В начале 2010-х казалось, что в ближайшем будущем применение источников альтернативной энергетики в частном домостроении станет массовым. Ожидалось, что вслед за Европой на энергию солнца (коллекторы и панели), ветра и земли (тепловые насосы) перейдут и российские домовладельцы. Эти ожидания подогревались успехами возобновляемой энергетики за границей и быстро дорожающими энергоресурсами в России. На разогрев темы работали быстро снижающиеся цены на фотоэлектрические панели, а также новости с полей науки, постоянно сообщавшие об открытиях, что вот-вот обернутся прорывом в альтернативной энергетике.
Срабатывал и психологический фактор. Согласно директиве Евросоюза, с 2021 года на континенте можно будет строить только дома с позитивным энергобалансом, то есть здания за год должны производить больше энергии, чем потреблять. Это означает революцию в европейском домостроении, а такие сильные идеи заразительны.
В ответ на эти ожидания в России был построен ряд экспериментальных энергоэффективных домов. Экоэнтузиасты проводили многочисленные эксперименты с альтернативной энергетикой. Был даже первый «Активный дом», имеющий позитивный энергобаланс и оказавшийся из-за этого крайне дорогим. За всем этим было ощущение начала большого Проекта, прорыва. Однако начиная с 2014 года ситуация кардинально изменилась — во многом из-за ослабления рубля и подорожания импортного оборудования. Сегодня очевидно: тема альтернативной энергетики в частном домостроении не «выстрелила». Рынок так и остался небольшим и разрозненным. В ближайшее время массовое внедрение возобновляемых источников энергии вряд ли произойдет.
Почему солнце в Подмосковье не работает, как в Европе
Солнечные батареи (фотоэлектрические панели) были назначены экоактивистами символом «зеленой» энергетики. Обладание такой панелью, производящей энергию буквально ниоткуда, из солнечного света, сразу как будто перемещает ее адепта в зону светлого будущего, демонстрирует его продвинутость. Однако при более глубоком погружении в тему сталкиваешься с парадоксом.
С одной стороны, солнечные панели постоянно дешевеют: в США за семь лет они упали в цене в четыре раза. По данным агентства Bloomberg, за сорок лет стоимость панелей уменьшилась ни много ни мало в 200 раз. У батарей постоянно растет КПД, а ученые непрерывно сообщают о новых прорывных технологиях. Наконец, в мире каждый год ставятся рекорды по мощности установленных солнечных панелей. То есть налицо рост рынка и планомерное удешевление технологии. С другой стороны, даже в богатом московском регионе солнечные батареи применяются крайне редко. К ним даже остыли многие экоэнтузиасты, экспериментировавшие с панелями в последние годы. «Для Московской области в большинстве случаев фотоэлектрические панели — это баловство. Они не окупаются, или срок окупаемости превышает двадцать пять — тридцать лет», — говорят они.
Почему же солнечные панели у нас не работают, как в Европе и США? Не вдаваясь в технические подробности, отметим несколько причин.
Во-первых, Центральная Россия — это не Испания или Саудовская Аравия, в московском регионе облачно и мало солнца. В Москве чуть более сотни солнечных дней в году. В октябре–декабре, по статистике, всего три–пять ясных дней, хотя именно в это время темно и потребность в электроэнергии максимальна. В последнем декабре был установлен новый рекорд: за месяц солнце так и не показалось. Для сравнения: во Владивостоке, Астрахани и Якутске более чем в два с половиной раза больше солнечных дней — в этих регионах использование фотоэлектрических панелей, естественно, более оправданно.
Во-вторых, в России по-прежнему дешевые электричество и газ для домохозяйств — в Европе они в три–десять раз дороже. Это предполагает другую экономику использования солнечных панелей. В-третьих, снижение цен на солнечные панели весьма неоднозначно. Да, средняя цена панели, вырабатывающей один ватт энергии, упала в несколько раз и сейчас ниже одного доллара. Но если считать полную стоимость систем производства электричества от солнца, то ситуация оказывается иной. Помимо собственно панелей нужны разнообразные конвертеры, инверторы и, конечно, аккумуляторы. «Да, панели подешевели в несколько раз, но параллельно в несколько раз подорожали и аккумуляторы — спасибо взорвавшему рынок Илону Маску с его электромобилями Tesla», — говорит член правления российского Совета по экологическому строительству Алексей Поляков.
