5-я Международная выставка промышленного котельного, теплообменного, электрогенерирующего оборудования и трубопроводных систем для тепловых сетей
27 - 29 октября 2020 • Москва, МВЦ «Крокус Экспо»

Микрогенерация и ВИЭ — две стороны одной медали

новость
Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок»

Любая новая технология только тогда становится по-настоящему массовой, когда у нее есть так называемое killer application, в дословном переводе с английского — «убойное приложение». То есть такое приложение, которое всем нужно и которое при этом было бы сложно или просто невозможно реализовать в рамках ранее существовавших технологий. В России, богатой полезными ископаемыми, «убойным приложением» для возобновляемых источников энергии (ВИЭ) стала микрогенерация. Собственная электростанция — это новое качество жизни, когда вы не зависите от внешних поставщиков электроэнергии.

Согласно определению Всемирного союза распределенной энергетики (WADE), микрогенерацией называется использование объекта децентрализованной генерации очень малой мощности, достаточной лишь для одного частного дома. В поправках к закону «Об энергетике», которые по состоянию на начало января 2019 года были внесены в Государственную Думу РФ, но не были еще приняты, к объектам микрогенерации относятся генерирующие установки мощностью до 15 кВт. Как видим, российская норма вполне соответствует международным правилам, поскольку в нашей стране сложилась практика выделения для новых объектов индивидуального жилищного строительства мощности 15 кВт на дом.
Ограничение мощности генератора нуждами одного частного дома, в свою очередь, вытекает из самого принципа децентрализованной энергетики, предусматривающей максимальное приближение генерации к потребителю. При необходимости микрогенерация должна обеспечивать как минимум нужды резервного электропитания.
Ни в международном определении микрогенерации, ни в российском законопроекте на этот счет нет нигде прямого упоминания, что микрогенерация должна непременно строиться на основе ВИЭ. По-этому дизель-генераторы, используемые как резервные, а кое-где и основные источники электроэнергии для частных домов, также относятся к объектам микрогенерации. Появилась эта технология не сегодня и даже не вчера. И никаких законов для ее использования не требовалось. Более полувека тому назад появилась технология подачи в сеть электроэнергии от потребителя, вырабатываемой при торможении электродвигателя (так называемая рекуперация).
Почему же о микрогенерации и ее правовом регулировании заговорили только сейчас?
VEI.jpg

ВИЭ как двигатель развития микрогенерации
Дизель-генератор — это прибор, выработка энергии которым полностью управляется человеком. Есть потребность в электроэнергии — заливаем топливо и запускаем генератор. Нет потребности — генератор останавливаем. Постоянная работа дизель-генератора в режиме холостого хода нецелесообразна, так как при этом впустую расходуется топливо. Кроме этого, дизель-генератор требует постоянного подвоза топлива, что весьма затратно. Вот почему дизель-генератор может использоваться для обслуживания конкретного здания, но каких-либо излишков электроэнергии, которые можно было бы поставлять в сеть, не образуется. Мало того, дизель-генератор включают только тогда, когда в сети нет напряжения, возможно, там авария, и отдавать энергию в сеть нежелательно, так как она все равно не дойдет до потребителей. Другой вариант использования дизель-генератора — когда электрической сети вообще нет и прокладка ЛЭП стоит заведомо дороже использования топлива. Параллельно нормально функционирующей электросети для снижения затрат на электроэнергию дизель-генераторы практически не используются.

