Мабуть, важко назвати якесь інше держава, яка має подібну історію енергозбереження. Безумовно, Німеччина просунулася по цьому шляху значно далі нас. Цей матеріал - наш погляд на енергоефективність по-німецьки.
|
Ввійшла в приказку німецька ощадливість особливо проявилася в «вуглеводневому періоді» нашої спільної історії. І це закономірно, адже Німеччина - промислово розвинена країна з високою щільністю населення, а природні запаси енергоносіїв у неї обмежені і видобуток їх вельми витратна. Планомірні дії з економії енергії почалися в період нафтових криз 70-х років (однак і до того енергії ніколи не було в надлишку). Ці перші заходи не можна назвати системними, проте навіть завдяки їм вдалося добитися багато чого. У період з 1990 по 2006 рік енергоефективність росла майже на 2% щорічно, і зараз Німеччина витрачає менше 7 ГДж на виробництво 1 тис. євро ВВП. А значить, по енергоефективності може вважатися однією з провідних світових держав. Особливу увагу тут завжди звертали на промислові підприємства та будівлі, адже саме вони споживають левову частку енергії. У середині останнього десятиліття XX століття Європа перейшла на єдине законодавство в галузі енергоефективності (національні норми кожного учасника повинні відповідати законодавству ЄС). І тільки в 2007 році відбувся перехід до системних заходів у цій сфері.
Зараз ситуація в загальних рисах така: німці не приховують, що чим більше «Газпром» заробляє в Німеччині, тим більше вони намагаються економити. Не дивно, адже рахунки тільки за газ у Німеччині більше, ніж всі витрати на комунальні послуги в Україні. У 2010 році середній німець заплатив за газ удвічі більше, ніж у 2005-му. Імпортоване паливо в енергобалансі Німеччини займає більше 80%. А ситуацію з поставками газу з Росії і Середньої Азії в останні роки ніяк не можна назвати стабільною. Інші ж постачальники газу - Норвегія і Голландія - не в змозі покрити потреб Німеччини. Так що є резон економити.
Нині, норми
|
Намічені сьогодні цілі в сфері енергозбереження в Європі часто позначають як «20-20-20». Це означає: до 2020 року необхідно досягти 20% заощадження первинної енергії (20 відсоткового зростання енергоефективності), 20% енергії отримувати з відновлювальних джерел, а також скоротити на 20% викиди вуглекислого газу. З приводу скорочення викидів зараз ведуться суперечки, і, можливо, цей показник складе 30%. Європейські енергетичні норми враховують всі зміни у механізмі «торгівлі викидами» - на скільки буде скорочуватися і як контролюватиметься обсяг емісії вуглекислоти. Однак тут ми розглядаємо тільки питання, які безпосередньо пов'язані з енергоспоживанням і енергоефективністю.
Отже, в чому ж полягають вжиті заходи? Згідно з європейськими правилами (перш за все йдеться про нову редакцію директиви EPBD - Eenergy performance building directive, - прийнятої в 2010 році взамін редакції 2003 року), з 2020 року всі нові будівлі, побудовані в Європі, повинні мати низьке енергоспоживання - менше 45 кВт на квадратний метр на рік, з 2018 року ця вимога поширюється на всі нові публічні будівлі. Звичайно, офіційно ці норми введені для того, щоб більш ефективно боротися з глобальним потеплінням. Однак ціна на російський газ - при недостатній енергетичної незалежності країн ЄС - є більш ніж достатнім аргументом для такого рішення.
Таблиця 1. Необхідні значення коефіцієнта опору тепловіддачі в Німеччині в 2009 році (для температури> 19 / <19 ° C)
| Тип будівлі | Житлове | Суспільне |
| стіни | 3,57 | 3,57 / 2,86 |
| покрівлі | 5,00 | 5,0 / 2,86 |
| вікна | 0,77 | 0,77 / 0,53 |
| поли | 2,86 | 2,86 / 2,86 |
Таблиця 2. Коефіцієнт використання ресурсів у Німеччині
| Мазут | 1,10 |
| Природний газ | 1,10 |
| Зріджений газ | 1,10 |
| Кам'яне вугілля | 1,10 |
| Буре вугілля | 1,20 |
| Дрова | 1,20 |
| Електроенергія (сумарна з різних джерел) | 3,00 |
| Побутові відходи | 1,20 |
| Енергія від фотогальванічних елементів | 1,00 |
|
Загальноєвропейські директиви, незважаючи на їх рамковий характер, мають статус обов'язкових рекомендацій для всіх країн, тобто норми європейських документів мають бути відображені в національних законах. EPBD містить лише загальні вимоги, і кожна країна має право знайти свої рішення для реалізації передбачених директивою заходів. У Німеччині це закон, який називається EnEv (Energieeinsparverordnung). Він був прийнятий в 2002 році, з тих пір кілька разів допрацьовувався, останні зміни внесені в 2007 і 2009 роках.
