Рис. 1. Гипотетическое изменение эффективности общественного производства во времени по Н. Э. Смирнову (а — при полном отсутствии каких-либо экологических требований к производству; б — при запрещении всякого загрязнения окружающей среды; в — при наличии технологического базиса, обеспечивающего удовлетворение общественных потребностей, сознательно ограниченных обществом в пользу чистой окружающей среды, и являющегося наиболее «чистым» из возможных, в экологическом смысле)
Рис. 4. Финансовый профиль системы холодотеплоснабжения со стандартной ставкой дисконтирования 18 %
Если экология все сильнее влияет на нашу жизнь (как известно, здоровье человека на 20 % зависит от экологии. Это больше, чем от уровня развития медицины), то от гарантированного энергообеспечения малых поселений, особенно зимой, или медицинских учреждений зависит сама жизнь. Однако сегодня вопросам экологии и гарантированного, доступного по цене энергообеспечения малых поселений современной энергетикой в РФ не уделяется надлежащего внимания.
Известно, что российские и зарубежные оценки прямых социально-экономических затрат, связанных с вредным воздействием электростанций, вырабатывающих электроэнергию за счет сжигания органического топлива (включая: болезни и снижение продолжительности жизни людей; оплату медицинского обслуживания; потери производства; снижения урожая; восстановления лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы) дают величину, добавляющую около 75 % к мировым ценам на топливо и энергию.
По источнику [1] эти затраты для угольных ТЭС еще выше. Свой вклад в стоимость электроэнергии вносят также погодные условия и размеры России. Так, тарифы на электроэнергию для промышленных предприятий в декабре 2000 года отличались по субъектам РФ в 30 раз, а для населения — в 10 раз [2]. Кроме того, сравнительную экономическую оценку (энергоемкость), например, теплоснабжения от сжигания дров и солнечной энергии очень трудно привести к одному знаменателю.
Ведь экономические потери от вырубки леса выражаются в уменьшении продуцирования кислорода, поглощения вредных газов, насыщения воздуха фитонцидами и т.д. Лес дает 40 % кислорода земной атмосферы. Охранно-защитные и рекреационные функции лесов, разумеется, являются не перевозимыми. При нынешних темпах развития цивилизации не получается резервировать слишком большие участки Природы и тратить на ее охрану слишком много средств, так как это приводит к большим экономическим потерям для общества.
На рис. 1 изображены вероятные сценарии развития общества (территории), в зависимости от отношения к экологии. Как видно из рис. 1, эффективное развитие общества на долгосрочную перспективу возможно только при добровольном отказе его членов от погони за одними только материальными ценностями. Опираясь на эти положения, рассмотрим систему холодотеплоснабжения [3], обеспечивающую выработку холода и горячей воды в летний период и теплоты в зимний (рис. 2), в части экономической эффективности.
Приведенная схема (рис. 2) выработки энергий — это, по существу, комбинированный способ производства холода и теплоты. Только холод, аккумулированный водой котлована зимой, расходуется летом, а теплота, аккумулированная водой котлована летом, расходуется зимой посредством теплоприводного теплового насоса (ТНТП).
На рис. 2 приведены все дифференцированные виды энергии, которые можно получать летом за счет солнечного соляного пруда, котлована со льдом и окружающего воздуха системой холодоснабжения, и те, которые можно получать зимой системой теплоснабжения. Как видно, разнообразие генерируемых видов энергии системой холодотеплоснабжения обеспечивается, в основном, за счет энергий всего двух основных сооружений — пруда и котлована и биометана.
Экономическая эффективность проектов, подобных этому, должна складываться из социального, экономического и экологического эффектов, или из сложного комплекса социально-эколого-экономической эффективности. При определении для зональной экосистемы эколого-социально-экономической эффективности системы холодотеплоснабжения (любой из технологий энергетики возобновляемых источников энергии (сокращенно — ВИЭ), по сравнению с традиционным холодоснабжением и теплоснабжением, целесообразно пользоваться показателями, которые приведены на рис. 3.
Данный рисунок содержит основные составляющие дополнительной эффективности почти каждой отдельно рассматриваемой технологии энергетики ВИЭ, без учета формирования на зональную экосистему многогранных социальных и вторичных (сопутствующих) экономических эффектов (результатов). Рассмотрим некоторые ее составляющие, которые обычно не учитываются.