Микрогенерация, когда владелец электростанции является единственным потребителем вырабатываемой ею электроэнергии, а подключение к сети используется только для получения энергии из нее, возможна и в рамках существующего законодательства. Изменения в закон «об энергетике» нужны для того, чтобы можно было продавать излишки энергии сбытовой компании.
Совершенно иная ситуация с солнечной и ветряной генерацией. Начнем с того, что выработка электроэнергии зависит от времени суток и погодных условий. Когда-то густо, когда-то пусто. Устанавливаются аккумуляторы, которые сглаживают колебания генерации. Наконец, в ночное время солнечные батареи электроэнергию не вырабатывают, но как раз тогда можно приобретать электроэнергию по льготному тарифу. Вот почему системы альтернативной генерации часто приобретаются при наличии электросети для снижения затрат на электроэнергию. Соответственно, есть куда поставлять излишки электроэнергии.
Солнечные батареи и ветряки не требуют подвоза топлива. Они вырабатывают электричество, даже если вас нет дома. Ушли на работу — электричество вырабатывается. Уехали куда-либо из дома надолго — электроэнергия все равно генерируется, рационально ее продавать.
Ветряки являются оптимальным вариантом микрогенерации для фермерских хозяйств

Технические аспекты присоединения
Внесенные в Госдуму поправки к закону «Об энергетике» упрощают подключение объектов микрогенерации к электросети с целью продажи излишков электроэнергии. Для них отменяется согласование с Ростехнадзором, но это не означает, что вам не придется согласовывать продажу энергии со своей сбытовой организацией. Конкретные технические детали подключения в законопроекте не прописаны, для них придется создавать множество подзаконных актов.
Технически в передаче электроэнергии от клиента в сеть ничего сложного нет. В импортных моделях солнечных электростанций такая функция, как правило, есть, и пока российским пользователям ее приходится отключать. Используется инвертор, частота которого подстраивается под частоту напряжения в сети, чтобы обеспечить полную синхронность. Важно, чтобы инвертор давал чистую синусоиду, а не ее аппроксимацию. Для того, чтобы не было перекоса фаз, рекомендуется трехфазное подключение к сети. Не исключено, что наличие в доме трехфазного подключения (а для современных индивидуальных построек это вполне обычное дело) будет указываться сбытовыми компаниями в качестве обязательного условия для разрешения клиенту продажи излишков электроэнергии.
Также придется поменять счетчики электроэнергии. Большинство существующих моделей электрических счетчиков одинаково учитывают как принимаемую из сети энергию, так и поставляемую в нее. Кстати, это приводит к курьезным случаям, когда для обеспечения резервного питания владелец солнечной электростанции подключает ее к сети, забыв отключить функцию передачи в сеть излишков электроэнергии. В итоге счетчик начинает крутиться с удвоенной скоростью.
На первых порах из-за небольшого числа объектов микрогенерации и малой мощности, отдаваемой ими в сеть, никаких изменений в системы управления электросетями вносить не придется. В более отдаленной перспективе (вторая половина 2020-х годов) бурное развитие микрогенерации будет сопровождаться тотальной цифровизацией электрических сетей, что полностью решает проблему управления распределенной генерацией.

Солнце или ветер?
Ветрогенераторы пользовались в 2000-х годах большой популярностью у энтузиастов микрогенерации, так как в те годы были значительно дешевле солнечных батарей той же мощности. Но для массового использования солнечные панели оказались более удобными.
Солнечные батареи можно размещать на крыше, не испортив пейзаж
Наиболее компактная конструкция ветряка, способного полностью обеспечить электроэнергией дом, где постоянно проживает семья из трех человек, представляет собой вертикальную турбину диаметром 5 м с лопастями длиной 4 м. Эта турбина установлена на мачте высотой 12 м. Такой объект займет немало места на участке и, самое главное, будет хорошо заметен издалека. Если же постоянно проживает, например, семья из 5 человек, потребуется турбина еще больших размеров, установленная на значительно большей высоте. В общем, будьте готовы к переговорам с соседями, которым такое сооружение может не понравиться. По цене оборудования за единицу вырабатываемой электроэнергии ветряки и солнечные электростанции в наше время примерно одинаковы, но ветряк может оказаться дороже в установке. Вот почему ветряки представляют собой «нишевой» продукт для фермерских хозяйств, территория которых исчисляется гектарами. В чистом поле, на возвышенности, где нет преград для потоков воздуха, ветрогенератор по-прежнему намного выгоднее солнечных батарей. Также ветрякам нет альтернативы в северных широтах.

