Выгодно ли переводить отопление на тепловые насосы. Экономический анализ ПМГ ГЭФ

Программа малых грантов Глобального экологического фонда (ПМГ ГЭФ) презентовала анализ выгод и затрат внедрения тепловых насосов в одной из сельских школ Сырдарьинской области, которая 30 лет отапливалась углём, передаёт корреспондент «Газеты.uz».

В чем проблема отопления углём?

Ранее редакция рассказывала, что более 6700 школ Узбекистана, или 60%, находятся в сельской местности и отапливаются некачественным углём, из-за чего температура в учебных заведениях не достигает минимальных значений, установленных СанПиН. В результате большую часть учебного года дети учатся, а педагоги преподают в некомфортных условиях. Верхняя одежда, в том числе шапки и рукавицы — сродни зимнему дресс-коду в сельских школах Узбекистана.

«Соответственно, мы получаем то качество образования, которое можем получить при таких условиях. Это очень негативно влияет на развитие человеческого капитала в Узбекистане», — отметил национальный координатор ПМГ ГЭФ в Узбекистане Алексей Волков.

На один отопительный сезон школы получают 70−90 тонн угля (согласно архивным данным, это в три раза меньше, чем они получали в советские годы). Топливо большей частью представляет собой пыль. Крупные фракции угля просеивают, а из пыли лепят «лепёшки», которые затем отправляют в печь.

Для отопления сельских школ твёрдым топливом используется три типа установок: модульные котлы, современные котлы длительного горения и буржуйки. Последние работают по принципу гравитационного отопления и венчают здание школы, поскольку каждая из них рассчитана на обогрев трёх-четырёх кабинетов. Именно на эту систему в 1991—2016 годы перешло подавляющее количество сельских школ, так как ввиду дефицита электроэнергии циркуляционные насосы централизованных угольных котельных в школах не работали.

По словам инженера проекта, проблема угольных котлов заключается в том, что для отопления помещения сначала нужно долго протапливать всю систему: только через 10−12 часов температура воды в подающей трубе достигает нужные 60 градусов. Кроме КПД работы котла, это также связано с техническими особенностями оборудования и сырья: из-за низкой калорийности угля, количество топлива, необходимого для прогрева теплоносителя (воды в системе отопления) и, соответственно, помещений не вмещается в камеру сгорания котлов. В топку физически не помещается больше 54 кг. Если удаётся вместить больше топлива, оно просто не прогорает. Именно по этой причине время разогрева увеличивается до 10−12 часов. Истопники — отдельная штатная единица в школах — начинают протапливать их в 5 утра. Когда система начинает вырабатывать необходимое количество тепла, дети заканчивают учёбу и идут домой.

При этом стоит учитывать, что ввиду устойчивого демографического роста школ в Узбекистане всё ещё не хватает, поэтому более 70% от всех общеобразовательных учреждений страны работают в две смены. Многие из них нуждаются в реконструкции, капитальном и текущем ремонте и улучшении отопительной системы.

Сегодня львиная доля твёрдого топлива, которое государство выделяет школам, тратится на долгое прогревание системы. Ситуация может улучшиться, если государство увеличит поставки местного угля в 10 раз или начнёт закупать импортный уголь и отведёт каждой школе по 200−250 тонн качественного угля. Но что тогда произойдёт с воздухом?

По данным Всемирного банка, уже сегодня загрязнение воздуха в столице вызывает до 3000 преждевременных смертей в год. Есть ли позитивная альтернатива грязному топливу, которое сокращает жизнь, и холодным учебным классам, откуда выходят выпускники, 11 лет просидевшие за партой с мыслями о холоде, а не учёбе?

В 2023 году ПМГ ГЭФ запустила пилотный проект по тестированию альтернативной и экологически чистой системы отопления в школе №19 Баяутского района Сырдарьинской области. Учреждению предложили установить тепловые насосы, работающие по принципу «воздух-вода». Оборудование работает от электричества. За счёт трансформации энергии технология позволяет вырабатывать из 1 кВт электроэнергии 3,5 кВт тепловой. Для сравнения угольный котёл переводит 1 кВт топлива в 0,7 кВт тепловой энергии.

«В этом проекте мы хотели посмотреть, каким образом можно отопить школу и достичь санитарных норм при помощи более чистой технологии», — отметил Алексей Волков.

Он добавил, что тепловые насосы используются для обогрева и охлаждения помещений, а также для нагрева воды и тёплых полов, поэтому использовать их можно и в летнее время.

