Солнечные коллекторы в промышленности: анализ зарубежного опыта применения и экономическая оценка перспектив внедрения в региональных энергосистемах
Промышленные низкотемпературные процессы как перспективный сектор для внедрения солнечных коллекторов, которые могут заместить традиционные технологии теплоснабжения. Обзор современного состояния мирового рынка промышленных солнечных коллекторов.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 27.01.2021 |
Размер файла | 558,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН
Солнечные коллекторы в промышленности: анализ зарубежного опыта применения и экономическая оценка перспектив внедрения в региональных энергосистемах
С.В. Ратнер
Промышленные низкотемпературные процессы являются перспективным сектором для внедрения солнечных коллекторов, которые могут частично, а в некоторых случаях и полностью заместить традиционные технологии теплоснабжения. В настоящее время использование солнечных коллекторов больше всего развито в пищевой, текстильной и химической промышленности. Целью данной работы является обзор современного состояния мирового рынка промышленных солнечных коллекторов и оценка возможностей их применения в отдельных секторах промышленности Российской Федерации. Информационную базу исследования составили аналитические материалы проекта Мирового энергетического Агентства «Интеграция солнечной генерации тепла в индустриальные процессы» (IEA SHC Task49/IV SHIP), материалы сети экспертизы REN21 и аналитического агентства Solar&WindEnergy.
В результате исследования было выявлено, что рынок промышленных солнечных коллекторов в настоящее время развивается практически без каких-либо мер государственной поддержки, только за счет рыночных механизмов, что свидетельствует о коммерческой привлекательности технологии. Согласно полученным прогнозным оценкам,приведенная стоимости энергии, произведенной с помощью промышленных солнечных коллекторов в южных регионах России, может составить 3,8-6,6 руб./кВт-час. Несмотря на то, что полученные прогнозные оценки выше текущих тарифов, экономическая целесообразность использования солнечных коллекторов в промышленности значительно возрастает в случае невозможности подключения к централизованным тепловым сетям, а также в случае сезонной загруженности предприятий. На примере Краснодарского края показано, что потенциал энергосбережения при внедрении промышленных солнечных коллекторов только на предприятиях пищевой промышленности может составить 16-17% от всего объема производимой в крае тепловой энергии ежегодно.
Ключевые слова: теплоснабжение промышленных процессов, возобновляемая энергетика, солнечные коллекторы, экономическая эффективность.
Solar collectors in the industry: analysis of foreign experience of application and economic assessment of prospects of introduction of regional power system
S.V.Ratner
Trapeznikov Institute of Control Sciences, Russian Academy of Sciences
Industrial low-temperature processes are a promising sector for the introduction of solar collectors, which can partially, and in some cases completely replace traditional heat supply technologies. Currently, the use of solar collectors is most developed in the food, textile and chemical industries. The aim of this work is to review the current state of the world market of industrial solar collectors and assess the possibilities of their application in individual industrial sectors of the Russian Federation. The information base of the study was the analytical materials of the project of the World Energy Agency “Integration of Solar Heat into Industrial Processes ” (IEA SHC Task49 / IV SHIP), materials of the REN21 expert network and the analytical agency Solar & Wind Energy.
As a result of the study, it was revealed that the market of industrial solar collectors is currently developing almost without any measures of state support, only due to market mechanisms, which indicates the commercial attractiveness of the technology. According to the predicted estimates, the present value of the energy produced by industrial solar collectors in the southern regions of Russia may amount to 3.8-6.6 rubles / kWh. Despite the fact that the forecast estimates are higher than current tariffs, the economic feasibility of using solar collectors in industry increases significantly if it is not possible to connect to centralized heating networks, as well as in the case of seasonal workload of enterprises. On the example of the Krasnodar Territory, it is shown that the energy saving potential when introducing industrial solar collectors only at food industry enterprises can make up 16-17% of the total amount of thermal energy produced in the region annually.
Key words: heat supply of industrial processes, renewable energy, solar collectors, economic efficiency.
Введение
В последние десятилетия возобновляемая энергетика получила огромное развитие во всем мире. Среднегодовые темпы прироста электрогенерации на основе возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в период с 2009-2016 гг. составили 6,4%. По итогам 2017 года инвестиции в электрогенерацию на основе ВИЭ превзошли объемы инвестиций в традиционные виды электрогенерации (включая атомную энергетику), причем основная их часть пришлась на страны с развивающейся экономикой [1]. На сегодняшний день почти все страны мира имеют обозначенные на государственном уровне цели по развитию возобновляемой энергетики. Однако, несмотря на значительный прогресс в электрогенерации, внедрение технологий ВИЭ в секторе теплоснабжения и тепловой генерации, в том числе, для промышленных нужд, пока происходит медленно, тогда как именно эти виды конечного потребления энергии занимают наиболее значимые доли в мировом энергобалансе. Так, на теплоснабжение, согласно статистическим данным МЭА 2015 года, расходуется 50% всей потребляемой в мире энергии, причем более 70% в этом секторе составляет энергия из углеводородных источников [2]. Доля ВИЭ в отопительном секторе в целом по миру пока составляет 9% и распределена между следующими современными технологиями [1]:
1. Биогенерация: бойлеры, использующие твердую биомассу, использование биогаза в системах централизованного отопления, добавление биогаза в газоснабжающую сеть, прямое использование биогаза для приготовления пищи.