EnEv розглядає будівля, як єдину енергосистему, тобто враховує і споживання первинної енергії (з відповідним коефіцієнтом), і теплозахист будівлі, яка жорстко нормована. Вимоги EnEv поширюються на всі будівлі, за винятком будівель, що мають особливу історичну цінність. З недавніх пір для всіх будівель-споживачів енергії в Німеччині обов'язковий енергетичний паспорт - з середини 2008 року це вимога пред'являлося до будівлям, які побудовані до 1966 року, а напівроком пізніше поширилося і на більш «молоду» нерухомість. Власники житла, наприклад, при його продажу чи здавання в оренду зобов'язані пред'явити такий документ. У паспорті крім енергобалансу будівлі вказуються і основні заходи з підвищення енергоефективності об'єкта.
Технічні рішення: генерація
Якось на одній з тематичних конференцій прем'єр-міністр Росії Володимир Путін пожартував: що, мовляв, німці, газ скінчиться - дровами топити будете? Особливий же колорит цьому жарті додає те, що дрова, на думку німецьких енергетиків, - вельми перспективне паливо. Деревина екологічна, «нейтральна» з точки зору викидів вуглекислого газу (скільки дерево поглинуло, поки росло, стільки й віддасть, коли його спалять) і до того ж повністю поновлювані. Енергоустановки на дерев'яній трісці (woodchip power plants) тепло від спалювання деревини використовують найбільш повно, виробляючи електроенергію і тепло для опалення.
|
Щепа - відходи діяльності будь-якого деревообробного підприємства, а значить, для її отримання не потрібна спеціальна інфраструктура. Тому переклад опалення в Німеччині «на дрова» - не така вже жарт: ТЕЦ на трісках, хоч і нечасто, можна зустріти вже зараз. Враховуючи ж динаміку цін на вуглеводні, можна припустити, що сукупна потужність таких установок з кожним роком зростатиме.
Грамотне поводження з відходами взагалі дуже характерно для Німеччини. Навіть контейнери для побутового сміття там різні для різних видів відходів. Такий підхід забезпечує первинну селекцію відходів і істотно полегшує подальшу утилізацію. Навіть каналізаційні стоки в Німеччині використовуються з користю - для генерації енергії. З стоків витягується так званий біогаз, використання якого вже зараз дає 1,3% електроенергії в країні. Переробка незначних обсягів стоків не виглядає ефективною, але потужність кожного четвертого очисного підприємства Німеччини передбачає утилізацію відходів більш ніж 10 тисяч чоловік. На таких спорудах цілком можна побудувати блокові ТЕС, що, по ряду оцінок, дозволить збільшити обсяг електроенергії, що виробляється за допомогою біогазу, в два-три рази.
Велика частина альтернативних генеруючих потужностей в Німеччині - це фотоелектричні батареї та вітряні електростанції, розташовані на суші і на морі. Сонячні панелі сьогодні може собі дозволити будь-який власник невеликої нерухомості - завдяки державним субсидіям (які стали можливі через зростання споживчих цін на електроенергію). Зростання приватних генеруючих потужностей підтримується ще й тим, що будь-який власник сонячної батареї або вітрогенератора може виступити продавцем електроенергії на відносно вільному ринку. На практиці це означає, що «зелене» електрику можна здати в мережу і отримати за це гроші, що поки, на жаль, неможливо у нас. Тому зростання «зелених» генеруючих потужностей в Німеччині йде зі швидкістю вибуху.
|
До 2050 року в Німеччині планується збільшити частку енергії з поновлюваних джерел до 60%. Існує думка, що таким чином до середини століття стане можливо генерувати абсолютно всю електроенергію в країні. Але відповідних потужностей (і умов для їх створення) в країні поки немає, і в цей перехідний період Німеччина робить ставку на більш традиційні джерела енергії. Планувалося, наприклад, що останній атомний реактор буде зупинений у 2021 році. Але вже зараз ясно - термін експлуатації реакторів доведеться продовжувати на 10-12 років.
|
Не відмовиться Німеччина і від газу. Крім традиційного російського планується використовувати зріджений газ, що поставляється з Алжиру, Катару, Єгипту та інших країн. Серйозна ставка робиться на сланцевий газ - його запаси на території самої густонаселеної федеральної землі Німеччини Північний Рейн-Вестфалія оцінюються в 2,1 трлн кубометрів. Більш великими покладами в Європейському союзі володіють лише Нідерланди. Американський гігант ExxonMobil заявив, що в разі підтвердження обсягу запасів він готовий інвестувати в цю галузь мільярди євро. Втім, навіть самі оптимістично налаштовані фахівці вважають, що сланцевий газ навряд чи займе більше 10% у загальному енергобалансі країни.
