О развитии отечественного производства для малой и возобновляемой энергетики

Павел БЕЗРУКИХ
Председатель Комитета ВИЭ РосСНИО, д. т. н., профессор кафедры ГВИЭ МЭИ, заслуженный энергетик РФ
Е-mail: bezruky80veter@yandex.ru

Андрей ТЕМЕРОВ
Инженер, президент Ассоциации специалистов возобновляемой энергетики «Зелёный киловатт»
Е-mail: alternenergo@yandex.ru

Оценка потенциального спроса

В России на начало 2020 г. население составляло 145 557,5 тыс. жителей, в том числе городское – ​108 896 тыс., сельское – ​36 661 тыс.[1], таблица 1. Полагаем, что в устойчивом электро- и теплоснабжении на базе малой и возобновляемой энергетики заинтересовано примерно 30 % сельского населения. Это составит 10 млн человек. Но и среди жителей городов и посёлков городского типа имеются группы заинтересованных людей. Это собственники дачных участков, летних лагерей отдыха детей, владельцы общественных зданий, больниц, владельцы офисов и т. п. Оценивая их количество как 10 % от городского населения, получаем 10 млн жителей.

Таблица 1. Основные показатели России

Итого, по этому счёту – ​20 млн жителей, имеющих прямую заинтересованность в сооружении объектов малой и возобновляемой энергетики, а значит в использовании соответствующего оборудования. Возможен и другой подход. Согласно данным статистического ежегодника [1], доля малого и среднего предпринимательства в валовом внутреннем продукте в сопоставимых ценах в 2021 г. составила 20 %, и держится на этом уровне с 2018 г. Эта доля, очевидно, пропорциональна количеству занятых. По данным того же источника в 2021 г. общее количество занятых составило 71719 тыс. человек. И 20 % от этого количества составит 15 млн человек. Таким образом на риторический вопрос «Стоит ли заниматься на государственном уровне разработкой, изготовлением и использованием оборудования малой и возобновляемой энергетики?» отвечаем, что не только стоит, а необходимо, поскольку это означает создание комфортных и энергоэффективных условий труда и быта от 15 до 20 млн человек. Это количество будет возрастать и положительно влиять на увеличение занятости населения в промышленности.

Рис. 1. БиоДом (около г. Анапа). Автономный жилой модуль + умная теплица, биовегетарий
Примечание: оборудован двумя типами СЭС. Гибридная, мощностью 3,6 кВт, обеспечивает электроснабжение всего строения, а сетевая, мощностью 15 кВт, по закону о микрогенерации и поставляет излишки в сеть. Установлены солнечные коллекторы собственного производства площадью 10 м2 на подогрев воды. Полезная площадь биовегетария 90 м2, что позволяет круглогодично обеспечивать семью собственными экологически чистыми овощами и фруктами, а также реализовывать их излишки. Площадь жилого модуля составляет 55 м2, что позволяет проживать небольшой семье из 3–4 человек

