Экономическая целесообразность сооружения гелиоустановок

В. А. Бутузов, доктор техн. наук, генеральный директор ОАО «Южгеотепло»

Е. В. Брянцева, главный специалист ОАО «Южгеотепло»

В. В. Бутузов, главный специалист ОАО «Южгеотепло»

И. С. Гнатюк, старший инженер ООО «Энерготехнологии»

Приведем пример, как в отдельных странах стимулируется развитие солнечных установок теплоснабжения (гелиоустановок). В Израиле, Испании, на Кипре вновь строящиеся объекты по соответствующим законам должны обязательно оборудоваться гелиоустановками. Италия, Испания и Бразилия применяют государственное субсидирование их стоимости (до 55%). Для США, Израиля, Китая характерно субсидирование производителей солнечных коллекторов (СК), льготные банковские кредиты на сооружение гелиоустановок. В Германии и США применяют тарифные дотации при эксплуатации гелиоустановок.

В России в настоящее время отсутствует федеральный закон об использовании ВИЭ, а законодательство по отдельным видам ВИЭ находится в стадии формирования.

При фактическом отсутствии государственной поддержки, относительно низких стоимостях тепловой энергии, высокой стоимости оборудования в южных регионах России реализовано несколько крупных проектов гелиоустановок. Например, в Краснодарском крае построены гелиоустановка районной больницы площадью 600 м² в г. Усть-Лабинске [1] и геотермально-солнечная система теплоснабжения в пос. Розовый [2]. Строится гелиоустановка котельной площадью 4400 м² в г. Нариманове Астраханской области.

Сооружению крупных гелиоустановок предшествуют расчеты экономической окупаемости. Многолетний опыт сооружения гелиоустановок в Краснодарском крае [1] (более 100 шт. общей площадью 7000 м²) показал, что в общем случае при определенных упрощениях срок экономической окупаемости можно рассчитывать по формуле:

(1)

где T – срок экономической окупаемости, лет;
K_p – удельная стоимость гелиоустановки, руб/м²;
K_o – коэффициент эксплуатационных затрат;
SS_p – суммарная интенсивность солнечной радиации в плоскости СК, кВт•ч/год;
h_Г – коэффициент полезного действия гелиоустановки;
K_э – поправочный коэффициент режимов работы;
С_Т – стоимость замещаемой тепловой энергии (тариф), руб./кВт•ч;
K_И – прогнозный коэффициент роста тарифа.

Удельная стоимость гелиоустановок К_р площадью свыше 50 м², как правило, вдвое превышает удельную стоимость солнечных коллекторов (СК). На рис. 1 представлена типовая структура сметной стоимости гелиоустановки для условий Краснодарского края. Сопоставление этой структуры с аналогичной для климатических условий Германии [3] не выявило существенных различий.

Рисунок 1. Структура сметной стоимости гелиоустановок в России

При стоимости СК на российском рынке от 5000 руб./м² (китайское производство) до 25000 руб./м² (производство Германии) удельная стоимость гелиоустановок составляет от 10000 до 50000 руб./м². Для гелиоустановок малой площади (до 50 м²), как правило, доля СК в общей сметной стоимости существенно меньше.

Коэффициент эксплуатационных затрат K_o определяется стоимостью электрической энергии на привод насосов и сервисным обслуживанием. Опыт эксплуатации гелиоустановок показал незначительность этих затрат (1–2% сметной стоимости), что позволяет пренебречь этим коэффициентом в дальнейших расчетах.

Суммарная интенсивность солнечной радиации в плоскости СК SS_P определяется по известным методикам [1] на основе данных климатических справочников или компьютерных баз данных.

Поправочный коэффициент режимов работы K_Э учитывает нецелесообразность работы гелиоустановок при низких значениях интенсивности солнечной радиации в утренние и вечерние часы, когда автоматика отключает циркуляцию теплоносителя через СК. Данный коэффициент оценивается в 10–15%. С учетом аналогичной погрешности при обработке значений интенсивности солнечной радиации этим коэффициентом можно пренебречь.

Стоимость замещаемой гелиоустановкой тепловой энергии С_Т изменяется в широком диапазоне. Ее значение минимально при использовании природного газа и максимально при замещении электрической энергии.

Значение КПД гелиоустановки h_Г определяется эффективностью применяемой конструкции СК и лежит, как правило, в интервале от 60 до 75%.

С учетом вышеизложенного формулу (1) можно упростить:

(2)

На основе формулы (2) построим графики для предварительного определения сроков окупаемости гелиоустановок (рис. 2).

Рисунок 2 (подробнее) График окупаемости гелиоустановок

Анализируя рис. 2, мы можем видеть, что приемлемые сроки окупаемости (до 7 лет) имеют гелиоустановки южных регионов страны с удельной стоимостью до 15000 руб./м² и круглогодичным режимом работы при замещении тепловой энергии стоимостью от 2 руб./кВт•ч. Для примера рассмотрен вариант круглогодичной гелиоустановки с удельной сметной стоимостью 10000 руб/м² с интенсивностью суммарной солнечной радиации в плоскости солнечных коллекторов (СК) 1000 кВт•ч/м² с КПД гелиоустановки 70% при замещении тепловой энергии стоимостью 3 руб./кВт•ч (электроэнергия). Срок окупаемости такой гелиоустановки составляет 4,8 года.

Для гелиоустановки с более дорогими СК и удельной сметной стоимостью при остальных аналогичных параметрах срок окупаемости увеличивается до 7,1 года.

Существенно увеличивает срок окупаемости менее дорогая замещаемая тепловая энергия. При удельной сметной стоимости гелиоустановки 10000 руб./м² и стоимости замещаемой энергии 2 руб./кВт•ч (теплоноситель котельной) при остальных аналогичных параметрах срок окупаемости составит также 7,1 года.

Для сезонной гелиоустановки с вдвое меньшей интенсивностью солнечной радиации в плоскости СК (500 кВт•ч/м²) при тарифе 2 руб./кВт•ч срок окупаемости возрастет вдвое, до 14,2 года.

Аналитическая зависимость (2) и график (рис. 2) позволяют на предварительной стадии оценить экономическую целесообразность сооружения гелио­установки для любого региона России, а также выявить влияние основных параметров установки на срок окупаемости.

Литература

1. Бутузов В. Солнечное теплоснабжение в России. Проектирование, строительство, эксплуатация. Lambert Academic Publishing. Saarbrücken. Германия. JSBN 978–3-659–12579–9. 2012.
2. Бутузов В., Томаров Г. Геотермальное энергоснабжение южного региона Росси. Ресурсы, использование, перспективы. Lambert Academic Publishing. Saarbrücken. Германия. JSBN 987–3-659–18964–7. 2012.
3. Remmers К.-Н. Groβe Solaranlagen. Solarpraxis, Berlin. 2001.