Результаты проекта в пилотной школе

Школа №19 — типовое учебное заведение площадью 4000 кв. м. Она рассчитана на 500 учащихся. Для её отопления требуется установка мощностью 320 кВт тепловой энергии.

Перед установкой насосов в школе был сделан капитальный ремонт на средства Всемирного банка. Это повысило эффективность проекта, поскольку ранее в учебном заведении были установлены старые окна. Они значительно увеличивали теплопотери. В рамках реконструкции их заменили на пластиковые, а также провели ремонт крыши, установили новые радиаторы и заменили старые трубы в системе отопления.

«Важный момент: для внедрения тепловых насосов в существующие системы отопления школ не нужно многое перестраивать, — отметил Алексей Волков. — Мы ставим тепловой насос вместо угольного котла, а вся система отопления — батареи и трубы — могут остаться прежними. Конечно, есть большое поле для повышения эффективности, но можно не менять всю систему, что очень важно для снижения затрат на внедрение технологии».

Результаты проекта оценивались с 13 ноября 2023 года по 20 декабря. Температура в этот период колебалась от -9 градусов до +9 градусов.

Показатели

Отопление углём в школе №19 Баяутского района (2022 год)

Отопление тепловым насосом в школе №19 Баяутского района

Отопление углём в школе №18 Баяутского района

Температура воздуха на улице

+/- 9 градусов

+/- 9 градусов

Максимальная температура воды на подаче

+49 градусов (такая температура наблюдалась лишь один раз)

+55 градусов

—

Максимальная температура в классах

+15 градусов

+20 градусов

+15 градусов

Количество затраченной энергии / топлива

34 кг/час (максимально 500 кг за 12 часов)

1437 кВт*ч в сутки

400 кг угля в сутки

Время для разогрева системы

11 часов

40 минут

11 часов

«Мы продемонстрировали, что это реально работающая технология, — сказал Алексей Волков. — Сейчас дети дольше остаются в школе, потому что им комфортнее в здании школы, чем дома. Учителя проводят в школе больше времени. Все меньше болеют. Нам говорили, что не дадут установить тепловые насосы из-за дефицита электроэнергии. Отключения были, но тепловые насосы продолжали работать. Для решения проблемы отключений мы продолжим проект и установим фотоэлектрические станции, которые будут питать тепловые насосы».

Директор школы №19 Мухтарам Хасанова в декабрьском репортаже «Газеты.uz» отмечала, что в школе стало тепло впервые за десятки лет.

«У нас одни из самых высоких показателей поступления в вузы во всей области. Думаю, благодаря отоплению с этого момента наши успехи в образовании улучшатся и школа будет служить обучению здорового поколения», — говорила Мухтарам Хасанова.

Лимитирующим фактором тепловых насосов является источник питания. Они работают на электроэнергии. Квота на её потребление школой составляет 1200 кВт.ч в месяц, в то время как тепловые насосы потребляют столько за день. Поэтому ПМГ ГЭФ работает над проектом по строительству фотоэлектрической станции (ФЭС) в 19-й школе, которая будет производить электроэнергию для автономного питания уже установленных тепловых насосов. Ожидается, что ФЭС будет покрывать до 30% потребности тепловых насосов в отопительный сезон, а летом сможет продавать электроэнергию баяутской РЭС. ФЭС для снабжения энергией теплового насоса планируется построить с целью показать финансовую привлекательность внедрения альтернативной системы в других школах и социальных объектах по всей стране.

Экономический анализ

Экономический анализ выгод и затрат проводила экономист Инна Руденко, доцент кафедры «Экономика» факультета Экономики и гуманитарных наук Университета Мамун. Она отметила, что социальные выгоды перехода на альтернативную систему действительно есть. Технология сделала процесс обучения в этой школе более благоприятным.

«Забегая вперёд, надо сказать, что я как экономист со стажем заранее предполагала, что экономический анализ даст нам не очень радужную картину. Потому что социальные объекты не производят материальные ценности, не продают продукцию, не получают осязаемую прибыль, чтобы покрыть инвестиции в альтернативную систему отопления. Поэтому задача перед нами стояла такая: как бы сделать такие расчёты и рассмотреть такие сценарии, чтобы переход на альтернативную систему отопления заинтересовал людей в этой технологии, чтобы убедить руководство страны и общество в необходимости замены системы отопления, в наличии возможностей. Потому что общество устроено так, что нужно доказывать не только социальные и экологические выгоды, но и экономические», — сказала Инна Руденко.

По её словам, в анализе оценивались общие и чистые выгоды, а также социальные и экологические выгоды перехода на альтернативную систему отопления.