2. Солнечные коллекторы: используются для нагрева воды и, в меньшей степени, отопления зданий. В последние годы существенно возросли масштабы использования в системах центрального отопления и в промышленности [3].
3. Геотермальная энергия: используется в центральных системах отопления, для бассейнов, теплиц, а также в промышленности.
4. Отопление с помощью возобновляемой электроэнергии: использование электроэнергии, генерируемой солнечными панелями, ветростанциями и т.д. для работы тепловых насосов в жилом, коммерческом и промышленном секторах.
Основная часть
солнечный коллектор теплоснабжение
Использование солнечной энергии в теплоснабжении зданий жилого и коммерческого сектора имеет достаточно долгую историю и хорошо изучено в литературе [4-5], в то время как применение солнечной энергии в промышленном производстве в настоящее время только развивается. Основным сдерживающим фактором пока что является невозможность круглосуточного обеспечения теплоснабжения производственного процесса с помощью энергии солнца. Для преодоления этого технического барьера необходима инсталляция дополнительного оборудования - систем хранения тепла, которые существенно увеличивают стоимость всей солнечной установки [6]. Высокая первоначальная стоимость приобретения и инсталляции оборудования (солнечных коллекторов и систем хранения тепла) является вторым по значимости сдерживающим фактором, который особенно важен для малых и средних предприятий, не обладающих достаточно большим объемом оборотных средств [7]. В то же время меры государственной поддержки развития данного вида ВИЭ пока недостаточно распространены. Так, в 2016 году по данным IRENA [1] уже 126 стран мира проводили различные меры государственной политики, направленные на поддержку ВИЭ в секторе электрогенерации, тогда как меры стимулирования технологий ВИЭ в отопительном секторе внедрялись только в 21 стране.
В настоящее время применение солнечной энергии больше всего развито в пищевой промышленности [7], в первую очередь, из-за того, что большинство производственных процессов, связанных с переработкой пищевых продуктов, являются низкотемпературными (табл. 1).
Таблица 1
Промышленные процессы, потенциально пригодные для использования солнечных коллекторов как теплообеспечивающего оборудования
Отрасль промышленности |
Промышленный процесс |
Температурный режим, °С |
|
Химическая |
Биохимическая реакция |
20-60 |
|
Дистилляция |
100-200 |
||
Компрессия |
105-165 |
||
Сгущение |
110-130 |
||
Производство пищевых продуктов и напитков |
Бланшировка |
60-100 |
|
Обжиг |
45-90 |
||
Кипение |
40-130 |
||
Варка |
70-120 |
||
Пастеризация |
60-145 |
||
Копчение |
20-85 |
||
Очистка |
60-90 |
||
Стерилизация |
100-140 |
||
Темперовка |
40-80 |
||
Сушка |
40-200 |
||
Мойка |
30-80 |
||
Производство бумаги и картона |
Отбеливание |
40-150 |
|
Удаление чернил и краски (при переработке) |
50-70 |
||
Варка древесины в химическом растворе |
110-180 |
||
Сушка |
95-200 |
||
Обработка металлов |
Хромирование |
20-75 |
|
Обезжиривание |
20-100 |
||
Гальванопокрытие |
30-95 |
||
Фосфатирование |
35-95 |
||
Продувка |
40-70 |
||
Сушка |
60-200 |
||
Производство резины и пластмассы |
Сушка |
50-150 |
|
Преднагрев |
40-70 |
||
Текстильная промышленность |
Отбеливание |
40-100 |
|
Крашение |
40-130 |
||
Сушка |
60-90 |
||
Стирка |
50-100 |
||
Пропитка |
160-180 |
||
Прессование |
80-100 |
||
Деревообрабатывающая промышленность |
Выпаривание |
70-90 |
|
Морение |
40-70 |
||
Прессование |
120-170 |
||
Вываривание |
80-90 |
||
Сушка |
40-150 |
||
Добыча полезных ископаемых |
Очистка |
~60 |
|
Электролиз |
~50 |
||
Другие процессы |
~80 |
||
Сельское хозяйство |
Сушка |
80 |
|
Подогрев воды |
90 |
||
Автомобилестроение |
Подогрев воды |
90 |
|
Очистка |
120 |
||
Другие процессы |
~50 |
Источник: составлено автором по данным [7-10].
