Оценка практической ценности ресурсов низкопотенциального тепла в Астраханской области
9.6.1. Валовой, технический и экономический потенциалы низкопотенциального тепла Астраханской области
Данные расчетов энергетического потенциала низкопотенциального тепла Астраханской области по методике, описанной в [9], приведены в табл. 9.17 — 9.20.
Энергетический потенциал тепла водоемов и грунтов
Таблица 9.17
|
Энергетический потенциал тепла сточных вод
Таблица 9.18
|
В качестве составляющих в работе определены энергетические потенциалы тепла водоемов и грунтов, тепла сточных вод, тепла систем охлаждения тепловых электростанций.
Проведенный анализ показывает, что величина суммарного производственного потенциала энергоносителей низкотемпературного тепла в Астраханской области составляет около 3,9% от прогнозируемого электропотребления края в 2020 г., что в принципе позволяет рассматривать низкотемпературное тепло в качестве резервного энергоисточника для региона.
Таблица 9.19 Энергетический потенциал тепла систем охлаждения тепловых электростанций
|
Таблица 9.20 Суммарный технологический энергопотенциал низкопотенциального тепла Астраханской области
|
О существовании в Астраханской области энергетических проектов на основе низкопотенциального тепла авторам неизвестно.
Поскольку использование низкопотенциального тепла для выработки энергии до сих пор не получило широкого распространения в России прогресс в данной области может быть обеспечен лишь через трансферт передовых мировых технологий.
9.6.2. Эффективность использования низкопотенциального тепла на территории Астраханской области
Достигнутый в мире технологический и экономический уровень применения тепловых насосов для утилизации низкопотенциального тепла (тепла сточных вод, водоемов и грунтов, систем охлаждения тепловых электростанций) позволяет рассматривать экономические перспективы их использования в России как весьма оптимистичные.
Оцененный в работе ресурс низкопотенциального тепла (табл. 9.20) не позволяет рассчитывать на кардинальную смену структуры энергопроизводства региона, однако, в случае достаточно высоких экономических показателей, тепловые насосы в силу высокой их технологичности и эффективности могли бы сыграть важную роль в локальном энергоснабжении и энергосбережении области в целом.
Средние в условиях Астраханской области расчетные интегральные показатели экономической эффективности тепловых насосов с эффективностью их работы 50% от номинальной мощности приведены в табл. 9.21.
Таблица 9.21 Интегральные показатели проекта использования тепловых насосов мощностью 10 МВт
|
Высокой энергетической эффективности соответствует низкая в сравнении с прочими энергоисточниками себестоимость (0,2 — 0,3 EURO-цен- та/кВт • ч) и малые периоды окупаемости проектов тепловых насосов, составляющие от четырех до восьми лет при разных вариантах ценообразования на закупаемую от тепловых насосв энергию. Весьма высоким у тепловых насосов является и аналог производительности труда или трудоемкость производства электроэнергии (0,2 — 0,3 чел. • ч/млн. кВт • ч).
Полученные в расчетах высокие экономические показатели тепловых насосов и технологические удобства их повсеместного использования в исследуемых регионах позволяют рассматривать низкотемпературное тепло в качестве весьма перспективного энергоисточника для Астраханской области.
9.6. Ресурсная и технико-экономическая оценка гелиоэнергетических ресурсов и целесообразности их использования в Астраханской области 9.7.1. Оценка ресурсов энергетического солнечного потенциала Астраханской области
В соответствии с описанной в Главе 3 методикой, в работе получены оценки валового, технического и экономического ветроэнергетических
потенциалов солнечной энергии Астраханской области, количественные показатели которых приведены в табл. 9.22.
