Рентабельность перевода школ Московского региона на ВИЭ

Фото: energysavingpros.com

В современном мире проблема экологии с каждым годом становится все актуальнее. По многим причинам состояние окружающей среды ухудшается: загрязняется воздух, водоёмы, человечество сталкивается с проблемой нехватки предприятий для экологичной переработки отходов.

Однако главным образом окружающая среда страдает из-за энергетической промышленности. Если быть точнее, использование не возобновляемых источников энергии, таких как уголь, нефть и газ, вредит экологии. Так например, самыми опасными загрязнителями Мирового океана являются нефть и нефтепродукты, а заводы и фабрики невероятно сильно загрязняют воздух. Предприятия отравляют воздух сажей, диоксидом серы, азотом, тяжелыми металлами и другими вредными веществами.

В результате этого, теперь многие люди часто встречают понятие “зеленая энергия”. Мы провели опрос, в ходе которого выяснили, что только половина респондентов знают, что такое зелёная энергия.

Стоит отметить, что большинство опрошенных, узнав краткое определение “зелёной энергии”, обозначили свое отношение к её использованию как “положительное”.

С целью поднять уровень осведомлённости людей, для начала разберём, что же такое зелёная энергия и чем она превосходит другие виды энергии?

Зелёная энергия и ВИЭ

Зеленая энергия по-другому называется возобновляемой или регенеративной. Ее источники по историческим меркам считаются неисчерпаемыми. Суть использования зелёной энергии заключается в получении энергии из постоянно происходящих в природе процессов с последующим применением ее в технической сфере.

К возобновляемым источникам, из которых производится «зеленая» энергия, относятся: ветер, солнечный свет, вода, геотермальные источники, морские волны, морские течения и приливы, биомасса, биогаз и биотоки. Наиболее популярными источниками «зеленой» возобновляемой энергии являются: ветер, солнце и вода.

Растущий интерес к зеленой энергии

Стоит сказать, что помимо того, что ВИЭ являются хорошей заменой стандартным (возобновляемым) источникам энергии из-за своей безопасности для окружающей среды, у них есть и другие плюсы. Поэтому на данный момент множество предприятий активно переходит на использование зелёной энергии.

Школы в этом стремлении не становятся исключением. В последнее время все больше школ в Московском регионе переходят на использование возобновляемых источников энергии. Это связано с растущей экологической осознанностью и желанием сократить расходы на электроэнергию.

Возвращаясь к вышеупомянутому опросу, добавим, что в ходе него также было выяснено, что большинство респондентов не располагает достаточным количеством знаний о возобновляемой энергии, чтобы с уверенность сказать о рентабельности перевода школ на ВИЭ.

По этой причине, в данной статье мы рассмотрим рентабельность перевода школ Московского региона на ВИЭ.

Ветряная энергия

Начнём с того, что из-за погодных условий Московской области самыми результативными ВИЭ будут солнечная и ветряная энергии.

Ветряная энергия — это один из наиболее популярных видов возобновляемой энергии в мире. Её суть заключается в использовании ветра для генерации электроэнергии. Основано использование ветряной энергии на работе ветряных турбин, которые преобразуют кинетическую энергию ветра в электрическую энергию.

Как было сказано ранее, одно из главных преимуществ данного вида электроэнергии — его экологичность. Ветряная энергия, по сравнению с углём или нефтью, не загрязняет окружающую среду, а при её использовании не выделяется вредных газов. Это делает её одним из самых чистых и безопасных источников энергии в мире. Ветряные турбины также просты в обслуживании, быстро устанавливаются и, зачастую, требуют незначительного места для установки.

Кроме того, ветроэнергетика характеризуется очень высоким коэффициентом использования, годовой коэффициент эксплуатации достигает 90 %. Это компенсирует первоначальные затраты на установку и значительно повышает рентабельность.

Однако использование энергии ветра имеет и некоторые недостатки. Один из них — зависимость от погодных условий. Для работы ветряных турбин необходима определённая скорость ветра, что ограничивает возможность использование ветряной энергии в некоторых районах. Также установка и эксплуатация ветряных турбин требует определенных затрат.

Несмотря на эти недостатки, ветер остаётся одним из самых перспективных источников энергии в мире. В будущем ожидается дальнейшее расширение отрасли по мере развития технологии и установки большего количества ветряных турбин.

Солнечная энергия

Солнечная энергия, как и энергия ветра, является возобновляемым источником энергии. Это один из самых экологически чистых и, по человеческим меркам, неисчерпаемых источников энергии. В настоящее время солнечная энергия широко используется для различных целей, таких как: производство электроэнергии, отопление и охлаждение зданий, производство воды. Для получения электричества при помощи солнечной энергии используют солнечные батареи.

Солнечные батареи — это устройства, которые преобразуют солнечную энергию в электричество. Солнечные панели (батареи) состоят из нескольких солнечных элементов, называемых фотоэлементами или солнечными клетками. Солнечные батареи могут быть установлены на крыше зданий, на земле или на специальных подставках.

Солнечные панели работают по принципу фотоэлектрического эффекта: когда свет падает на поверхность солнечной батареи, фотоэлектрический элемент преобразует свет в электричество. Ток поступает в инвертор, который преобразует его в переменный ток. Этот ток можно использовать для питания электрических устройств.

К плюсам солнечной энергии можно отнести её стабильность и доступность, так как Солнце светит круглый год и будет продолжать светить спустя множество лет. Также плюсом является и повсеместность: каждый день наша планета облучается около 120 тысячами тераваттами света Солнца, а это в 20 тысяч раз больше энергии, чем весь мир способен потреблять ежедневно. Отсутствие шумов при работе солнечных панелей, несомненно, тоже можно отнести к плюсам использования энергии Солнца.

