В секторе производства электрической энергии сейчас безраздельно доминируют крупные электростанции, что связано с низкой стоимостью производимой ими продукции. Технология выработки на них электроэнергии такова, что при ее производстве выделяется низкотемпературное тепло, которое может покрывать значительную часть (от 40 до 65 %) потребностей населения в отоплении и ГВС путем его утилизации через экономайзер конденсационного котла.
Однако в реальности эта энергия используется для отопительных нужд лишь в небольшом объеме, поскольку крупные электростанции редко располагаются около крупных населенных пунктов. Если же разместить небольшие электростанции вблизи территорий, испытывающих потребность в низкотемпературном тепле, тепловыделения от работы таких установок уже могут быть использованы без транспортировки по теплотрассам хотя бы частично.
Системы же микрокогенерации эффективно утилизируют от 85 до 95 % выделяющегося при выработке электроэнергии тепла. Природный газ является исчерпаемым энергоносителем, наносящим наименьший вред окружающей среде, но его запасы ограничены, поэтому его потенциал следует использовать с максимально возможной эффективностью.
Это и позволяют делать установки когенерации: сжигание природного газа с минимальной эмиссией двуокиси углерода совместно с высоким КПД позволяют причислять мини ТЭС к одним из наиболее энергосберегающих систем современности. Использование природного газа на крупных электростанциях в настоящее время по большей части экономически не выгодно.
Поэтому для глобального снижения выбросов СО2 целесообразно интенсивное внедрение небольших когенерационных установок, способных в значительной мере заменить электричество, получаемое от крупных угольных электростанций. Немецкие специалисты, опираясь на суровое экологическое законодательство своей страны, уже подсчитали, что для предотвращения глобального потепления выбросы углекислого газа по всему миру должны к середине этого столетия сократится вдвое по сравнению с уровнем 1990 г.
При этом промышленные предприятия, вносящие наибольший вклад в загрязнение окружающей среды, обязаны уменьшить свою долю выбросов на 80 %. В рамках этой задачи к 2030 г. до 35 % всех жилых помещений в Германии могут быть оснащены микроТЭС на природном газе. Теоретический потенциал составляет до 6 млн установок. Не стоит опасаться увеличения газопотребления, поскольку одновременно проводимая в стране энергетическая модернизация старых зданий приведет к снижению теплопотребления в жилых районах.
Для достижения поставленной немцами задачи стимулирование выработки электроэнергии высокоэффективными когенерационными установками является хотя и важным, но не единственным шагом. Природный газ, даже при самом эффективном использовании, все равно выделяет при сжигании большое количество парникового газа. Для полного предотвращения ущерба окружающей среде необходим переход на энергоносители из возобновляемых источников или на безуглеродное топливо.
Внедрение второго сценария можно ожидать лишь спустя десятилетия, поэтому на сегодняшний день единственной реальной альтернативой метану является биотопливо. Таким образом, реальная перспектива для децентрализованных минии микро-ТЭС по сокращению выбросов углекислого газа — в снижении потребления магистрального газа путем перехода на выработанный в метантенках силами местных компаний или самих пользователей биогаз.
В качестве технологии для микрокогенерации наибольшие экологические преимущества могут дать топливные ячейки, поскольку этот материал обладает наивысшим коэффициентом соотношения тепловой и электрической мощности — системы на его основе производят на единицу тепла наибольшее количество электроэнергии, и при той же мощности могут компенсировать большие энергетические запросы, чем прочие технологии, используемые в микрокогенерации.
С другой стороны, небольшие минии микро-ТЭС на основе двигателя внутреннего сгорания электрической мощностью один-два киловатта могут быть значительно доступнее по цене. Они развивают рынок когенерации, подготавливая его для последующей замены более экологичными установками. В переходный же период топливные ячейки могут конкурировать с прочими технологиями микрокогенерации лишь с помощью дополнительных государственных субсидий.
Децентрализованно размещенные установки микрокогенерации обладают целым рядом экономических и экологических преимуществ, таких как высокая эффективность использования энергоносителя, низкий уровень эмиссии СО2, создание локальных рабочих мест и увеличение производительности благодаря использованию современных технологий.
Вместе с тем существует немало причин, препятствующих внедрению этой продукции на рынок: расходы на приобретение и эксплуатацию несоизмеримо высоки по сравнению с предусмотренной государственной субсидией, технологии топливных ячеек или двигателей Стирлинга, а также необходимое дополнительное оборудование и программное обеспечение недостаточно хорошо проработаны, стратегия вывода на рынок также несовершенна.
