Развитие топливно-энергетического комплекса Краснодарского края на основе применения инновационных технологий в области энергосбережения и энергоэффективности

УДК 332 : 383.483.13

РАЗВИТИЕ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ

Кощеев С.В., Кученко С. С.

Рассматриваются возможности применения гелиустановок на территории Краснодарского края в качестве одного из перспективных направлений развития топливно-энергетического комплекса края на основе применения современных разработок в области энергосбережения, энергоэффективности и технологий возобновляемых источников энергии.

Показана перспективность применения гелиустановок на территории Краснодарского края в качестве альтернативного экологически чистого источника энергии.

В работе широко используются концепции современной науки развития альтернативных источников энергии, а также результаты исследования применения гелеустановок, в качестве альтернативного источника энергии, на предприятиях туристско-рекреационной сферы.

Результаты исследования имеют как теоретическую так и практическую значимость, и могут использоваться при дальнейшей разработке теоретических и практических вопросов применения гелеустановок в рекреационной сфере и туризме.

Ключевые слова: альтернативные источники энергии; гелиустановки; инновации; системный подход.

DEVELOPMENT OF FUEL AND ENERGY COMPLEX OF KRASNODAR REGION BASED ON INNOVATIVE ENERGY CONSERVATION AND ENERGY EFFICIENCY TECHNOLOGIES

Koshcheev S.V., Kuchenko S.S.

Possibilities of solar collectors’ utilization in Krasnodar region as one of advanced direction of regions’ fuel and energy complex based on modern projects in energy conservation, energy efficiency and renewables’ technologies were reviewed in the article.

Prospects of solar collectors’ utilization in Krasnodar region as alternative «green» energy source were presented.

Modern science concepts of as alternative «green» energy source were presented, results of the research us of hospitality industry organizations’ innovation activity are widely used in the publication.

Research results have both theoretical and practical value and should be used in further for development alternative energy source, solar energy system and in implementation issues in the sphere of recreation and tourism.

Keywords: alternative energy source, solar energy system, innovations, system approach.

Одним из главных условий перехода к устойчивому социальноэкономическому развитию Российской Федерации является существенное повышение энергоэффективности отечественной экономики.

Энергосбережение представляет собой важнейший фактор повышения энергоэффективности, экономической эффективности и экономической

безопасности предприятий и комплексов, а также результативности реализации стратегий социально-экономического развития субъектов Российской

Федерации.

В 2010 году, для стимулирования мероприятий по энергосбережению и энергоэффективности, распоряжением Правительства РФ от 27.12.2010 г. № 2446-р утверждена государственная программа Российской Федерации «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», целью которой является снижение за счет реализации мероприятий программы энергоемкости ВВП РФ на 13,5%, что в совокупности с другими факторами позволит обеспечить решение задачи по снижению энергоемкости ВВП на 40% за 2007-2020 годы. Использование значительного потенциала энергосбережения и энергоэффективности в стране, который оценивается в 360

- 430 млн. тонн условного топлива (40-45% от суммарного объема потребления энергии), позволит обеспечить годовую экономию первичной энергии в объеме не менее 195 млн. тонн условного топлива к концу 2020 года.

Очевидно, что важная социально-экономическая проблема повышения показателей энергосбережения и энергоэффективности не может решаться без выработки новой идеологии, ориентированной на нововведения, внедрения инновационных технологий и мероприятий в сфере энергосбережения, так как в настоящее время инновации являются ключевым фактором экономического роста и производства материальных благ и становятся одним из ключевых инструментов для решения проблем, таких, как улучшение обеспечения экономического роста и в решении социальных, экологических и других проблем стоящих пред современным обществом [4, с.22].

Рассматривая Краснодарский край с точки зрения перспективности применения инновационных разработок в сфере энергосбережения и энергоэффективности, следует отметить, что край имеет передовой опыт практического использования возобновляемых источников энергии: солнечной энергии и геотермального тепла, ветро- и гидроэнергии в качестве, альтернативных источников энергии [5, с.34]. За счет реализации полного потенциала использования альтернативных источников энергии (АИЭ) в Краснодарском крае, можно получать до 2200 МВт тепловой энергии и 1300

МВт электрической энергии взамен получаемой из традиционных углеводородов [3, с.13]. При данных природно-климатических условиях вклад АИЭ в энергоснабжение может быть обеспечен на уровне, достигнутом в экономически развитых странах (Дания, Швеция) [7, с. 274].

Важнейшими особенностями энергообеспечения территории края являются:

- высокая энергозависимостью экономики от внешних поставок ТЭР;

- износ основных фондов энергоисточников и сетей;

- отсутствие резервов энергетических мощностей для реализации перспективных программ развития экономики края по отраслям.

