ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
АНАЛИЗ МЕТОДИК ЭКОНОМИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ СТРОИТЕЛЬСТВА ГЕЛИОУСТАНОВОК
Методические основы оценки эффективности сооружения и эксплуатации гелиоустановок разработаны Б. В.Тарнижевским и представлены в статьях [180-182]. О. О.Попелем, С. Е.Фридом, Э. Э.Шпильрайном предложена формула для определения годового экономического эффекта применения гелиоустановок теплоснабжения [183]:
АЭ = ^-Ст-(Ев+п)АК, (3.16)
Лтр
где f - доля покрытия солнечной энергией годовой потребности в теплоте; Q - годовая потребность в теплоте; г|тр - КПД традиционной установки теплоснабжения; Ст - стоимость единицы теплоты; Ев - коэффициент нормативной эффективности; п - коэффициент, учитывающий издержки на амортизацию и ремонт; АК - дополнительные капитальные вложения в гелиоустановку. При этом не учитываются затраты в замещаемый традиционный энергоисточник.
Согласно Рекомендациям института ЦНИИЭП инженерного оборудования [184], энергетический эффект частичного или полного замещения традиционного источника теплоснабжения альтернативным с использованием ВИЭ определяется по формуле
АЭ = АЭя + АЭ + АЭ - АЭ, (3.17)
где АЭэ - экономия энергоресурсов, используемых традиционным источником теплоснабжения; АЭос - эффект снижения загрязнения окружающей среды при использовании альтернативного источника энергии; АЭу - экономия заработной платы персонала традиционного источника теплоснабжения или социальный эффект при замещении мелких индивидуальных топочных устройств; ДЭт - дополнительные затраты на альтернативную генерирующую установку.
Аналогичный подход изложен также в методике Академии наук СССР [185].
В описанных методиках не отражён в полной мере вопрос о замещаемом базовом традиционном источнике теплоты, что, в основном, определяет экономическую целесообразность применения источников энергии с использованием ВИЭ. Важные результаты экономических исследований гелиоустановок получены коллективом под руководством М. И. Валова.
В статьях М. И.Валова, В. А.Асташенко, Е. Н.Зимина [186-188] приведена структура затрат при строительстве систем теплоснабжения жилых домов с использованием солнечных коллекторов с поглощающей панелью из отопительного радиатора. Авторами не указано, на основании каких объектов и технических решений гелиоустановок получена данная структура затрат. В статье М. И.Валова [186] приведено выражение для определения предельного
значения удельной стоимости гелиоустановки в зависимости от климатических и стоимостных факторов:
где Sfl - стоимость тепла, вырабатываемого традиционной системой теплоснабжения, с учётом коэффициента полезного использования топлива, руб./ГДж; Нт - суммарная интенсивность солнечной радиации, приходящая на поверхность солнечных коллекторов за год, ГДж/м2; г|к - коэффициент полезного действия системы гелиотеплоснабжения; 5 - доля отчислений на амортизацию, ремонт и прочие расходы гелиоустановки; Ев — коэффициент нормативной эффективности. Расчёт удельной стоимости гелиоустановки по формуле (3.18) с использованием значения нормативной окупаемости капитальных вложений в современных условиях некорректен.
В работах Н. В.Харченко [189], В. Д. Петраша, М. М. По Лунина [190] отмечено, что поскольку солнечные установки отличаются относительно высокими капитальными затратами, а возврат первоначальных вложений компенсируется экономией топлива в течение длительного периода времени, то необходимо выполнить техникоэкономическую оценку целесообразности их сооружения. Оценку полной экономии, обеспечиваемой гелиосистемой за расчётный срок службы, авторами предложено определять по формуле
Э^=(С^д-С^-(г"-Хт),
где Стгод, С^- стоимость годового количества энергии, вы- рабатываемоготрадиционным энергоисточником и комбинированной гелиотопливной системой теплоснабжения соответственно; N - расчётный срок службы гелиосистемы;
Ктт, К1 - капитальные вложения в традиционные и комбинированные энергоисточники.
Анализ формулы (3.19) показывает, что при больших расчётных сроках службы гелиосистем прогнозирование стоимости замещаемого топлива крайне затруднено.