Ввиду высокой стоимости микро-ТЭС для небольших зданий их производство и продажа на сегодняшний день экономически невыгодны. Лишь интенсивные исследования, финансируемые за счет государственной поддержки и частного капитала, могут обеспечить необходимый технологический прогресс, который затрагивает не только собственно конструктивные особенности, но и все связанные с этим проблемы (управление системой или функционирование водонагревателя).
Существующее в настоящее время серийное производство когенерационных установок не вполне отвечает потребностям индивидуальных домовладений вследствие избыточной выработки электроэнергии и низкими тарифами на продажу электроэнергии в сеть. Поэтому необходимо стимулировать разработку микро-ТЭС меньшей мощности. Отсутствие четко разработанной скоординированной стратегии продвижения продукта приводит к отсутствию заинтересованности конечного покупателя в оборудовании данного вида. Ниже приводятся рекомендации основным участникам процесса продвижения минии микро-ТЭС на местный и мировой рынок.
Государство
Роль государства является решающей во многих рыночных процессах, особенно дорогостоящих и экономически не слишком прибыльных. Поэтому без федерального участия попытки повсеместного внедрения когенерационных установок порой обречены на неудачу. На настоящий момент государственная финансовая поддержка разработок и продажи миникогенерационных установок в Германии, к сожалению, проводится лишь в минимальном объеме.
Государство должно показывать свою заинтересованность не только на словах, но и на деле, стимулируя исследования в области децентрализованной когенерации, хотя бы касающиеся технологии изготовления и применения топливных ячеек, развивая и поддерживая существующие проекты в этой области. Это чрезвычайно важно для своевременного устранения различного рода недоработок, препятствующих широкому распространению данной продукции.
Особое внимание следует уделить оптимизации встраивания технологии топливных ячеек в существующую систему энергоснабжения. Инновационные проекты нередко разрабатываются небольшими предприятиями. Даже если им удается решить технические проблемы, внедрение продукта на рынок нередко терпит неудачу из-за недостаточного финансирования. Государство может оказывать поддержку таким предприятиям в виде кредита на развитие или поручительств, налоговых льгот, привлечения частного капитала.
Эффективная техника с высоким коэффициентом соотношения электрической мощности к полезному тепловому потоку должна субсидироваться с целью снижения ее розничной стоимостью для конечного потребителя. На этапе внедрения продукта на рынок необходима компенсация инвестиционных расходов до тех пор, пока затраты производителя не снизятся в результате начала массового производства. Инвестиции в изготовление топливной ячейки электрической мощностью один киловатт в 2010 г. превышали € 10 тыс.
Для экономически выгодной реализации компенсации должны составлять € 5 тыс. с постепенным уменьшением через 5 лет ввиду ожидаемого снижения первоначальных затрат на производство техники этого вида. Также в соответствии с немецким Законом о возобновляемой энергии (EEG), по аналогии с маленькими установками на биомассе, для электрической энергии, производимой микро-ТЭС и отдаваемой в централизованную сеть, может использоваться схожая тарифная политика.
Это добавит привлекательности когенерационным установкам также и в глазах владельцев многоквартирных домов. Стимулирующим фактором для внедрения мини-ТЭС может стать и сертификация отопительных систем по эмиссии СО2. Несмотря на то, что в многоквартирных домах установки миникогенерации уже сегодня экономически выгодны, их повсеместное внедрение тормозится отсутствием закрепленной модели реализации проекта ее размещения.
Необходима также четкая проработка различных правовых условий приобретения и эксплуатации установок когенерации, как то гарантии собственника, финансовые и налоговые обязательства, типовые бланки договоров по контрактингу, координаты специализированных организаций, таблицы с расчетными данными и графики, подготовленные независимым органом, например министерством экономики и финансов. Это призвано облегчить доступ широкому кругу потребителей к этой инновационной технологии.
Крупные здания с тремя и более квартирами составляют около 40 % от всей жилой площади в Германии. Этот сегмент рынка находится в достаточно выгодном техникоэкономическом положении для внедрения установок когенерации. Однако необходимые согласования и подписание договоров с собственниками и арендаторами содержат определенные трудности и предусматривают дополнительные расходы. Здесь имеется ряд нерешенных правовых проблем.
Например, квартиросъемщика необходимо обязать потреблять электроэнергию, производимую мини-ТЭС. Соглашения подобного рода на сегодняшний день могут быть реализованы путем заключения новых договоров аренды и собственности, что практически закрывает путь этим стациям в многоквартирный дом. Это показывает необходимость серьезных правовых изменений в рыночном сегменте немецких многоквартирных домов для достижения максимальной эффективности от эксплуатации мини-ТЭС.