Расчёты производились при двух сценариях: если для питания тепловых насосов школа берёт электроэнергию с городской сети и если школа устанавливает маленькую фотоэлектрическую станцию, чтобы производить электричество для обслуживания тепловых насосов.

Окупаемость инвестиций в «зелёное» оборудование сравнивалась с тремя сценариями использования ископаемого топлива:

если уголь так и будет субсидироваться;

если школы начнут закупать местный уголь по рыночным ценам;

если школы начнут закупать импортный уголь высокого качества.

«Чтобы сделать анализ ещё более интересным, мы посмотрели, что нам дадут расчёты без продажи квот СО2 и с их продажами», — отметила Инна Руденко.

Что такое квоты СО2?

Торговля квотами на выброс парниковых газов — это международный рыночный инструмент снижения выбросов парниковых газов в атмосферу. Перестав использовать уголь, школа больше не выпускает парниковые газы. Не выброшенный объём СО2 учреждение может продать предприятию за рубежом, которое не может сократить свои выбросы и продолжает загрязнять атмосферу. Такое предприятие может купить квоты у тех, кто перестал производить выбросы.

По словам Инны Руденко, это «неосязаемое понятие, которое, тем не менее, действует во многих странах Европы, а также в США и Японии».

Цены варьируются от 10 до 120 евро за тонну в Европе. С Японией заключено двухстороннее соглашение о покупке сокращений выбросов с ценой в 18 долларов США за 1 тонну СО2. В экономическом анализе Инна Руденко оценивала тонну СО2 в 30 долларов — именно эта сумма указана в постановлении президента о применении инновационных углеродных ресурсов для энергетических реформ. Проект, который сделает возможным торговлю СО2 квотами, планируется реализовать в 2027 году. О том, как предлагается подсчитывать объёмы выбросов, чтобы не искажать результаты, расскажем ниже.

Расчёты производились на 20-летнюю перспективу — именно столько лет могут эксплуатироваться тепловые насосы. Фотоэлектрические станции могут служить до 50 лет.

Затраты

Расходы Всемирного банка и Минэкономики на реконструкцию школы составили 2,4 млрд сум (218 тысяч долларов). Но в экономическом анализе эти расходы не учитывались, поскольку они будут сильно отличаться от школы к школе.

Стоимость тепловых насосов и всех сопутствующих работ для их интеграции в систему отопления и её запуска составила 1,8 млрд сумов (152 тысячи долларов).

Расходы на электроэнергию составили 129,6 млн сумов (10,5 тысяч долларов) за отопительный сезон.

Расходы на ежегодный текущий ремонт, начиная со второго года эксплуатации, приняты в размере 5% от стоимости оборудования — 6,9 тысяч долларов. Затраты на капитальный ремонт раз в пять лет — 13,9 тысяч долларов.

Выгоды

Поскольку школы закупают уголь по субсидированным ценам — 410 сумов против 1000 сумов на рынке — сэкономить на затратах на твёрдое топливо и окупить технологию при продолжающемся субсидировании грязного топлива не получится, так как тепловые насосы потребляют значительное количество электроэнергии.

Если бы школа закупала уголь по рыночным ценам, ей удалось бы сэкономить 54,7 млн сумов уже в первый год эксплуатации системы отопления. Но окупить оборудование всё равно не получилось бы. Если бы школа закупала импортный уголь, который обходится в 2500 сумов за килограмм, экономия на топливе составила бы 331 млн.

Переход на тепловые насосы при их подключении к городской сети позволит школе сократить выбросы СО2 с 534 тонн до 88,9 тонн — именно столько углекислого газа выбрасывает ТЭС для производства 144 тысяч кВт электроэнергии, необходимой школе для работы тепловых насосов в течение четырёхмесячного отопительного сезона. В случае продажи квот СО2 потенциальная выгода составит 164 млн сумов.

Выгоды при установки ФЭС и продаже СО2 квот

Ожидается, что стоимость фотоэлектрической станции составит 50 тысяч долларов. При её установке школа не будет выбрасывать углекислый газ совсем и сможет продавать электроэнергию в городскую сеть.

Затраты электроэнергии на работу тепловых насосов составляют 144 тысячи кВт за отопительный сезон. За год ФЭС генерирует 155 тысяч кВт. Из них 120 тысяч кВт вне отопительного сезона и 35 тысяч кВт — с ноября по февраль. Излишки сгенерированной электроэнергии в тёплое время года школа сможет продавать в городскую сеть и даже получить прибыль. При продаже СО2 квот потенциальная выгода составит 16 тысяч долларов в год.

С полным экономическим анализом можно ознакомиться по ссылке.