Так, например, такие процессы как различные типы сушки, очист- ка, мойка, подогрев воды, пастеризация и стерилизация не требуют температуры выше 250°С, которая достаточно легко может быть обеспечена с помощью солнечных коллекторов различных типов. Второй по распространенности использования солнечных коллекторов является текстильная промышленность, многие производственные процессы в которой (такие как чистка, сушка, стирка, прессование) также не требуют высоких температур [8-10].
В зависимости от требуемого уровня температуры производственного процесса используются различные типы солнечных тепловых коллекторов: от наиболее простых воздушных, плоских и коллекторов с вакуумной трубкой, пригодных для температур до 100°C, до более сложных концентрирующих солнечных тепловых коллекторов, таких как чаши Шеффлера, коллекторы Френеля и параболические желоба для температур до 400°C [7-11].
Целью настоящей работы является обзор современного состояния мирового рынка промышленных солнечных коллекторов и оценка возможностей их применения в отдельных секторах промышленности Российской Федерации.
Обзор современного состояния рынка промышленных солнечных коллекторов
Солнечное тепло для промышленных процессов (Solar Heat for Iindustrial Processes, SHIP) - это быстро растущий мировой рынок [8]. По данным Австрийского научно-исследовательского института устойчивых технологий (Institute for Sustainable Technologies, AEE INTEC) - ведущего европейского исследовательского центра в области гибридных систем отопления), количество промышленных солнечных установок на начало 2018 года (последние статистические данные) оценивается как 624 штуки с общей площадью коллекторов 609 тыс. кв.м. (рис. 1). И если ранее лидерами на этом рынке были технологически развитые страны, то за последние годы был реализован ряд перспективных проектов на территориях развивающихся стран - от небольших демонстрационных установок до масштабных систем мощностью 100 МВт (термических). 2017 год оказался рекордным по количеству установок в промышленном секторе (124 новых установки, общей площадью коллекторов 192580 кв.м) (табл. 2). Это дало прирост на 25% по кумулятивному количеству установок и прирост в 45% по кумулятивной площади.
Рис. 1. Количество промышленных коллекторов мощностью не менее 700 Квт в различных странах мира
Таблица 2 Статистика установок промышленных солнечных коллекторов по странам в 2017 году
Страна |
Количество установок, шт. |
Площадь коллекторов, кв.м |
Средняя площадь коллектора, кв. м |
|
Оман |
1 |
148 000 |
148 000 |
|
Мексика |
36 |
6 411 |
178 |
|
Индия |
36 |
15 313 |
425 |
|
Китай |
19 |
11 534 |
607 |
|
Австрия |
2 |
1 758 |
893 |
|
Франция |
2 |
2 052 |
1 026 |
|
Афганистан |
1 |
3260 |
3260 |
|
Иордания |
1 |
1 254 |
1 254 |
|
Другие страны |
12 |
2 971 |
114 |
|
Всего |
124 |
192 580 |
Источник: [8].
В феврале 2018 года введена в эксплуатацию 4-блочная солнечная теплостанция Мира с мощностью 100 МВт. Станция снабжает паром (660 тонн ежедневно) месторождение Амал на юге Омана. Пар используется при добыче вязкой и тяжелой нефти. На 2019 год планируется введение в эксплуатацию еще 8 блоков общей мощностью 200 МВт, а всего запланировано ввести в эксплуатацию 1 ГВт. Это будет крупнейшая тепловая солнечная станция в мире. Станция состоит из параболических солнечных коллекторов, помещенных в теплицу в целях защиты от ветра и песка. Теплица оказалась удачным и экономичным решением, так как позволяет сократить затраты на чистку и мойку коллекторов, а также сделать их более легкими и менее ресурсоемкими [8].
Самая большая китайская солнечная теплостанция мощностью 2,3 МВт введена в эксплуатацию в 2017 году для снабжения паром одного из заводов компании Heli Lithium Industry (производство литий-ионных аккумуляторов для электропогрузчиков). На теплостанции установлены вакуумные трубчатые коллекторы общей площадью 3 300 кв.м. Другая крупная теплостанция мощностью 1,5 МВт, также использующая вакуумные трубчатые коллекторы (общая площадь 2 200 кв.м.), расположена в городе Циндао в провинции Шаньдун на востоке Китая и снабжает теплом компанию Polyocean Algal Industry Group, занимающуюся переработкой морепродуктов [8].
В конце 2017 года установлен первый параболический коллектор для теплоснабжения мясоперерабатывающего комбината в Афганистане. Общая площадь коллектора составила 3 260 кв.м. В Иордании установлен коллектор Френеля мощностью 700 КВт (общая площадь 1 254 кв.м.) для прямой парогенерации для нужд японской табачной фабрики JapanTobacco International [8].