Оборудование и заказчики проектов

Данные по этим предметам разбросаны в материалах различных конференций и форумов. Одним из достоверных источников стал сборник [2], подготовленный Ассоциацией «Зелёный киловатт». По этим данным с учетом опыта авторов составлен материал раздела.
Производство электрической энергии. Для производства электрической энергии наибольшее распространение получили фотоэлектрические установки, укомплектованные фотоэлектрическими модулями отечественного и зарубежного (китайского) производства. Мощность этих установок находится в диапазоне от 2 до 20 кВт. В отдельных проектах мощность составляет 100–120 кВт. К основному оборудованию фотоэлектрических установок относятся автономные и гибридные инверторы единичной мощностью от 2 до 15 кВт и аккумуляторные батареи (АБ) единичной ёмкостью 100–200 Ач. В наборе ёмкость батарей достигает 1000–2000 Ач. Для достижения гарантированного электроснабжения для ответственной нагрузки используются бензиновые и дизельные генераторы. Известны проекты, в которых в течение года эксплуатации эти генераторы не включались ни разу, т. е. солнечной энергии от фотоэлектрической установки хватило для питания нагрузки и заряда аккумуляторных батарей для электроснабжения в вечернее и ночное время. При этом экономическая эффективность проекта находилась на должном уровне.
Электроснабжение объектов на базе ветроустановки (ВЭУ) встречается гораздо реже из-за дороговизны европейских и единственной отработанной отечественной ВЭУ мощностью 5 кВт. Установки китайского производства недостаточно надёжны. Для достижения минимального платёжеспособного спроса стоимость отечественной ВЭУ 5 кВт должна быть снижена по крайней мере на 30 %. Это тот случай, когда государственная поддержка должна быть оказана производителю оборудования.
Производство тепловой энергии. Для производства тепловой энергии в виде горячей воды для отопления помещений и теплиц, а также бытовых нужд большинство проектов осуществляется на базе тепловых насосов, использующих низкую потенциальную тепловую энергию водоёмов, окружающего грунта и окружающего воздуха. Единичная мощность используемых тепловых насосов составляет от 12 до 55 кВт, а суммарная мощность до 120 кВт и больше.
Другим распространенным видом оборудования, на базе которого осуществляется производство тепловой энергии, являются плоские и трубчатые (вакуумные) солнечные коллекторы отечественного и зарубежного (Китай, Австрия) производства. Тепловая мощность такого рода установок находится в пределах от 3 до 120 кВт, что в пересчёте на солнцеприёмную площадь составляет от 4 до 170 м2. В указанных выше проектах производства тепловой энергии для хранения горячей воды повсеместно используются бойлеры с нагревательными элементами (ТЭН). Ёмкость бойлеров, как правило, составляет от 100 до 500 л. Однако в проекте сезонного лагеря отдыха использовано четыре бойлера ёмкостью по 3000 л.
Для производства тепловой энергии применяются и традиционные котлы на газе и древесных пеллетах (биомасса) с тепловой мощностью от 15 до 150 кВт.
Кроме указанного выше оборудования в проектах используются установки приточно-­вытяжной вентиляции и кондиционирования воздуха, вентиляторы, фанкойлы, насосы, запорная арматура, датчики температуры воды и воздуха, кабельная продукция, счётчики электроэнергии, коммутационная электрическая аппаратура.
Таким образом, развитие малой и возобновляемой энергетики кроме удовлетворения насущных потребностей населения является мощным средством развития многих отраслей промышленности.

Рис. 2. Офисное здание
Примечание: в офисном здании (1200 м2) ООО «Логрус Экспедиция» на Ильинском ш. в Московской области тепловые насосы (вода/вода) КОРСА (55 кВт и 35 кВт) с 2015 г. обеспечивают отопление (теплые полы), вентиляцию и ГВС (догревается газовым котлом)

Заказчики проектов

Для понимания ответа на вопрос «Кому и как государство может оказать помощь в сооружении проектов?» необходимо рассмотреть, что собой представляют заказчики проектов. Анализ осуществлённых проектов выявил следующие группы заказчиков. В наиболее распространённую группу входят собственники жилых домов, от одного до трёх этажей (рис. 1). Далее идут собственники небольших гостиниц, магазинов, баз отдыха (рис. 2), затем собственники предприятий, заказывающие проекты энергоснабжения производственных зданий и офисов. Заказчиками проектов для школ, детских садов, больниц являются представители местных властей (рис. 3) и, наконец, фермеры и фермерские хозяйства (рис. 4). Стоимость проектов находится в диапазоне от 0,3 до 10 млн руб. Конечно, это далеко не полный перечень «заинтересованных» собственников, но их разнообразие отражено достаточно для понимания проблемы адресантов государственной поддержки.

