Потенциал солнечного теплоснабжения в России

Солнечное теплоснабжение в мире является вторым по объемам использования видом возобновляемых источников энергии. Институт прикладных исследований AEE INTEC (Австрия) по заданию Международного энергетического агентства (МЭА) ежегодно публикует статистические данные по развитию солнечного теплоснабжения стран мира. В 2014 г. в этих материалах впервые приведены данные по гелиоустановкам (ГУ) России. При установленной мощности всех солнечных систем теплоснабжения мира 330 ГВт (471 млн м2) с годовой выработкой тепловой энергии 281 ТВт·ч в России работали ГУ общей установленной мощностью 8,76 МВт (12514 м2), в том числе 11504 м2 (92%) с плоскими солнечными коллекторами (СК) и 1010 м2 (8%) с вакуумными СК.

По уточненным данным [1] в Краснодарском и Ставропольском краях, Бурятии, Астраханской и Волгоградской областях всего эксплуатируется 307 ГУ общей площадью 16440 м2 (13,15 МВт). На рис. 1 представлена структура ГУ России по назначению. 

Больше всего работает солнечно – топливных котельных 4756 м2 (28,9%). На втором месте ГУ гостиниц и санаториев – 3826 м2 (23,4%). К многочисленной группе следует отнести ГУ социальных объектов – 3014 м2 (18,3%) и производственных предприятий – 3000 м2 (18,3%). На односемейных домах работает 1345 м2 (8,2%) ГУ ГВС. На таких же домах на  отопление и ГВС эксплуатируется 210 м2 (1,3%) СК. Воздушные ГУ составляют – 40 м2 (0,2%), а ГУ плавательных бассейнов – 21 м2 (0,1%).

Столь скромные результаты определяются рядом факторов. В России отсутствует федеральный закон об использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и государственная поддержка их развития. ГУ в вышеуказанных регионах строятся при минимальной поддержке соответствующих администраций. В стране нет серийного производства основного оборудования ГУ – солнечных коллекторов (СК), а применение качественных европейских СК при существующих тарифах на энергоресурсы приводит к большим срокам окупаемости. 

Для развития солнечного теплоснабжения принципиально важно оценить потенциальный российский рынок. В настоящее время существует экспертная оценка этого рынка в концепции развития энергетики России до 2030 г. в размере 10 млн м2. Ежегодно устанавливается около 5400 м2 солнечных коллекторов, в том числе 90% импортных [2[.  Россия сравнительно недавно приступила к развитию солнечного теплоснабжения, поэтому необходимо оценить структуру мирового рынка ГУ. 

В мире преобладают ГУ горячего водоснабжения (ГВС) односемейных домов – 85%. В Европе доля таких установок меньше – 65%. На втором месте  там комбинированные ГУ для отопления и ГВС – 19%. На третьем месте ГУ большой мощности ГВС для многосемейных домов, туристических и социальных объектов – 13%. В Европе каждая страна имеет свою структуру ГУ. В Германии ГУ ГВС односемейных домов составляют 45%, а комбинированные (отопление и ГВС) – 43%. Такая структура определяется государственной поддержкой. В Израиле преобладают ГУ ГВС многосемейных домов (78%), что объясняется законодательным запретом строительства таких домов без ГУ. В Турции большинство (92%) ГУ работает на ГВС односемейных домов.

Зарубежные рынки ГУ созданы в основном мерами государственного регулирования. В Израиле, Испании, на Кипре вновь строящиеся объекты по соответствующим законам должны обязательно оборудоваться ГУ. В Италии, Испании, Бразилии применяется государственное субсидирование их стоимости (до 55%). Субсидирование производителей солнечных коллекторов, льготные банковские кредиты на сооружение ГУ характерны для США, Израиля, Китая. Тарифные дотации при эксплуатации ГУ применяют Германия и США.

В России в настоящее время отсутствует государственная поддержка развития ВИЭ в том числе солнечного теплоснабжения. Возможными мерами стимулирования развития могут быть: субсидии региональных бюджетов для развития малого бизнеса, специальные тарифы на электроэнергию, при использовании ГУ рекомендуемые РЭК (Региональными энергетическими комиссиями), субсидии производителям оборудования ГУ.

Перспективы развития российской гелиотехники определяются в основном уровнем суммарной солнечной радиации регионов и окупаемостью ГУ в сравнении с традиционными энергоустановками. 