Как планируется продавать квоты СО2

Продажа квот СО2 существенно влияет на сроки окупаемости и экономическую привлекательность технологии, отметил Алексей Волков.

«Рынок квот очень волатильный. Но поскольку продают фактически воздух, рынок очень сложный, — сказал Алексей Волков. — Чтобы верифицировать единицу сокращения выбросов, нужно пройти очень большой процесс: должна быть аудиторская компания, которая подтвердит сокращение выбросов. Для облегчения этого процесса и входа на рынок более простым способом, мы хотим попробовать механизм учёта этих выбросов при помощи технологии блокчейн».

Технология блокчейн подразумевает создание децентрализованной системы учёта данных. Такими данными в части тепловых насосов и фотоэлектрических станций являются производство и расход энергии, пояснил директор по маркетингу и цифровой трансформации энергетической компании Energy Eco Sources Иван Бутук.

Технология позволит учитывать количество генерируемой солнечной станцией электроэнергии и/или тепла тепловыми насосами в час, день или год, что поможет оценивать горизонт окупаемости вложенных средств и объём проданной электроэнергии в городскую сеть. Банки же смогут реалистично оценивать риски, опираясь на достоверные цифры при финансировании «зелёных» проектов. Сегодня финансовые структуры, выделяя деньги, не знают, насколько хорошо будет работать тепловой насос или ФЭС, отметил Иван Бутук. В регистраторе также могут быть заинтересованы международные финансовые организации, производители электроэнергии и правительства для получения защищённых статистических данных.

Проблема глобального рынка СО2 квот заключается в том, что страны, уже торгующие ими, показывают некачественные и спорные данные: некоторые тонны CO2 продают повторно, где-то проекты значительно изменяют свои показатели в сторону уменьшения. При этом на международных рынках децентрализованные реестры способны обеспечить в учёте результатов абсолютную честность, поскольку отражают действительность подтверждённую множеством центров удостоверения.

Децентрализованная система учёта — система, где чистота и правдивость данных обеспечивается отсутствием единого центра. Единый центр легче подчинить интересам одного лица, которое может манипулировать данными в своих либо в чьих-нибудь интересах. В блокчейн системах исказить информацию крайне сложно, поскольку все данные под контролем многочисленных регистраторов. Любой, кто захочет подделать данные по сокращению выбросов или количеству энергии, произведённой из чистых источников, должен будет подделать эти данные на всех узлах регистрирующей системы, что крайне сложно. Подделать что-то можно только в том случае, если кто-то сможет договориться с 51% участников сети (держателями серверов-регистраторов), что крайне дорого и технически сложно.

«Изменить данные можно. Но представьте, что хранение честных данных для заинтересованных лиц из разных сфер несёт сугубо индивидуальную ценность из-за уникального использования информации. Поэтому, сломав логику единожды в угоду чьих-то интересов, компания будет нести риски потери собственных целей. Нарушение порядка приведёт к хаосу и нарушению единообразия, что сразу обнаружится системой. Когда владельцев серверов-регистраторов много, они едва согласятся на риски ради подделки данных. Реестр может стать единой децентрализованной системой учёта, который позволит автоматически отображать на глобальном рынке каждую тонну не выброшенного в атмосферу СО2. С помощью блокчейна можно выводить в открытый доступ данные по результативности работы любого оборудования, вести учёт воды, газа, почвы и деревьев и других ресурсов», — добавил Иван Бутук.

Выводы

Сельские школы и в целом сельские районы Узбекистана находятся в положении энергетической бедности, считают эксперты. Однако применение новых технологий может качественно улучшить жизнь населения. Барьеры на пути его внедрения связаны с бедностью и недостаточным финансированием со стороны правительства, что сказывается на развитии человеческого потенциала.

Несмотря на практическое отсутствие рынка «зелёной» энергетики в Узбекистане, он будет развиваться, отмечают специалисты. Пока что альтернативные технологии считаются экзотикой. Однако по мере их распространения цены на них, в том числе на тепловые насосы, обязательно упадут. В стране могут появиться локальные производители различного оборудования. Это однозначно повлияет на его окупаемость.

По словам Алексея Волкова, Министерство экономики и финансов Узбекистана выразило интерес к экономическим результатам проекта. Сейчас прорабатывается вопрос тестирования тепловых насосов и солнечных станций на других социальных объектах, где их использование было бы круглогодичным, таких как больница или детский сад. Круглогодичное использование тепловых насосов ещё больше усилит экономический эффект, поскольку большую часть года учреждения требуют использование кондиционирования. Тепловой насос позволит снизить потребление энергии для охлаждения помещений.