Наконец, в-четвертых, в Европе для раскручивания рынка возобновляемых источников энергии долгие годы существовала мощная система субсидирования отрасли. На это тратились огромные средства: например, в Германии — до 24 млрд евро в год. Механизмов субсидирования несколько. Один из них: в какой–то момент домохозяйство, установившее солнечную панель, могло вернуть до 50% ее стоимости — через возврат налогов, специальные кредитные ставки и т. д. Другой механизм — выкуп «зеленой» энергии у владельцев возобновляемых источников энергии. Причем тариф на «сдаваемую» в сеть мелкими производителями энергию намного выше средних потребительских тарифов. Таким образом, за счет субсидирования в Европе удалось раскачать тему возобновляемых источников энергии.
«Миллион крыш» и будущее кремниевой фотовольтаики
Если в США и Западной Европе микрогенерация энергии с подключением к общей сети стала возможна еще в 1980-е, то в России подобных механизмов до последнего времени не существовало. Только в 2017 году, после десятка лет обсуждений, было принято принципиальное решение разрешить микрогенерацию энергии. Когда будут приняты поправки в федеральный закон «Об электроэнергетике», физические лица и компании получат возможность устанавливать солнечные панели и ветроустановки мощностью не более 15 киловатт и поставлять в сеть излишки электроэнергии.
Возможность сдавать энергию в сеть в сочетании с небольшими налоговыми льготами (доходы от продажи энергии в 30 тыс. рублей освобождаются от налогов на пять лет) должны составить основу программы «Один миллион солнечных крыш», проект которой уже подготовлен Минэнерго. Программа с таким же названием была реализована в США, а в Германии ограничились «сотней тысяч крыш». Впрочем, эксперты сомневаются, что новые правила в их нынешней редакции смогут кардинально изменить ситуацию на рынке возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
«Метод поддержки, который предложен сейчас в законопроекте, не вызовет взрывного роста количества установок с солнечными батареями и прочими ВИЭ, подсоединенных к сети. Покупка электроэнергии по оптовой цене — мера неэффективная и никоим образом не будет стимулом для установки солнечных батарей частными лицами. Даже если будут покупать по розничной цене, срок окупаемости солнечной электростанции (СЭС) примерно равен половине срока ее службы. То есть при текущих ценах на электроэнергию в большинстве регионов РФ говорить об окупаемости СЭС сложно. Это пшик, а не мера поддержки, — говорит глава компании «Ваш солнечный дом» Владимир Каргиев.
Это, впрочем, не означает, что сегодня солнечные панели тотально экономически неэффективны в России. В стране есть масса населенных пунктов, например на Дальнем Востоке, которые получают электроэнергию и тепло на дорогом, «привезенном с Большой земли» дизельном топливе. Переход на гибридную схему «дизель + солнечные панели + ветряк» в некоторых случаях окупается за несколько лет. Впрочем, обычно такие системы работают не на домохозяйство, а сразу на поселение или его район. И именно на крупные солнечные системы и направлены решения главных российских производителей — компании Hevel и ряда более мелких игроков. Поэтому в России до сих пор и нет рынка «коробочных» решений для частников, когда можно купить не отдельную фотоэлектрическую панель, а полный комплект для установки солнечной системы.
Может ли прогресс в индустрии по производству солнечных модулей привести к тому, что эта технология в обозримом будущем будет окупаема в климате, схожем, например, с Подмосковьем? Это дискуссионный вопрос. Ряд экспертов придерживается мнения, что тренд на удешевление солнечных панелей устойчивый. А значит, в какой-то момент в таких проектах «появится экономика».
