Солнечная энергетика (стр. 5 из 8)

5.1. 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 F_R— коэффициент отвода тепла из коллектора;

- поглощательная способность пластины коллектора; - пропускная способность прозрачных покрытий; U_L- полный коэффициент тепловых потерь коллектора, Вт/(м²•⁰C); T₁, - температура жидкости на входе в коллектор, ⁰C; T_a- температура окружающей среды, ⁰C; I - плотность потока суммарной солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м² .показывает, что удельная теплопроизводительность qдля 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 солнечнойрадиации в данной местности на горизонтальную поверхность Qи 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 qпримерно 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; T_L- срок службы.

Стоимость энергии представляет собой минимальную цену энергии CCT, при которой проект окупается к концу срока службы T_L, 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 Sfстоимости 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 δ = 0,05, коэффициент дисконтирования σ = 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.