Значение суммарной радиации на горизонтальной поверхности от 3 до 4,5 кВт·ч/(м2·день) имеют 18 регионов, среди которых приоритетны Краснодарский,  Ставропольский края и Крым, где имеются высокие значения солнечной радиации, перспективы экономического роста, опыт практического использования ГУ.

В России приемлемые (до 7 лет) сроки окупаемости имеют гелиоустановки южных регионов страны [4] с годовой солнечной радиацией в плоскости коллекторов 1000-2000 кВт·ч/м2 с удельной стоимостью до 15 000 руб./м2 и круглогодичным режимом работы при замещении тепловой энергии стоимостью от 2 руб./кВт·ч. 

ГУ ГВС односемейных домов выполняются в основном термосифонными. В отличии от других стран мира, в России они не получили широкого применения из-за их относительной дороговизны (поставки зарубежных производителей) и относительной дешевизны замещаемой энергии. Практически они могут конкурировать только с электронагревателями. Для самой простой ГУ (с естественной циркуляцией – термосифонной) односемейного дома с баком на 150 литров (семья из 3 человек при суточном расходе 50 л/чел.) со стоимостью ГУ с установкой 40-50 тыс. руб. и тарифом на электроэнергию 3,76 руб./кВт для условий солнечной радиации Краснодарского края при круглогодичной эксплуатации окупаемость составит 7 лет. При снижении этого срока до 3 лет для массового спроса стоимость таких ГУ не должна превышать 20 тыс. руб., что меньше стоимости ГУ китайских производителей при отсутствии гарантии их качества. В России сертифицированные СК производит только НПО «Машиностроение» (п. Реутово, Московская область) при оптовой стоимости СК площадью 2 м2 около 12 тыс. руб. Насосные ГУ с разнесенным расположением СК и бака – аккумулятора имеют стоимость в 1,5-3 раза большую, чем термосифонные. Соответственно возрастает их срок окупаемости. В результате анализа предложений российских поставщиков ГУ по экспертной оценке в России при отсутствии государственной поддержки рынок ГУ ГВС односемейных домов в отличии от других стран мира не является самым массовым. Его объемы оцениваются в настоящее время до 30 тыс. м2.

Гелиоустановки ГВС многосемейных домов, санаториев и гостиниц России составляют второй по значимости сектор (23,4%). Оценка рынка этого сектора выполнена для Краснодарского края, который занимает в России первое место по числу отдыхающих. Согласно данным статистического сборника [5] в данном регионе ежегодно отдыхает около 10 млн чел. При этом большинство людей (93%) предпочитает побережье Черного и Азовского морей. Согласно статистике в коллективных средствах размещения (санатории, гостиницы) отдохнуло 2 726 тыс. чел. (21,6%), а самостоятельно (мини-отели, аренда квартир и домов, кемпинги) – 4365 тыс. чел. (34,6%). Максимальное число отдыхающих зафиксировано в августе. В августе курорты посетили 40% всех самостоятельных отдыхающих, что составляет 1746 тыс.  чел. 58% коллективных средств размещения имеет сезонный характер (июнь, июль, август, сентябрь). Соответственно среднее ежемесячное число отдыхающих там составляет 395 тыс. чел. Таким образом, в августе общее число отдыхающих достигает 2141 тыс. чел. При суточном потреблении одним человеком 50 литров горячей воды средняя площадь СК составит 0,5 м2/чел. Соответственно, на ГВС площадь ГУ для отдыхающих в августе составит 1070 м2. Для экспертной оценке при оснащении гелиоустановками только половины отелей и санаториев Краснодарского края их количество составит около 535 тыс. м2.

Согласно Методике оценки экономической окупаемости [4] для ГУ гостиниц при использовании СК НПО «Машиностроения» (Реутово, Московская область) при стоимости 7 тыс. руб./м2 и замещение ими электронагрева при стоимости с 01.07.2014 г. в Краснодарском крае 3,76 руб./кВт·ч (одноставочный тариф) срок окупаемости составит 6-7 лет, что весьма значительно для субъектов малого предпринимательства, которые составляют большинство в этом секторе. Согласно статистике в Краснодарском крае даже в секторе коллективных мест размещения доля малого бизнеса составляет 76,4%.

Согласно статистике [5] если Краснодарский край по числу отдыхающих на первом месте (13,19%), на втором месте Ставропольский край (3,59%). С 2014 г. вторым по значимости рынком ГУ является Крым. Другие регионы (Ленинградская, Челябинская области, Татарстан) не перспективны по потенциалу солнечной радиации. Следовательно потенциальный рынок ГУ отелей и санаториев можно оценить в 1070 тыс. м2. Стимулирование строительства таких гелиоустановок в современных условиях в Краснодарском крае осуществляется субсидиями малому бизнесу согласно программе «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности» на территории Краснодарского края на период 2011-2020 гг. 