С другой стороны, лауреат престижной премии «Глобальная энергия» 2017 года немецкий исследователь и автор более 80 патентов в области солнечной энергетики Михаэль Гретцель считает, что ресурс для кардинального снижения цен на традиционную солнечную энергетику на основе кремния исчерпан. «Кремний подешевел за последнее десять лет почти в двадцать раз — с 400 долларов примерно до 20 долларов за килограмм. Произошло это из-за стремительного роста китайских производителей, за которым стоит национальная государственная программа Китая по развитию кремниевой промышленности стоимостью несколько миллиардов долларов. Но 20 долларов — это предел, и есть ощущение, что производители кремния работают практически себе в убыток, — рассказывал Михаэль Грентцель интернет-изданию “Стимул”. — Кремниевый способ — самый дорогой способ производства энергии, и сегодня себестоимость ее выработки в среднем в два раза выше по сравнению с той же энергией ветра, тепловой энергетикой. Непредвзятые расчеты показывают: в Европе при плохой инсоляции себестоимость киловатт-часа может превышать половину евро! (средняя розничная цена на электричество в Германии — 0,3 евро за киловатт-час. — “Эксперт”) Кремниевая фотовольтаика и сейчас живет в Европе на государственных субсидиях».
Инновационная водогрейка
Вокруг солнечных коллекторов шума намного меньше, чем вокруг фотоэлектрических панелей. Это и понятно: идею нагревать воду за счет энергии солнечного света трудно назвать революционной. Черный бак на крыше дома — вот простейший коллектор. Современные коллекторы, понятно, намного сложнее (в частности, сделаны из специальных многослойных стекол) и эффективнее. А главное, они часто применяются, так как окупаются в среднем за три-четыре года.
Коллекторы превращают солнечную энергию в тепловую. Они бывают двух типов — плоские и вакуумные, трубчатые. Плоские состоят из элемента, поглощающего солнечное излучение, прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Принцип их действия прост: вода или антифриз внутри коллектора нагревается и по трубам передается в дом. Большинство плоских коллекторов эффективны в регионах с теплым климатом или в летнюю погоду — они хорошо работают при температурах воздуха от плюс пяти градусов. Часто такие коллекторы используются на дачах. Простейший коллектор можно сделать и своими руками.
Цена российского плоского солнечного коллектора площадью два квадратных метра составляет 10–15 тысяч рублей. Белорусские и китайские дешевле, европейские — в несколько раз дороже. Размеры коллектора зависят от характера пользования домом, размера семьи и других факторов. Обычно при расчетах принимается, что на каждого проживающего в доме человека достаточно двух-четырех квадратных метров солнечного коллектора. Помимо собственно коллектора в систему должен входить бак, где будет накапливаться горячая вода.
Вакуумные коллекторы имеют более сложную конструкцию: это две трубки, вставленные одна в другую, а между ними —вакуум. Во внутренней трубке находится антифриз. Вакуумная прослойка дает возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии. Вакуумные коллекторы могут работать и зимой. Они способны нагревать воду вплоть до температуры кипения даже при отрицательной температуре. В принципе, коллекторы могут даже зимой обеспечивать дом горячей водой для душа и мытья посуды, за их счет можно даже отапливать дом через «теплые полы». Однако проектирование такой системы требует особых расчетов, и это не всегда оправданно экономически. Серьезная система для большого коттеджа, состоящая из коллекторов, большого бойлера и контролирующего устройства, с установкой стоит обычно от 300 тыс. рублей.
Тем не менее солнечные коллекторы просты и надежны. Пожалуй, самый значительный риск связан с переизбытком тепла летом. Впрочем, современные коллекторы оснащаются контроллерами, автоматически регулирующими режим работы. Срок жизни солнечных коллекторов — более двадцати лет. Они весьма выгодны с финансовой точки зрения и могут окупиться за три-четыре года.