Технічні рішення: економія і заощадження
Близько 40% усієї використовуваної в країні енергії «споживають» будівлі і споруди. Огороджувальні конструкції (стіни) в німецьких будинках, як правило, вельми добротні, і при цьому їх теплопровідність можна суттєво зменшити за допомогою сучасних матеріалів. Але основна ставка робиться на поліпшення огороджувальних конструкцій, хоча хороші стіни - це базова захід, без якого всі інші просто не матимуть сенсу.
|
Основними споживачами енергії в будівлі є системи опалення та гарячого водопостачання, система вентиляції та кондиціонування, джерела світла і побутова (офісні) техніка. Опалення та водопостачання з'їдають левову частку енергії: за різними оцінками, від 60 до 85% від обсягу споживання будівель, або приблизно третину від споживаної в країні енергії. Відповідно, основний шлях поліпшення енергетичних характеристик будівлі - оптимізація цих систем.
|
За даними галузевої асоціації BDH (bdh-koeln.de), в Німеччині експлуатується близько 8 млн опалювальних систем на основі газових бойлерів, з яких лише 13% працює в комбінації з поновлюваними джерелами енергії. Всього 10% котлів характеризується високою енергоефективністю. У країні 5700000 бойлерів на рідкому паливі і всього 700 тис. пристроїв на біопаливі та біогазі. А значить, незважаючи на те що заощаджують енергію в Німеччині вже давно, потенціал для підвищення енергоефективності все ще величезний. Фінансує впровадження енергозберігаючого обладнання не держава. Це роблять великі компанії та уповноважені агентства. Власник, який встановив сучасний бойлер в комбінації з джерелом «зеленої» енергії, має право розраховувати на компенсацію до 15% від власних вкладень.
Все більше гарячої води в Німеччині проводиться за допомогою сонячних колекторів. Примітивний його варіант, знайомий багатьом російським дачникам, - бочка, встановлена на даху «ближче до сонця». Зрозуміло, в Німеччині експлуатуються технічно досконалі системи з ефективними теплообмінниками, що дозволяє забезпечувати будинок теплою водою, навіть якщо на вулиці не дуже жарко.
|
Інша цікава тенденція - збільшення частки теплових насосів. У нас теплові насоси і раніше залишаються екзотикою. Причини цього - більш м'який клімат, великі початкові вкладення на тлі низької ціни енергії. Однак Німеччина до теплових насосів уже «дозріла». Перспектива отримати на кожен витрачений ват електрики три і більше вата тепла приваблює багатьох власників нерухомості. Особливий вид теплових насосів встановлюється на каналізаційні стоки. Справа в тому, що вода «на вході» в будинок істотно більш холодна, ніж та, що зливається в каналізацію. Тепло, витрачений на підігрів води всередині будинку, раніше просто йшло в каналізаційний колектор. Тепер це вважається марнотратством. І тепло з каналізаційних стоків можна зняти за допомогою теплового насоса «вода - вода» і використовувати на підігрів води для побутових потреб.
Не можна не згадати про можливості модернізації традиційних систем опалення. Найбільш масова тенденція - перехід на низькотемпературні бойлери та, відповідно, на теплоносій з меншою температурою. Витрати на опалення в будинку, оснащеному такою системою, істотно нижче витрат на традиційне високотемпературне опалення, вартість же модернізації не надто велика.
|
І нарешті, останній писк індивідуальної енергетичної моди - домашня когенерація на основі мініатюрних двигунів зовнішнього згоряння (двигун Стірлінга) і одноциліндрових газопоршневих машин. Безпосередньо до економії тепла це не призводить, проте тепло в такій системі є побічним продуктом. І, зрозуміло, з урахуванням вартості виробленої електроенергії обходиться значно дешевше.
Існують різні підходи до економії тепла. Рядові німці уражаються нашої марнотратності: як можна відкривати вікно при працюючому опаленні? Але в українських житлових будинках немає ніякої іншої вентиляції, крім витяжок у ванній і на кухні, в той час як в німецьких будинках припливно-витяжна вентиляція зустрічається досить часто. Останнім часом вентиляційні установки модернізуються для забезпечення рециркуляції тепла в системі.
Решта тенденції енергозбереження типові для всіх країн: заміна вікон на більш «теплі», перехід на енергозберігаюче освітлення, підвищення ефективності використання природного світла, застосування більш енергоефективних холодоагентів у системах кондиціонування, установка систем автоматизації та оптимізація алгоритмів управління «ненажерливим» обладнанням.