На сегодняшний день Краснодарский край является одним из трёх регионов России, где последние 30 лет разрабатываются и монтируются гелиоустановки. В крае построено 102 гелиоустановки общей площадью 5000 м [1, с.45]. Более половины гелиоустановок обеспечивают горячее

водоснабжение пансионатов и баз отдыха.

По природным условиям территории использование только солнечной энергии всего на 0,01% полностью обеспечило бы энергетические потребности края.

Быстрое развитие альтернативной энергетики в крае и гелиоэнергетики в частности поддерживается рядом причин:

- Краснодарский край - один из немногих регионов России, обладающий значительными ресурсами солнечной энергии (рис. 1). Технический потенциал производства тепла - 81,8 млн. т.у.т., электроэнергии -5,8 млн. т.у.т.

- Растет дефицит собственных традиционных топливно-энергетических ресурсов.

- Динамика роста стоимости электроэнергии и тепла значительно повышает инвестиционную привлекательность проектов по АИЭ.

Рис.1. Суммарная солнечная радиация на горизонтальную поверхность на территории Краснодарского края, (кВт^ч)/м2 [1, с.47]

- Строительство гелиоустановок горячего водоснабжения для жилых зданий, курортных объектов позволяет ежегодно замещать 1,5 млн. т.у.т. органического топлива, что составляет около 10% суммарного годового краевого потребления ТЭР.

Основным параметром, определяющим целесообразность использования солнечной энергии, является значение интенсивности суммарной солнечной радиации [8, с.990].

В связи с этим развитие энергетики с использованием альтернативных источников энергии - оптимальное решение для Краснодарского края,

имеющего разнообразные природные ресурсы. Экологическая чистота и безопасность АИЭ важны и для туристической отрасли. В преддверии олимпиады активное использование передовых инновационных технологий -вопрос не только экономической выгоды, но и престижа страны. Одним из ведущих направлений возобновляемой энергетики региона становится гелиоэнергетика.

Однако в настоящее время степень использования альтернативных источников энергии в энергобалансе края не достигает 2%, а единичные мощности и удельные показатели действующих установок незначительно улучшились за последние двадцать лет [ 6, с.25].

Значительное отставание в развитии АИЭ объясняется как сложившимся соотношением цен (заниженные на энергоносители, завышенные - на оборудование по сравнению с западноевропейскими экономически развитыми странами), так и нерешенностью ряда организационных вопросов по внедрению инновационных разработок в сфере энергосбережения и энергоэффективности.

Для активного развития АИЭ на основе применения инновационных разработок, помимо ожидаемых решений на федеральном уровне, на региональном уровне необходима реализация ряда организационных и нормативно-правовых изменений [2, с. 23].

Необходимость решения комплексных задач по развитию альтернативной энергетики и инноваций в ТЭК края, определяет и новые требования к качественным характеристикам разрабатываемых кратко- и среднесрочных проектам. Важным направлением является разработка и апробация эффективных методических подходов, которые позволят обеспечить комплексность проводимых мероприятий и их интеграцию в существующую систему энергообеспечения.

В рамках научных исследований, проведенных в бизнес-инкубаторе «Энергосбережение и энергоэффективность» Сочинского государственного университета по проекту «Совершенствование основ методологического и

организационного обеспечения управления энергосбережением и реализацией энергоэффективных мероприятий на основе применения «зеленых» стандартов и технологий использования возобновляемых источников энергии», выполнены расчеты характеристик солнечной радиации с сопоставлением значений по 14 городам Краснодарского края.

В качестве базового подхода к выполнению исследования применялось математическое моделирование. При математическом моделировании работы гелиоустановок использовалась программа RETScreen, которая является оптимальным решением, предназначенным для анализа и принятия решений по проектам экологически чистой энергии. Оно предоставляется правительством Канады бесплатно, поскольку Канада признает необходимость интегрированного подхода в решении проблем, связанных с изменениями климата и снижением уровня загрязнения окружающей среды.

В соответствии с целью реализации проекта в целом основными задачами данного направления работ являлись:

- выявление перспективности применения гелеустановок на территории

края;

- определение критериев для выбора эффективных гелеустановок;

- расчетов показателей эффективности их применения.

В ходе выполнения расчётов, за условный водонагреватель принимался солнечный коллектор Viessmann Vitosol 300-Т, со следующими техническими характеристиками:

Общая площадь солнечного коллектора - 2,88 м ;

Площадь раскрыва солнечного коллектора - 2,5 м2;

Количество необходимых коллекторов - 4 шт;

Установленная тепловая мощность - 7,01 кВт;

Так же в расчёте использовался отечественный солнечный коллектор «Сокол» с техническими характеристиками:

Общая площадь солнечного коллектора - 2,05 м ;

Площадь раскрыва солнечного коллектора - 2,05 м2;

Количество необходимых коллекторов - 4 шт;

Установленная тепловая мощность - 5,74 кВт;

С учётом полученных результатов для 14 населённых пунктов Краснодарского края рассчитаны значения интенсивности солнечной радиации на горизонтальную поверхность.