Экономия топлива на внутрирайонном транспорте особенно значительна при использовании системы холодотеплоснабжения в удаленных и труднодоступных районах. Так, стоимость доставки топлива для удаленных потребителей сильно зависит от расстояния его транспортировки автомобильным транспортом.
Как известно, сопротивление качению грузового автомобиля на пневмоколесах в шесть-девять раз выше, чем у железнодорожного вагона, катящегося по рельсам. По этой причине и удельные затраты энергии на перевозку, например, угля на грузовиках в два-четыре раза выше, чем на железнодорожном транспорте. При этом необходимо также учитывать, что, например, коэффициент сохранности угля при транспортировке на дальние расстояния составляет 0,83–0,85, а коэффициенты сохранности угля при погрузочно-разгрузочных работах и хранению: по количеству — 0,90–0,92, по качеству — 0,93–0,95.
Поскольку пруд и котлован с талой водой могут одновременно являться и противопожарными водоемами, изменение потребности в капитальных вложениях, например, для жилья, малого производства, фермерского хозяйства может быть учтено как предотвращенный расход части средств на водоем, благодаря использованию для этих целей пруда и котлована системы холодотеплоснабжения.
Так, к пожароопасным помещениям класса П-II относятся деревообделочные цеха, малозапыленные помещения мельниц и элеваторов, зернохранилища; а к помещениям класса П-IIа относятся складские помещения для хранения горючих материалов, коровники, свинарники и другие животноводческие помещения при хранении на чердаках сена и соломы и т.д. Ущерб от лесных пожаров в 2010 году с учетом уничтоженных огнем деревень составил свыше 15 млрд руб. Соответственно, например, объем противопожарного водоема для сельского дома должен быть таким, чтобы при тушении пожара расход воды был не менее 10 л/с в течение трех часов.
Объем воды в водоеме должен быть более 100 м3. Помимо использования котлована в качестве противопожарного водоема, он может использоваться в качестве своеобразного щита от оползней. Расположенный между склоном и зданием, он может служить поглощающим резервуаром, малой и средней емкости, «буферной зоной» от оползней, селевых потоков, камнепадов и т.д.
Зимой замерший пруд — это каток под открытым небом. А если над котлованом возвести горку из снега, то запас ее холода можно использовать весной для выработки среднетемпературного холода. Не нужны снегоплавильные машины, исключается расход топлива для «уборки» снега. Такое расположение котлована, конечно же, имеет для этих функции свою отдельную ценность, помимо того, что он является источником низкопотенциальной энергии (тепла/холода).
Использование биометана не требует очистных сооружений для предложенной системы холодотеплоснабжения, поскольку очистка биогаза от вредных газов осуществляется в технологическом цикле биогазовой установки. Дополнительный локальный экологический эффект может быть учтен как предотвращенный ущерб благодаря отсутствию вредных выбросов в результате использования солнечной энергии системой.
Если котельная расположена на берегу моря, то днем, когда дуют морские бризы (ветер с моря на сушу) будет «закрываться» выбросами одна и та же часть суши, что резко уменьшает фотосинтез. На удалении от берега ветер часто меняет направление, из-за этого удельный ущерб за счет разбавления будет другим. Определенный интерес представляет использование отходов сжигания торфа. Зола торфа, например, востребована в фармакологии.
Эффект от экономии оборотных средств будет выражаться в уменьшении социальной напряженности. Ведь очень часто предприятия привлекают в качестве оборотных средств различного рода устойчивые пассивы. А это может приводить к задолженности рабочим и служащим по заработной плате, к задолженности по отчислениям в фонды и инспекции.
Сохраняются средства, предназначенные для использования в последующем периоде (оплата отпусков работникам, текущий ремонт, выплата вознаграждений и пр.). Не образуется задолженность за электроэнергию, телефон и т.д. Все эти средства формально не принадлежат предприятию, но по действующей практике расчетов они постоянно находятся в распоряжении предприятия и используются ими для покрытия потребности в оборотных средствах.
При использовании солнечной энергии, энергии воды/льда и биометана отсутствуют риски, возникающие, например, при использовании угля, сжиженного газа, мазута, когда при их доставке возможно проникновение, закрепление или распространение вредных организмов (в том числе колорадских жуков, саранчи), заболеваний, переносчиков болезней или болезнетворных организмов, а также сорных растений транспортными средствами. Не нужны обязательные и дорогостоящие, при их надлежащем исполнении, ветеринарно-санитарные и фитосанитарные меры и процедуры.
