19-21

0,694 %

262936 – 0

1825

7902

55

22-24

0,798 %

227134 – 0

1813

5831

47

 

 

 

13 770

 

344

Таким образом, учет Сценария № 3 увеличивает стоимость кВт-час тепла пленочной СТС до 0,628 цент (= (2 788 651 + 13 770) / (446 202 + 344)). Это увеличение – есть 0,4 %

 

Пленочные СТС: Сценарий № 4 (вся СТС есть уничтоженная; плюс учет прихода Сценариев №2 и №3 в последние 3-6 год срока жизни СТС). Он есть аналогичный Сценарию № 4 стеклянных СТС, но мы не учитываем приход Сценария № 1 в последние 1-2 год жизни СТС:

Годы аварии

Вероятн

ость аварии

Экономия расходов в случае аварии

Статистический убыток

(USD)

Потеря производ ительности в случае аварии

Статистическая дополнительная производительн ость (МВт-час)

1-3

0,06 %

1 458 531

-875

389 376

-234

4-6

0,06 %

1 222 736

-734

314 814

-189

7-9

0,06 %

1 019 182

-612

251 362

-151

10-12

0,06 %

838 754

-503

197 363

-118

13-15

0,06 %

681 860

-409

151 410

-91

16-18

0,06 %

435 679

-261

112 304

-67

19-21

0,06 %

268 828

-161

79 024

-47

22-24

0,06 %

172 594

-104

50 702

-30

25-27

0,978 %

87 364

-854

26 600

-260

28-30

7,447 %

19 688

-1466

9 348

-696

 

 

 

-5 979

 

-1 883

Таким образом, учет Сценария № 3 увеличивает стоимость кВт-час тепла пленочной СТС до 0,626 цент (= (2 788 651 – 5 979) / (446 202 – 1 883)). Это увеличение – есть 0,2 %

 

14) Приложение 3: Долговечность труб 12 и расходы ликвидации их аварий

Я встречал следующие две причины аварий стальных труб 12 с тонкой стенкой (эти трубы есть установленные на моем уличном дровяном котле, который работает уже 4 года, и он имеет 120 м стальных труб с наружным диаметром 22 мм и стенкой 1 мм):

А) Стенка одной трубы прогнила (через 3,5 год работы), но:

— Я использовал трубы без защиты от коррозии. Но мы планируем защищать наши трубы 12: защита внутренней поверхности – оцинковка, защита наружной поверхности – оцинковка, два слоя заводской краски и постоянные (через 1,5-3 год) перекраски

— Эта труба гнила через наружную поверхность

— Эта труба стояла в месте, где температура достигает 400-600 град (температура в наших коллекторах – 130-140 град, и наша среда есть менее агрессивная, чем огонь моего котла)

— Авария этой трубы – есть следствие брака ее изготовления: она имела очень тонкую стенку (я пробивал ее отверткой) по своей оси на участке шириной 20-50 % своего диаметра

Б) Три моих трубы получили аварии из-за гидравлических испытаний давлением 2-3,5 бар: их сварной шов разомкнулся (я использовал электросварные прямошовные трубы согласно советским стандартам 10704, 10705). Методы уменьшения этих аварий: более прочный сварной шов, двойной сварной шов, гидравлические испытания труб (на заводе или после покупки), увеличение толщины стенки

 

Доклад 12 (он описывает наш тип коллекторов) предлагал отказ от ремонта труб 12; он предлагал отключать аварийный ряд труб от воды (они будут отключенные до операции замены труб 12 или до окончания работы СТС). Но этот метод имеет экономическую целесообразность только на коротких рядах коллекторов (до 10-30 секций). Мы используем длинные ряды коллекторов (90 секций), и поэтому экономическая целесообразность предлагает ремонт труб 12 (и их соединений)

Доклад 12 предлагает использовать участки труб длиной 6-18 м и соединять их черными резиновыми шлангами. Мои эксперименты подтвердили хорошее качество этого соединения, особенно если шланг фиксируется на окончании трубы через два стальных хомута. Мы заменяем аварийный участок трубы 12 через последовательность следующих операций:

А) Два человека приносят новую трубу (с шлангами на обоих ее краях) от домика СТС

Б) Нижний край пленки 15 снимается, и старая труба удаляется из коллектора (вместе со старыми шлангами на обоих краях)

В) Новая труба устанавливается в коллектор, и ее шланги соединяются с соседними трубами

Г) Нижний край пленки 15 может быть закреплен позже, когда ветер полностью высушит стекловату 14 (обычно она есть мокрая из-за утечки воды во время аварии)

Расходы замены одной аварийной трубы (длиной 12 м) – около 22 USD:

— 12-16 USD зарплат за 60-80 человеко-минут

— 8 USD за новую трубу и два шланга с хомутами

— до 1 USD электроэнергии для компенсации воды, которая была потерянная из-за аварии (до 20 т)