В Европе, близкой по условиям солнечной радиации к южным регионам России, в структуре ГУ на втором месте (19%) комбинированные установки (отопление и ГВС). В Германии их доля составляет почти половину (43%). В России в ряде регионов с высокой стоимостью электроэнергии получили распространение комбинированные ГУ. Так, в Хабаровском крае такие установки строятся с плоскими СК фирмы «Аристон». При этом их площадь определяется в основном местом размещения СК. В статье [6] на примере 2-х этажного коттеджа общей площадью 400 м2 в г. Геленджике при размещении СК на всей площади кровли в самом холодном для этого города месяце – январе, ГУ выработает только 60% потребного количества тепловой энергии на отопление и ГВС. Отопительные нагрузки полностью будут покрываться в октябре, ноябре, марте, апреле. В то же время в летнее время будет иметь место 20 кратная избыточная производительность ГУ. 

По опыту Германии средняя площадь комбинированных ГУ составляет 30-40 м2. По статистике в России в 2013 г. было 17,8 млн односемейных жилых домов (ОЖД) общей площадью 1058 млн м2. Ежегодный прирост строительства ОЖД составил около 2% или 360 тыс. шт. При установке на 5% вновь строящихся ОЖД при средней площади ГУ 30 м2 общая годовая потребность ОЖД составит 540 тыс. м2.

Как следует из рис. 1 в России наибольшее количество СК эксплуатируется на солнечно – топливных котельных (28,9%). В европейских странах наилучшие экономические показатели имеют ГУ большой мощности мегаватного класса [7], стоимость тепловой энергии которых ниже традиционных котельных на органическом топливе. В России результаты эксплуатации ГУ большой мощности, например в г. Нариманов Астраханской области площадью 4400 м2, пока отсутствуют. В то же время в Краснодарском крае эксплуатируется ГУ котельных малой мощности площадью 20 – 50 м2 со сроком окупаемости 3 – 5 лет [8]. Приемлемые сроки окупаемости определяются сокращением в летнее время эксплуатационного персонала и экономией топлива в котлах.

На примере Краснодарского края выполнена оценка потребности в солнечно – топливных котельных. В данном регионе для теплоснабжения работает 8280 котлов установленной мощностью 9200 МВт [9] из которых котлы малой мощности составляют 2120 МВт. При оборудовании СК 5% этих котельных общая мощность солнечно – топливных котельных Краснодарского края составит 106 МВт (150 тыс. м2). Оценка годовой потребности России в целом в солнечно – топливных котельных достигает 450 тыс. м2.

С учетом изложенного потенциальный российский рынок СК может составить 2090 тыс. м2 (рис. 2), в том числе гостиницы и санатории – 1070 тыс. м2, комбинированные ГУ ОЖД (отопление и ГВС) – 540 тыс. м2, солнечно-топливные котельные – 450 тыс. м2,  ГУ ГВС для ОЖД – 30 тыс. м2.

Рис. 2. Структура потенциально годового рынка гелиоустановок по назначению.

Автор: Д.т.н. В.А. Бутузов, ООО «Энерготехнологии», г. Краснодар

Литература

1. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в регионах России // Энергосбережение. 2014. № 6.

2. Бутузов В.А. Новости российской гелиотехники // Новости теплоснабжения. 2013. № 10.

3. Попель О.С., Фрид С.Е., Коломиец Ю.Т., Киселева С.В., Терехова Е.Н. Атлас ресурсов солнечной энергии на территории России. М. ОИВТ РАН. 2010.

4. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С. Экономическая целесообразность сооружения гелиоустановок // Энергосбережение. 2012. № 8.

5. Территориальный орган федеральной службы государственной статистики. Курортно – туристический комплекс Краснодарского края. Краснодар. 2011.

6. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В. Комбинированное теплоснабжение объектов с использование солнечной энергии // Промышленная энергетика. 2006. № 12.

7. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в России. Проектирование, строительство, эксплуатация. Lamber Academic Publishing, Германия. Саар – Брюкен. 2012.

8. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В. Гелиоустановки котельных малой мощности // Промышленная энергетика. 2007. № 6.

9. Бутузов В.А. Анализ состояния котельного парка Краснодарского края и пути повышения его экономичности // Промышленная энергетика. 1985. № 3.

Опубликовано в журнале «Новости теплоснабжения» № 5, 2015 г.