Таблица 9.22
Потенциал солнечной энергии Астраханской области
Параметр |
Астраханская область |
Россия в целом |
Валовой потенциал, млрд, т у. т. |
7,5 |
2205.4 |
Технический потенциал |
||
Производства тепла, млн. т у. т. |
46,7 |
8753,0 |
Производства электроэнергии, млн. т у. т. |
3,10 |
922,6 |
Всего, млн. т у. т. |
49,8 |
9675,6 |
Экономический потенциал |
||
Производства тепла, тыс. т у. т. |
32.2 |
2374,0 |
Производства электроэнергии, тыс. т v. т. |
0,60 |
147,9 |
Всего, ТЫС. TV. т. |
32.8 |
2521,9 |
Производственный потенциал |
||
Производства тепла, тыс. ту. т. |
237,5 |
|
Производства электроэнергии, тыс. т у. т. |
24,40 |
|
Всего, тыс. ту. т. |
261,9 |
2521.9 |
Анализ территориального распределения солнечного энергопотенциала показывает, что его мощность растет по мере удаления от побережья Каспийского моря. В северных районах Астраханской области (Чер — ноярский район и др.) среднегодовая удельная солнечная инсоляция составляет до 1700 кВт • ч/(м2 • год) и более, что является перспективным для развития крупномасштабной солнечной энергетики по всем международным критериям.
Технический потенциал солнечной энергетики Астраханской области более чем в 4 раза превышает ожидаемое электропотребление в ней в 2020 г., что позволяет рассматривать солнечный потенциал в качестве наиболее перспективного и одного из основных энергетических ресурсов для региона.
Рассчитанные в работе значения производственных потенциалов солнечной тепловой и электрической энергии Астраханской области составляют соответственно около 4,9% и 0,7% от ожидаемого в нем потребления тепла и электричества в 2020 году, что позволяет рассматривать солнечный потенциал в качестве весьма перспективного энергетического ресурса для региона, по крайней мере, в части генерации тепла.
9.7.2. Экономическая эффективность солнечной энергетики на территории Астраханской области
Расчетные графики динамики баланса расходов и доходов за 20-летний период эксплуатации проектируемых в Астраханской области солнечных тепловых энергоисточников приведены на рис. 9.7. Результаты получены в ценах, приведенных к ценам 2008 г.
Рис. 9.7. Динамики баланса расходов и доходов за 20-летний период работы солнечной тепловой энергостанции, работающей с коэффициентом использования номинальной мощности 20% |
Графики соответствуют вариантам возврата затрат на строительство и эксплуатацию солнечной тепловой энергоустановки по стоимости замещенного топлива, требуемого на производства того же количества тепла, что и солнечная ЭС с учетом и без учета экологического бонуса.
Приведенные результаты подтверждают высокую экономическую эффективность тепловой солнечной энергетики на территории Астраханской области с весьма быстрой (8-10 лет) окупаемостью.
Средние расчетные показатели экономической эффективности солнечной тепловой энергостанции приведены в табл. 9.23.
Полученные данные свидетельствуют о чрезвычайно высокой экономической эффективности и инвестиционной привлекательности проектов солнечных тепловых станций на территории Астраханской области. Обращает на себя внимание низкая в сравнении с прочими энергоисточниками себестоимость (3,8 EURO-цента/кВт • ч) и периоды окупаемости проектов тепловых солнечных ЭС, составляющие от
4,5 до 7 лет при разных вариантах ценообразования на закупаемую вырабатываемую ГелиоЭС энергию. Весьма высоким для солнечных тепловых ЭС является и аналог производительности труда (и соответственно низкой — трудоемкость) производства электроэнергии (= 0,37 чел. • ч/млн. кВт • ч).
По имеющимся данным, в настоящее время на территории Астраханской области отсутствуют как реализуемые, так и перспективные проекты солнечных энергетических станций.
Интегральные показатели проекта солнечной тепловой ЭС
с мощностью 1 МВт • пик
Таблица 9.23
|
Экономические показатели технологий производства электроэнергии
солнечными фотоэлектрическими станциями (ФЭС)
Средние расчетные показатели экономической эффективности солнечной фотоэлектрической станции в условиях Астраханской области приведены в табл. 9.24.
