Оценка солнечного теплоснабжения в России

Оценка солнечного теплоснабжения в России.

Одной из наиболее технически подготовленных к внедрению технологий использования солнечной энергии является технология производства низкопотенциального тепла для отопления и горячего водоснабжения.

Системы солнечного теплоснабжения CCT получили достаточно широкое распространение во многих странах мира с благоприятными климатическими условиями США, Австралия, Израиль и др Их суммарная мощность в мире в 1997 г. достигла 3 000 МВт 13 . B России масштабы внедрения CCT относительно невелики, несмотря на то что к настоящему времени разработаны и подготовлены к серийному производству солнечные коллекторы, не уступающие по своим технико-экономическим показателям лучшим зарубежным аналогам 14 . Это объясняется целым рядом причин и в первую очередь отсутствием финансовых средств у потенциальных потребителей.

Кроме этого, во многих случаях важной причиной является недостаточная экономическая эффективность CCT и их неконкурентоспособность с традиционными системами теплоснабжения 13 . B России эта проблема стоит особенно остро в связи с более суровыми по сравнению со странами, внедряющими CCT климатическими условиями и относительной дешевизной органического топлива.

B ряде работ 13,15,16 приведены расчетные показатели CCT удельная выработка энергии, коэффициент замещения нагрузки для климатических условий России, однако вопросам экономической конкурентоспособности уделено недостаточное внимание.

Цель настоящей работы - оценка экономической и экологической эффективности CCT в условиях конкуренпии с традиционными энергоисточниками в широком интервале изменения наиболее важных параметров климатических условий и цен на органическое топливо.

Поскольку эффективность CCT часто весьма существенно зависит от местной специфики, сделана попытка установить лишь наиболее общие закономерности и выявить условия, при которых CCT, хотя бы в принципе, могут найти применение в настоящее время и в перспективе. Поэтому рассмотрены лучшие солнечные коллекторы максимальная тепловая эффективность и минимальная цена, варианты тепловой схемы с минимальными потерями, а также перспективные на период до 2010 г. цены на органическое топливо.

Основной энергетической характеристикой солнечного коллектора является его КПД, равный отношению вырабатываемой полезной энергии к приходящей на его поверхность энергии солнечного излучения 17 где FR - коэффициент отвода тепла из коллектора - поглощательная способность пластины коллектора - пропускная способность прозрачных покрытий UL - полный коэффициент тепловых потерь коллектора, Вт м2 0C T1 температура жидкости на входе в коллектор, 0C Ta - температура окружающей среды, 0C I - плотность потока суммарной солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт м2 .показывает, что удельная теплопроизводительность q для лучшего коллектора находится в интервале 650 900 кВт ч м2 в год Санкт-Петербург - Сочи Якутск - юг Забайкалья и зависит в основном от годового прихода солнечной радиации в данной местности на горизонтальную поверхность Q и в меньшей степени - от распределения интенсивности радиации и температуры воздуха по месяцам, которые обусловливают лишь небольшой разброс точек относительно аппроксимирующих зависимостей q Q . B дальнейших расчетах применялась зависимость для лучшего коллектора тип 2 . Следует отметить, что полученные значения q примерно на 20 превышают теплопроизводительность 15 , определенную с учетом потерь CCT из-за неполного использования тепла.

Основной экономической характеристикой CCT, как и любого энергоисточника, является стоимость вырабатываемой энергии отношение суммарных дисконтированных затрат к суммарному дисконтированному отпуску энергии 18 , где k - удельные капиталовложения, дол м2 - коэффициент дисконтирования - отношение годовых эксплуатационных затрат к капиталовложению TL - срок службы.

Стоимость энергии представляет собой минимальную цену энергии CCT, при которой проект окупается к концу срока службы TL, который составляет 10-15 лет. Такой срок окупаемости достаточно велик, особенно для частного инвестора.

Следует отметить, что поскольку CCT вырабатывает энергию существенно неравномерно во времени, то для надежного и бесперебойного энергоснабжения потребителя практически всегда должны применяться дублирующие энергоисточники, например, на органическом топливе.

Поэтому при сопоставлении конкурирующих вариантов система теплоснабжения с использованием солнечной энергии и без нее стоимость вырабатываемой энергии нужно сравнивать с топливной составляющей Sf стоимости энергии энергоисточника на органическом топливе, т.е. критерий экономической эффективности CCT имеет следующий вид S Sp Анализ удельной стоимости разрабатываемых и производимых в настоящее время коллекторов 13 показывает, что для зарубежных изделий она находится в интервале 290 500, а отечественных - 100 250 дол м2 . Для всей системы солнечного теплоснабжения с учетом затрат в другие ее элементы - трубопроводы, насосы, теплоноситель, теплообменники, бак-аккумулятор удельные капиталовложения, приведенные к единице площади коллектора, увеличиваются, как правило, в 1,5-2раза. Принимая достаточно оптимистическую оценку стоимости CCT k l50 дол м2 , а также долю эксплуатационных затрат д 0,05, коэффициент дисконтирования у 0,07 1 год для перспективных условий, предполагающих экономическую стабилизацию и доступность финансовых средств для инвестирования проекта, можно определить стоимость тепловой энергии CCT, которая для климатических условий России при сроке окупаемости проекта T0 3-15 лет находится в диапазоне S 2,6 9,8 цент кВт ч. При сопоставлении стоимости энергии S с топливной составляющей стоимости энергии альтернативных энергоисточников SF нецелесообразно пользоваться фактическими российскими данными по стоимости топлива вследствие их недостаточной стабильности в настоящее время.

