Методические основы оценки эффективности соору­жения и эксплуатации гелиоустановок разработаны Б. В.Тарнижевским и представлены в статьях [180-182]. О. О.Попелем, С. Е.Фридом, Э. Э.Шпильрайном предложена формула для определения годового экономического эффек­та применения гелиоустановок теплоснабжения [183]:

АЭ = ^-Ст-(Ев+п)АК, (3.16)

Лтр

где f — доля покрытия солнечной энергией годовой по­требности в теплоте; Q — годовая потребность в тепло­те; г|тр — КПД традиционной установки теплоснабжения; Ст — стоимость единицы теплоты; Ев — коэффициент норма­тивной эффективности; п — коэффициент, учитывающий издержки на амортизацию и ремонт; АК — дополнитель­ные капитальные вложения в гелиоустановку. При этом не учитываются затраты в замещаемый традиционный энергоисточник.

Согласно Рекомендациям института ЦНИИЭП инже­нерного оборудования [184], энергетический эффект ча­стичного или полного замещения традиционного источ­ника теплоснабжения альтернативным с использованием ВИЭ определяется по формуле

АЭ = АЭя + АЭ + АЭ — АЭ, (3.17)

где АЭэ — экономия энергоресурсов, используемых тради­ционным источником теплоснабжения; АЭос — эффект сни­жения загрязнения окружающей среды при использова­нии альтернативного источника энергии; АЭу — экономия заработной платы персонала традиционного источника теплоснабжения или социальный эффект при замещении мелких индивидуальных топочных устройств; ДЭт — до­полнительные затраты на альтернативную генерирующую установку.

Аналогичный подход изложен также в методике Акаде­мии наук СССР [185].

В описанных методиках не отражён в полной мере во­прос о замещаемом базовом традиционном источнике теплоты, что, в основном, определяет экономическую целесообразность применения источников энергии с ис­пользованием ВИЭ. Важные результаты экономических исследований гелиоустановок получены коллективом под руководством М. И. Валова.

В статьях М. И.Валова, В. А.Асташенко, Е. Н.Зимина [186-188] приведена структура затрат при строительстве систем теплоснабжения жилых домов с использованием солнечных коллекторов с поглощающей панелью из ото­пительного радиатора. Авторами не указано, на основании каких объектов и технических решений гелиоустановок получена данная структура затрат. В статье М. И.Валова [186] приведено выражение для определения предельного

значения удельной стоимости гелиоустановки в зависимо­сти от климатических и стоимостных факторов:

где Sfl — стоимость тепла, вырабатываемого традицион­ной системой теплоснабжения, с учётом коэффициента полезного использования топлива, руб./ГДж; Нт — сум­марная интенсивность солнечной радиации, приходящая на поверхность солнечных коллекторов за год, ГДж/м2; г|к — коэффициент полезного действия системы гелиоте­плоснабжения; 5 — доля отчислений на амортизацию, ре­монт и прочие расходы гелиоустановки; Ев — коэффициент нормативной эффективности. Расчёт удельной стоимости гелиоустановки по формуле (3.18) с использованием зна­чения нормативной окупаемости капитальных вложений в современных условиях некорректен.

В работах Н. В.Харченко [189], В. Д. Петраша, М. М. По Лунина [190] отмечено, что поскольку солнечные установки отличаются относительно высокими капиталь­ными затратами, а возврат первоначальных вложений компенсируется экономией топлива в течение длительно­го периода времени, то необходимо выполнить технико­экономическую оценку целесообразности их сооружения. Оценку полной экономии, обеспечиваемой гелиосистемой за расчётный срок службы, авторами предложено опреде­лять по формуле

Э^=(С^д-С^-(г"-Хт),

где Стгод, С^- стоимость годового количества энергии, вы- рабатываемоготрадиционным энергоисточником и комби­нированной гелиотопливной системой теплоснабжения со­ответственно; N — расчётный срок службы гелиосистемы;

Ктт, К1 — капитальные вложения в традиционные и комби­нированные энергоисточники.

Анализ формулы (3.19) показывает, что при больших расчётных сроках службы гелиосистем прогнозирование стоимости замещаемого топлива крайне затруднено.