Ожидаемая вероятность аварии одной трубы длиной 12 м (за 15 год работы) – 5 %. Таким образом, СТС будет иметь 595 шт. аварий за 15 год, которые потребуют расходов 13 090 USD. Это 873 USD расходов в год (321 USD материалов и электроэнергии, плюс 46 человеко-часов). Очевидно, эти расходы будут меньше в первые годы новых труб, но они будут больше в последние годы старых труб

Если эти расходы окажутся больше, возникает экономический смысл делать операцию плановой замены труб 12 (на всей СТС) чаще, чем через 15 год; например, через 10 год или через 7,5 год

Расходы ликвидации аварий труб 12 уменьшаются, если мы используем более короткие участки труб (например, 6 м). Кроме того, эти расходы уменьшаются через традиционные методы уменьшения вероятности аварий: увеличение толщины стенки, увеличение качества защиты поверхности труб, улучшение марки стали, увеличение качества сварного шва труб, уменьшение давления воды. Кроме этого, мы можем упростить технологию замены труб (например, их крепление в коллекторе или соединение с соседними трубами). Помимо этого, мы можем изменить тактику и стратегию ликвидации аварий, например, запасы новых труб могут располагаться в 4-10 точках на поле СТС; другой пример – мы можем ждать 2-3 аварий, чтобы начать их ликвидацию (цена потери воды может оказаться меньше, чем экономия времени)

 

Кроме этого, наша СТС будет иметь расходы, которые есть связанные с авариями соединений труб 12 (хотя я не встретил этого в своих экспериментах): резиновые шланги могут давать течи, стальные хомуты могут ржаветь и ломаться, шланги могут уйти с труб (ликвидация протеканий соединения шлангов с трубами уже учтена в «эксплуатационных расходах и была описана в Докладе 12). Ликвидация одной аварии (замена одного шланга с 2-4 шт. хомутов) требует 15-25 человеко-минут и 0,5 USD стоимости материалов (и электроэнергии для компенсации потерь воды). Если мы используем трубы длиной 12 м, и вероятность аварии одного соединения – есть 8 % за 15 год работы, СТС будет иметь 950 шт. аварий за 15 год, которые потребуют 4275 USD расходов. Это 285 USD расходов в год (33 USD материалов и электроэнергии, плюс 21 человеко-часов): эти расходы будут меньше в первые годы работы труб, но они будут больше в последние годы

Если эти расходы окажутся больше, то мы используем более длинные трубы (например, увеличение их длины до 18 м уменьшает эти расходы в 1,5 раз) или увеличиваем надежность соединений:

— более дорогие шланги и хомуты (например, советские шланги с диаметром более 32 мм дают впечатление массивности и долговечности)

— защита шлангов от солнца и / или температуры (например, мы можем оборачивать шланги алюминиевой фольгой, хотя это даст до 1 % потери производительности СТС)

— уменьшение изгибов шлангов и др.

(ПРОДОЛЖЕНИЕ    СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 28)

13) Приложение 2: Стоимость тепла с учетом погодных форс-мажоров и разнообразных аварий (Продолжение):

Стеклянные СТС: Сценарий № 4 (вся СТС есть уничтоженная). Последствия этого сценария: закрытие СТС и ее утилизация. Причины этого сценария:

— Торнадо

— (около гор) Снежная лавина, селевой поток, камнепад

— (на берегу океана) Цунами

Вероятность этого сценария – 0,02 % в год (0,6 % за всю жизнь СТС). Кроме этого, мы учитываем в (Сценарии № 4), следующие события, которые рекомендуют закрытие СТС:

— Приход Сценария № 1 после 27-го года

— Приход Сценария № 2 после 27-го года

— Приход Сценария № 3 после 24-го года

Таблица учета убытков этого сценария (через Приложение 1):

— Ее первый столбец – это тройки годов жизни нашей СТС

— Ее второй столбец – это вероятность закрытия Станции из-за Сценариев №№ 1-4

— Третий столбец – это экономия эксплуатационных расходов СТС, которые должны быть от момента аварии до окончания 30-летнего срока жизни СТС. Это остаток (после года закрытия СТС) столбца «Дисконтированные расходы» второй таблицы из Приложения 1, но без «Прибыли утилизации»

— Четвертый столбец – это статистический убыток: произведение второго и третьего столбцов, но со знаком «-», поскольку это есть экономия (а не убыток)

— Пятый столбец – это МВт-час тепла, которое должно быть сделано СТС от момента аварии до окончания ее 30-летнего срока жизни. Это остаток (после года закрытия СТС) столбца «Дисконтированная производительность» второй таблицы из Приложения 1

— Шестой столбец – это статистическая дополнительная производительность: произведение второго и пятого столбцов, но со знаком «-», поскольку это есть потеря

Годы аварии

Вероятн

ость аварии

Экономия расходов в случае аварии

Статистический убыток

(USD)

Потеря производ ительности в случае аварии

Статистическая дополнительная производительн ость (МВт-час)

