Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир - Владимир Сидорович

Высокая энергетическая эффективность современных зданий рационально дополняется использованием возобновляемых источников энергии. Речь идет в первую очередь о системах солнечной электрической генерации (фотоэлектрике) и использовании солнечного тепла для нагрева воды в системах отопления и водоснабжения (солнечные коллекторы), котлах на древесном топливе (пеллетах), а также тепловых насосах, использующих энергию окружающей среды – низкопотенциальное тепло грунта и воздуха. В экономически развитых странах по мере развития энергоэффективного строительства традиционные способы отопления с использованием углеводородов теряют свое значение.

Следует подчеркнуть, что использование возобновляемых источников энергии для электро– и теплоснабжения зданий целесообразно и экономически оправданно именно в случае высокой энергетической эффективности последних. Применение ВИЭ в «обычных» зданиях, не отличающихся высокими теплотехническими параметрами, т. е. потребляющими много энергии на отопление, в большинстве случаев сродни забиванию гвоздей микроскопом.

Глава немецкого Института строительной физики (Fraunhofer Institut fuer Bauphysik) Герд Хойзер прогнозирует, что к 2020 г. строительство зданий, обеспечивающих себя энергией самостоятельно, станет обычной строительной практикой. К слову, в Европе они уже сейчас не являются экзотикой. Кровли, фасады, стекла, вырабатывающие электроэнергию и тепло, – обычные конструкции на европейском строительном рынке. «Почти все здания в стране к 2050 г. будут “климатически нейтральными”^[179], потребляющими существенно меньше энергии, чем сейчас, при обеспечении этих энергопотребностей с помощью ВИЭ» – такова одна из целей немецкого «энергетического поворота».

Здания с нулевым потреблением энергии (zero energy buildings), с положительным энергетическим балансом (plus energy buildings), дома с нулевыми выбросами (zero carbon homes) – все эти концепции уже прочно вошли в языковый оборот жителей Европы и Северной Америки. Дома, оснащенные солнечными системами электрической генерации и солнечного тепла, стали составной частью ландшафта многих стран, а в Германии и Австралии число домовладений, оснащенных фотоэлектрическими модулями, превысило миллион в каждой.

Каковы базовые принципы индивидуального жилого дома с положительным энергетическим балансом (plus energy building), или, как его иногда называют у нас, «энергоактивного здания»? Как следует из названия, такое здание вырабатывает в среднем за год больше энергии, чем потребляют его обитатели. Следует подчеркнуть, что речь идет не о самообеспечении электричеством круглый год, энергетической автономии, которая в климатических условиях Центральной Европы (и Центральной России) едва ли реализуема за счет только ВИЭ с вменяемыми затратами или без принесения в жертву потребительского комфорта, а о среднегодовом значении (балансе) выработки/потребления энергии.

В простейшем варианте речь идет о замещении потребляемой домохозяйством сетевой электроэнергии на электроэнергию, вырабатываемую солнечным генератором. По нашим данным, средняя семья из четырех человек, проживающая в индивидуальном доме в европейских и российских условиях, потребляет в год 4000–5000 кВт · ч электроэнергии (без учета расхода энергии на отопление). Для выработки такого количества энергии в год в Московском регионе достаточно солнечной электростанции установленной мощностью 5–6 кВт, размещенной на южном скате кровли и занимающей приблизительно 45–60 кв. м. В летний период такое здание производит избыточное количество электричества, которое продается местной сетевой компании. Зимой, напротив, обитатели вынуждены приобретать электроэнергию, поскольку в рассматриваемых географических зонах солнечной радиации недостаточно (проблемы российского регулирования энергетического рынка, не позволяющие отдавать/продавать выработанную солнечную энергию в сеть, мы здесь оставляем за скобками и вернемся к ним в главе о нашей «энергетической сверхдержаве»).

В то же время данное решение является половинчатым, поскольку на долю бытового электричества приходится лишь малая часть энергетических затрат среднего домохозяйства. Это справедливо как для Центральной и Северной Европы, так и для России. Порядка 85 % потребляемой за год средним домохозяйством энергии приходится на отопление и горячее водоснабжение.

Таким образом, положительный баланс по всей потребляемой энергии может быть достигнут путем 1) существенного повышения энергоэффективности здания для снижения потребности в тепле, как это делается в пассивных домах, о которых мы говорили выше, и 2) применения дополнительного инженерного оборудования, использующего ВИЭ. Наиболее распространенное решение выглядит так: геотермальный тепловой насос, берущий на себя основные функции по обеспечению здания теплом и горячей водой, плюс солнечные коллекторы для поддержки горячего водоснабжения и отопления. При данной комбинации правильно рассчитанная солнечная электростанция, включающая соответствующие аккумуляторные емкости, действительно может обеспечивать годовой положительный энергетический баланс. И, как сказано выше, в ряде стран Западной Европы строительство подобных домов становится рядовой практикой уже сейчас, многие строительные компании включили подобные дома в свои стандартные продуктовые линейки. Количество построенных домов с положительным энергетическим балансом уже исчисляется тысячами.

В секторе нежилой недвижимости также наблюдается острейший интерес к повышению энергоэффективности и использованию возобновляемых источников энергии. Существуют выдающиеся примеры офисных, торговых и промышленных зданий энергетически (климатически) нейтрального уровня, например штаб-квартира датской энергетической компании Syd Energy, сертифицированная Институтом пассивного дома. Расчетный удельный расход энергии на отопление составляет здесь всего 8 кВт · ч/м² в год, для отопления и горячего водоснабжения используются геотермальные тепловые насосы (общая длина зондов: 10 км), а также тепло компьютерных серверов^[180].