СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ССТ

Несмотря на бесспорные энергетические и экономические преиму­щества систем теплоснабжения, использующих энергию солнечного излучения, по сравнению с традиционными, имеются объективные экономические причины, сдерживающие широкое применение ССТ. В этой связи представляются актуальными вопросы методологии оценки экономической эффективности и анализ структуры экономи­ческих показателей ССТ.

В соответствии с общепринятыми в нашей стране методами оцен народохозяйственной экономической эффективности [7, 8] тех и иных технических решений экономический эффект ССТ по сравнению традиционными системами и источниками теплоснабжения может бы выражен как разность приведенных затрат за срок службы:

ЭФ = Спб-пс )р (Ш)|

Приведенные затраты для базовых и альтернативных систем тепло­снабжения в общем виде вычисляют по формулам:

Пб-Е,,! Кб + Иб; (12.2|

П^ЕнГ КС + ИС, , (12.3|

Где Еи — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений, 1/гоД Z Kg и X Кс — сумма единовременных капитальных вложений по базовому и "солнеч­ному" вариантам теплоснабжения, руб.; Hg и Ис — эксплуатационные издержки по каждо­му варианту теплоснабжения, руб/год.

Нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений Представляет собою величину, обратную нормативному сроку окупае­мости

288 1

Ен = 1/Тн>

Й принимается в соответствии с рекомендациями известных методик [7, 8] в пределах 0,08... 0,12.

Единовременные капитальные вложения в базовый или альтерна­тивный вариант представляют собою сумму затрат на приобретение и доставку на строительную площадку оборудования, резервуаров, трубопроводов, приборов контроля и управления, других материалов, а также затрат на их монтаж и наладку.

На основе анализа многочисленных проектных материалов и опыта сооружения активных ССТ в нашей стране удельные капитальные вложения в гелиосистемы составляют ориентировочно 120... 180 руб/м2 При этом структура капитальных затрат выглядит следующим образом: гелиоколлекторы - 20 ... 30 %; металлоконструкции - 5 ... 10 %; допол­нительное оборудование - 5 ... 10 %; трубопроводы - 10 ... 15 %; КИП - 5 ... 10 %, монтаж и наладка - 35 ... 40 %. Анализ структуры капиталь­ных вложений в ССТ позволяет выявить приоритетные направления совершенствования последних и снижения их стоимости.

Капитальные вложения в базовые варианты теплоснабжения учиты­вают, как правило, только при теплоснабжении от автономного источ­ника теплоты. В этих случаях следует принимать во внимание сумму затрат на котельные установки (топливные или электрические), а также на дополнительное оборудование (насосы, КИП, резервуары и Т. п.).

Удельные затраты на топливные котельные, отнесенные к единице тепловой мощности, оценивают в пределах 24 ... 80 руб. ГДж/ч. Для ряда распространенных типовых котельных характерны данные, приведенные в табл. 12.1 [9].

Эксплуатационные затраты как для базового, так и для альтернатив­ного варианта включают энергетические и неэнергетические статьи расходов. К неэнергетическим затратам относят ежегодные амортиза­ционные отчисления, затраты на текущий ремонт и заработную плату персонала, при этом первые две статьи затрат могут быть выражены как доля суммы капитальных вложений (стоимости основных фондов) в размере 8... 10 % и 1-2 % соответственно.

Учет затрат на заработную плату представляет собою значительную сложность ввиду отсутствия нормативных положений о численности обслуживающего персонала для ССТ и мелких котельных. Имеются предложения учитывать "компенсацию" затрат труда при замене централизованного теплоснабжения на ССТ в размере 3 руб/м2 [1] или учитывать экономию фонда заработной платы при замене либо умень­шении мощности топливных котельных из расчета годового фонда

622-19 289

Заработной платы одного работающего на 50 Гкал годовой величины экономии тепловой энергии. Следует заметить, однако, что практика экслуатации реальных ССТ, действующих в южных районах СССР (преимущественно на территории Грузии), не подтверждает пока теоре­тические предположения о сокращении текущих затрат на оплату труда обслуживающего персонала. Более того, отсутствие опыта и низкая квалификация работников соответствующих служб пансиона­тов, домов отдыха и т. п. объектов, где используются ССТ, приводит зачастую к введению дополнительных штатных единиц исключительно для эксплуатации гелиоустановок. Потому представляется неправо­мерным в настоящее время учитывать экономию заработной платы при внедрении ССТ. Эту статью можно рассматривать как резерв повыше­ния экономического эффекта в будущем при совершенствовании ССТ и отработке механизма эффективной эксплуатации.