Другие варианты микрогенерации
ВИЭ — модное, современное направление, но на самом деле к ВИЭ относится один из наиболее старых способов выработки электроэнергии, а именно, гидрогенерация. Микро-ГЭС известны уже более 100 лет. Современные технологии дали новый импульс развитию данного направления. За рубежом в ряде стран, например, Канаде, микро-ГЭС пользуются большой популярностью. Даже в соседнем с нами Казахстане микро-ГЭС активно используются. На сайтах Alibaba и Maide-in-China можно найти сотни разнообразных моделей микро-ГЭС.
Микро-гэс популярны за рубежом, но в России их применение сдерживается сложностью процесса согласования установки
К сожалению, действующее российское законодательство не делает скидок на размер ГЭС при согласовании ее установки. Сложная процедура согласования пока сдерживает развитие микрогенерации на основе ГЭС в России. Хотя для нашей страны, исходя из ее природных условий, такой способ весьма перспективен.
Другая «древняя» технология — паровой котел. Сжигая щепу, отходы производства (например, ше-луху от семечек) или торф, нагревают воду и используют паровую машину для выработки электричества. Проблема заключается в необходимости подвоза топлива (если только электростанция не снабжает энергией пилораму или фабрику по производству растительного масла). Кроме этого, электростанция на основе парового котла начинает быть эффектив-ной, начиная с мощности 200 кВт, что уже выходит за пределы микрогенерации.
Более перспективна для микрогенерации выработка биогаза, который подается на газовый двигатель, вращающий электрогенератор. В качестве топлива используется навоз, образующийся в личном подсобном хозяйстве. Также можно использовать щепу, шелуху от семечек и даже пищевые отходы, разлагаемые в биореакторе специальными бактериями. Применительно к микрогенерации это будет эффективнее, чем сжигать органические отходы. На выходе, помимо тепла и электроэнергии (а также газа для плиты), получаем еще и отличное удобрение. Электростанция на биогазе должна постоянно вырабатывать электроэнергию, чтобы газ не уходил в атмосферу. Это открывает широкие перспективы по продаже излишков электроэнергии.
Недостатком электростанций на биогазе является то, что их строят по индивидуальным проектам. «Коробочных» решений, которые давно есть для солнечных электростанций, ветряков и микро-ГЭС, здесь пока не существует.