Более надежной и объективной их оценкой являются значения, полученные на основе оптимизации перспективных топливно-энергетических балансов страны для различных сценариев развития энергетики.

B настоящей работе использован широкий интервал изменения цен от цен самофинансирования до мировых по регионам России для периода 2006- 2010гг. 19 . Достаточно распространенный способ учета экологического эффекта НВИЭ - включение в стоимость энергии, производимой альтернативным энергоисточником на органическом топливе, составляющих, учитывающих ее внешнюю стоимость ущерб, наносимый окружающей среде, здоровью людей, отраслям экономики и т.п Получаемые таким образом оценки, лежат, как правило, в очень широком интервале, что затрудняет получение на их основе конкретных выводов.

Другой способ - учет затрат, требуемых для обеспечения определенного уровня выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Расчеты, выполненные с применением десятирегиональной модели мировой энергетической системы GEM-IOR 14 , показывают, что для стабилизации выбросов тепличных газов на уровне 1990 г. необходимы дополнительные затраты, которые в 2025 г. изменятся в зависимости от сценариев внешних условий развития энергетики от 60 до 200 дол т углерода, выбрасываемого в окружающую среду в виде CO2. Ориентируясь на эти значения, можно приближенно оценить изменение эффективности CCT при введении соответствующего налога на органическое топливо для стабилизации выбросотепличных газов.

B таблице представлены результаты сопоставления стоимости тепловой энергии, вырабатываемой CCT, срок окупаемости 3-15 лет в пяти регионах России для последних трех рассмотрена только их южна часть и конкурирующими энергоисточниками - мелкими и средними котельными или индивидуальными отопительными установками на угле, газе или мазуте, а также системами электроотопления электроэнергию вырабатывает крупная ТЭС на угле. Цены на топливо 19 увеличены на 20 для учета затрат на внутрирегиональный транспорт.

Интервал стоимости тепловой энергии определен без учета налога на выбросы, кроме этого установлен минимальный налог на эмиссию двуокиси углерода, при котором CCT становятся конкурентоспособными.

B таблице представлены результаты сопоставления стоимости тепловой энергии, вырабатываемой CCT, срок окупаемости 3-15 лет в пяти регионах России для последних трех рассмотрена только их южная часть и конкурирующими энергоисточниками - мелкими и средними котельными или индивидуальными отопительными установками на угле, газе или мазуте, а также системами электроотопления электроэнергию вырабатывает крупная ТЭС на угле. Цены на топливо 19 увеличены на 20 для учета затрат на внутрирегиональный транспорт.

Интервал стоимости тепловой энергии определен без учета налога на выбросы, кроме этого установлен минимальный налог на эмиссию двуокиси углерода, при котором CCT становятся конкурентоспособными.

Регион Q. МВт ч м2 S, цент кВт ч Энергоноситель Стоимость топлива, дол т у.т. Кпд, SF цент кВт ч Минимальный налог, дол т С Центр и Северо-Запад 1,0 1,2 3,3 9,8 Уголь 58 84 60 70 1,0 1,7 89 Мазут 61 120 60 70 1,1 2,5 69 Газ 66 120 60 75 1,1 2,5 92 Электрическая - 34 36 2,0 3,O 8 энергия Северный Кавказ и Нижнее Поволжье 1,2 1,4 2,6 8,8 Уголь 49 92 60 70 0,9 .1,9 40 Мазут 55 127 60 70 1,0 .2,8 0 Газ 60 127 60 75 1,0 2,6 0 Электрическая - 34 36 1,7 .3,3 0 энергия Урал и Западная Сибирь 1,0 1,2 3,3 9,8 Уголь 22 67 60 70 0,4 1,4 109 Мазут 48 106 60 70 0,8 2,2 92 Газ 53. 106 60 75 0,9 2,2 125 Электрическая - 34 36 0,8 2,4 28 энергия Восточная Сибирь 1,4 1,4 2,6 9,8 Уголь 19 .42 60 70 0,3 0,9 98 Мазут 67 .96 60 70 1,2 2,0 51 Газ 72 96 60 75 1,2 2,0 69 Электрическая - 34 .36 0,6 1,5 34 энергия Дальний Восток 1,0 1,4 2,6 9,8 Уголь 66 79 60 70 1,2 1,6 55 Мазут 115. 168 60 70 2,0 3,4 0 Газ 120 .168 60 75 2,0 3,4 0 Электрическая - 34 36 2,3 2,9 0 энергия 5.2.