Внедрение установок микрокогенерации для индивидуальных жилых домов также требует серьезной финансовой поддержки для конечного потребителя. На стадии внедрения этого оборудования необходимы не только субсидии, компенсирующие часть затрат, но и регрессивный тариф на продажу электроэнергии, произведенный миниТЭС. Для Германии этот тариф должен быть примерно равен выплатам за электроэнергию, производимую небольшими установками на биотопливе, а, значит, повышен с 5,11 до приблизительно 8,0 евроцентов за киловатт-час.
Срок действия повышенного тарифа может в значительной степени определяться ценами на газ и электроэнергию, и ставка с течением времени должна постепенно снижаться во избежание перепроизводства. Кредиты на особых условиях и помощь в их погашении будет стимулировать интерес также и потенциальных клиентов, делая когенерационные установки рентабельными в начальный период их эксплуатации.
Государство должно непременно вкладывать средства в подготовку квалифицированного персонала по монтажу и обслуживанию установок когенерации, одновременно таким образом оказывая поддержку малым предприятиям в данном сегменте сферы услуг. Государство как крупнейший собственник имеет возможность показывать пример, устанавливая микрои мини-ТЭС на принадлежащих ему объектах и демонстрируя результаты экономии широкой общественности.
Предприятия энергоснабжения
Предприятия энергоснабжения в сотрудничестве с производителями установок когенерации должны использовать возможность накапливать бесценный опыт по работе с новыми технологиями, участвовать в этапах их развития, проводить практическое тестирование этих технологий, оценивать их технические, экономические, юридические и ситуационные особенности. Полученные данные помогут в дальнейшем в совершенствовании оборудования и внесении необходимых изменений в законодательство, использовании его в новых сферах жизни.
Согласованная работа имеющихся на подведомственных территориях децентрализованных установок когенерации дает возможность предприятию энергоснабжения оптимизировать производство электроэнергии с экономической и экологической точки зрения с помощью продуманной тарифной сетки, ориентированной на пиковое энергопотребление или посредством централизованного управления установками мини-ТЭС.
Нескоординированная работа большого числа микро-ТЭС может быть компенсирована разработкой технической, организационной и тарифной системы, ориентированной на расписание энергопотребления региона или объекта. Стоимость электроэнергии, произведенной небольшими установками, таким образом, может быть в значительной степени повышена за счет ее производства в часы пикового энергопотребления.
Первым шагом должна стать повременная тарифная сетка со снижением стоимости в ночное время и повышением в пиковые дневные часы. Но эта мера не должна стать единственной, поскольку она не учитывает колебаний, возникающих вследствие возрастающей доли электроэнергии из возобновляемых источников. Значительные успехи последних лет в информационно-технической области, а также прогнозируемая динамика развития отрасли позволяет в скором времени ожидать доступных по цене разработок для передачи сигналов о стоимости электроэнергии, которые приведут к оптимизации работы миниТЭС в ручном либо автоматическом режиме.
Для обеспечения доступа потребителей к электроэнергии, производимой децентрализованными когенерационными установками, необходимо их включить в единую сеть управления, чтобы они работали только в требуемые часы максимальной нагрузки, когда стоимость электроэнергии максимальна. В качестве альтернативы может быть предложена упрощенная система управления, когда владельцу мини-ТЭС по запросу предоставляется информация о текущем тарифе и другие преимущества на конкретный момент.
Для обоих вариантов сейчас уже существуют пилотные проекты, однако для внедрения на рынок они требуют серьезной доработки. Выработанное одновременно с этим тепло может быть аккумулировано в термонакопителях, повышающих эффективность от использования установок микрокогенерации. Для многих зданий с собственной системой водоснабжения это было бы весьма актуально. Внедрение новых материалов позволяет создать компактные системы.
Например, благодаря внедрению химических соединений, изменяющих агрегатное состояние в процессе работы установки, появляется возможность интеграции накопителя в структуру здания, что ведет к повышению энергетической эффективности всей системы «здание–техника». Дальнейшие разработки также играют большую роль и для конструкционного совершенствования установок охлаждения, которые за счет применения современных материалов и инженерных решений могут стать компактнее, надежнее и эффективнее при объединении с когенерационной установкой.
Гарантированный отбор излишков произведенной электроэнергии предприятиями энергоснабжения помогают производителям систем когенерации эффективнее планировать производство и развитие своей продукции. Предприятия энергоснабжения, за счет профессиональной компетенции и нейтрального отношения к продукции, могут использовать свою тесную связь с потенциальными клиентами, чтобы эффективно стимулировать продвижение мини-ТЭС, например, публикуя в своих квитанциях и письмах к клиентам преимущества децентрализованного энергоснабжения и примеры использования. Стимулирующим фактором способно стать бонусное соглашение между производителем и энергоснабжающим предприятием на определенный объем реализованных установок.