Поймать ветер
Ветрогенераторы часто идут через запятую с солнечными панелями, как самые распространенные ВИЭ. Однако на практике они нечасто используются в частном домостроении. Их обычно располагают вдали от жилья: они сильно шумят, создают электромагнитное поле. «Мне пришлось снять лопасти с ветряка, превратив его просто во флюгер. Иначе соседи грозились расстрелять его из ружья — он издавал противный низкочастотный шум», — делится в интернете своим невеселым опытом один из экоактивистов.
Широкому применению ветряков в московском регионе препятствует, как и в случае с солнечными панелями, отсутствие первичного ресурса — ветра. Ветрогенераторы обычно эффективны при скорости ветра выше шести-семи метров в секунду. В столичном регионе среднегодовая скорость ветра значительно меньше — 2,3 метра в секунду. Можно с уверенностью сказать, что на расположенном среди леса доме ветряк работать эффективно не будет. И, напротив, есть места, где, водрузив генератор на мачту, ветер «поймать» можно. Сочетание двух желаемых факторов (сильного ветра и удаленности от поселений) приводит к логичному ответу: основное направление ветроэнергетики — крупные офшорные парки на берегу морей.
Важно и то, что ветрогенератор, как и солнечная панель, весьма непредсказуемый, зависящий от природы источник. И в этом заключается одно из главных противоречий использования ВИЭ в частном домостроении. Ветер и солнце есть не всегда, в то время как серьезное домохозяйство требует постоянной подачи электричества. Частично эта проблема ослабляется использованием аккумуляторов, частично — созданием гибридных систем. В них при отсутствии ветра может «включиться» солнечная панель, а в случае необходимости — резервный источник энергии.
Кроме самого ветряка и аккумулятора в систему должны входить еще несколько элементов: в частности, инвертор и выпрямитель. Это делает систему дороже. Стоимость небольшого ветрогенератора мощностью два киловатта может составить 150 тыс. рублей, а система «в сборе» с высотной мачтой чуть ли не втрое дороже. При этом есть и техническая проблема: ветряк выдает переменный ток, аккумулятору нужен постоянный, а большинству бытовых приборов — опять переменный. Из-за этих преобразований могут происходить существенные потери энергии. В целом ветрогенераторы применяются в частном домостроении весьма ограниченно.
Черпая энергию земли
Наименее известна широкой публике технология использования геотермального тепла. Не вдаваясь в термодинамику, можно сказать, что тепловой насос представляет собой «холодильник наоборот». Но настроен он на получение тепла, а не холода. В случае геотермального насоса тепло отбирается у земли и переносится в дом. На выходе теплового насоса образуется горячая вода, которая через «теплые полы» греет коттедж и используется в хозяйстве. Летом, наоборот, тепловой насос можно использовать для охлаждения воздуха в доме.
Назначение теплового насоса — преобразование электрической энергии в тепловую. Из одного киловатта электрической энергии производится три-четыре киловатта тепловой. Технически тепловой насос состоит из системы трубок с жидкостью, проложенных в грунте ниже уровня промерзания грунта, и компрессора. Тепловые насосы очень активно применяются, например, в Европе, США и Японии. Только в Швеции установлено более миллиона таких устройств.
Правда, в шведском варианте отбор теплоты происходит из подземных термальных вод (что более эффективно), а в России — из грунта. С этим связан главный риск использования тепловых насосов: при некачественных расчетах возможна ситуация, когда будет «съедено» все тепло грунта около трубок. В этом случае тепловой насос замерзает и выходит из строя, и необходимо ждать, когда он оттает. Использование незамерзающего моря или термальных вод снимает эти риски.
Рынок тепловых насосов наиболее сильно пострадал от кризиса. Сказалось сочетание двух факторов.
Во-первых, подскочившие вдвое цены из-за падения рубля. Импортозамещение в этой сфере вряд ли возможно из-за малых объемов рынка в России. Напротив, китайские производители выпускают тепловые насосы десятками тысяч штук.
Во-вторых, сыграла роль несбалансированность тарифа на электричество: слишком дешевая ночная сетевая энергия позволяет недорого греть воду за счет электричества привычным способом. Заметим, что в Советском Союзе для тепловых насосов существовал специальный электрический тариф.