Энергетические затраты представляют собою наряду с капитальны­ми вложениями важнейшее слагаемое при расчете приведенных затрат. Роль этой составляющей является решающей, так как именно сокращение энергетических затрат является основной целью внедре­ния ССТ, достижение которой осуществляется за счет дополнительных капитальных вложений. Энергетические затраты рассчитывают как произведение годового расхода и стоимости единицы топлива или тепловой и электрической энергии.

Годовой расход или экономию в результате внедрения энергосбере­гающих систем определяют на основе теплотехнических расчетов с учетом климатических данных, характеристик коллекторов и других элементов ССТ, а также других факторов. Методы теплотехнических расчетов изложены в гл. 6 и в работах [9, 12]. Важнейшей итоговой характеристикой ССТ, получаемой на основании теплотехнических расчетов, является годовая удельная теплоотдача и, значения которой лежат обычно в пределах 1... 4 ГДж/м2 и зависят от КПД коллектора и системы, продолжительности использования ССТ в течение года, характеристик солнечной радиации в районе сооружения ССТ. Произ­ведение годовой удельной теплоотдачи и и площади поверхности коллекторов / равно годовому количеству теплоты Qv получаемой от ССТ:

Qt-Uf. (12.5)

Выражение (12.5) связывает энергетические характеристики и площадь поверхности гелиоколлекторов, определяющую в основном капитальные вложения ССТ, и позволяет решать прямые и обратные задачи, а варьирование величины и как функции КПД коллектора позволяет на основе метода расчета экономической эффективности решать оптимизационные задачи, такие, как, например, выбор опти­мальной температуры теплоносителя или определение оптимального объема замещения традиционного энергоресурса.

В качестве традиционного энергоресурса в зависимости от условий рассматривают: тепловую энергию - при замещении системы централи­зованного теплоснабжения; топливо - при замещении (полном или частичном) местной котельной;, электроэнергию - при замещении электрокотлов. Стоимость энергоресурса - топлива, теплоты или электроэнергии - определяется калькуляцией по тарифам и ценникам или по замыкающим затратам {табл. 12.2).

Здесь нельзя отметить неоправданно низкий уровень цен на замеща­емые энергоресурсы, что приводит во многих случаях при выполнении расчетов к выводу о экономической нецелесообразности внедрения многих энергосберегающих технологий, в том числе солнечного тепло­снабжения, а также к отсутствию заинтересованности потребителей энергоресурсов в их экономии. В связи с многочисленными высказы­ваниями специалистов по этому поводу, Госстроем СССР в 1984 г. утверждены тарифы на тепловую энергию и топливо, которые рекомен­дуется использовать при расчете экономических показателей энерго­сберегающих систем и устройств (табл. 12.3).

Однако следует иметь в виду, что реальные заказчики, как правило, не желают и не могут считаться с перспективными оценками стоимости энергоресурса, в особенности при реконструкции объектов.

12.2. Замыкающие затраты на топливо, руб/т усл. топл.

Каменный уголь Природный газ

Северо-Запад РСФСР Центральный район Центрально-Черноземный р-и Северный Кавказ Восточная Украина, Ростовская область

Западная Украина, Молдавия

Белорусия, Литва

Латвия, Эстония

Закавказье

Туркмения

Узбекистан

Киргизия, Таджикистан Западный Казахстан Северо-Восточный Казахстан

Южный Казахстан

*В знаменателе указаны затраты иа экибазстузский уголь.

