Яков Сосновский, Евгений Арьев

Низкопотенциальное солнечное тепло в Израиле, на Кипре и в мире

Все, впервые посещающие Израиль, обращают внимание на достопримечательность пейзажа — повсеместно установленные на крышах жилых домов обращенные к югу плоские солнечные коллекторы и окрашенные в белый цвет короткие трубы (на иврите «дуд шемеш» — солнечная труба).

Солнечные лучи традиционно используется для подогрева воды летом в загородных домах, на приусадебных участках, дачах. На эстонских молочных фермах водяные башни окрашивают в черный цвет для более интенсивного нагрева воды до температуры, пригодной для обмывания вымени коров. Есть и другие примеры их применения.

В Израиле, энергетика которого на 100% зависела от импорта нефти, а доля солнечных дней в году достигает 80%, более полувека назад впервые в мире была создана простая, надежная и высокоэффективная технология использования солнечной энергии низкотемпературного потенциала для подогрева воды на протяжении всего года [1].

Израиль и Кипр занимают передовые позиции в мире по использованию солнечных водоподогревателей – solar water heaters (далее – солнечные бойлеры – СБ). По последним данным, на 1 жителя на Кипре приходится 0,71 кв. м площади солнечных коллекторов, в Израиле 0,56 (в США всего лишь 0,01) [2].

Цена вопроса

Современные СБ в среднем экономят до 80% энергии по сравнению с электрическими. Они неприхотливы в эксплуатации и достаточно быстро окупаются: по оценке Минэнерго Израиля, приведенные затраты каждого домохозяйства на их эксплуатацию за 20 лет составят в среднем 8,6 тыс. шек. – почти втрое меньше, чем электрических бойлеров; и это – при существующих относительно низких тарифах на электроэнергию. Показательно сравнение этих затрат со средней стоимостью строительства новой квартиры — 400 тыс. шек.

Применительно к Израилю, согласно энергобалансу за 2009 г. [3], СБ обеспечивают 4,8% потребления первичной энергии (более 1 млн. тонн нефтяного эквивалента). С учетом того, что при этом замещается электроэнергия, это эквивалентно экономии 1,5 млн. тнэ первичной энергии и снижению на 7.3% выбросов СО₂. Для Кипра это соответственно 2,3 и 6,2 % [4].

Повсеместному распространению СБ в Израиле способствовало принятие в 1976 г. Закона о строительстве и планировании, обязывающего оснащать этими устройствами все строящиеся жилые здания высотой до 8 этажа включительно.

За это время возведено большое число высокоэтажных зданий, не оборудованных СБ, и на подогрев воды здесь приходится тратить дополнительно значительное количество дорогой и дефицитной электроэнергии (по оценке Минэнерго — 240 млн. квт-часов в год), за что жильцы каждой из таких квартир дополнительно платят в среднем более 1000 шек. в год (при существующем тарифе – это стоимость примерно 2000 квт-ч). Из этих данных следует, что число таких квартир составляет примерно 5% существующего жилфонда.

В соответствии с этим, Минэнерго в конце 2011 г. поставило вопрос о снятии этого ограничения в Законе. В ходе обсуждения в инстанциях были преодолены возражения МВД о технической неосуществимости и неэффективности такого решения — указанием на практику строительства квартала высотных домов в г. Явне: часть квартир, где не удается разместить соответствующее оборудование, предусмотрено снабжать подогретой водой от системы тепловых насосов.

Соответствующий законопроект внесен для обсуждения в Кнессет в первом чтении.

Таким образом, при активном участии газеты «Едиот ахронот» и ее корреспондента Амира Бен-Давида, данное препятствие в ближайшее время будет снято, и доля охвата жилого фонда этой прогрессивной технологией будет возрастать по мере нового строительства.

Но… указанная корректировка закона не затрагивает существующий жилой фонд, сферу торговли и общественного обслуживания, индустриальный сектор.

О степени охвата СБ существующего жилфонда можно судить по отдельным публикациям. Так, в 2005 г. парк СБ оценивался в 1,3 млн. единиц [5], т.е. ими было оборудовано примерно 66% квартир (домохозяйств). Нет оснований считать, что за прошедшие годы эта доля существенно повысилась Частично это связано с рассмотренным выше опережающим строительством зданий повышенной этажности.