Таблица 1

Производительность гелиоустановки горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией теплоносителя для индивидуального жилого дома в условиях г. Краснодара при разных углах наклона

солнечного коллектора

Угол наклона солнечных коллекторов Среднегодовая суточная сумма солнечной радиации, поступающей на наклонную поверхность, кВт-ч/м2/день Г одовая сумма солнечной радиации, поступающе й на наклонную поверхность, кВт-ч/м2 Годовая теплопроизводитель ность гелиоустановки МВт-ч Годовой коэффициент замещения, %

900 2,71 0,99 4 36

широта +300 3,25 1,19 4,8 43

широта +200 3,54 1,29 5,1 46

широта +150 3,67 1,34 5,3 48

широта +100 3,77 1,38 5,4 49

1 с0 широта +5 3,85 1,41 5,5 50

широта +00 3,92 1,43 5,6 50

с0 широта -5 3,96 1,44 5,6 51

широта -100 3,98 1,45 5,6 51

1 с0 широта -15 3,98 1,45 5,6 51

широта -200 3,95 1,44 5,6 50

широта -300 3,85 1,41 5,4 49

00 3,55 1,3 5 45

На основании данных, представленных в таблице, построим график зависимости годовой теплопроизводительности гелиоустановки от угла наклона. На графике видно, что производительность гелиоустановки достигает

своего пика, начиная с угла наклона, равного широте, и заканчивая углом наклона, меньшим широты местности на двадцать градусов.

1,6

Угол наклонасолнечных коллекторов

Рис. 2. Зависимость годовой теплопроизводительности гелиоустановки от угла наклона солнечных коллекторов

Таблица 2

Производительность гелиоустановки горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией теплоносителя для индивидуального жилого дома для условий г. Краснодара при различной ориентации

гелиоустановки

Ориентация Среднегодовая суточная сумма солнечной радиации, поступающей на наклонную поверхность, кВт^ч/м2/день Годовая сумма солнечной радиации, поступающей на наклонную поверхность, кВт-ч/м2 Годовая теплопроизводит ельность гелиоустановки МВт-ч Годовой коэффициент замещения, %

юг -400 3,75 1,37 5,4 48

юг -350 3,79 1,38 5,4 49

юг -300 3,82 1,39 5,5 49

юг -250 3,85 1,41 5,5 49

юг -200 3,88 1,41 5,5 50

юг -150 3,89 1,42 5,6 50

юг -100 3,9 1,42 5,6 50

юг -50 3,91 1,43 5,6 50

юг +50 3,91 1,43 5,6 50

юг +100 3,9 1,42 5,6 50

юг +150 3,89 1,42 5,6 50

юг +200 3,88 1,41 5,5 50

юг +250 3,85 1,41 5,5 49

юг +300 3,82 1,39 5,5 49

юг +350 3,79 1,38 5,4 49

юг +400 3,75 1,37 5,4 48

Из анализа данных таблицы следует, что производительность гелиоустановки достигает своего максимума при отклонении от южного

направления от -15 до +15 .

Таблица 3

Производительность гелиоустановки горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией теплоносителя для индивидуального жилого дома в городах Краснодарского края

Город Подводимое тепло, МВт-ч

Анапа 6,1

Армавир 6

Должанская 5,9

Г еленджик 5,7

Краснодар 5,6

Ленинградская 5,7

Новороссийск 6,1

Приморско-Ахтарск 5,7

Славянск-на-Кубани 5,6

Сочи 6,2

Темрюк 5,6

Тихорецк 5,9

Туапсе 5,6

В результате выполненных расчётов установлено, что гелиоустановки достигают максимальной производительности в городах Краснодарского края, расположенных у Чёрного моря - Анапа, Новороссийск, Сочи.

На основе произведенных расчетов и комплексного анализа коллективом авторов Сочинского государственного университета была сформирована база данных «Система критериев и показателей производительности гелиоустановок горячего водоснабжения с принудительной циркуляцией теплоносителя для индивидуального жилого фонда туристских дестинаций Краснодарского края», которая может быть использована при проектировании и оптимизации параметров гелиоустановок в Краснодарском крае.

Н основе анализа нормативных правовых и подзаконных актов, принятых в Российской Федерации в последние годы, можно констатировать объективную необходимость и возможность внедрения гелиоустановок в

регионах России, обладающих достаточным потенциалом использования солнечной энергии. К числу таких регионов относится и Краснодарский край.

Опыт сооружения и эксплуатации гелиоустановок в Краснодарском крае однозначно свидетельствует о целесообразности их использования, однако на современном этапе, при недостатке государственной поддержки внедрения гелиоустановок, сооружение установок с коллекторами иностранного производства остается экономически невыгодным.