Таблица 9.24
Интегральные показатели проекта фотоэлектрической ЭС
с мощностью 10 МВт • пик
Суммарная номинальная мощность, МВт-пик |
10 |
Коэффициент использования номинальной мощности ВИЭ. % |
16 |
Годовая выработка ВИЭ, млн. кВт*ч |
14,02 |
Капитальные затраты на возведение ВИЭ, млн. EURO |
47,62 |
Замещение органического топлива (природного газа), тыс. т |
2,8 |
Стоимость замещенного органического топлива в РФ, тыс. EURO |
226 |
Сокращение выбросов парниковых газов, тыс. т |
7,7 |
Стоимость предотвращенных выбросов, тыс. EURO |
154 |
Себестоимость энергии ФЭС, EURO/кВт-ч |
0,223 |
Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене рынка, лет |
> 20 лет |
Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене + надбавки, лет |
9.1 |
Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене + топливный бонус, лет |
> 20 лет |
Трудоемкость реализации проекта ВИЭ, чсл.-час/млн. кВт-ч |
0,49 |
Полученные показатели экономической эффективности и инвестиционной привлекательности проектов ФЭС на территории Астраханской области представляют интерес для инвестора только в случаях весьма существенных (> 0,39 EURO-цента/кВт • ч) доплат за их электроэнергию.
Обращает на себя внимание высокая в сравнении с прочими энергоисточниками себестоимость (= 22 EURO-цента/кВт • ч). Окупаемость ФЭС за 20-летний период при современных ценах на их основное оборудование наступает лишь при закупочных ценах на вырабатываемую ими электроэнергию более 32,5 EURO-центов/кВт • ч.
Таким образом, в настоящее время фотоэлектрические станции могут рассматриваться в качестве возможных источников электрогенерации лишь в долгосрочной перспективе.
9.7. Сравнительный анализ энергетической и экономической эффективности возможных вариантов энергоснабжения Астраханской области на базе ВИЗ
Возможный вклад возобновляемых энергетических ресурсов разного вида (в тыс. т у. т./год и в %), перспективных для Астраханской области, проиллюстрирован на рис. 9.8.
Как видно из диаграммы, по установленным масштабам наиболее значимыми видами возобновляемых ресурсов для Астраханской области являются ветровая (47%) и солнечная (43%) энергии, на долю которых приходится 90% от суммарного энергетического потенциала всех ВИЗ области. Вклад потенциала органических отходов сельского хозяйства и низкопотенциального тепла составляют соответственно 3% и 3,9%.
Сравнительные показатели энергетической и экономической эффективности возможных вариантов энергоснабжения Астраханской области на базе ВИЗ всех рассмотренных в данной работе типов сведены в табл. 9.25.
Для сравнения и сопоставимости результатов табл. 9.25 содержит расчетные данные по ВИЗ с параметрами и номинальными мощностями, обеспечивающими в условиях данного региона одинаковую годовую выработку электрической и тепловой энергии. В качестве эталонной выбрана ЭС номинальной мощности 10 МВт, работающая со среднегодовым #инм = 50%.