Разработана методика расчета экономической целесообразности сооружения гелиоустановок при условии их приведения к равному экологическому эффекту с замещаемым традиционным энергоисточником [191]. Как известно, основной причиной глобального изменения климата признано выделение углекислого газа при сжигании органического топлива. В дымовых газах традиционных энергоисточников, даже работающих на природном газе, содержание диоксида углерода составляет 9-12 %, который может быть утилизирован и применён для выращивания хлореллы или извлечен в жидком виде. При этом экономический эффект сооружения гелиоустановки котельной рассчитывается по формуле
Э = в[(Я; - Kl) + (K-К*)-Кт] + АЭк +ДЭд + ДЭ0С +ЭТ - Эг, (3.20) где є - нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений; Кгк, К - капитальные вложения соответственно в базовую традиционную котельную и в котельную, оборудованную гелиоустановкой; ІГд, ІГд - капитальные вложения в установку утилизации диоксида углерода базовой котельной и котельной с гелиоустановкой соответственно; Кт - капитальные вложения на сооружение гелиоустановки; ДЭк - экономия эксплуатационных расходов базовой по сравнению с солнечно-топливной котельной; ДЭд - экономия эксплуатационных расходов установок утилизации диоксида углерода базовой и солнечно-топливной котельных; Эос~ компенсационная стоимость затрат по защите окружающей среды; Эт - стоимость сэкономленного топлива при эксплуатации гелиоустановки; Эг~ эксплуатационные расходы гелиоустановки.
В результате технико-экономических расчётов солнечно-топливных котельных с учетом затрат на утилизацию диоксида углерода установлено, что срок окупаемости капитальных вложений составляет 2,8-8,4 года, что значительно превышает сроки окупаемости, рассчитанные по традиционной методике 2,6-3,4 года. Следует отметить, что данная методика неприменима для практических расчётов целесообразности сооружения гелиоустановки. При определённых упрощениях (без учёта эксплуатационных затрат) расчётный срок окупаемости гелиоустановки
(3.21)
где Sc - удельная сметная стоимость гелиоустановки, руб./м2; Q - годовое (сезонное) количество тепла, выработанное гелиоустановкой в расчёте на 1 м2, Гкал/м2; Ст - стоимость замещаемой тепловой энергии, ру б./Гкал.
Приведенная формула не учитывает затраты на сооружение замещаемого традиционного энергоисточника.
В соответствии с нормами проектирования «Установки солнечного горячего водоснабжения» [135] сооружение гелиоустановки целесообразно при условии
/£ть (3.22)
где f - критерий экономической эффективности гелиоустановки; Г| - сезонный или годовой коэффициент полезного действия гелиоустановки.
Критерий экономической эффективности предлагается определять как отношение капитальных, эксплуатационных расходов гелиоустановки к количеству солнечной энергии, падающей за год (сезон) на плоскость солнечных коллекторов:
106(Ди,+а)ДГ 3,6 С£дг ’
где Ew - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений; а — норма отчислений на покрытие эксплуатационных расходов; К - удельные капитальные затраты на гелиоустановку, руб./м2; С - удельная стоимость замещаемой теплоты, руб./Вт; qt - интенсивность падающей солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м2.
КПД гелиоустановки определяется по формуле
где 0 - приведенная оптическая характеристика солнечного коллектора; tvt2~ температура теплоносителя на входе и выходе из коллектора, °С; tc - средняя дневная температура наружного воздуха, °С.
По формуле (3.23) определяется срок окупаемости затрат на сооружение гелиоустановки при условии использования всей падающей на неё солнечной радиации, по формуле (3.24) - степень теплотехнического совершенства солнечного коллектора, его КПД. Сопоставление критериев срока окупаемости гелиоустановки, степени технического совершенства солнечного коллектора и принятие на этой основе решения об экономической целесообразности сооружения гелиоустановки некорректно. При практических расчётах значения удельной стоимости гелиоустановок изменяются в широком диапазоне. Они зависят от стоимости солнечных коллекторов, металлоконструкций, баков гелиоустановок и т. д.
КПД гелиоустановки определяется теплотехническими характеристиками конкретной конструкции солнечного коллектора. Данная методика имеет следующие недостат
ки: отсутствие сопоставления с традиционным энергоисточником; многовариантность расчётов; сложность определения стоимости металлоконструкции, оборудования, трубопроводов.
Целесообразность использования гелиоустановок по методике М. И.Валова и Б. И.Казанджана [192] определяется из условия:
ДЗПТ + ДЗС + ДЗП0 > 0, (3.25)
где ДЗпт, ДЗс, ДЗпо - разность приведенных затрат на сооружение и эксплуатацию, социальных затрат, затрат на природоохранные мероприятия между традиционным энергоисточником и гелиоустановкой соответственно.
Практические расчёты экономической эффективности сооружения гелиоустановок по формуле (3.25) крайне затруднены. Расчет разности социальных и природоохранных затрат сооружения традиционного энергоисточника и гелиоустановки по указанной методике носит субъективный характер. Гелиоустановки как в России, так и за рубежом пока, в основном, не конкурентоспособны традиционным энергоисточникам. В Европе быстрые темпы развития гелиоустановок обусловлены государственной поддержкой [193].