Можно ли заработать на микрогенерации?
Для того, чтобы понять, какие суммы можно выручить, продавая вырабатываемую в личном хозяйстве электроэнергию, рассмотрим такой пример. Представим себе загородный дом в Московской области, где проживает семья из трех человек. Дом имеет современное высокоэффективное оборудование, электричество для отопления не используется, но на нем готовят еду. Такой дом будет потреблять около 200 кВтч в месяц, что соответствует энергопотреблению 2400 кВтч в год.
Дом питается от солнечной электростанции. Она спроектирована таким образом, чтобы в самый проблемный для солнечной генерации месяц декабрь дом полностью обеспечивался электричеством за счет солнечных панелей. Дом подключен к электросети, но только для продажи в нее излишков электроэнергии.
В Московской области 1 кв. м современных солнечных панелей при их правильной установке может дать за декабрь 4 кВтч электроэнергии с учетом всевозможных потерь. Значит, необходимо иметь 50 кв. м солнечных панелей. Они вполне могут поместиться на крыше дома, не занимая дорогостоящую подмосковную землю.
Наибольшая генерация достигается в июле, когда за месяц один кв. м. солнечных батарей способен дать 57 кВтч. Соответственно, вся установка даст за месяц 2850 кВтч, из которых излишек в 2650 кВтч можно продать.
За весь год 1 кв. м солнечных батарей вырабатывает 200 кВтч, для 50 кв. м этот показатель составит 10 000 кВтч. То есть в год мы получаем излишек энергии 7600 кВтч. Этот излишек образовался за счет того, что выработка электроэнергии зависит от времени года, но электростанция должна давать достаточное для нужд владельца количество электроэнергии даже зимой.
Масштабы выработки электроэнергии при микрогенерации не настолько значительны, чтобы говорить о каком-то серьезном заработке. Основная цель продажи излишков электроэнергии — обеспечить окупаемость электростанции в разумные сроки
По оценке министра энергетики Московской области Леонида Неганова, энергосбытовые компании будут приобретать элекроэнергию у объектов микрогенерации по цене, примерно равной половине тарифа для розничных потребителей. Предположим, что розничные потребители получают электроэнергию по цене 6 руб. за кВтч. Тогда у объектов микрогенерации излишки будут покупать по цене 3 руб. (приведенные данные являются оценочными и не являются прогнозом). В год можно будет получить от продажи излишков 3 руб./кВтч * 7600 кВтч = 22 800 руб. В России доход от продажи излишков электроэнергии в размере до 30 000 руб. налогом не облагается.
Стоимость рассматриваемой солнечной электростанции с учетом доставки и установки составляет около 500 000 руб. Для простоты расчетов предположим, что тариф 6 руб. за кВтч не меняется на протяжении многих лет. За год солнечная электростанция позволяет экономить электроэнергии на сумму 6 руб./кВтч * 2400 кВтч = 14 400 руб. Если отсутствует возможность продажи излишков электроэнергии, то срок окупаемости составит 500 000 руб. / 14 400 руб. в год = 34,7 года. Заявленный срок службы солнечных электростанций для бытовых применений, как правило, составляет 25 лет, но некоторые элементы электростанции, такие, как аккумуляторы, приходится заменять еще раньше. То есть электростанция себя не окупит, если только не произойдет резкий скачок цен на электроэнергию, который в условиях нашей страны предсказать невозможно.
При продаже излишков электроэнергии экономия электричества и выручка от продажи суммируются. В общей сложности ежегодно эксплуатация личной электростанции дает ежегодно выигрыш в размере 22 800 + 14 400 = 37 200 руб. Срок окупаемости электростанции уменьшается до 500 000 руб. / 37 200 руб. в год = 13,4 лет. Электростанция окупит себя полностью и во второй половине заявленного срока эксплуатации начнет приносить небольшую прибыль.

Дело государственной важности
В Великобритании развитие микрогенерации рассматривается как элемент энергетической независимости страны. Поэтому до 2018 года владельцы объектов микрогенерации должны были бесплатно отдавать в сеть половину вырабатываемой электроэнергии. Теперь же сбытовые компании у них покупают электроэнергию, тем не менее обязанность продавать часть вырабатываемой электроэнергии остается.
Применительно к России микрогенерация вряд ли имеет такое же значение, так как у нас полно угле-водородов. Мало того, в нашей стране есть немало критиков микрогенерации на основе ВИЭ, считающих, что она нарушает баланс в энергосистеме. Казалось бы, зачем дополнительно вырабатывать электроэнергию в дневное время летом? Впрочем, как раз в погожие дни летом теперь наблюдаются пики энергопотребления из-за интенсивной работы кондиционеров. Потом, есть немало мест — дачные поселки, курорты, места массового отдыха людей, где пик энергопотребления приходится на летний период. Микрогенерация позволит сгладить локальный дефицит электроэнергии.
Но не это является главной причиной, почему микрогенерации уделяется сейчас внимание на самом высоком уровне. Разработчики законопроекта не скрывают, что главной их задачей является поддержка высокотехнологичной промышленности в России. Микрогенерация — это как раз та отрасль, где отечественная продукция способна конкурировать с импортной. При этом микрогенерация станет еще и сдерживающим фактором для роста цен на электроэнергию в условиях фактического монополизма сбытовых компаний. Рост цен на электроэнергию является хорошим поводом для того, чтобы подумать о покупке собственной электростанции. То есть проголосовать рублем за развитие отечественной высокотехнологичной промышленности, а значит, и за снижение пресловутой сырьевой зависимости страны.

Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок»

Источник: https://www.elec.ru/articles/mikrogeneraciya-i-vie-dve-storony-odnoj-medali/