1-3

0,06 %

846 996

-508

346 373

-208

4-6

0,06 %

709 744

-426

273 996

-164

7-9

0,06 %

591 324

-355

214 151

-128

10-12

0,06 %

488 583

-293

164 737

-99

13-15

0,06 %

398 828

-239

123 916

-74

16-18

0,06 %

225 426

-135

90 193

-54

19-21

0,06 %

160 847

-97

62 335

-37

22-24

0,06 %

104 833

-63

39 321

-24

25-27

0,978 %

56 058

-548

20 309

-199

28-30

8,337 %

20 024

-1669

7 056

-588

 

 

 

-4 333

 

-1 575

Таким образом, учет Сценария № 4 увеличивает стоимость кВт-час тепла стеклянной СТС до 0,613 цент (= (2 464 875 – 4 333) / (402 927 – 1 575)). Это увеличение – есть 0,2 %

 

Пленочные СТС: Сценарий № 1 (все зеркала уничтожены, но листы 4 остаются в работе). Последствия этого сценария: необходимость замены всех пленочных зеркал нашей СТС. Причины этого сценария:

— Средний град (мелкий град не уничтожит зеркала; крупный град уничтожит листы 4 тоже (это сценарий №2))

— Песчаная буря: она может удалить отражающий алюминиевый слой на внешней поверхности зеркала

Учет Сценария № 1 для пленочных СТС есть отличный от его учета для стеклянных СТС: мы анализируем 30-месячный срок жизни пленочного зеркала (а не 30-летний срок жизни СТС). Следующая таблица делает это учет:

— Ее первый столбец – это тройки месяцев жизни пленочного зеркала

— Второй столбец – это остаток стоимости всех пленочных зеркал СТС в середине «тройки месяцев». Мы думаем, что это остаток уменьшается равномерно со скоростью 4873 USD в месяц. Это есть «убыток СТС», если зеркала будут уничтоженные в этой «тройке месяцев»

— Третий столбец – это дополнительное тепло, которое будет произведено СТС, если зеркала (которые будут уничтожены) будут заменены на новые. Это результат для скорости потери КПД зеркал – 5 % в год. Причина дополнительного тепла: замена зеркала раньше, чем 30-месячный срок увеличивает среднее КПД зеркал по 30-летнему сроку жизни СТС

— Последняя строка – это средние значения второго и третьего столбцов. Эти значения будут использоваться дальше

Месяцы

Остаток стоимости

зеркал СТС (USD)

Доп. тепло (МВт-час)

1-3

138 881

431

4-6

124 262

776

7-9

109 643

1005

10-12

95 024

1149

13-15

80 405

1197

16-18

65 786

1149

19-21

51 167

1005

22-24

36 548

776

25-27

21 929

431

28-30

7 310

0

среднее

73 096 USD

792 МВт-час

Таким образом:

— Статистическое уничтожение зеркал СТС (без дисконтирования) – это 73 096 USD убытков, но 792 МВт-час дополнительной производительности СТС

— Если вероятность Сценария № 1 – это 8 % в год, статистическое ожидание убытков (без дисконтирования) – это 5 848 USD (в год), но минус 63,4 МВт-час дополнительной производительности (в год)

— Дисконтирование (по 30 годам жизни СТС): статистический убыток – 89 921 USD, статистическая дополнительная производительность – 975 МВт-час

— учет Сценария № 1 увеличивает стоимость кВт-час тепла пленочной СТС до 0,644 цент (= (2 788 651 + 89 921) / (446 202 + 975)). Это увеличение – есть 3,0 %

Это есть результат для следующих условий: ставка дисконтирования – есть 5 %, вероятность уничтожения зеркал – есть 8 % в год, скорость уменьшения КПД зеркал – есть 5 % в год. Влияние Сценария № 1 на стоимость тепла будет меньше, если: вероятность града – меньше, скорость уменьшения КПД зеркал – больше, стоимость зеркал (изготовления и замена) – меньше

 

Пленочные СТС: Сценарий № 2 (все зеркала и листы 4 есть уничтоженные, но рычаги 7 концентраторов остаются в работе). Он есть аналогичный Сценарию № 2 стеклянных СТС, но:

— Его вероятность есть больше (0,6 % в год с ее увеличением в 1,05 раз каждый год) из-за менее прочной конструкции пленочных концентраторов и из-за использования Сценария № 2 для защиты СТС от Сценария № 3 (Уничтожение листов 4 уменьшает вероятность Сценария № 3).