Сегодня стоимость системы с установкой, земляными работами, разводкой труб и так далее составляет для теплового насоса мощностью десять киловатт-часов в среднем один миллион рублей. Это достаточно серьезные инвестиции, с учетом того, что для простого нагрева воды электричеством нужно вложить на порядок меньшую сумму. Тем не менее в некоторых случаях использование систем с тепловыми насосами экономически выгодно. «Классическая схема отопления коттеджа предполагает подключение к газовой сети и установку газового котла. Но сегодня подключиться к газовой магистрали стоит от 500 тысяч рублей. Если газовая труба более чем в километре от дома, то затраты будут выше в несколько раз. Таким образом, затраты на установку теплового насоса в ряде случаев оказываются сопоставимыми. Но подключить тепловой насос может быть и проще, и быстрее, и выгоднее. Одна из проблем: в России всего несколько профессиональных команд, которые могут грамотно рассчитать, установить и эксплуатировать систему с геотермальным тепловым насосом, — говорит научный руководитель группы компаний «Инсолар-инвест» Григорий Васильев.
Больше сберегать, а не производить
Задачка оценки экономической эффективности применения различных источников возобновляемой энергетики в частном домостроении в общем случае не решается. Для каждого конкретного здания эффективность зависит от множества факторов: от климатических условий и наличия возобновляемых ресурсов (количество солнечных и ветреных дней, облачность, скорость ветра, интенсивность солнечной радиации, количество градусо-суток отопительного сезона и т. д.), возможности подключения к магистральным газо- и электросетям до размера дома и семьи, режима использования здания, бюджета домохозяйства и т. п. По-хорошему, выбор правильной энергосистемы здания должен быть результатом энергомоделирования.
Однако можно проанализировать несколько сценариев применения ВИЭ, например, в Московской области, в зависимости от наличия магистрального газо- и электроснабжения. Различные комбинации этих факторов формируют несколько базовых ситуаций.
Ситуация первая: газ и электричество подведены к участку. В этом случае применение альтернативных источников энергии для московского региона экономически неоправданно. «Анализируя реализованные коллегами проекты, можно сказать, что стоимость электричества от солнечных фотоэлектрических батарей раз в семь выше сетевого электричества», — говорит один из строителей экодомов.
Чуть ли не единственная опция, применение которой экономически оправданно в данной ситуации, — использование солнечных коллекторов. «С точки зрения окупаемости более интересны дешевые коллекторы. Их КПД на несколько процентов ниже, но они могут быть в несколько раз дешевле. Они не будут работать зимой, зато летом у вас будет бесплатная горячая вода», — говорит тот же экостроитель.
Ситуация вторая: к дому подведено только электричество. В этом случае для здания нужно производить горячую воду и отапливать его. Один из вариантов — применение теплового насоса, который преобразует электричество в тепловую энергию с повышающим коэффициентом один к четырем. В последнее время все активнее применяется более простая схема: используя дешевое ночное электричество, воду нагревают в крупном баке, а затем в течение дня тратят.
Необходимое условие выгодности отопления за счет электричества — низкие теплопотери здания. В идеале нужно построить пассивный безотопительный дом, который практически не требует энергии на обогрев за счет высоких тепловых свойств. «В мире уже более 50 тысяч безотопительных “пассивных” домов. Технологии уже хорошо отработаны в Германии, их себестоимость в некоторых случаях уже на уровне обычных домов. Наработанный в России опыт позволяет строить дома с ультранизким потреблением, себестоимость которых выше обычных домов процентов на двадцать. Экономия достигается за счет радикального снижения стоимости эксплуатации и отказа от ряда инженерных систем — например, системы отопления», — говорит директор Института пассивного дома Александр Елохов.