В июле 2012 года в Омскую область на Лузинский комбикормовый завод доставили партию шрота соевого из Приморского края железнодорожным транспортом, в которой специалистами Россельхознадзора при проведении карантинного фитосанитарного досмотра партии были обнаружены семена амброзии полыннолистной. Данный сорняк опасен как для растений (амброзия засоряет все полевые культуры, подавляя их рост и развитие), так и для здоровья человека.
В период цветения сорняк выделяет огромное количество пыльцы, которая, попадая в организм человека, вызывает аллергию. Чтобы предотвратить распространение этого сорняка по области, было принято решение отправить засоренную партию шрота соевого на промышленную переработку, в ходе которой семена карантинного сорняка будут лишены жизнеспособности.
Отметим также, что часть показателей эффективности отдельных технологий энергетики ВИЭ можно определять как сопутствующие экономические эффекты следующим образом. Дополнительный экономический эффект от дополнительных объемов работ, выполненных работниками, высвободившимися в результате применения энергии, вырабатываемой по любой из технологий энергетики ВИЭ, в местах где она раньше не применялась, и от вторично используемых рабочих.
Этот дополнительный экономический эффект можно распространить и на семьи. Ведь по расчетам П. Я. Пирхавки, в сельской семье из четырех человек один взрослый полностью занят работой по обеспечению дома водой, топливом, приготовлением пищи и т.п. На это затрачивается до 3000 ч в год. Следовательно, применение энергетического оборудования для водоснабжения, обработки почвы, ухода за растениями и животными, отопления помещений, приготовления пищи и бани имеет как социальное, так и экономическое значение.
Возникает сопутствующий эффект также в добывающих и перерабатывающих сырье отраслях, в машиностроительном комплексе, что будет оказывать влияние на улучшение инвестиционной политики в стране. Следует учитывать также, что при применении предлагаемых новых ресурсосберегающих технологий отпадает необходимость в геологоразведочных работах.
В производстве отпадает нужда в значительной части опытноэкспериментального производства, приборов и оборудования для проведения испытаний, станочного парка опытного производства и т.п., для создания новых материалов. Отпадает необходимость и в увеличении пропускной способности транспортной инфраструктуры, так как при сооружении солнечных соляных прудов и котлованов будут использоваться в основном природные «готовые и вечные» материалы, и не требуется транспорт топлива в прежних объемах.
Сопутствующий экономический эффект от уменьшения инвестиций в добывающих отраслях в расчете на одну технологию энергетики ВИЭ (экономическая оценка экологического эффекта). Сопутствующий экономический эффект от уменьшения инвестиций в строительство машиностроительных заводов в расчете на одну технологию энергетики ВИЭ (систему холодотеплоснабжения). Полное определение эколого-социальноэкономической эффективности любой системы энергетики ВИЭ должно рассматриваться с учетом приведенных зависимостей охватывая многие отрасли промышленности, сельского хозяйства, транспорта, экономики, соцсферы и т.д.
Приведенная структура составляющих дополнительного социально-эколого-экономического эффекта системы холодотеплоснабжения (отдельно взятой системы энергетики ВИЭ) показывает, как взвешенно нужно подходить к анализу эффективного использования новых технических решений. А ведь часто при освоении различных по климатическим условиям и предназначению территорий выбор того или иного источника энергоснабжения поручают людям, далеким не только от энергетики ВИЭ, но и от традиционной топливной энергетики.
Игнорируется выработанное годами правило использовать знания специалистов. Ведь химик берет данные по электричеству от электрика; физиолог справляется о геологии у геолога — каждый из них счел бы наглостью со стороны другого, если бы тот произнес суждение не по своей отрасли науки. И странно, истинно странно, что это разумное правило совершенно отбрасывается, когда дело касается децентрализованного энергоснабжения или обеспечения энергией угнетенных с экологической точки местностей. Как видно из анализа определяющих экологическую эффективность показателей, использование ВИЭ позволяет существенно уменьшить нагрузку на биосферу, понизить эргодемографический индекс территории.
Как энергетическая, так и экономическая эффективность предлагаемой системы солнечного энергоснабжения основывается на следующих четырех обстоятельствах.
Первое — солнечный соляной пруд летом, в средней полосе и горных районах юга России и в странах СНГ, при небольших размерах может аккумулировать за счет оригинальных концентраторов больше солнечной энергии и иметь более высокую температуру соляного рассола, чем пруд тех же размеров на экваторе. А при теплоизоляции дна и частично боковых стенок может сохранять для преобразования больше аккумулированной теплоты.