Рис. 3. Детский сад
Примечание: это первый в стране (г. Томск) детский сад (площадь 2500 м2) класса энергоэффективности «А», с обеспечением на 100 % потребности в тепле на отопление (в виде теплых полов с покомнатной автоматикой), горячее водоснабжение и вентиляцию за счет использования геотермальных тепловых насосов (3 котла, мощностью 42 кВт каждый)
Рис. 4. Ферма на 350 коров. Колхоз «Родина», Удмуртская республика
Примечание: солнечный водонагреватель (2 вакуумных и 24 трубочных коллектора)
обеспечил снижение затрат на электроэнергию для подогрева воды

Производственная база

Для выпуска фотоэлектрических электростанций в России к настоящему времени создана внушительная производственная база [3]. Так ГК «Хевел» с годовым объёмом производства 340 МВт/год выпускает гетероструктурные модули с наивысшим промышленным КПД 22,7 %. Поликристаллические кремниевые пластины с объёмом производства 180 МВт/год производит ООО «Хелиос ресурс». Также поликристаллические кремниевые пластины с объёмом производства 220 МВт/год производит ООО «Солар кремниевые технологии». ООО «Телеком-­СТВ» производит гибкие модули с линейкой мощностей 15–30–60–100–140 Вт и поликристаллические модули с линейкой мощностей 30–150–200–250 Вт. Объёмы производства фирма не указывает. По данным [3], 70 % объёма продукции «Хевел» идёт на собственные проекты, 20 % покупают собственники структурных проектов и промышленных предприятий и 10 % объёма покупают индивидуальные предприниматели. Приведенные данные показывают, что производственная база для сооружения фотоэлектрических установок существует, и её развитие должно идти в направлении снижения удельной стоимости поставляемых модулей, что, как известно, напрямую зависит от объёма заказов.
Вторым основным компонентом фотоэлектрических установок малой мощности являются автономные и гибридные инверторы, преобразующие постоянный ток от фотоэлектрических модулей в переменный ток промышленной частоты. В России функционируют ряд предприятий, выпускающих инверторы с широкой линейкой по мощности. Так, ООО «МикроАрт» производит инверторы мощностью: 3,5–5–10–15–20–35 кВт. ООО «А-электроника» выпускает инверторы мощностью: 1,8–2,5–3–4–5 кВт. ООО «Сибконтакт» производит инверторы мощностью: 0,3–0,6–1,5–1,7–3–4 кВт. Об объёмах производства такие организации не сообщают. Но кроме них существуют ещё несколько производителей инверторов, так что можем констатировать наличие производственной базы и по этому виду оборудования, а также справедливость замечания о необходимости снижения цены.

Печь для сжигания пеллет
Источник: m.tzb-info.cz / Fotolia.com

Следующий вид оборудования, который входит в комплектацию электрических установок малой мощности – ​аккумуляторы (АК) и набираемые из них аккумуляторные батареи (АКБ). Предприятий – ​производителей аккумуляторов очень много, почти все они выпускают кислотные или щелочные аккумуляторы для автотранспорта, железнодорожного хозяйства, дорожной и строительной техники. К аккумуляторам для энергетики предъявляются повышенные требования к глубине разряда и частоте заряд-­разряда. Такими качествами обладают литий-­ионные аккумуляторы. Входящая в Госкорпорацию «Росатом» ОАО «Ренера» производит современные литий-­ионные аккумуляторы для систем накопления электрической энергии, в том числе для малой энергетики. Кроме того, в декабре 2022 г. «Росатом» открыл в Москве серийное производство литий-­ионных батарей для электротранспорта. Есть надежда, что на этом предприятии будет возможность производить аккумуляторные батареи для малой и возобновляемой энергетики, а также систем гарантированного электроснабжения.
Переходим к оборудованию для производства тепловой энергии. Основным средством являются тепловые насосы (ТН), оборудование, которое в России только начинает завоёвывать рынок, а в Европе используется повсеместно. Цены на отечественные тепловые насосы ниже, чем на зарубежные, а по качеству они не уступают им. Самые известные российские предприятия (ТМЕ, Неnк, Smaga, Kopca, Brosk) выпускают насосы для использования всех видов источников низкопотенциальной тепловой энергии (грунт, вода, окружающий воздух). Единичная мощность выпускаемых тепловых насосов соответствует линейке: 6–8–10–12–13–15–16–17–22–30–32–35–55–100–125 кВт. Другой вид оборудования, производящий тепловую энергию, называется солнечный коллектор (СК). В нём вода нагревается под действием солнечного излучения. Сравнительно простое производство с трудом приживается в России, и небольшой спрос удовлетворяется, в основном, китайскими производителями. Из отечественных производителей сохраняются на рынке ООО «Сокол эффект М» – ​дочернее производство известного НПО «Машиностроения», и ООО «Новый полюс», выпускающие СК небольшими партиями. Отечественные производители коллекторов остро нуждаются в государственной поддержке и организации платёжеспособного спроса.
Традиционным видом оборудования для производства тепловой энергии являются котлы и сопутствующие им приборы и устройства. В России насчитывается более 140 предприятий, выпускающих котлы на традиционных и нетрадиционных (возобновляемых) видах топлива. К последним относятся: пеллеты, щепа, дрова, лузга подсолнечника и кофе, различного вида горючие отходы сельского хозяйства и промышленности. Но подавляющее большинство котельных предприятий выпускают котлы тепловой мощностью 0,2 МВт и выше. А малой энергетике нужны котлы гораздо меньшей мощности. В России имеется ГОСТ 20548–87 «Котлы отопительные водогрейные теплопроизводительностью до 100 кВт». В нём указана линейка мощностей котлов: 10–12,5–16–20–25–31,5–40–50–63–80–100 кВт. В России имеется по крайней мере одно предприятие «Теплоэнергетика» (г. Челябинск), в номенклатуре которого указано производство котлов с гораздо более широкой линейкой мощности, начиная с 3 кВт. Следовательно, производственная база котельного оборудования для малой энергетики имеется.

