Оценка энергоэффективности объектов на основе возобновляемых источников энергии

В настоящее время многие страны мира начинают все более активно переходить к ресурсосберегающему пути развития. В последние годы структура производства энергии в мире меняется в сторону снижения доли невозобновляемой энергетики и увеличения доли возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Наиболее динамично развивающимися отраслями ВИЭ являются солнечная и ветровая энергетика.

Традиционно выделяют следующие причины, способствующие развитию ВИЭ:

• более равномерное распределение по территории планеты и как следствие их большая доступность;
• практически полное отсутствие выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду в процессе эксплуатации (не для всех видов ВИЭ);
• исчерпаемость ископаемых ресурсов и неограниченность ресурсов для некоторых видов ВИЭ (ветер и  солнце);
• существенное усовершенствование технологий производства энергии (в особенности для солнечной и ветровой энергетики).

Развитию ВИЭ также способствует то, что в настоящее время более чем в 50-ти странах мира приняты (в России частично) и действуют законы и меры государственного регулирования для поддержки возобновляемой энергетики. Кроме того, немаловажным фактором развития ВИЭ является снижение капитальных вложений в строительство энергообъектов на их основе.

Наиболее значительное снижение удельных капитальных вложений в строительство приходится на такие энергообъекты, как ветровые электростанции (ВЭС) и солнечные фотоэлектрические электростанции (СФЭС). Для таких энергообъектов на основе ВИЭ, как гидроэлектростанции (ГЭС), малые гидроэлектростанции (МГЭС), геотермальные электростанции (ГеоЭС) и биоэлектростанции (БиоТЭС), значения капитальных вложений снизились, но незначительно. Наряду с этим в последние годы также наблюдается тенденция снижения эксплуатационных (текущих) затрат и приведённой стоимости электроэнергии (Levelized Cost of Energy – LCOE).

В настоящее время энергообъекты на основе ВИЭ при определённых условиях являются экономически вполне конкурентоспособными.

Причины такого интенсивного развития ВИЭ, в особенности ветровой и солнечной энергетики, заключаются ещё и в том, что в  мире изменился подход к  оценке эффективности энергетических объектов в сторону многокритериальности, наметилась тенденция на децентрализацию систем энергоснабжения и на развитие региональной энергетики, в особенности на основе ВИЭ.

В зарубежной практике наряду с  экономическими показателями для оценки эффективности энергообъектов используют энергетические и экологические показатели.

В качестве энергетических показателей принимаются: срок энергетической окупаемости (Energy payback time (EPBT)) и коэффициент энергетической эффективности (Energy return on investment (EROI)).

Срок энергетической окупаемости показывает время, в течение которого рассматриваемый энергообъект произведённой энергией компенсирует затраты энергии на его создание, эксплуатацию и снятие с эксплуатации.

Коэффициент энергетической эффективности представляет собой отношение произведённой энергии на этапе эксплуатации к  затраченной энергии в течение жизненного цикла энергообъекта, который состоит из трёх основных этапов: строительство, эксплуатация и снятие с эксплуатации.

В качестве основных экологических показателей принимаются:

• потенциал глобального потепления (Global warming potential (GWP));
• потенциал окисления (Acidification potential (AP));
• потенциал эвтрофикации (Eutrophication potential (EP)).

Потенциал глобального потепления – показатель, определяющий степень воздействия различных парниковых газов на глобальное потепление.

Потенциал окисления – показатель, характеризующий воздействие на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ, способных образовывать кислоты.

Потенциал эвтрофикации – показатель, характеризующий ухудшение качества воды в результате накопления в воде биогенных элементов.

Значения данных показателей определяются на основе следующих загрязняющих веществ: потенциал глобального потепления рассчитывается на основе СО, СO₂ и СH₄ и измеряется в _{кгСO2экв,} потенциал окисления – SO₂, NOx и HCl и измеряется в кгSO₂экв, потенциал эвтрофикации – PO₄, NH₃ и NOх и измеряется в кгPO₄экв. Каждый из типов загрязняющих веществ имеет свой удельный вес.

Результаты многочисленных исследований показывают: энергообъекты на основе возобновляемых источников энергии, в особенности СФЭС и ВЭС, как правило, энергетически и  экологически эффективнее, чем объекты невозобновляемой энергетики.

Энергетическая эффективность энергообъектов на основе ВИЭ (особенно ветровой и солнечной энергетики) за последние 5–10 лет значительно повысилась.

В  таблице приведены оценки сроков энергетической окупаемости, полученные разными авторами для наземных ВЭС и СФЭС различного типа и ГЭС разной мощности. Из них следует, что срок энергетической окупаемости наземных ВЭС составляет от 6,6 до 8,5 месяцев, СФЭС 2,5–3,8 года и МГЭС 1,28–2,71 года, соответственно.

Снижение сроков энергетической окупаемости энергообъектов на основе ВИЭ связано с тем, что в мире за последние 15–20 лет произошло существенное развитие и  усовершенствование технологий производства энергетического оборудования и элементов энергообъектов.

Наиболее наглядно данная тенденция прослеживается для ВЭС и СФЭС, для которых основная доля затрат энергии в течение жизненного цикла приходится на изготовление основного энергетического оборудования (ветротурбин и  фотоэлектропреобразователей).

Так, например, доля энергозатрат на основное энергетическое оборудование ВЭС составляет порядка 70–85%, а для СФЭС 80–90%. Если рассмотреть ВЭС и СФЭС в составе ветровых и солнечных парков, то удельный вес составляющих затрат энергии в этом случае будет немного отличаться от приведённых значений, поскольку нужно будет учесть затраты энергии на изготовление кабелей.

Увеличение экономической конкурентоспособности энергообъектов на основе ВИЭ, а также их более высокая энергетическая и экологическая эффективность по сравнению с невозобновляемыми источниками способствуют всё более интенсивному развитию энергообъектов на основе ВИЭ в мире.

Согласно прогнозам, установленная мощность энергообъектов на основе ВИЭ, в особенности ветровой и солнечной энергетики в мире, как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе будет продолжать возрастать. Также согласно прогнозам, в мире будет увеличиваться и доля ВИЭ в общем производстве энергии.

оценки энергетической и  экологической эффективности жизненных циклов энергообъектов. Эти оценки показывают, что энергообъекты на основе ВИЭ (особенно ВЭС и СФЭС) в подавляющем большинстве случаев энергетически и экологически эффективнее, чем невозобновляемые источники энергии.

Выбор наиболее эффективных вариантов энергообъектов в России в настоящее время осуществляется только на основе показателей экономической эффективности. Определение энергетической и экологической эффективности жизненных циклов энергообъектов, в том числе на основе ВИЭ, не производится, что не позволяет произвести комплексную оценку их эффективности.

В России существует большое количество децентрализованных и энергодефицитных регионов и районов со слабой сетевой инфраструктурой, изношенными энергетическими фондами, но с большим потенциалом ветровой, солнечной и других видов возобновляемой энергии, использование которой при всесторонней комплексной оценке может оказаться не только экономически, но и энергетически, и экологически значительно эффективнее, чем использование невозобновляемых источников энергии.