Опираясь на свой профессиональный опыт, предприятия энергоснабжения могут оказывать населению услуги в области контрактинга, в т.ч. путем замены имеющихся термоблоков на установки когенерации. Контрактинг является хорошим инструментом для привлечения многочисленных групп клиентов в ряды владельцев новых недешевых технологий с одновременной гарантией прогнозируемого экономически выгодного режима эксплуатации микрои мини-ТЭС.
В данном случае это одна из наиболее удобных форм сбыта, поскольку страхует конечного потребителя от технико-экономических рисков и снимает с него финансовое бремя, а подрядчику позволяет настраивать установку по собственным оптимизированным критериям. Существующие в настоящее время многочисленные препятствия в виде несовершенства законодательства и дополнительных расходов на получение согласований должны быть устранены на федеральном уровне.
Клиенты, которые уже пользуются услугами организаций теплои энергоснабжения, составляют идеальную базу для контрактинга в сфере приобретения установок мини-ТЭС, и различные политические, правовые и тарифные ограничения не должны препятствовать заключению таких договоров. Важнейшей составляющей экономической привлекательности микрои мини-ТЭС являются расходы на затраченную энергию.
Разработка более выгодных тарифов на природный газ, использующийся для работы этих установок, возможна даже без дотационной составляющей, если предприятие энергоснабжения примет во внимание все положительные аспекты, такие как равномерная нагрузка на структуру газоснабжения. Тесное сотрудничество энергоснабжающих компаний с сервисными и монтажными организациями в области обучения и переподготовки персонала способствует высокому качеству проектирования и монтажа систем.
Обслуживание установок когенерации требует наивысшей квалификации в области электрического и отопительного оборудования, а также опыт работы с современными технологиями, такими как топливные ячейки. Своевременное привлечение специализированных обслуживающих организаций гарантирует поддержку имеющихся потребителей, а также дополнительное преимущество при привлечении новых клиентов.
Производители
Для целей индивидуального энергоснабжения наилучшим образом подходят упомянутые выше топливные ячейки за счет их значительной дискретности и высокого коэффициента соотношения тепловой и электрической мощности. Но пока доступные на рынке топливные ячейки являются, как правило, индивидуально изготовленными экземплярами, их цена исчисляется десятками тысяч евро за киловатт-час электрической мощности.
Лишь дальнейшие исследования и разработки могут увеличить надежность и срок службы этих установок и снизить цены на их до такой степени, чтобы можно было говорить о возможности их серийного производства. Для расширения рынка сбыта установок микрокогенерации необходимы дальнейшие технические изыскания с целью значительного повышения эксплуатационных качеств и экономической конкурентоспособности изготавливаемых в настоящее время систем.
Сотрудничество с университетами, научно-исследовательскими институтами, поставщиками компонентов и, на данной стадии разработки, к примеру, топливных ячеек и двигателей Стирлинга, с конкурентами может в значительной степени повысить эффективность исследовательских разработок. До тех пор, пока установки когенерации не достигли стадии реальной конкуренции, производители должны искусственно поддерживать умеренные цены на эти системы для стимулирования покупательского спроса и выработки доверия к торговой марке.
Специфика конструкции микрои миниТЭС обуславливает высокие расходы на обслуживание. Поэтому сервисные договоры на приемлемые суммы призваны гарантировать регулярное профессиональное сервисное обслуживание. Кроме того, бесперебойно функционирующая установка добавляет штрихи к позитивному имиджу производителя.
При внедрении новой технологии важной составной частью любого сервисного обслуживания должна стать повышенная чуткость к потребностям клиента, с тем чтобы устранение непременно имеющих место недоработок проходило без ущерба для репутации производителя и отрасли в целом. Дистанционный контроль за работой системы значительно расширяет сферу применения микрои мини-ТЭС, позволяет быстро реагировать на неисправности и снижает расходы на обслуживание.
В долгосрочной перспективе, прежде всего в сельской местности, необходим постепенный переход к использованию биогаза. Экологические достоинства установок когенерации значительно возрастут при их эксплуатации не на метане, а на биотопливе. Повсеместное внедрение микрои миниТЭС позволит в будущем создавать рабочие места.
Поддержка местных инженерных центров играет важную роль в успехе всей кампании. Компетентный монтаж и обслуживание децентрализованных когенерационных установок очень важны для их правильного функционирования и, соответственно, повышения популярности. Хотя эти мероприятия могут проводиться производителями или энергетическими компаниями, присутствие местной сервисной организации дает преимущество, поскольку она имеет лучший подход к конечному клиенту, сложившуюся гибкую структуру сбыта, которая может отсутствовать у производителя, ориентированного на работу с фирмами.