Так как рынок промышленных солнечных коллекторов является пока очень молодым, полноценная система статистического учета его структуры и динамики еще не сформирована. Наиболее полная детальная информация на настоящий момент собрана в рамках проекта Мирового энергетического Агентства «Интеграция солнечной генерации тепла в индустриальные процессы» (IEA SHC Task49/IV SHIP), выполняемого совместно экспертами их 16 стран в течение 2015 -2017 гг. В ходе экспертных интервью собрана информация о 271 промышленных тепловых коллекторах из 624 известных. На рис. 2 представлено распределение 271 учтенного объекта по размеру [8]. К первой группе отнесены две наиболее крупные солнечные теплостанции (более 21 МВт), которые подробно описаны также в табл. 3, ко второй группе - 26 теплостанций мощностью от 0,7 до 21 МВт (или общей площадью от 1000 до 3000 кв.м.), далее следует группа из 45 теплосистем мощностью от 0,35 до 0,7 МВт (площадь от 500 до 1000 кв.м) и самое большое количество - 198 теплосистем мощностью менее 0,35 МВт (или общей площадью менее 500 кв.м) представляют четвертую группу промышленных солнечных установок.
В пищевой промышленности используется 104 солнечных коллектора, в производстве напитков - 28, в текстильной промышленности - 23 (рис. 3).
Рис. 2. Распределение промышленных солнечных установок по размеру
Рис. 3. Распределение промышленных солнечных коллекторов по области использования (количество)
Рис. 4. Распределение промышленных коллекторов по области использования (площадь, мощность)
Источник: составлено автором на основе [8].
Однако несмотря на то, что данные отрасли промышленности лидируют по количеству инсталляций солнечных коллекторов, по объему их использования (площади коллектора и его мощности) безусловным лидером является добывающая промышленность (рис. 4).
Таблица 3 Крупнейшие промышленные теплостанции на солнечных коллекторах в мире
Название объекта (страна) |
Площадь солнечного коллектора (тыс. кв.м) /мощность (МВт) |
Тип производственных процессов |
Тип коллектора |
|
Мирах (Оман) |
148 / 100 |
Добыча вязких и тяжелых нефтей |
Параболиче ский |
|
GabyCopper mine (Чили) |
39,3 / 28 |
Добыча меди |
Плоский |
|
QierSolar (Китай) |
13 / 9 |
Крашение тканей |
Плоский |
|
Prestage Foods Factory (США) |
7,8 / 5 |
Поддержка санитарных условий |
Плоский |
|
HeliLithium (Китай) |
3,3 / 2,3 |
Производство литий-ионных аккумуляторов |
Вакуумный трубчатый |
|
Kabul Meat Factory (Афганистан) |
3,26 / 2,2 |
Мясопереработка |
Параболиче ский |
|
Polyocean Algal Industry Group (Китай) |
2,2 / 1,5 |
Переработка морепродуктов |
Вакуумный трубчатый |
|
JapanTobaccoInternati onal (Иордания) |
1,25 / 0,7 |
Производство сигарет |
Френеля |
Источник: составлено автором по данным https://www.solarthermalworld.org.
В настоящее время лидерами по кумулятивной площади и мощности установленных промышленных солнечных коллекторов являются Китай, Чили, США, Мексика и Индия (рис. 5). Остальные страны существенно уступают им в развитии рынка SHIP. За исключением США, страны- лидеры по уровню развития солнечных коллекторов в промышленности являются быстроразвивающимися индустриальными странами, в которых рост спроса на тепловую энергию преимущественно генерируется со стороны промышленного сектора. Так, например, рост потребления тепловой энергии в промышленном секторе Индии в период с 2010 по 2015 гг. вырос более чем на 30% [1].
Что касается типов наиболее часто используемых солнечных коллекторов, то ими являются плоские коллекторы, за которыми следуют параболические и вакуумные трубчатые (рис. 6). Однако по занимаемой площади, параболические коллекторы превосходят плоские и вакуумные.
Крупнейшими производителями плоских солнечных коллекторов являются китайские компании - Sunrain (годовой оборот более 600 млн. долл США), BTE Solar, FiveStar и другие.
В список компаний-лидеров среди производителей солнечных коллекторов 2017 года также входят австрийская компания Greenonetec и немецкий BoschThermotechnik По данным аналитического агентства Sun&Wind Energy. http://www.sunwindenergy.com/solar- thermal/2017-ranking-worlds-largest-flat-plate-collector-manufacturers.
Рис. 5. Кумулятивная площадь и кумулятивная мощность инсталлированных солнечных коллекторов в разных странах
Источник: составлено автором на основе [8].
Рис. 6. Распределение промышленных солнечных установок по типу Источник: составлено автором на основе [8].
Кроме этих стран, производство солнечных коллекторов в крупных масштабах также налажено в Греции, Италии, Турции, Австралии, Мексике, Болгарии, Польше и Индии. В производстве солнечных коллекторов используются сравнительно простые технологии, не требующие специального лицензирования и относительно легко поддающиеся копированию, поэтому многие компании-производители в целях расширения своего рынка сбыта со-финансируют проекты по государственной поддержке развития промышленных солнечных коллекторов.