Наши наблюдения показывают также, что значительная часть квартир, в том числе в зданиях ниже 9 этажей, не оборудована СБ, что связано с рядом причин.

В стране примерно 1/3 семей используют съемные квартиры, владельцы которых гораздо меньше заинтересованы в их оборудовании СБ, поскольку оплата услуг ложится на квартиросъемщиков. В условиях растущего дефицита доступного жилья усиливается тенденция квартировладельцев разделять большие квартиры гипсокартонными перегородками на несколько так называемых «студио», рассчитанных на одиночек или малые семьи; там нет кухни, оборудованной газовой плитой, и, тем более, СБ. Особенно развита такая практика при переоборудовании под жилье офисных зданий и помещений, а также бывших помещений цехов по шлифовке алмазов. Оставляя в стороне вопрос о соответствии такой практики строительным нормативам, можно уверенно утверждать, что значительная часть домохозяйств именно благодаря этому не оборудовано СБ. Так что воздействие упомянутых нормативных актов следовало бы распространить и на эту сферу.

Улучшение использования потенциала СБ

По оценке инженера А.Плица (Дом инженеров, Бат-Ям), примерно раз в 5 лет нужен ремонт СБ (по действующим нормативам эксплуатации – 1 раз в 8 лет), чтобы поддерживать их эффективность, систематически следить за очисткой коллекторов от пыли и грязи, и т.д. Предложено также объединять индивидуальные СБ здания в единую систему, что позволит сгладить во времени неравномерный спрос отдельных потребителей (учет фактического потребления каждым из них — обеспечить установкой теплосчетчиков).

Разработанные к настоящему времени технические усовершенствования бытового электрооборудования позволяют более полно использовать потенциал СБ. Стиральные машины с возможностью подключения к горячей воде при стирке при 40 градусов экономят до 72 % электроэнергии (они уже поступили в продажу в Израиле). По-видимому, это же возможно для посудомоечных машин.

Расширение сферы применения СБ

Согласно энергобалансам, в Израиле их применение ограничено жилищным сектором, на Кипре 14% их суммарной энергии приходится на торговлю и сферу услуг. Так что и здесь есть определенные возможности ограничить применение электроэнергии или других видов энергии для нагрева воды. Достаточно указать, что в сфере торговли и общественного обслуживания Израиля, в том числе в лечебных учреждениях, уровень электрификация составляет 100%, чего нет ни в одной стране в мире!

Большие перспективы имеет применение тепловых коллекторов для производства низко- и среднепотенциального тепла (до 160 гр.) в процессах нагрева, на которые в индустриальном и коммерческом секторах, по оценкам проф. Г. Гроссмана (Технион), приходится до 30% потребляемой конечной энергии. Предложены различные конструкции устройств по использованию для этой цели солнечной энергии [6]. Интенсификация их разработки, организация производства или приобретение заграницей обещает дать экономию электроэнергии, сопоставимую с применением СБ в жилсекторе.

Глобальные перспективы применения СБ

Опыт Израиля и Кипра убедительно показывает большие преимущества и перспективы дальнейшего расширения использования СБ до оптимального насыщения ими различных секторов экономики. Теоретический потенциал энергосбережения за счет оптимального использования этой технологии виден из того, что на функцию «подогрев воды» в США, например, приходится 17,5% общего потребления энергии в жилищном хозяйстве [7].

Сравним энергоэкономические показатели СБ и индивидуальных солнечных фотоэлектрических установок в Израиле. Стоимость комплекта оборудования СБ для квартиры среднего размера составляет примерно 3 тыс. шекелей, и при оптимальной загрузке эти затраты окупается за 2-3 года (еще раз укажем – при существующем тарифе на электроэнергию!).

В стране осуществляется правительственная программа доведения к 2020 г. до 10% доли возобновляемых источников в производстве электроэнергии (преимущественно за счет солнечной энергии). С этой целью стимулируется децентрализованное производство солнечной энергии: индивидуальному производителю, передающему электроэнергию в централизованную сеть, на протяжении 18 лет каждый киловатт-час оплачивается по неизменному тарифу, существенно превышающему действующий тариф Израильской электрической корпорации (Хеврат хашмаль — ХХ).