— Его убытки оказываются в несколько раз меньше из-за низкой стоимости пленочных зеркал и из-за небольшой толщины листов 4:

— Третий столбец таблицы – стоимость (с коэффициентом дисконтирования года сценария) установки новых зеркал и новых щитов (листов 4 с планками 5), но новые щиты – есть более дешевые (на 2-10 %), поскольку они используются на меньший срок работы

Годыаварии

Вероятн

ость аварии

 

Убыток в случае аварии

Статистический убыток

(USD)

Дополнительная производительность в случае аварии

Статистическая дополнительная производительность (МВт-час)

1-3

1,8 %

262 532

4726

3894

70

4-6

2,07 %

226 785

4694

7870

163

7-9

2,381 %

195 905

4664

10054

239

10-12

2,738 %

169 230

4634

10854

297

13-15

3,148 %

146 188

4602

10599

334

16-18

3,620 %

126 282

4571

9546

346

19-21

4,164 %

109 087

4542

7902

329

22-24

4,788 %

94 234

4512

5831

279

25-27

5,506 %

81 403

4482

3458

190

 

 

 

41 427

 

2 247

Таким образом, учет Сценария № 2 увеличивает стоимость кВт-час тепла пленочной СТС до 0,631 цент (= (2 788 651 + 41 427) / (446 202 + 2 247)). Это увеличение – есть 1,0 %

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 27)

13) Приложение 2: Стоимость тепла с учетом погодных форс-мажоров и разнообразных аварий (Начало):

Убытки от разнообразных аварий уже были учтены ранее:

— Стоимость ремонта учитывается в «эксплуатационных расходах» (в обслуживании насосов, трубопроводов и др.)

— Потери воды из-за аварий учитываются в расходах электроэнергии скважин (которые компенсируют эти потери)

— Простои (станции, блока,  ячейки) учитываются в «потере производительности СТС» (пп.13, 18 Приложения 4)

— Зеркала и концентраторы не ремонтируются. Они теряются, и это учтено в «эксплуатационных расходах» и «потере производительности СТС»:

Наиболее частые аварии нашей СТС:

А) Перегрев коллекторов. Его последствия: уменьшение КПД на 10-40 % (пленка 15 растягивается, получает дырки, мутнеет; краска труб 12 уменьшает коэффициент поглощения радиации), необходимость операции «Коллекторы: замена пленки 15 и перекраска труб 12 и стекловаты 14». Этот перегрев:

— Он может случиться на всей СТС из-за аварий электроснабжения или ошибок не-включения  насосов 43

— На всех коллекторах энергетического блока из-за аварии трубопровода 39

— На всех коллекторах ячейки из-за аварий насоса 43, аккумулятора 38, труб будки 40

— В отдельных рядах из-за замерзаний и аварий трубопроводов 41-42, аварий труб 12 и, возможно, кипений воды в трубах 12

Б) Аварии труб 12 и их соединений

В) Аварии аккумуляторов 38 (например, повреждение их пленок)

Г) Поломки насосов 43-44

Д) Замерзания трубопроводов 41-42 и труб будки 40

Е) Поломки насосов 45 и последствия этого (замерзания трубопроводов)

 

Раньше я не учитывал «погодные форс-мажоры» (это уничтожение всех зеркал, всех концентраторов и др. деталей из-за града, урагана и др. погодных явлений), поскольку обычно они не учитываются в стоимости тепла. Обычно они учитываются в рисках, ставке дисконтирования, норме прибыли и др. Но дальше я делаю учет «погодных форс-мажоров» именно в стоимости тепла

Учет «погодных форс-мажоров» (в стоимости тепла) – это добавление следующих двух результатов (каждого из четырех Сценариев) к результатам метода дисконтирования из Приложения 1:

— Статистический убыток (в USD): он добавляется к столбцу «Дисконтированные расходы»

— Статистическая дополнительная производительность СТС (в МВт-час): она добавляется к столбцу «Дисконтированная производительность»

 

Стеклянные СТС: Сценарий № 1 (все зеркала уничтожены, но листы 4 остаются в работе). Причина этого сценария: плотный средний град (крупный град уничтожит листы 4 тоже (это есть иной сценарий); мелкий град не повредит зеркала; неплотный град только уменьшит КПД зеркал из-за их трещин и потерь небольшой доли их участков). Последствия сценария: необходимость замены всех стеклянных зеркал нашей СТС, но экономический смысл рекомендует остановить эксплуатацию СТС, если сценарий пришел после 27-го года. Вероятность сценария – 1 % в год; это есть норма, и мы достигаем ее через наш выбор толщины зеркал (и прочности их стекла) на базе особенностей града на территории СТС. Увеличение толщины стекла на 1 мм – это увеличение стоимости СТС на 54 тыс. USD (и увеличение стоимости тепла на 2,3 %). Следующая таблица учитывает убытки этого сценария через метод дисконтирования (Приложение 1):

— Ее первый столбец – это тройки годов жизни нашей СТС (Вероятность сценария – есть 3 % для каждой тройки годов). Но мы учитываем только первые 27 годов (последние 3 года учитываются в сценарии № 4)

— Первый элемент второго столбца (до знака «-») – стоимость новых зеркал минус прибыль утилизации старых зеркал (все с коэффициентом дисконтирования года сценария). Кроме того, эта стоимость уменьшается на 0,5 % в год согласно скорости потерь наших концентраторов