Второе — в составе систем с термодинамическими циклами уже есть источник холода/тепла (лед/талая вода котлована), с температурой около 0 °C. Работа систем осуществляется в двух режимах (по времени).
Первый режим — в летний период с совершением полезной работы, то есть выработки среднетемпературного холода и тепла, осуществляется аккумулирование низкопотенциальной теплоты в котловане.
Второй режим — в зимний период с совершением полезной работы, то есть обогрева помещений посредством ТН осуществляется аккумулирование холода (замораживание воды) в котловане.
Третье — источник теплоты (солнечный соляной пруд) и источник холода (котлован со льдом) расположены рядом. При этом расстояние между ними исключает естественный (за счет теплопроводности) обмен энергиями.
Четвертое — подавляющая часть системы «изготовлена» из естественных природных материалов (грунт, вода, соль), и для их изготовления не требуется энергия, а их жизненный цикл при их низкой стоимости, не имеет ограничения.
Возникает вопрос. Если такие дополнительные экономические эффекты от энергетики ВИЭ действительно будут иметь место, в том числе на федеральном уровне, то почему в РФ не развивается энергетика ВИЭ?
А ответ очень простой. Он графически представлен на рис. 1в. При проведении широких природоохранных мероприятий наступит спад российского производства, как известно, не отличающегося эффективностью, что нецелесообразно прежде всего с социальной точки зрения.
Небольшой спад может себе позволить, например, Германия, у которой эффективность общественного производства в несколько раз выше российского, и он даже не будет заметен. Хотя с нашим запасом нефтедолларов это может случиться и у нас, в России.
Исходя из изложенного, задавшись при растущем рынке энергопотребления ставкой дисконтирования 18 %, определение дисконтированных чистых денежных поступлений или чистой приведенной величины дохода (NPV), характеризующей общий, абсолютный результат инвестиционного проекта, проведено с учетом эколого-экономических преимуществ энергетики ВИЭ по предлагаемой автором формуле:
где Bt — выгода (доход) от проекта в году t, руб.; kэ = 1,15 — коэффициент (минимальное его значение, равное 1/5 части от среднего), учитывающий эколого-экономической выгоды использования оборудования энергетики ВИЭ.
Российские и зарубежные оценки прямых социально-экономических затрат, связанных с вредным воздействием электростанций, вырабатывающих электроэнергию за счет сжигания органического топлива (включая: болезни и снижение продолжительности жизни людей; оплату медицинского обслуживания, потери производства; снижения урожая; восстановления лесов и ремонт зданий в результате загрязнения воздуха, воды и почвы) дают величину, добавляющую около 75 % мировых цен на топливо и энергию, а по источнику [1] эти затраты для угольных ТЭС еще выше.
Далее, kэн = 1,06 — коэффициент, учитывающий опережающий рост цен на произведенную энергию, а также сезонные эксплуатационные расходы и издержки, при производстве этой энергии; Сt — затраты на проект в году t, руб.; r — ставка дисконта; n — это число лет жизни проекта.
Здесь необходимы примечания: величина коэффициента kэ возрастает до значений (1,5–1,75) при возведении системы в пригородных, курортных, заповедных зонах и т.д.; значение коэффициента kэн снижается по мере снижения темпа роста стоимости генерируемых видов энергии в России; ставка дисконта r неуклонно снижается по мере становления (развития) энергетики ВИЭ.
На основании результатов расчетов экономической эффективности системы холодотеплоснабжения построен финансовый профиль проекта (рис. 4). Без учета эколого-экономической выгоды использования оборудования энергетики ВИЭ (коэффициента kэ) период возврата капитала составляет 6,5 лет.
А без учетов коэффициентов kэн и kэ период возврата капитала за счет круглогодичного использования основных сооружений и оборудования системы составляет девять лет. Детально рассмотренная система солнечного холодои теплоснабжения наглядно показывает, что в России солнечные прудовые установки и системы, основанные на использовании особенностей климатических условий, имеют шанс стать составной частью малой энергетики для децентрализованных потребителей энергии. Конечно, с учетом того, что по экологическим показателям, в сравнении с другими энергоисточниками, они предпочтительнее, поскольку фактически не имеют никаких выбросов.
Проведенный анализ экономической эффективности можно применить и для других систем и устройств энергетики ВИЭ (ветровой, а также геотермальной), с учетом всех особенностей их компоновочных решений и эксплуатационных характеристик.