Котельные и парогенераторы 0,041 ... 0,038 0,038... 0,022 ТЭЦ

Районные и крупные промыш - 0,045 ... 0,043 0,043 ... 0,04 ленные котельные

Местные котельные 0,068 ... 0,061 0,057... 0,049

В последнее время при расчете экономической эффективности энергосберегающих мероприятий учитывают экологический эффект, связанный со снижением вредных выбросов в атмосферу от вытесня­емых топливных котельных. Экономическая оценка экологического эффекта может быть выполнена в соответствии с рекомендациями [2]. Для ориентировочных оценок можно воспользоваться данными, приведенными в табл. 12.4 [9].

С учетом изложенного формулы для расчета приведенных затрат альтернативных вариантов можно представить следующим образом:

^БCТ Q6bU,

№77'5Сэ]

Q.BU, Qc277,5С3,

Где 2 Kg и Zc — сумма капитальных впожений по базовому и "солнечному" варианту, руб,;Ен — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений (0,08 ... 0,1); аир — коэффициенты, учитывающие долю отчислений на амортизацию и текущий ремонт, составляющие в сумме около 0,1; Qg и Qc — годовой расход тепловой энергии по каждому варианту, ГДж/год; С. - стоимость тепловой энергии, руб/ГДж; Ьт — удельный расход топлива, т усл. топл /ГДж (табл. 12.5) [10]; IL — стоимость топлива, руб/т усл. топл.; С, — стоимость электроэнергии, руб/кВт-ч; Ng и N, — годовой расход электроэнергии по каж­дому варианту, кВт-ч; 3g и Зс — ежегодные затраты на заработную плату обслуживающего персонала, руб/год; Э — экономический эффект экологического фактора, руб/год; / — коэффициент суммирования эффекта за срок службы.

Для расчета экологического эффекта внедрения ССТ можно исполь­зовать выражение, полученное как разность приведенных затрат

+ э — А к(е + а + р) — 4 Nn — Аз Электронагреватель сжиженный газ

В формуле (12.8) капитальные вложения Л К представляют собою разность полной балансовой стоимости гелиосистем и стоимости котельной или ее части при условии сокращения капитальных вложе­ний в источник теплоснабжения. Разности затрат на заработную плату Л 3 и на электроэнергию, расходуемую на привод насосов, могут входить в зависимость со знаком плюс или минус. В большинстве случаев эти величины не учитываются. Для оценки влияния различ­ных условий ВНИИКТЭП выполнены расчеты экономической эффектив­ности внедрения ССТ [1], результаты которых, дополненные и откор­ректированные в соответствии с изложенной методологией, приведены ниже.

Применение ССТ в индивидуальном секторе для сезонного горячего водоснабжения (табл. 12.6) рассмотрено в сопоставлении с использова­нием в качестве дублеров электронагревателя или сжиженного газа при тарифе на электроэнергию 0,04 руб/(кВт. ч) и цене газа 670 руб/т усл. топл. Начальная температура воды - 15 ... 20 °С, конечная - 55 ... 60 °С, нагрев - 40 °С, удельная стоимость гелиосистемы 160 руб/м2.

В табл. 12.7 приведены результаты расчета при использовании ССТ с дублером в индивидуальном секторе для обеспечения 27 % потреб­ности в теплоэнергии на нужды горячего водоснабжения и отопления в течение всего года при тарифе на электроэнергию 0,04 руб/(кВт-ч) и Цене твердого топлива 22,45 и 110 руб/т усл. топл.

В соответствии с расчетом окупаемость затрат обеспечивается при замещении части энергии, получаемой с помощью электронагревателя,

В табл. 12.10 приведены результаты расчета для того же объекта. При Круглогодичном использовании рассмотренной выше ССТ, которая обеспечивает 55 % потребностей в тепловой энергии, результаты несколько иные (табл. 12.9).