— Второй элемент второго столбца (после знака «-») – это остаток цены зеркал (с коэффициентом дисконтирования 31-го года) после окончания работы СТС: эти зеркала могут использоваться в новой СТС, но их цена будет очень низкая. Мы думаем, что каждый год работы стеклянного зеркала (в концентраторах) забирает 15 % его цены; но эта цена останавливает свое уменьшение после 21 год работы, когда ее остаток опускается до прибыли утилизации зеркала

— Третий столбец – это статистический убыток: это второй столбец умножается на 3% вероятности

— Четвертый столбец – это дополнительная производительность СТС (с учетом коэффициентов дисконтирования всех годов после года сценария) из-за высокого КПД новых зеркал (по сравнению с низким КПД старых зеркал, которые продолжали бы работу, если бы не град)

— Пятый столбец – это статистическая дополнительная производительность: это четвертый столбец умножается на 3 % вероятности

Годы

аварии

Убыток в случае аварии

Статистический убыток

(USD)

Дополнительная производительность в случае аварии

Статистическая дополнительная производительность (МВт-час)

1-3

522371 – 4086

15 549

6927

208

4-6

444542 – 4025

13 216

13424

403

7-9

378309 – 4940

11 349

16490

495

10-12

321944 – 7919

9 658

17133

514

13-15

273977 – 12692

7 839

16109

483

16-18

233157 – 20335

6 385

14070

422

19-21

198419 – 32572

4 975

11283

338

22-24

168856 – 52159

3 501

8061

242

25-27

143698 – 83500

1 806

4630

139

 

 

74 278

 

3 244

Таким образом, учет Сценария № 1 увеличивает стоимость кВт-час тепла стеклянной СТС до 0,625 цент (= (2 464 875 + 74 278) / (402 927 + 3 244)). Это увеличение – есть 2,1 %

 

Стеклянные СТС: Сценарий № 2 (все зеркала и листы 4 есть уничтоженные, но рычаги 7 концентраторов остаются в работе). Причины этого сценария:

— Очень крупный град: он уничтожает пенополистирол листов 4

— Ураган: он ломает планки или отрывает листы 4 от планок 5

— Аномальный ледяной дождь: его вес ломает планки 5

Последствия этого сценария: необходимость замены всех щитов (это листы 4 с планками 5) и необходимость замены всех зеркал. Но экономический смысл рекомендует остановить эксплуатацию СТС, если сценарий пришел после 27-го года

Вероятность сценария – 0,4 % в год, но каждый год увеличивает эту вероятность в 1,05 раз из-за старения деталей. Эта вероятность – есть норма, и мы достигаем ее через наш выбор размеров деталей концентратора на базе особенностей погоды на территории СТС:

— Увеличение толщины листов 4 на 1 см – это увеличение стоимости СТС на 18 тыс. USD (и увеличение стоимости тепла на 0,8 %). Переход (с пенополистирольных листов 4) на листы 4 из оцинкованной стали толщиной 0,3-0,4 мм – это увеличение стоимости СТС на 136 тыс. USD (Это увеличивает стоимость тепла на 5,7 %). Но стальные листы 4 уменьшают вероятность Сценария № 2 в несколько раз, и это уменьшает стоимость тепла на 1-1,5 % (но это увеличивает вероятность Сценария № 3),

— Увеличение сечения планок 5 (с 20х30 и 20х40) до 25х35 и 25х45 – это увеличение стоимости СТС на 10 тыс. USD (и увеличение стоимости тепла на 0,42 %)

— Увеличение стоимости клея для соединения листов 4 с планками 5 (или использование иного метода крепления листов 4 к планкам 5) в 2 раза – это увеличение стоимости СТС на 4,5 тыс. USD (и увеличение стоимости тепла на 0,19 %)

Таблица учета убытков этого сценария (через Приложение 1):

— Ее первый столбец – это тройки годов по первым 27 год жизни нашей СТС  (последние 3 года учитываются в сценарии № 4)

— Ее второй столбец – это вероятность прихода Сценария по тройкам лет. Первая тройка имеет вероятность 1,2 %, но она увеличивается в 1,15 раз каждые три года

— Первый элемент третьего столбца (до знака «+») – стоимость установки новых щитов (листов 4 с планками 5) с коэффициентом дисконтирования года сценария. Но новые щиты – есть более дешевые (на 2-10 %), поскольку они используются на меньший срок работы

— Второй элемент третьего столбца (после знака «+») – стоимость новых зеркал (с коэффициентом дисконтирования года сценария)

— Третий элемент третьего столбца (после знака «-») – это остаток цены зеркал (с коэффициентом дисконтирования 31-го года) после окончания работы СТС. Каждый год уменьшает этот остаток на 15 % (до 21-го года работы)

— Четвертый столбец – это статистический убыток: это произведение второго и третьего столбцов