Промышленные котлы высокого давления для ТЭС
Источник: yaroslavl.pulscen.ru

О государственной поддержке развития использования ВИЭ и малой энергетики

Судя по сообщениям государственных информационных агентств, в современных условиях решено резко снизить государственную поддержку возобновляемой энергетики в составе Единой энергетической системы России. За период с 2023 по 2035 гг. планируется осуществить ввод 7–8 ГВт установленной мощности на базе ВИЭ, т. е. 550–660 МВт в год. При нашем отставании в развитии возобновляемой энергетики этого чрезвычайно мало. Так, для достижения доли ВИЭ 4,5 % от общего производства электроэнергии необходимо ввести порядка 20 ГВт. Но даже в этих условиях нужно предусмотреть минимально необходимую поддержку развития малой и возобновляемой энергетики, имея в виду её непосредственное положительное влияние на благосостояние населения. Это можно осуществить путем разработки национального проекта с условным названием «Малая и возобновляемая энергетика – ​народу», предусмотрев цель проекта – ​«Ввод за период 2024–2028 гг. 1 ГВт электрической и тепловой мощности». При этом ввод электрической мощности может составить порядка 300 МВт, а тепловой мощности – ​700 МВт, в том числе на базе ВИЭ – ​400–500 МВт. В качестве основного вида государственной поддержки принять возврат 30 % средств инвестору (заказчику), затраченных на проектирование и реализацию проекта. Вторым средством поддержки предлагается льготное кредитование на уровне 2–3 %.
Назрело также некоторое количество небольших изменений в существующие федеральные законы, которые можно представить отдельно. И ещё об одном предложении хочется сказать особо. С советских времён известна и доказана экологическая и экономическая эффективность систем солнечного горячего водоснабжения санаториев, домов отдыха, пансионатов лагерей на базе солнечных коллекторов в солнечных районах России. Эффективность этих систем многократно подтверждена в условиях новой России, в том числе и в настоящее время. Раньше развитие этого направления сдерживалось отсутствием отечественного промышленного производства. В этом отношении мало что изменилось. Доминируют на рынке коллекторы китайского производства. Настала пора решать проблему в комплексе: развитие производственной базы изготовления солнечных коллекторов и обеспечение спроса на них. Спрос можно обеспечить как мерами стимулирования, о которых сказано выше, так и мерами принуждения, в качестве которых предлагается принять в национальном проекте пункт, обязывающий собственников зданий и сооружений сферы здравоохранения и отдыха соорудить системы солнечного и геотермального горячего водоснабжения за период 2023–2028 гг. в южных и других солнечных районах.