Технологии строительства домов, не подключенных к магистральным сетям газа, активно совершенствуются в последние годы. При этом согласно постановлению правительства РФ № 334 от 21.04.2009 энергосбытовые компании обязаны подключить электричество к любому участку, находящемуся на землях поселений с разрешенным использованием ИЖС, по заявке его владельца в течение шести месяцев. Если расстояние до столба не превышает 500 метров, то подключение электричества мощностью 15 кВт обойдется потребителю всего в 550 рублей.
«Уже в ближайшем будущем технологии строительства домов, не подключенных к магистральному газу, могут в значительной мере изменить рынок подмосковной земли. Земельные участки без газа начнут активно осваиваться», — говорит руководитель крупной риэлтерской компании столичного региона.
Ситуация третья — «ни газа, ни электричества» — несет в себе самый сложный вызов. В «дачном» экономварианте может применяться набор «солнечная батарея + ветряк+ коллектор + аккумулятор», который обеспечивает минимальное количество электричества. В более сложном варианте применяются новые и недешевые импортные разработки — например, микро-ТЭЦ на биотопливе (пеллетах, дровах и т. д.), дающие сразу и электричество, и тепло, и холод. Принцип построения таких домов сместился от выработки большого количества энергии к минимизации используемой электрической и тепловой энергии. «Когда я был в Японии, местные строители искренне не понимали, зачем в частный дом нужно подавать десять киловатт электроэнергии, как у нас. Три киловатта в час — вполне достаточно», — говорит руководитель проекта «Легов-дом» Дмитрий Березуцкий. Радикально сократить потребление электричества зданием возможно: для этого надо установить светодиоды и датчики, перейти на энергосберегающие бытовые приборы и т. п.
Другой важный принцип — ставка не на один источник энергии, а выстраивание гибридных систем на базе нескольких источников. «Тема автономных домов была очень популярна в мире лет десять назад. Сейчас она кажется немного устаревшим подходом, — говорит исследователь и экостроитель, автор книги “Экожилье — ключ к будущему” Юрий Лапин. — Важна, скажем так, полуавтономность — способность здания существовать какое-то время в изолированном режиме, возможность переключаться между различными, желательно недорогими и экологичными, источниками энергии».
Следуя своим путем
Анализ развития рынка альтернативной энергетики в частном домостроении в последние годы позволяет сделать ряд выводов. Даже систематическое удешевление технологий возобновляемой энергетики на мировом рынке не создает условий для массового внедрения этих систем в России. Альтернативная энергетика остается нишевым продуктом или предметом проектов экоактивистов.
При нынешней структуре цен на традиционные энергоносители в России только масштабная программа субсидирования программ альтернативной энергетики может кардинальным образом подхлестнуть развитие этой сферы. Впрочем, нужно ли следовать европейскому пути развития этой отрасли — вопрос открытый. Ведь в России принципиально другая ситуация: есть дешевые энергоресурсы и развитая сетевая система. Спор «нужно ли делать акцент на существующие ресурсы или надо следовать мировому мейнстриму» идет в российской экономике много десятилетий. Впрочем, независимо от него необходимо развивать пилотные проекты, связанные с созданием новых эффективных гибридных энергетических систем, способных работать как автономно, так и во взаимодействии с сетями.
Интересно, что в Европе в последнее время параллельно с сокращением субсидирования альтернативной энергетики стал меняться и подтекст ее внедрения. «Если судить по публикациям в мировой прессе, то в теме альтернативной энергетики в частном домостроении сменились акценты. Еще недавно акцент делался на глобальные экологические аспекты — изменение климата, необходимость сокращать выбросы углекислого газа. Сейчас же все чаще пишут об устойчивости поселений к природным и социальным катастрофам. То, что называется термином resilient city, — говорит Юрий Лапин. — Наступают непростые времена, и на первый план выходят вопросы энергетической независимости. В этом смысле не так уж важно, окупаются ли альтернативные источники энергии. Гораздо важнее, чтобы в момент катастроф жилье было способно какое-то время просуществовать автономно». Этот контекст создает новые вызовы для развития индустрии альтернативной энергетики. На повестке дня — создание пилотных проектов с эффективными гибридными энергетическими системами.