— Пятый столбец – это дополнительная производительность СТС (с учетом коэффициентов дисконтирования всех годов после года сценария) из-за высокого КПД новых зеркал и из-за восстановления всех концентраторов

— Шестой столбец – это статистическая дополнительная производительность: это произведение второго и пятого столбцов

Годыаварии

Вероятн

ость аварии

Убыток в случае аварии

Статистический убыток

(USD)

Дополнительная произ водительность в случае аварии

Статистическая дополнительная производител ьность (МВт-час)

1-3

1,2 %

124888 + 544539 – 4107

7984

10391

125

4-6

1,38 %

107883 + 470393 – 4107

7924

19726

272

7-9

1,587 %

93193 + 406343 – 5119

7846

24199

384

10-12

1,825 %

80504 + 351015 – 8336

7723

25040

457

13-15

2,099 %

69542 + 303220 – 13574

7539

23420

492

16-18

2,414 %

60073 + 261933 – 22103

7240

20203

488

19-21

2,776 %

51894 + 226267 – 35991

6723

16082

446

22-24

3,192 %

44828 + 195458 – 58606

5799

11403

364

25-27

3,671 %

38724 + 168844 – 95429

4117

6519

239

 

 

 

62 895

 

3 267

Таким образом, учет Сценария № 2 увеличивает стоимость кВт-час тепла стеклянной СТС до 0,622 цент (= (2 464 875 + 62 895) / (402 927 + 3 267)). Это увеличение – есть 1,7 %

 

Стеклянные СТС: Сценарий № 3 (все зеркала, концентраторы и коллекторы есть уничтоженные, но аккумуляторы 38, будки 40, трубопроводы 39 и др. остаются). Причины этого сценария:

— Большой ураган. Хотя Сценарий №2 частично защищает СТС от этого, поскольку ураган уничтожает листы 4, и это уменьшает нагрузку на рычаги 7 и др.

— Мокрая земля (оттепель, заливное поле, долгий дождь) в сочетании с бурей: мокрая земля плохо держит колы 9, 11 и нагрузка на рычаги 7 может вырвать их из земли

Последствия этого сценария: необходимость замены всех концентраторов, зеркал и коллекторов. Но экономический смысл рекомендует остановить эксплуатацию СТС, если сценарий пришел после 24-го года

Вероятность сценария – 0,1 % в год, но каждый год увеличивает эту вероятность в 1,05 раз из-за старения деталей. Эта вероятность – есть норма, и мы достигаем ее через наш выбор размеров деталей концентратора на базе особенностей погоды на территории СТС: увеличение сечения рычагов 7, приспособлений 10, планок 16-17, колов 9, 11, плюс увеличение глубины колов 9, 11 в земле

Таблица учета убытков этого сценария (через Приложение 1):

— Ее первый столбец – это тройки годов по первым 24 год жизни нашей СТС  (последние 6 годов учитываются в сценарии № 4)

— Ее второй столбец – это вероятность прихода Сценария по тройкам лет. Первая тройка имеет вероятность 0,3 %, но она увеличивается в 1,15 раз каждые три года

— Первый элемент третьего столбца (до знака «-») – стоимость установки новых зеркал, концентраторов и коллекторов (с коэффициентом дисконтирования года сценария). Но новые концентраторы и коллекторы – есть более дешевые (на 2-10 %), поскольку они используются на меньший срок работы

— Второй элемент третьего столбца (после первого знака «-») – это экономия расходов из-за отмены операции «Коллекторы: замена труб 12» и из-за отмены замен приспособлений 10 (в рамках операций «Концентраторы: остальные 6 шт. операций»). Они с коэффициентом дисконтирования 15-го года. Но эта экономия есть только для годов 10-15

— Третий элемент третьего столбца (после второго знака «-») – это остаток цены зеркал (с коэффициентом дисконтирования 31-го года) после окончания работы СТС. Каждый год уменьшает этот остаток на 15 % (до 21-го года работы)

— Четвертый столбец – это статистический убыток (произведение второго и третьего столбцов)

— Пятый столбец – это дополнительная производительность СТС (с учетом коэффициентов дисконтирования всех годов после года сценария) из-за высокого КПД новых зеркал и из-за восстановления всех концентраторов

— Шестой столбец – это статистическая дополнительная производительность (произведение второго и пятого столбцов)

Годы аварии

Вероятн

ость аварии

Убыток в случае аварии

Статистический убыток

(USD)

Дополнительная производ ительность в случае аварии

Статистическая дополнительная производительн ость (МВт-час)

1-3

0,3 %

1036930 – 0 – 4107

3098

10391

31

4-6

0,345 %

895739 – 0 – 4107

3076

19726

68

7-9

0,397 %

773773 – 0 – 5119

3052

24199

96

10-12

0,456 %

668414 – 109278 – 8336

2512

25040

114

13-15

0,525 %

577401 – 109278 – 13574

2386

23420

123

16-18

0,603 %

498781 – 0 – 22103

2874

20203

122

19-21

0,694 %

430866 – 0 – 35991

2740

16082

112

22-24

0,798 %

372198 – 0 – 58606

2502

11403

91

 