Основной задачей энергосбережения и формирования эффективной энергетики является создание условий для развития территории, развития ведущих секторов экономики края. Решить вопрос повышения энергоэффективности экономики Краснодарского края возможно путем применения комплексного подхода, позволяющего охватить процессом энергосбережения все сферы экономики, объединив усилия органов государственной власти, органов местного самоуправления, предприятий, организаций и населения, с привлечением средств внебюджетных источников направленных на внедрения инноваций.

Альтернативные источники энергии должны сыграть решающую роль в переходе региональной экономики к более безопасному и устойчивому энергоснабжению. Потенциал АИЭ практически неограничен, но насколько быстро он будет реализован, зависит от размеров поддержки отрасли государством и увеличения конкурентоспособности ВИЭ по сравнению с традиционными технологиями производства энергии.

Список литературы

1. Бутузов В.А. Солнечное теплоснабжение в России: состояние дел и региональные особенности // Промышленная энергетика. 2009. № 9. с. 45-49.

2. Долгосрочная краевая целевая программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности Краснодарского края на период

2011-2020 годов» (в ред. Постановлений главы администрации (губернатора) Краснодарского края от 07.07.2011 N 697, от 03.10.2011 N 1114).

3. Кощеев С.В., Волков А.Н. Процесс внедрения инновационных

энергосберегающих технологий: проблемы и пути решения [Электронный ресурс] // Современные исследования социальных проблем (электронный научный журнал). 2011. № 3. Идентификационный номер статьи, присвоенный НТЦ «Информрегистр»: 0421100132/0051. URL:

http://sisp.nkras.ru/issues/2011/3/koshcheev.pdf.

4. Серебряков Р.А., Мартиросов С.М., Система энергоснабжения автономного сельского дома на основе использования энергии Солнца, ветра и биомассы // Возобновляемая энергия. 1998г. №4. С.20-23.

5. Садилов П.В., Петренко В.Н. Состояние и перспективы использования возобновляемых видов энергии в современных условиях // Вестник СГУТиКД: выпуск 1-2 сентябрь-декабрь 2007. С. 31-40.

6. Klein S.A. Calculation of flat-plate collector utilizability // Solar energy. № 6.1978. P. 21-25.

7. Koshcheev, S. V. Organization-economic mechanizm of forming innovative systems (health-resort sector case-study) // European researcher. 2011. №3. P. 274-275.

8. Koshcheev, S. V. Formation of innovative clusters in tourism // European researcher. 2011. №6. P. 989-993.

References

1. Butuzov V.A. Promyshlennaya energetika, no. 9 (2009): 45-49.

2. Dolgosrochnaya kraevaya tselevaya programma «Energosberezhenie i povyshenie energeticheskoy effektivnosti Krasnodarskogo kraya na period 20112020 godov» (v red. Postanovleniy glavy administratsii (gubernatora) Krasnodarskogo kraya ot 07.07.2011 N 697, ot 03.10.2011 N 1114).

3. Koshcheev S.V., Volkov A.N. Sovremennye issledovaniya sotsial'nykh problem, no. 3

4. Serebryakov R.A., Martirosov S.M. Vozobnovlyaemaya energiya, no. 4 (1998): 20-23.

5. Sadilov P.V., Petrenko V.N., VestnikSGUTiKD, no. 1 (2007):31-40.

6. Klein S.A. Solar energy, no. 6 (1978): 21-25.

7. Koshcheev, S. V. European researcher, no. 3 (2011): 274-275.

8. Koshcheev, S. V. European researcher, no. 6 (2011): 989-993.

ДАННЫЕ ОБ АВТОРАХ

Кощеев Станислав Викторович, кандидат экономических наук, инженер по научно-технической информации

Сочинский государственный университет

ул. Советская, 26а, г. Сочи, Краснодарский край, 354000, Россия e-mail: kosheevstas@mail. ru

Кученко Сергей Сергеевич, студент четвертого курса специальности «Г ородское строительство и хозяйство»

Сочинский государственный университет

ул. Советская, 26а, г. Сочи, Краснодарский край, 354000, Россия e-mail: s1lentsl1ter@gmail. com

DATA ABOUT THE AUTHORS

Koshcheev Stanislav Viktorovich, Candidate of Economic Sciences, engineer

Sochi State University

26a, Sovetskaya street, Sochi, Krasnodarskii krai, 354000, Russia e-mail: kosheevstas@mail. ru

Kuchenko Sergey Sergeevich, student of 4th course year, speciality «Civil engineering»

Sochi State University

26a, Sovetskaya street, Sochi, Krasnodarskii krai, 354000, Russia e-mail: s1lentsl1ter@gmail. com

Рецензент:

Волков Александр Николаевич, кандидат технических наук, и.о. декана инженерно-экологического факультета Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Сочинский государственный университет»