Так, в ЮАР действует система поддержки демонстрационных проектов по использованию солнечных коллекторов большой мощности в пищевой и текстильной промышленности, направленная на повышение осведомлённости о возможностях применения данной технологии и развитие производства энергооборудования [1]. Промышленные солнечные коллекторы также получили поддержку в Тунисе в рамках программы промышленного развития Prosol, запущенной в 2010 году при финансовой поддержке со стороны Министерства окружающей среды Италии и Программа ООН по окружающей среде. Текстильная фабрика Benetton является демонстрационным проектом, в рамках которого в 2016 году на крышах производственных помещений установлено 1000 кв.м плоских солнечных коллекторов. Успех проекта позволяет строить планы на тиражирование технологии на другие сектора промышленности, чтобы достичь национальной цели 14 000 кв.м солнечных коллекторов к 2020 году [1].
Оценка экономической эффективности солнечных коллекторов
Экономическая эффективность промышленных солнечных коллекторов, так же, как и других устройств преобразования солнечной энергии, в первую очередь зависит от уровня солнечной инсоляции, который и определяет их производительность. Другими значимыми факторами являются первоначальная стоимость самого коллектора, затраты на его инсталляцию и обслуживание и длительность жизненного цикла солнечного коллектора. Все эти факторы, а также коэффициент дисконтирования, учитываются в показателе «приведенная стоимость энергии» - LCOE (levelized cost of energy), который является наиболее распространенным при сравнительной оценке экономической эффективности различных энергетических технологий и отражает среднею стоимость единицы произведенной энергии с помощью данного генерирующего устройства за весь период эксплуатации оборудования [12-13]. Расчет приведенной стоимости энергии осуществляется по формуле:
Где Iо - удельная стоимость оборудования с учетом инсталляции (евро/кв.м.);
At - стоимость обслуживания оборудования в году t (для солнечных коллекторов полагается равной 0,25 -0,5% от 1о в зависимости от типа коллектора);
SE - количество произведенной энергии в году t;
T - длительность периода эксплуатации генерирующего оборудования (лет);
R - коэффициент дисконтирования, отражающий изменение стоимости денег во времени (для расчетов в евро, как правило, полагается равным 3%).
По оценкам экспертов IEA SHC Task49/IV SHIP показатель LCOE для крупномасштабных солнечных коллекторов, используемых для горячего водоснабжения жилых помещений, колеблется в пределах от 2 евро центов (в ценах 2016 года) за кВт-час тепловой энергии в Индии до 14 евро центов в Австрии, Дании, Канаде и Франции [6]. Учитывая, что стоимость инсталлированного промышленного солнечного коллектора, аналогичного по качеству и производительности, примерно равна стоимости коллектора, используемого для горячего водоснабжения (от 200 до 1160 евро/кв.м), а температура подогрева воды в них сопоставима с температурой, необходимой для обеспечения теплом низкотемпературных промышленных процессов, и основываясь на данных по производительности солнечных коллекторов в зависимости от уровня солнечной радиации, приведенных в источнике [8] для 62 столиц мира, можно оценить ожидаемую ЬСОЕ для промышленных коллекторов в России. Для этого по данным источника [8] построим модель парной линейной регрессии, описывающую связь между уровнем солнечной инсоляции (X) и производительностью среднестати- стическогокрупномасштабного солнечного коллекторас горизонтальной панелью для горячего водоснабжения(У). Используя метод наименьших общих квадратов, реализованный в пакете прикладных программ БТАТТБ- Т1СА 10.1, получим следующую зависимость:
У = 0,389 * X + 41,719. (2)
Расчетное значение F-статистики Фишера для построенной модели равно 814,42, уровень статистической значимости коэффициента регрессии р < 0,001, уровень статистической значимости свободного члена р = 0,054, Я2 = 0,972.Стандартная ошибка коэффициента регрессии равна 0,014.
Учитывая высокое статистическое качество построенной модели (2), ее можно использовать для прогнозирования ожидаемой производительности солнечного коллектора в любой точке мира. Так, например, для уровня солнечной инсоляции Сочи (среднегодовая инсоляция 1365,1 кВт-час/кв.м), получим ожидаемую производительность солнечного коллектора 573,24 (кВт-час/кв.м). Подставляя прогнозные оценки производительности коллектора как значение параметра ЯЕ в формулу (1) и используя нижние оценки для объема первоначальных удельных инвестиций в покупку и инсталляцию оборудования из источника [8], получим оценки ЬСОЕ для стоимости энергии, произведенной с помощью промышленных солнечных коллекторов в районе Сочи в пределах 0,052-0,09 евро за 1 квт-час или 3,8-6,6 руб./кВт-час При переводе евро в рубли по курсу 1 евро = 73 рубля.. Использование нижних оценок удельных инвестиций обусловлено тем, что стоимость труда в России гораздо ниже, чем в развитых европейских странах. Если же в качестве оценок удельных инвестиций взять значения данных показателей во Франции, Канаде или Дании (как наиболее высокие), то приведенная стоимость энергии будет колебаться в пределах от 5,4 до 8,03 руб./ кВт-час.