Фрайбург - екологічна столиця країни
Місто Фрайбург розташований в землі Баден-Вюртемберг, недалеко від Швейцарії та Франції. Хоча це і курортна зона, проте зовсім не тропіки. Саме в цьому місті зріс експериментальний район Ваубан, забудований суцільно пасивними будинками. Пасивним називається будівля, яка (умовно) не споживає енергію. Насправді ж споживає - з розрахунку менше 15 кВт • год на рік на квадратний метр площі - і при цьому виробляє приблизно стільки ж.
|
Ваубан - екологічно чистий і зелений район, в якому жителі воліють велосипед і трамвай іншим видам транспорту. Машини тут не прийнято паркувати біля будинків - в районі побудована підземна парковка, поверхня якої покрита сонячними батареями. Такі ж елементи можна зустріти на дахах майже всіх будинків Ваубана. Будинки тут побудовані виключно з екологічно чистих матеріалів: дерево, скло, мінімум бетону. Низьке енергоспоживання в таких будинках забезпечується завдяки високим характеристикам огороджувальних конструкцій та оптимальному орієнтуванню будинку. Будівля розташовується так, щоб вироблення енергії сонячними батареями була максимальною. Враховуються навіть переважаючі напрями вітру, що також дозволяє знизити втрати тепла.
Каналізаційні стоки тут використовуються для вироблення біогазу. Пікові потреби в теплі покриває ТЕЦ на дерев'яній трісці, а на самий крайній випадок в деяких будинках є газові котли. Кондиціювання в більшості будинків не передбачено зовсім, а от припливно-витяжна вентиляція з рекуперацією (рециркуляцією) тепла є всюди.
Хоча пасивні будинки дозволяють не просто заощадити, але ще й заробити (віддаючи в мережу вироблену ними енергію), в інших регіонах Німеччини вони не користуються популярністю. Німці вважають їх холодними, некомфортними і невідповідними для більшої частини країни через клімат. Велику симпатію завойовують будівлі з низьким, але не нульовим споживанням енергії - до 50 кВт • год на рік на квадратний метр. Пасивні ж будівлі - хороша демонстрація досягнень сучасної техніки і експериментальний майданчик, не більше того.
|
nZEB - офісна будівля з нульовим споживанням
|
Крім житлових існують і інші будівлі, наприклад офісні. Їх енергоспоживання, як правило, вище, адже в офісах встановлені потужніші інженерні системи, тут більше техніки і людей. Знизити енергоспоживання офісу - істотно більш складне завдання, і простими заходами на зразок заміни бойлера тут часто не обійтися.
Компанія DAIKIN та її партнер, група інженерних компаній Zeller, спільно з рядом наукових організацій створили свою експериментальний майданчик - офіс Zeller Group, відомий як nZEB (net Zero Energy Building). Будівля можна вважати пасивним: сонячні батареї на даху за рік генерують стільки ж енергії, скільки споживають всі інженерні системи будівлі. У будівлі зовсім немає опалювального котла, немає і когенераційної машини - тепло забезпечує тепловий насос Altherma типу «повітря - вода» і система кондиціонування зі змінною витратою хладагента (VRF, VRV). Насос підігріває підлогу (температура теплоносія 35 градусів Цельсія) і забезпечує будівлю теплою водою, система кондиціонування підключається в разі особливо низьких температур і збільшеною потреби в теплі.
Оптимізовані, наскільки це можливо, і інші системи. Наприклад, в будівлі використовується комбінація з світлодіодних і люмінесцентних джерел світла. Крім того, площа скління досить велика, і, незважаючи на неминучі теплові втрати, через скла максимально використовується природне світло. Однак все це не мало б сенсу без потужної системи автоматизації, що дозволяє стежити за всіма важливими параметрами роботи систем будівлі і при необхідності їх змінювати. Саме ця система і здійснює власне економію, адже просто встановити тепловий насос мало - треба ще знайти оптимальний алгоритм його роботи.
Поки це єдина в своєму роді експериментальний майданчик в Німеччині, але незабаром таких будинків стане багато більше - інші компанії почали демонстрацію своїх досягнень в області еенергоеффектівності шляхом зведення будинків з нульовим споживанням. Наприклад, компанія Mitsubishi Electric почала зводити такий будинок за аналогією з вже існуючим будинком, зведеним компанією у Великобританії.
Замість висновку
Звичайно, Україна важко порівнювати з Німеччиною - відмінності у всьому занадто великі. Різні умови і масштаби, різне ставлення до енергоресурсів, різні концепції розвитку енергетики. Але якщо Німеччина з її традиціями економії відкрила у себе такий величезний потенціал для енергозбереження та використання альтернативних джерел енергії, то що ж можна зробити у нас, де простори для зусиль з енергозбереження просто необмежені?
Немає коментарів:
Дописати коментар