Интегральные показатели ВИЭ |
ФЭУ |
стк |
ВЭС |
мгэс |
ГеоЭС |
БиоСХ |
БноЛес |
ТеН |
Коэффициент использования номинальной МОЩНОСТИ Яинм. % |
16,0 |
16,0 |
32,0 |
13,0 |
50,0 |
40,0 |
||
Суммарная номинальная мощность, МВт |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
10,0 |
||
Годовая выработка ВИЭ, млн. кВт-ч |
13,60 |
13,60 |
27,19 |
11,05 |
41,61 |
33,99 |
||
Капитальные затраты на возведение ВИЭ, млн. EURO |
46,6 |
5,2 |
14,5 |
19,6 |
14,7 |
12,5 |
||
Эксплуатационные затраты на содержание ВИЭ, млн. EURO /20 лет |
11,02 |
2,96 |
8,56 |
10,54 |
15,88 |
8,76 |
||
Замещение органического топлива (природного газа), тыс. т/год |
2,80 |
2,80 |
5,61 |
2,28 |
8,76 |
7,01 |
||
Стоимость замещенного органического топлива в РФ, тыс. EURO/год |
226,2 |
226,2 |
452,4 |
183,8 |
706,9 |
565,5 |
||
Сокращение выбросов парниковых газов, тыс. т/год |
7,69 |
7,69 |
15,39 |
6,25 |
24,05 |
19,24 |
||
Стоимость предотвращенных выбросов, тыс. EURO/год |
481 |
481 |
481 |
481 |
481 |
481 |
||
Себестоимость энергии ВЭС, EURO EURO/кВт-ч |
0,215 |
0,031 |
0,043 |
0,139 |
0,069 |
0,032 |
||
Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене рынка, лет |
>20 лет |
8,8 |
15,2 |
>20 лет |
>20 лет |
8,3 |
||
Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене + надбавки, лет |
8,6 |
3,7 |
>20 лет |
5,6 |
3,7 |
|||
Срок окупаемости ВИЭ по оптовой цене + топливный бонус, лет |
>20 лет |
4,8 |
6,6 |
>20 лет |
8,8 |
4,5 |
||
Численность обслу живающего персонала. чел. |
9 |
7 |
11 |
14 |
20 |
9 |
||
Трудоемкость реализации проекта ВИЭ. чел.-час/млн. кВт-ч |
0,66 |
0.51 |
0,40 |
1,27 |
0,48 |
0,26 |
||
Рентабельность ВИЭ по оптовой цене рынка. % |
64 |
17 |
-64 |
-27 |
58 |
|||
Рентабельность ВИЭ по цене рынка + надбавки. % |
40 |
64 |
126 |
-46 |
2 |
137 |
||
Рентабельность ВИЭ по цене рынка + топливный бонус, % |
_ |
198 |
112 |
-34 |
33 |
187 |
Таблица 9.25 Сравнительные показатели энергетической и экономической эффективности возможных вариантов энергоснабжения Астраханской области на базе ВИЭ |
рассмотренных типов |
Серым фоном в табл. 5.25 выделены виды ВИЭ, представляющие наибольший экономический интерес и перспективы для энергоснабжения Астраханской области по совокупности факторов.
Наиболее существенные для оценки экономической эффективности и инвестиционной привлекательности проектов ВИЭ выделены жирным шрифтом.
Заслуживает внимания тот установленный факт, что ряд видов ВИЭ представляют практический интерес для инвестора даже без надбавок. Так, сроки окупаемости солнечных нагревательных коллекторов и топливных насосов оказываются меньше 10 лет даже при реализации вырабатываемой ими энергии по сегодняшним ценам оптового рынка * 3,0 EURO-цента / кВт • ч, при этом рентабельность 20-летних проектов выходит на уровень 60% и более.
Себестоимость данных технологий энерговыработки составляет = 3,0 EURO-цента/кВт • ч, что как минимум вдвое ниже, чем у вновь строящихся ТЭЦ и АЭС.
Этим типам ВИЭ несколько уступают по экономическим показателям ВЭС, себестоимость которых составляет =4,3 — 4,5 EURO-цента/кВт • ч при их работе с коэффициентами использования номинальной мощности на уровне 30 — 32%.
В случае утверждения проекта постановления Правительства о поправках за выработку электроэнергии инвестиционная привлекательность ВИЭ рассмотренных типов резко возрастает. Так, рентабельность проектов ВЭС за 20-летний период может превышать 100%, а тепловых насосов и солнечных тепловых коллекторов — более 200%.
По результатам проведенного анализа следует также отметить, что предложенные надбавки к энергии, вырабатываемой ВИЭ на биологических отходах сельскохозяйственного производства в условиях Астраханской области не обеспечивают достаточно привлекательных инвестиционных условий для их масштабного развития. Так, себестоимость БиоЭС на отходах даже зернопроизводства, наиболее ресурсообеспеченного и эффективного по экономическим показателям для Астраханской области, превышает 6,6 EURO-цента/кВт • ч, и даже в случае принятия предлагаемых надбавок рентабельность таких проектов при 20-летнем ресурсе по нашим расчетам практически отсутствует.