 

 

22 240

 

757

Таким образом, учет Сценария № 3 увеличивает стоимость кВт-час тепла стеклянной СТС до 0,616 цент (= (2 464 875 + 22 240) / (402 927 + 757)). Это увеличение – есть 0,7 %

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 26)

12) Приложение 1: Стоимость тепла согласно методу дисконтирования (Окончание):

Таблица расходов и производительности пленочной СТС есть аналогичная таблице стеклянной СТС, но скорость уменьшения производства тепла – есть 0,5 % в год (поскольку причина постоянного уменьшения КПД зеркал отсутствует из-за их замен)

Год

Коэффициент дисконтирования

 

Все расходы

(USD)

Дисконт.

расходы

(USD)

Производит

тельность

(МВт-час)

Дисконт.

производит.

(МВт-час)

0

1,000

1 136 488

1 136 488

1

0,952

49 764

47 375

30 648

29 177

2

0,907

49 875

45 237

30 496

27 649

3

0,864

194 462

168 015

30 344

26 202

4

0,823

50 142

41 267

30 193

24 830

5

0,784

192 957

151 278

30 043

23 530

6

0,746

50 485

37 662

29 893

22 298

7

0,711

50 692

36 042

29 744

21 130

8

0,677

191 802

129 850

29 596

20 024

9

0,645

51 204

33 027

29 449

18 976

10

0,614

190 631

117 047

29 303

17 982

11

0,585

51 887

30 354

29 157

17 041

12

0,557

52 312

29 138

29 012

16 148

13

0,530

190 180

100 795

28 868

15 303

14

0,505

53 388

26 961

28 724

14 502

15

0,481

416 913

200 535

28 581

13 742

16

0,458

50 978

23 348

28 439

13 023

17

0,436

51 142

22 298

28 297

12 341

18

0,416

185 280

77 076

28 157

11 695

19

0,396

51 517

20 401

28 016

11 083

20

0,377

184 017

69 374

27 877

10 502

21

0,359

51 971

18 658

27 738

9 953

22

0,342

52 236

17 865

27 600

9 431

23

0,326

183 164

59 711

27 463

8 938

24

0,310

52 865

16 388

27 326

8 470

25

0,295

182 241

53 761

27 190

8 026

26

0,281

53 670

15 081

27 055

7 606

27

0,268

54 158

14 514

26 921

7 208

28

0,255

182 103

46 436

26 787

6 830

29

0,243

55 363

13 453

26 653

6 428

30

0,231

56 109

12 961

26 521

6 134

31

0,220

107 934

-23 745

 

 

2 788 651

 

446 202

Таким образом, стоимость кВт-час тепла пленочных СТС (для ее базового варианта) – это 0,625 цент (= 2 788 651 USD / 446 202 тыс. кВт-час)

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 25)

12) Приложение 1: Стоимость тепла согласно методу дисконтирования (2-е продолжение):

Условия для пленочных СТС – есть аналогичные стеклянным СТС (Ставка дисконтирования – 5 % в год, момент приведения – середина 0-го года, строительство СТС – на протяжении 0-го года, работа СТС – с начала 1-го года до окончания 30-го года, утилизация СТС – на протяжении 31-го года). Я не учитывал (аналогично стеклянным СТС): инфляция, возможность работы после 30 год, технический прогресс, модернизации СТС и убытки от погодных форс-мажоров (они учитываются в Приложении 2)

Кроме того, я не учитывал возможность перехода к более совершенным зеркалам во время их замен. Это есть очень важная причина, поскольку потенциал уменьшения стоимости пленочных зеркал – 5-10 раз, потенциал увеличения их долговечности – 2-3 раз, потенциал увеличения их КПД – 8-10 %. Учет этой причины уменьшает стоимость тепла пленочных СТС на 10-25 %

Таблица эксплуатационных расходов пленочной СТС есть аналогичная таблице стеклянной СТС, но:

— Шестой столбец описывает только одну операцию – «Замена зеркал» (11 шт. замен). Стоимость замены уменьшается на 0,5 % в год (на 1,25 % на каждой замене) согласно потере концентраторов

— Расходы электроэнергии (это седьмой столбец) уменьшаются со скоростью 0,5 % в год

Год

Постоян ные

(USD)

Две опер ации в середине

(USD)

Аварии труб12

(USD)

Обслуж

ивания

(USD)

 

Замена зеркал

(USD)

Электро

энергия

(USD)

Итого все расходы

(USD)

1

26 903

 

270

6799

 

15792

49 764

2

26 903

 

324

6935

 

15713

49 875

3

26 903

 

389

7074

144 461

15635

194 462

4

26 903

 

467

7215

 

15557

50 142

5

26 903

 