Как верхние, так и нижние оценки стоимости произведенной солнечными коллекторами тепловой энергии выше, чем при использовании традиционных углеводородных технологий, однако при удорожании углеводородных источников или введении налогов на выбросы парниковых газов (что в настоящее время обсуждается в мировом экспертном сообществе как необходимая мера реализации целей Парижского соглашения по климату) [14-15], коммерческая привлекательность новых технологий может значительно возрасти в тех регионах России, где среднегодовой уровень солнечной инсоляции сравнительно высок, а потребность в обеспечении энергией низкотемпературных промышленных процессов достаточно велика. Кроме того, экономическая целесообразность использования солнечных коллекторов значительно возрастает в случае невозможности подключения к централизованным тепловыми сетями, а также в случае сезонной загруженности предприятий (например, на предприятиях по производству консервированных овощей, переработке сахарной свеклы и т.д.) Одним из таких регионов, где потенциал развития технологии промышленных солнечных коллекторов достаточно велик, является Краснодарский край.
Оценка потенциала энергосбережения в промышленности юга России (на примере Краснодарского края)
Южные регионы России не только обладают подходящими природно-климатическими условиями для эффективного использования солнечных коллекторов в различных видах хозяйственной деятельности, но и являются регионами с развитыми секторами промышленности, в которых преобладают низкотемпературные производственные процессы. Так, например, в структуре потребления тепловой энергии в промышленности Краснодарского края в течение 2010-2015 гг. (рис. 7) производство пищевой продукции, включая напитки и табака, устойчиво занимает пятую позицию, уступая лишь химическому и металлургическому производствам, производству электроэнергии, пара и воды, а также производству нефтепродуктов [16].
Заметим, что как минимум еще две из вышеперечисленных отраслей - лидеров являются также отраслями потенциального применения солнечных коллекторов (химическое и нефтехимическое производство).
Рис. 7. Отрасли промышленности - лидеры по потреблению тепловой энергии в Краснодарском крае
Источник: составлено автором по данным [16].
Однако даже если оценивать потенциал энергосбережения при внедрении солнечных коллекторов только по предприятиям пищевой промышленности, получим приблизительную оценку в 2 612 тыс. Гкал в год (подробные расчеты приведены в табл. 4). Учитывая, что общий объем производимой в последние годы в крае тепловой энергии составляет около 15700 тыс. Гкал в год (например, в 2017 году 4 теплоэлектростанциями и 2848 котельными в крае было произведено всего 15711,7 тыс. Гкал тепловой энергии [17]), то потенциал энергосбережения при внедрении промышленных солнечных коллекторов только на предприятиях пищевой промышленности может составить 16-17% от всего объема производимой в крае тепловой энергии ежегодно.
Таблица 4
Оценка потребления тепловой энергии предприятиями пищевой промышленности Краснодарского края.
Вид производства |
Удельный расход тепловой энергии, тыс. ккал на тонну/тыс. дк)1 |
Объем производства, тыс. тонн /тыс. дк По данным Федеральной службы государственной статистики http://www.gks.ru/wps/wcm/connect/rosstat_main/rosstat/ru/statistics/economydevelopment/#. По данным источника [13]. |
Общие затраты тепловой энергии, тыс. ккал |
|
Сахар из сахарной свеклы |
1376,3 |
1505,2 |
2071606760 |
|
Хлеб и хлебобулочные изделия |
285,7 |
303,4 |
86681380 |
|
Молоко |
250 |
309,5 |
77375000 |
|
Сыр и сырные продукты |
752 |
65 |
48880000 |
|
Масло растительное |
348 |
512 |
178176000 |
|
Масло сливочное |
1365,6 |
10,1 |
13792560 |
|
Алкоголь |
1539,4 |
17870,5 |
27509847,7 |
|
Пиво |
2156,9 |
20200 |
43569380 |
|
Мясо |
155,7 |
76,6 |
11926620 |
|
Колбасные изделия |
351,9 |
65,2 |
22943880 |
|
Комбикорма |
30,3 |
975,7 |
29563710 |
|
Всего |
2612025138 |
Источник: расчеты автора.