С учетом ресурсной обеспеченности наиболее перспективным согласно полученным в работе данным для Астраханской области представляется использование солнечных тепловых энергостанций и тепловых насосов, а также ветроэлектростанций.
Их широкомасштабное использование для энергоснабжения Астраханской области представляет несомненный практический интерес и может обеспечить краю значительный экономический, экологический и социальный эффект.
Отметим, что суммарный энергопотенциал всех ВИЭ области (927 тыс. ту. т./ год) может обеспечить почти 30% прогнозируемой для области на 2020 г. выработки электроэнергии.
9.8. Обоснование долгосрочных региональных целей для программы развития ВИЭ до 2020 г. с учетом ресурсообеспеченности и местных условий
Целесообразность развития энергетики Астраханской области на основе возобновляемых источников энергии обусловлена:
— растущим дефицитом собственных традиционных топливно-энергетических ресурсов;
— значительными ресурсами ВИЭ;
— высокой экологичностью технологий ВИЭ;
— динамикой роста стоимости электроэнергии и тепла, значительно повышающей инвестиционную привлекательность проектов по ВИЭ;
— стабильным ростом экономического развития Астраханской области.
При выборе наиболее перспективных видов ВИЭ для Астраханской
области и целесообразных масштабов их внедрения и использования авторы использовали следующие соображения.
Возобновляемые источники энергии подразделяются на бестопливные (солнечные, ветровые, гидравлические, геотермальные) и топливопотребляющие (биоэнергетические).
Топливная составляющая подразумевает целый комплекс дополнительных и весьма трудоемких и затратных работ: сбор биосырья на полях, транспортировку к энергостанции, складирование, сушку, резку, загрузку в рабочую камеру и пр. К тому же добавляется необходимость наличия складских помещений большой емкости, грузового транспорта и погрузочно-разгрузочной техники. С учетом этих работ и затрат как эффективность, так и сами возможности использования биоресурсов существенно уменьшаются по технологическим и экономическим причинам. Для оценки технологических, и, в конечном итоге, экономических возможностей использования ВИЭ авторами использован в качестве критерия удельный производственный потенциал ВИЭ, исчисляемый в т у. т. на 1 км2 территории региона (табл 9.26).
Применительно к использованию энергии отходов сельскохозяйственной биомассы низкая удельная плотность этого ресурса накладывает ограничения на мощность БиоЭС, связанные с трудоемкостью сбора биоотходов и необходимостью транспортировки биотоплива на далекие расстояния.
В соответствии с полученным распределением производственного потенциала (см. рис. 9.8) утилизируемые с высокой эффективностью возобновляемые ресурсы Астраханской области по оценкам авторов допус-
№ |
Вид возобновляемого ресурса |
Плотность ресурса, т у. т км2 |
1 |
Тепловая солнечная энергия |
50 000- 100 000 |
2 |
Фотоэлектрическая энергия |
10 000 — 15 000 |
3 |
Ветровая энергия |
3 000 — 5 000 |
4 |
Геотермальная энергия |
10 000 — 50 000 |
5 |
Энергия рек |
5 000- 10 000 |
6 |
Энергия биоресурсов |
100 — 300 |
Таблица 9.26 |
кают практическое использование в следующих объемах (табл.9.27). Разумеется при этом, что очередность и масштабы на первых этапах внедрения ВИЭ будут определяться их экономической эффективностью, связанной с энергетической эффективностью и возможной государственной экономической поддержкой.