560

7359

142 655

15480

192 957

6

26 903

 

672

7507

 

15403

50 485

7

26 903

 

806

7657

 

15326

50 692

8

26 903

 

967

7810

140 872

15250

191 802

9

26 903

 

1161

7966

 

15174

51 204

10

26 903

 

1393

8125

139 111

15099

190 631

11

26 903

 

1672

8288

 

15024

51 887

12

26 903

 

2006

8454

 

14949

52 312

13

26 903

 

2407

8623

137 372

14875

190 180

14

26 903

 

2889

8795

 

14801

53 388

15

26 903

141150 + 86040

3467

8971

135 655

14727

416 913

16

26 903

 

270

9151

 

14654

50 978

17

26 903

 

324

9334

 

14581

51 142

18

26 903

 

389

9520

133 960

14508

185 280

19

26 903

 

467

9711

 

14436

51 517

20

26 903

 

560

9905

132 285

14364

184 017

21

26 903

 

672

10103

 

14293

51 971

22

26 903

 

806

10305

 

14222

52 236

23

26 903

 

967

10511

130 632

14151

183 164

24

26 903

 

1161

10721

 

14080

52 865

25

26 903

 

1393

10936

128 999

14010

182 241

26

26 903

 

1672

11154

 

13941

53 670

27

26 903

 

2006

11378

 

13871

54 158

28

26 903

 

2407

11605

127 386

13802

182 103

29

26 903

 

2889

11837

 

13734

55 363

30

26 903

 

3467

12074

 

13665

56 109

(ПРОДОЛЖЕНИЕ    СЛЕДУЕТ)

Доклад 20: Очень дешевое солнечное тепло (в 5-15 раз дешевле тепла из газа и др. топлив) для разнообразных заводов (Часть 24)

12) Приложение 1: Стоимость тепла согласно методу дисконтирования (1-е продолжение):

Следующая таблица – для стеклянных СТС:

— Ее второй столбец – коэффициент дисконтирования: каждый год уменьшает его в 1,05 раз

— Ее третий столбец (Это все расходы СТС) – это последний столбец предыдущей таблицы. Плюс расходы 0-го года ($1546592) – это стоимость строительства СТС. Плюс отрицательные расходы 31-го года (-$146882) – это прибыль утилизации СТС

— Ее четвертый столбец – это произведение второго и третьего столбцов

— Ее пятый столбец – это производство тепла за год (в тыс. кВт-час). Производительность стеклянной СТС уменьшается со скоростью 1,5 % в год из-за причин пп.14-18 Приложения 4 (уменьшение КПД зеркал, потери концентраторов и др.)

— Ее шестой столбец – это произведение второго и пятого столбцов

Год

Коэффициент дисконтирования

 

Все расходы

(USD)

Дисконт.

расходы

(USD)

Производит

тельность

(МВт-час)

Дисконт.

производит.

(МВт-час)

0

1,000

1 546 592

1 546 592

1

0,952

55 774

53 097

30 648

29 177

2

0,907

55 678

50 500

30 195

27 377

3

0,864

55 599

48 038

29 749

25 688

4

0,823

55 536

45 706

29 309

24 103

5

0,784

55 495

43 508

28 876

22 616

6

0,746

55 476

41 385

28 449

21 220

7

0,711

55 482

39 448

28 029

19 912

8

0,677

55 520

37 587

27 615

18 683

9

0,645

55 592

35 857

27 207

17 531

10

0,614

55 706

34 203

26 805

16 449

11

0,585

55 865

32 681

26 408

15 434

12

0,557

56 081

31 237

26 018

14 482

13

0,530

56 363

29 872

25 634

13 589

14

0,505

56 724

28 646

25 255

12 750

15

0,481

259 646

124 890

24 882

11 964

16

0,458

54 265

24 853

24 514

11 226

17

0,436

54 263

23 659

24 152

10 533

18

0,416

54 277

22 579

23 795

9 883

19

0,396

54 307

21 506

23 443

9 274

20

0,377

54 360

20 494

23 097

8 701

21

0,359

54 434

19 542

22 755

8 165

22

0,342

54 535

18 651

22 419

7 661

23

0,326

54 667

17 821

22 088

7 188

24

0,310

54 834

16 999

21 761

6 745

25

0,295

55 042

16 237

21 440

6 329

26

0,281

55 298

15 539

21 123

5 938

27

0,268

55 610

14 903

20 811

5 572

28

0,255

55 989

14 277

20 503

5 228

29

0,243

56 445

13 716

20 200

4 906

30

0,231

56 996

13 166

19 902

4 603

31

0,220

-146 882

-32 314

 

 

2 464 875

 

402 927

Таким образом, стоимость кВт-час тепла стеклянных СТС (для ее базового варианта) – это 0,612 цент (= 2 464 875 USD / 402 927 тыс. кВт-час)

(ПРОДОЛЖЕНИЕ   СЛЕДУЕТ)