Выводы
Рынок промышленных солнечных коллекторов является быстрорастущим сегментом мирового рынка технологий ВИЭ, развивающимся в настоящее время практически без каких-либо мер государственной поддержки, только за счет рыночных механизмов. Это свидетельствует о коммерческой привлекательности технологии, особенно в странах с высоким уровнем солнечной инсоляции и хорошо развитыми производствами, харастеризующимися сезонностью и существенной долей низкотемпературных процессов. Для южных регионов России использование промышленных солнечных коллекторов может рассматриваться как коммерчески обоснованная альтернатива строительству новых котельных и теплотрасс, в случае создания новых предприятий по переработке сельскохозяйственной продукции в районах со слаборазвитой инфраструктурой. Кроме того, развитие промышленных солнечных коллекторов можно рассматривать как способ снижения углеродоемкости экономики [17] и увеличения доли ВИЭ в энергобалансе страны.
Литература
1. Renewable Energy Policies in a Time of Transition. IRENA, OCED/IEA and REN21. 2018. 112 P.
2. Energy Efficiency Market Report 2017.OECD/IEA, Paris. 2017. 142 p.
3. Schmitt B. Classification of industrial heat consumers for integration of solar heat. Ener- gyProcedia, 2016. Vol. 91, PP. 650-660.
4. Бутузов В.В. Солнечное теплоснабжение: статистика мирового рынка и особенности российского опыта // Теплоэнергетика. 2018. № 10. С. 78-88.
5. Бутузов В.А., Брянцева Е.В., Бутузов В.В., Гнатюк И.С.Мировой рынок гелиоустановок и перспективы солнечного теплоснабжения в России// Энергосбережение. 2016. № 3. С. 70-80.
6. Schramm S., Adam M. Storage in solar process heat applications // EnergyProcedia. 2014. Vol. 48. P. 1202-1209.
7. Farjana S.H., Huda N., Mahmud M.A.P., Saidur R. Solar process heat in industrial systems - Aglobalreview // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. No. 83(P3). PP. 2270-2286.
8. Weiss W., Spork-Dur M. Solar Heat Worldwide. Global Market Development and Trends in 2017. AEE - Institute for Sustain able Technologies, Gleisdorf, Austria. 2018. 97 p.
9. Chang K.C., Lin W.M., Leu T.S., Chung K.M. Perspectives for solar thermal applications in Taiwan // Energy Policy. 2016. Vol. 94. P. 25-28.
10. Suresh N.S., Badri S. Rao.Solar Energy for Process Heating: a Case Study of Select Indian Industries // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 151. P. 439-451.
11. Ратнер С.В., Нижегородцев Р.М. Развитие технологий солнечных коллекторов в России и мире // Энергия: экономика, техника, экология. 2017. № 7. С. 24-33.
12. Ueckerdt F., Hirth L., Luderer G., Edenhofer O. System LCOE: What are the costs of variable renewables? // Energy. 2013. Vol. 63. P. 61-75.
13. Reichenberg L., Hedenus F., Odenberger M., Johnsson F. The marginal system LCOE of variable renewables - Evaluating high penetration levels of wind and solar in Europe // Energy. 2018. Vol. 152. P. 914-924.
14. Клименко В.В., Микушина О.В., Терешин А.Г. Парижская конференция по климату - поворотный пункт в истории мировой энергетики // Доклады Академии наук. 2016. Т. 468. № 5. С. 521.
15. Клименко В.В., Клименко А.В., Микушина О.В., Терешин А.Г. Избежать потепления на 2°C - миссия невыполнима // Теплоэнергетика. 2016. № 9. С. 3-8.
16. Краснодарский край в цифрах, 2016. Статистический сборник. Федеральная служба государственной статистики. - Краснодар, 2017. 320 с.
17. Ратнер С.В., Иосифов В.В., Ратнер М.Д. Оптимизация региональной энергетической системы с высоким потенциалом использования биоотходов и биоресурсов как источников энергии по эколого-экономическим параметрам (на примере Краснодарского края) // Региональная экономика: теория и практика.2018. Т. 18. Вып. 12. С. 2383-2398.
18. Kylili A., Fokaides P.A., Loannides A., Kalogirou S. Environ mental assessment of solar thermal systems for the industrial sector // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 176. P. 99-109.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Типы солнечных коллекторов: плоские, вакуумные и воздушные. Их конструкции, принцип действия, преимущества и недостатки, применение. Устройство бытового коллектора. Солнечные башни. Параболоцилиндрические и параболические концентраторы. Линзы Френеля.
реферат [620,3 K], добавлен 18.03.2015Область применения солнечных коллекторов. Преимущества солнечных установок. Оптимизация и уменьшение эксплуатационных затрат при отоплении зданий. Преимущества использования вакуумного солнечного коллектора. Конструкция солнечной сплит-системы.
презентация [770,2 K], добавлен 23.01.2015Обзор технологий и развитие электроустановок солнечных электростанций. Машина Стирлинга и принцип ее действия. Производство электроэнергии с помощью солнечных батарей. Использования солнечной энергии в различных отраслях производства промышленности.