Результаты расчета свидетельствуют о том, что при вытеснении электрокотельной экономический эффект достигается при обеспечении удельной теплоотдачи гелиоколлекторов 2,5 ГДж/м2 и более даже без учета экологического фактора. При комбинировании с топливной котельной на твердом топливе и уровне затрат на топливо 22, 45 и даже 100 руб/т усл. топл. экономический эффект достигается только при учете экологического фактора.

Результаты расчета для всех рассмотренных случаев иллюстрируют важную роль такого показателя, как удельная теплоотдача гелиокол­лекторов. Следует обратить внимание на то, что помимо совершенст­вования теплофизических и оптических свойств гелиоколлекторов важнейшее влияние на повышение удельной теплоотдачи оказывает температура теплоносителя [4]. В связи с этим следует шире использо­вать проектные решения ССТ, разработанные ЦНИИЭП инженерного оборудования, КиевЗНИИЭП и НПО "Спецгелиотепломонтаж',' направ­ленные на снижение температуры теплоносителя в результате комби-

''22—20

Нирования ССТ с топливными и электрическими котельными и после­довательного нагрева всего расчетного количества воды, а также комбинирования ССТ с теплонасосными установками.

Следует заметить, что отрицательный экономический эффект, полученный в результате выполненных расчетов для большинства случаев без учета экологического фактора, объясняется отчасти высоким значением нормативного коэффициента эффективности капитальных вложений, вследствие чего капиталоемкие установки, использующие солнечную радиацию, уступают традиционным источни­кам энергии. Следует заметить, что доля капитальных затрат, входя­щих в стоимость отпускаемой потребителю энергии, значительно выше, чем при аналогичных технико-экономических расчетах, выполняемых за рубежом. Это объясняется тем, что в практике зарубежных стран составляющую капитальных затрат в стоимости отпускаемой энергии учитывают с коэффициентом, отнесенным ко всему сроку службы установки с учетом банковского процента. Одним из достоинств такого подхода является то, что при расчетах важную роль выполняет ресурс установки, который по методу приведенных затрат практически не учитывается. Имеются предложения [13] применять этот подход при оценке эффективности использования нетрадиционных источников энергии в СССР. В работе [13] приведена формула для расчета годовой усредненной стоимости капитала С:

Где К — начальные капитальные затраты на сооружение установки, руб.; i — банковский процент; Тс — расчетный срок службы установки, год.

По этой формуле при I = 0,06 1/год (6 %) и при сроке службы установ­ки 10 лет С = 13,3 % К; при сроке службы 15 лет - С = 10,1 % К, при сроке службы 20 лет - С = 8,6 % К, можно заключить, что расчет экономичес­кой эффективности при таком подходе создает преимущества дл капиталоемких установок при обеспечении срока их службы 15 лет более.

В зарубежных изданиях имеется значительное число публикаций, в Которых рассмотрено влияние различных факторов на экономическую эффективность ССТ.

Выражение (12.8) путем преобразования и некоторых упрощений можно привести к трем неравенствам, выражающим условия экономи­ческой целесообразности применения ССТ при вытеснении: централизованного теплоснабжения

И(с + ь Э) •

Т г

:>i; (12.10)

0,2К

Топливной котельной

Иь (ц +Э) с к

Элекхрокотельной [/(277.5С +ЬТ)Э

Мк---------- м» (12Л2)

С

Где U — удельная теплоотдача гелиоколлектора, ГДжДм2. год); Ст — стоимость тепловой энергии, руб/ГДж; t>T - удельный расход топлива, т усл. топл /ГДж (см. табл. 12.5); Э - удельный экономический эффект при учете экологического фактора (см. табл. 12.4), руб/т усл. топл.; Кс — удельные капитальные вложения и ССТ (120 ... 180 руб/м2); Цт - цена топлива, руб/т усл. топл.; Кк — удельное уменьшение капитальных вложений при вытесне­нии топливной котельной, руб/ГДж/ч; Сэ — стоимость электроэнергии, руб/(кВт. ч).

Полученные выражения можно использовать для экспресс-анализа экономической эффективности ССТ на ранних стадиях проектирования и при экспертных оценках.