Из минусов солнечных батарей можно упомянуть их высокую стоимость и необходимость наличия специального покрытия, способного улавливать не только прямые лучи, но и рассеянные, что обеспечит возможность работы солнечных батарей и в пасмурную погоду. Также для установки необходимы большие участки а при необходимости использования энергии в ночное время суток придётся приобрести аккумуляторы.

Однако время и прогресс не стоят на месте, и возможно, в ближайшем будущем силой мысли будут разработаны батареи без всяческих недостатков и минусов.

Погодные условия и их влияние

Стоит отметить, что показатели возобновляемых источников энергии напрямую зависят от погодных условий местности, в которой они установлены. Например, при использовании солнечных батарей необходимо учитывать инсоляцию или ежемесячное солнечное излучение в конкретном районе. Ветрогенераторы и станции на их основе зависят от скорости ветра. При минимальной скорости ветра результат работы ветряков будет соответствующим.

Так, средняя скорость ветра в Москве и Московской области составляет 4 м/с. Данные инсоляции, измеряющейся в кВт*ч/м², следующие: зимой солнечное излучение колеблется в пределах от 1.40 до 2.67, весной — от 3.77 до 5.67. Летом предел составляет от 5.55 до 4.79, а осенью от 3.35 до 1.66.

Таким образом, мы можем рассчитать рентабельность установки ветрогенераторов и солнечных батарей.

Энергопотребление «Нахабинской гимназии №4»

Для расчёта рентабельности ВИЭ необходимо знать количество потребляемой школой электроэнергии в год и стоимость этой электроэнергии. Рассмотрим определённую школу, расположенную в Московской области, — «Нахабинскую гимназию №4».

Стоимость услуг по электроснабжению в данной школе стоит 7.7 рублей за 1 кВт*ч, расход электроэнергии равен 164 300 кВт*ч. Итого мы получаем сумму в 1 265 110 рублей.

Расчёт рентабельности ветрогенераторов

Для определения экономической эффективности ветряной энергии необходимо рассчитать, сколько кВт*ч за год можно получить при использовании одного ветрогенератора.

Для расчета рентабельности возьмем следующие модели ветрогенераторов: FD 8–10 кВт; OE/WW/FD 5,5–2 кВт.

Теперь воспользуемся формулой: P = 0,5ρ_{воздуха} × πr² × V³ × η × t. Где P — мощность ветрогенератора, ρ — плотность воздуха, πr² — площадь перпендикулярного сечения лопастей, V — скорость ветра, η — коэффициент эффективности, t — время работы генератора.

Таким образом, исходя из характеристик представленных моделей следует, что P₁ = 6 927 кВт*ч, что равняется 53 342 рублям, а P₂ = 2 790 кВт*ч, что равно 21 483 рублям.

Исходя из этих данных следует, что ветрогенератору FD 8–10 кВт потребуется 18 лет, чтобы окупить свою стоимость, в то время как ветрогенератор OE/WW/FD 5,5–2 кВт уже через 7 лет окупит свою стоимость и начнет уменьшать затраты на электроэнергию.

Расчет рентабельности солнечных электростанций

Для расчёта выработки солнечных электростанций можно использовать специальную формулу: Е = А × η × К × 24, где Е – суточная выработка электроэнергии, А – площадь солнечных панелей, η – КПД солнечных панелей, К – коэффициент использования солнечной энергии (обычно принимается равным 0,15-0,2), 24 – количество часов в сутках.

Для удобства расчетов возьмем готовые солнечные электростанции, в чьи стоимости уже включены не только солнечные батареи, но и всё необходимое оборудование. Рассмотрим солнечные электростанции «Коттедж – 1» (Независимость + Экономия) и «Коттедж – 5» (Независимость).

Исходя из характеристик вышеупомянутых солнечных электростанций следует, Что Е₁ = 37.3 кВт*ч; Е₂ = 76 кВт*ч.

Таким образом, солнечная электростанция «Коттедж – 1» окупается приблизительно за 8 лет, после чего за 12 лет службы она сэкономит 1 257 979 рублей. В свою очередь, «Коттедж – 5» окупает свою стоимость за 7 лет и 8 месяцев. Следует учесть, что срок службы АКБ (аккумуляторной кислотной батареи) составляет 8 лет, а полная стоимость 24 штук по 200 Ач приблизительно равняется 1 200 000 рублей. Учитывая стоимость замены АБК, чистая прибыль составит 1 363 176 рублей.

Вывод

Подводя итоги, стоит отметить, что исходя из расчётов, солнечные электростанции, несмотря на их высокую стоимость, являются более рентабельными для «Нахабинской гимназии №4», нежели чем ветрогенераторы.

Однако, для полноценной оценки рентабельности других школ Московской области необходимо проводить отдельные расчёты. Учитывать нужно такие факторы, как: стоимость установки и эксплуатации ВИЭ-оборудования, энергопотребление отдельно взятых школ и их географическое положение, от которого зависят погодные условия.

В целом, на основе полученных данных можно сделать вывод, что перевод школ Московской области на ВИЭ в большей степени является рентабельным, а также выгодным с экологической точки зрения.

Данные и расчёты, использованные для написания статьи, были предоставлены Любченко Павлом Евгеньевичем.

Виктория Вовкотруб

Глава раздела “Общество”, корреспондент, автор и публицист издания “Слово – за нами!”