Таблица 9.27
Возможные масштабы использования ВИЭ в Астраханской области
С учетом обеспеченности возобновляемыми ресурсами Астраханской области и энергетической и экономической целесообразности авторами обоснованы и предлагаются в качестве проекта долгосрочные (до 2020 г.) региональные цели по внедрению ВИЭ (табл. 9.28). Количественные целевые показатели региона в данной работе определены исходя из оцененных производственных потенциалов ВИЭ разных видов.
В качестве базовых для масштабного развития возобновляемой энергетики в Астраханской области представляется целесообразным выбрать ветроэнергетику (с суммарной установленной мощностью до 250 МВт к 2020 г.), гелиоэнергетику (тепловую и электрическую с суммарной установленной мощностью = 62 МВт к 2020 г.) и биоэнергетику (с суммарной установленной мощностью — до 30 МВт к 2020 г.).
Выбор данных опорных видов ВИЭ обусловлен прежде всего исходя из большой ресурсообеспеченности региона солнечными и ветровыми ресурсами и весьма значительными энергетическими ресурсами биомассы в настоящее время и большими перспективами наращивания потенциала биоэнергетики с возрождением в области традиционного для нее сельского хозяйства, прежде всего животноводства, а также перспектив использования посевных площадей области для выращивания энергетических культур, например сорго, для последуюещей выработки из них биотоплива. При выборе учитывался также фактор экономичности ветроэлект-
Таблица 9.28 Целевые показатели производства и потребления электроэнергии ВИЭ в РФ и субъекте РФ — Астраханской области
|
Таблица 9.29 (продолжение)
|
рических станций и солнечных коллекторов для нагрева воды и отопления (по сравнению с топливными технологиями энергопроизводства и другими видами ВИЭ).
Целевые показатели выбирались с учетом разработанного проекта федеральных целевых показателей по ВИЭ [84], проходящих процедуру согласования в Правительстве Российской Федерации на предмет принятия к обязательному исполнению на Правительственном уровне в качестве закона. В случае его принятия и исполнения каждому региону (Административному округу и субъекту Российской Федерации) будут установлены в той или иной форме задания по реализации данных целей, и представляется логичным, чтобы объемы по развитию ВИЭ задавались с учетом или ресурсной обеспеченности, или экономической целесообразности (пропорционально производственному потенциалу региона).
Отметим, что в части развития в Астраханской области солнечной энергетики в разработанном проекте присутствуют повышенные (по сравнению с проектом федеральных целей) обязательства по внедрению солнечных энергетических установок, и, прежде всего, наиболее экономичных из всех видов ВИЭ солнечных коллекторов. Однако выполнение большей части Федеральной программы по развитию в России солнечной энергетики на базе Астраханской области является свидетельством недооценки роли солнечной энергетики при установлении федеральных целей и не является авантюрным для региона.
Экономичность использования СК в индивидуальном жилищном секторе подтверждена многолетним мировым опытом. Мощность установленных за рубежом СК измеряется уже в ГВт. Даже если только 5% владельцев частных домов или дач (что составляет =10-15 тыс. пользователей) в Астраханской области начнут использовать солнечные коллекторы для нагрева воды и отопления, в сумме установленная мощность СК составит в этом случае (из скромного расчета = 3-5 кВт тепловый мощности на дом) не менее 30 — 50 МВт.
С учетом результатов, полученных в ходе проведенного предпроектного анализа и выявленной более высокой энергетической и экономической эффективности ряда видов ВИЭ (сетевых ВЭС, солнечных коллекторов, тепловых насосов) по сравнению с традиционными энергоисточниками, представляется целесообразным выступить от Проекта TACIS с инициативой пересмотра проекта Федеральных целей по ВИЭ в сторону их увеличения.
В качестве заключительного вывода следует отметить, что наличие в области богатых ресурсов солнечной и ветровой энергий, бытовых органических отходов, а также отходов сельскохозяйственной деятельности позволяет рассматривать Астраханскую область как перспективную для масштабного развития ВИЭ. Однако реализация этих перспектив возможна лишь в случае принятия в России должной нормативно-правовой базы ВИЭ и мер их экономической поддержки.