Разработана методика расчета экономической целесоо­бразности сооружения гелиоустановок при условии их при­ведения к равному экологическому эффекту с замещаемым традиционным энергоисточником [191]. Как известно, основ­ной причиной глобального изменения климата признано вы­деление углекислого газа при сжигании органического то­плива. В дымовых газах традиционных энергоисточников, даже работающих на природном газе, содержание диоксида углерода составляет 9-12 %, который может быть утилизи­рован и применён для выращивания хлореллы или извлечен в жидком виде. При этом экономический эффект сооружения гелиоустановки котельной рассчитывается по формуле

Э = в[(Я; — Kl) + (K-К*)-Кт] + АЭк +ДЭд + ДЭ0С +ЭТ — Эг, (3.20) где є — нормативный коэффициент окупаемости капиталь­ных вложений; Кгк, К — капитальные вложения соответ­ственно в базовую традиционную котельную и в котельную, оборудованную гелиоустановкой; ІГд, ІГд — капитальные вложения в установку утилизации диоксида углерода ба­зовой котельной и котельной с гелиоустановкой соответ­ственно; Кт — капитальные вложения на сооружение гели­оустановки; ДЭк — экономия эксплуатационных расходов базовой по сравнению с солнечно-топливной котельной; ДЭд — экономия эксплуатационных расходов установок ути­лизации диоксида углерода базовой и солнечно-топливной котельных; Эос~ компенсационная стоимость затрат по за­щите окружающей среды; Эт — стоимость сэкономленного топлива при эксплуатации гелиоустановки; Эг~ эксплуата­ционные расходы гелиоустановки.

В результате технико-экономических расчётов солнечно-топливных котельных с учетом затрат на утили­зацию диоксида углерода установлено, что срок окупаемо­сти капитальных вложений составляет 2,8-8,4 года, что значительно превышает сроки окупаемости, рассчитанные по традиционной методике 2,6-3,4 года. Следует отметить, что данная методика неприменима для практических рас­чётов целесообразности сооружения гелиоустановки. При определённых упрощениях (без учёта эксплуатационных затрат) расчётный срок окупаемости гелиоустановки

(3.21)

где Sc — удельная сметная стоимость гелиоустанов­ки, руб./м2; Q — годовое (сезонное) количество теп­ла, выработанное гелиоустановкой в расчёте на 1 м2, Гкал/м2; Ст — стоимость замещаемой тепловой энер­гии, ру б./Гкал.

Приведенная формула не учитывает затраты на соору­жение замещаемого традиционного энергоисточника.

В соответствии с нормами проектирования «Установки солнечного горячего водоснабжения» [135] сооружение ге­лиоустановки целесообразно при условии

/£ть (3.22)

где f — критерий экономической эффективности гелиоуста­новки; Г| — сезонный или годовой коэффициент полезного действия гелиоустановки.

Критерий экономической эффективности предлагает­ся определять как отношение капитальных, эксплуатаци­онных расходов гелиоустановки к количеству солнечной энергии, падающей за год (сезон) на плоскость солнечных коллекторов:

106(Ди,+а)ДГ 3,6 С£дг ’

где Ew — нормативный коэффициент эффектив­ности капитальных вложений; а — норма отчис­лений на покрытие эксплуатационных расходов; К — удельные капитальные затраты на гелиоустановку, руб./м2; С — удельная стоимость замещаемой теплоты, руб./Вт; qt — интенсивность падающей солнечной радиации в плоскости коллектора, Вт/м2.

КПД гелиоустановки определяется по формуле

где 0 — приведенная оптическая характеристика солнечно­го коллектора; tvt2~ температура теплоносителя на входе и выходе из коллектора, °С; tc — средняя дневная темпера­тура наружного воздуха, °С.

По формуле (3.23) определяется срок окупаемости затрат на сооружение гелиоустановки при условии использова­ния всей падающей на неё солнечной радиации, по формуле (3.24) — степень теплотехнического совершенства солнечного коллектора, его КПД. Сопоставление критериев срока окупа­емости гелиоустановки, степени технического совершенства солнечного коллектора и принятие на этой основе решения об экономической целесообразности сооружения гелиоуста­новки некорректно. При практических расчётах значения удельной стоимости гелиоустановок изменяются в широком диапазоне. Они зависят от стоимости солнечных коллекто­ров, металлоконструкций, баков гелиоустановок и т. д.

КПД гелиоустановки определяется теплотехническими характеристиками конкретной конструкции солнечного коллектора. Данная методика имеет следующие недостат­
ки: отсутствие сопоставления с традиционным энергои­сточником; многовариантность расчётов; сложность опре­деления стоимости металлоконструкции, оборудования, трубопроводов.

Целесообразность использования гелиоустановок по методике М. И.Валова и Б. И.Казанджана [192] определяет­ся из условия:

ДЗПТ + ДЗС + ДЗП0 > 0, (3.25)

где ДЗпт, ДЗс, ДЗпо — разность приведенных затрат на соору­жение и эксплуатацию, социальных затрат, затрат на при­родоохранные мероприятия между традиционным энерго­источником и гелиоустановкой соответственно.

Практические расчёты экономической эффективности сооружения гелиоустановок по формуле (3.25) крайне за­труднены. Расчет разности социальных и природоохранных затрат сооружения традиционного энергоисточника и ге­лиоустановки по указанной методике носит субъективный характер. Гелиоустановки как в России, так и за рубежом пока, в основном, не конкурентоспособны традиционным энергоисточникам. В Европе быстрые темпы развития гели­оустановок обусловлены государственной поддержкой [193].