реферат [62,3 K], добавлен 10.02.2012Количество солнечной энергии, попадающей на Землю, ее использование человеком. Способы пассивного применения солнечной энергии. Солнечные коллекторы. Технологический цикл солнечных тепловых электростанций. Промышленные фотоэлектрические установки.
презентация [3,3 M], добавлен 06.12.2015Основные сведения об альтернативной энергетики. Преимущества и недостатки вакуумных коллекторов. Снижение зависимости от поставок энергоносителей. Применение фокусирующих коллекторов. Преимущества использования экологически чистой солнечной энергии.
реферат [346,4 K], добавлен 21.03.2015Использование ветрогенераторов, солнечных батарей и коллекторов, биогазовых реакторов для получения альтернативной энергии. Классификация видов нетрадиционных источников энергии: ветряные, геотермальные, солнечные, гидроэнергетические и биотопливные.
реферат [33,0 K], добавлен 31.07.2012Обоснование экодома как жилища. Низкопотенциальная тепловая энергия. Первая солнечная батарея. Эффективность солнечных коллекторов. Климатическая характеристика Оренбургской области. Характеристика и расчёты солнечных батарей, ветряных генераторов.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 02.12.2014Определение тепловой мощности объекта. Построение годового графика теплопотребления. Интенсивность прямой и рассеянной солнечной радиации. Площадь солнечных коллекторов. Годовой график теплопоступления. Подбор бака-аккумулятора и котла-дублера.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 11.01.2012Применение солнечных электростанций, их виды и типы. Направления научных исследований в солнечной энергетике. Фотоэлемент в освещении зданий, солнечные коллекторы, водонагреватели, солнечный транспорт. Крупнейшие фотовольтаические электростанции мира.
реферат [30,7 K], добавлен 02.05.2010Фотоэлектрические и термодинамические солнечные электростанции, их типы. Технологии получения электричества из солнечного излучения; экология. Физический принцип работы солнечных батарей, термальная энергетика. Фотоэлементы промышленного назначения.
курсовая работа [810,3 K], добавлен 04.11.2011Натурное наблюдение и мониторинг по эксплуатации солнечных коллекторов на территории Центральной Якутии. Проектирование и строительство энергоэффективных зданий. Эксплуатация, запуск системы отопления в доме. Динамика годового потребления природного газа.
статья [19,4 K], добавлен 20.06.2015Применение нетрадиционной энергетики в строительстве энергоавтономных экодомов. Четыре альтернативные системы получения энергии: установка "солнечных батарей" из фотоэлектрических панелей; солнечные коллекторы; ветроэнергетические установки и миниГЭС.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 31.05.2013Анализ мировых аспектов развития солнечной электроэнергетики. Изучение опыта развитых стран в сфере решения технических и экономических проблем эксплуатации солнечных электрических станций различных видов. Оценка положения дел в энергосистеме Казахстана.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 07.07.2015История открытия солнечной энергии. Принцип действия и свойства солнечных панелей. Типы батарей: маломощные, универсальные и панели солнечных элементов. Меры безопасности при эксплуатации и экономическая выгода применения солнечной системы отопления.
презентация [3,1 M], добавлен 13.05.2014Производство электроэнергии различными способами. Фотоэлектрические установки, системы солнечного теплоснабжения, концентрирующие гелиоприемники, солнечные коллекторы. Развитие солнечной энергетики. Экологические последствия развития солнечной энергетики.
реферат [315,1 K], добавлен 27.10.2014Определение основных достоинств и недостатков солнечной энергетики при исследовании перспектив её развития. Изучение устройства и действия наземных солнечных установок и космических солнечных станций. Методические разработки темы "Солнечная энергетика".
курсовая работа [88,1 K], добавлен 27.01.2011Потенциал и сферы использования солнечной энергии, которая трансформируется в другие формы: энергию биомассы, ветра или воды. Механизм действия солнечных коллекторов и систем, тепловых электростанций, фотоэлектрических систем. Солнечная архитектура.
курсовая работа [420,7 K], добавлен 07.05.2011Исследование электроснабжения объектов альтернативными источниками энергии. Расчёт количества солнечных модулей, среднесуточного потребления энергии. Анализ особенностей эксплуатации солнечных и ветровых установок, оценка ветрового потенциала в регионе.
курсовая работа [258,8 K], добавлен 15.07.2012Исследование особенностей технологических путей создания микрорельефа на фронтальной поверхности солнечных элементов на основе монокристаллического кремния. Основные фотоэлектрические параметры полученных структур, их анализ и направления изучения.
статья [114,6 K], добавлен 22.06.2015Добыча каменного угля и его классификация. Перспективы угольной промышленности. Расчет основных характеристик солнечных установок. Влияние климатических условий на выбор режима работы солнечной установки. Классификация систем солнечного теплоснабжения.
контрольная работа [2,5 M], добавлен 26.04.2012