Так, два года назад установка мощностью 4,6 кВт (площадь установленных на крыше панелей — 40 кв.м) обошлась владельцу дома в 100 тыс. шек. (удельные инвестиции 21,7 тыс. шек./квт); согласно условиям договора с компанией-поставщиком, эти инвестиции должны окупиться в течение 7 лет за счет оплаты каждого передаваемого в сеть кВт-часа по 1,97 шек. (до 3,6 раза выше тарифа ХХ. При действующем тарифе срок окупаемости составил бы более 25 лет.). Расчетное число часов работы такой миниэлектростанции с установленной мощностью составляет 1/5 календарного годового фонда времени, что вдвое выше, чем средний показатель фотоэлектрических станций (ФЭС) в странах ЕС-27 [8] (здесь явно сказываются более благоприятные природные условия Израиля). Для тепловых электростанций в Израиле этот показатель составляет 52% календарного годового фонда времени. Рядом с этим показатели СБ недосягаемы – 4/5 календарного фонда!

Что касается удельных инвестиций, они для миниФЭС существенно выше, чем для традиционной электроэнергетики, но постепенно снижаются по мере роста единичной мощности: сейчас для установки мощностью 15 квт они вдвое ниже. Но низкое экстенсивное использование является, по-видимому, имманентной их характеристикой – показатели традиционных тепловых, гидро- и особенно атомных электростанций, тем более СБ, для них представляются недостижимыми. (Правда, и здесь научно-технический прогресс не дремлет – предложена идея СБ и ФВЭ, подобно подсолнуху поворачивающихся вслед за движением солнца.)

Все это еще раз подводит к выводу о целесообразности во всем мире, в первую очередь, в районах с высокой солнечной активностью, максимально использовать уникальные возможности эффективных СБ в различных сферах деятельности.

Вопросы учета энергии СБ

Они важны для правильной технико-экономической оценки сравнительной эффективности этого вида ВИЭ. Отсутствие единого методического подхода, учитывающего особенности СБ, использование в каждой стране (во всяком случае, в Израиле и на Кипре, чьи энергобалансы тщательно проанализированы нами), своего метода (преимущественно, расчетных оценок), ставит под сомнение достоверность данных о масштабах их использования и значимости .

Достаточно указать на существенное несоответствие данных о масштабах применения солнечных профилей и объемов использованной энергии СБ в двух ведущих в этой области странах, увеличение доли энергии СБ в Израиле в 2009 г. по сравнению с предыдущим годом сразу на 40%, и др.

Представляется, что имеются условия разобраться в этой проблеме: исследовать, на основе представительных выборочных наблюдений, фактический объем потребляемой тепловой энергии одной установкой, оценить удельную производительность единицы площади коллекторов, и т.д.

Соответствующие изменения должны быть внесены Международным энергетическим агентством в его методические указания по энергетической статистике, а в форме энергетических балансов целесообразно выделить колонку «низкопотенциальное солнечное тепло».

Источники:

1. Тabor H. Forty Years of Solar Energy Development and Exploitation in Israel// Solar World. – 1993 – 17 — # 7.
2. http://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-4170293,00.html
3. iea.org/stats/balancetable.asp? COUNTRY-CODE -/ IL
4. iea.org/stats/balancetable.asp? COUNTRY-CODE -/ CU
5. A. Mor, Sh. Serussi. Energy Efficiency and Renewable Energy in Israel — March 2, 2007.
6. G. Grossman. Solar Energy for Generation of Process Heat- Presentation- Febr.26, 2007-Technion, Haifa
7. State Energy Efficiency Scorecard. Outlook 2035. http://205.254.135.24/forecasts/aeo/pdf/0383(2011).pdf Table
8. S.C. Bhattacharyya. Energy Economics. Springer-2011, Fig.11.8.

Также читайте по теме:

Яков Сосновский, Евгений Арьев: «Проблемы энергосбережения в Израиле» – часть 1, часть 2, часть 3

Другие работы авторов:

— Яков Сосновский, Евгений Арьев: в книге «Устойчивое развитие Израиля. Системный анализ». Раздел 7. Энергосбережение и  устойчивое развитие Израиля.

— Евгений Арьев: «Хирия: от свалки мусора к природоохранному комплексу».