Предисловие
Действительно ли стоит устанавливать солнечные батареи?
В Африке это, вероятно, первый вопрос, который задают все, кто рассматривает возможность установки солнечной фотоэлектрической системы. Ответ не сводится к простому «экономически выгодно» или «нерентабельно» — он зависит от того, где вы живете, каков ваш ежемесячный счет за электроэнергию, используете ли вы электроэнергию из сети или дизельный генератор, и как вы планируете использовать выработанную электроэнергию после установки.
Ситуация с электроснабжением в Африке сильно отличается от ситуации в Китае. В Китае большинство городских домохозяйств подключены к стабильной национальной электросети, и электроэнергия относительно дешева. Однако в Африке ситуация с электроснабжением гораздо сложнее: цены на электроэнергию в некоторых местах заоблачные, частые отключения электроэнергии требуют использования дизельных генераторов для дополнительного питания, а в некоторых районах электросеть вообще отсутствует, что вынуждает людей жить полностью автономно. В таких случаях вопрос о том, сколько денег можно сэкономить с помощью солнечной энергии и в каких именно районах, требует индивидуального анализа.
В этой статье мы поможем рассчитать затраты для трех типичных африканских семей: городских семей среднего класса, промышленных и коммерческих потребителей и семей из отдаленных сельских районов, не имеющих доступа к электричеству. Данные будут представлены с использованием местных африканских параметров, чтобы помочь вам оценить вашу собственную ситуацию .
I. Текущее состояние цен на электроэнергию в Африке: почему счета за электроэнергию являются основной статьей расходов домохозяйств
Прежде чем подсчитывать, сколько денег можно сэкономить с помощью солнечной энергии, давайте сначала посмотрим на цены на электроэнергию в Африке.
Цены на электроэнергию в разных африканских странах сильно различаются, от очень низких до очень высоких. В Египте цены на электроэнергию для жилых домов составляют приблизительно от 0,05 до 0,10 долларов США за киловатт-час (около 0,35–0,70 юаней), что сопоставимо с ценами в Китае. Однако в Нигерии цены на электроэнергию для жилых домов достигают 0,15–0,25 долларов США за киловатт-час, а в некоторых районах Лагоса они даже превышают 0,30 долларов США за киловатт-час. В Кении цены на электроэнергию для жилых домов составляют приблизительно от 0,10 до 0,18 долларов США за киловатт-час. В Южной Африке цены на электроэнергию для жилых домов составляют приблизительно от 0,10 до 0,15 долларов США за киловатт-час.
Но высокая цена на электроэнергию — не самая критическая проблема. Самая критическая проблема заключается в том, что во многих местах, даже если вы готовы платить эту цену, электроснабжение ненадежно. Согласно данным Международного энергетического агентства, в странах Африки к югу от Сахары в среднем происходит более 100 дней отключений электроэнергии в год, а в некоторых странах — более 200 дней. Это означает, что многим домохозяйствам и предприятиям приходится полагаться как на электроэнергию из сети, так и на резервное электроснабжение, а стоимость резервного электроснабжения часто в несколько раз выше, чем стоимость электроэнергии из сети.
Для домохозяйств и предприятий, использующих дизельные генераторы, цена на дизельное топливо значительно варьируется в разных африканских странах, но обычно составляет от 1 до 2 долларов за литр. Типичный дизельный генератор мощностью от 5 до 10 киловатт потребляет примерно от 2 до 4 литров дизельного топлива в час работы, что обходится примерно в 3–8 долларов в час. 8-часовое отключение электроэнергии может привести к расходам на топливо в размере от 25 до 65 долларов, что повлечет за собой дополнительные ежемесячные расходы в размере от 750 до 2000 долларов.
На фоне высоких цен на электроэнергию и нестабильного электроснабжения ценность солнечных энергетических систем для африканских домохозяйств и предприятий становится особенно очевидной. Электроэнергия, вырабатываемая солнечными батареями, может не только заменить часть электроэнергии из сети, но, что более важно, обеспечить резервное электроснабжение во время отключений сети, позволяя избежать использования дорогостоящего дизельного топлива.
II. Городские семьи среднего класса: переход от высоких счетов за электроэнергию к стабильному электроснабжению
Давайте сначала рассмотрим типичную городскую семью: семью среднего класса, проживающую в центре Лагоса, Найроби или Йоханнесбурга. У них есть стабильное подключение к электросети, но они часто сталкиваются с нормированием и отключениями электроэнергии, что приводит к высоким ежемесячным счетам за электричество. Также у них есть дизельный генератор в качестве резервного источника питания.
Возьмем, к примеру, семью из четырех человек из среднего класса в Лагосе, Нигерия. В их распоряжении: холодильник (работает 24 часа в сутки), два кондиционера (по 1,5 лошадиных силы каждый, работают по 8 часов каждую ночь летом), освещение и розетки (для телевизора, стиральной машины, зарядных устройств для телефонов и т. д.), а также электрический водонагреватель. В пиковые летние месяцы их ежемесячный счет за электроэнергию составляет приблизительно от 350 до 450 долларов (около 250 000–320 000 найра). Для семьи среднего класса с ежемесячным доходом около 1000–2000 долларов это составляет от 20% до 40% их дохода.
Главная проблема для этой семьи — не высокие счета за электроэнергию, а перебои в подаче электричества. В Лагосе в среднем происходит от 2 до 3 отключений электроэнергии в неделю, каждое длится от 2 до 4 часов. Если во время каждого отключения запускать дизельный генератор мощностью 5 киловатт, то при текущей цене дизельного топлива около 1,50 доллара за литр расход топлива составит примерно 2,5 литра в час, что обойдется примерно в 3,75 доллара. Предполагая 8 часов отключений электроэнергии в неделю, стоимость дизельного топлива составит около 30 долларов в неделю или 120 долларов в месяц. Годовые затраты на топливо только для резервного электроснабжения приблизятся к 1500 долларам.
Первоначальная стоимость установки гибридной солнечной системы мощностью 6 кВт (с аккумуляторным хранилищем на 10 кВт⋅ч) составляет приблизительно от 7 000 до 10 000 долларов. Система может вырабатывать около 25–30 кВт⋅ч электроэнергии в день (в Лагосе около 2200 солнечных часов в году, и в солнечные дни каждый кВт может генерировать от 4 до 5 кВт⋅ч в день). Этой выработки электроэнергии в основном хватает для покрытия основных дневных потребностей домохозяйства в электроэнергии, а аккумуляторное хранилище может обеспечить около 8–10 часов резервного питания во время отключений от сети.
Давайте посчитаем: после установки солнечных батарей ежемесячные счета за электроэнергию могут снизиться с 400 до примерно 150 долларов (в основном в ночное время и в часы пик, когда батареи не могут покрыть нагрузку), что позволит сэкономить около 250 долларов в месяц. Это примерно 3000 долларов в год. При этом частота использования дизельного генератора значительно снижается, превращаясь из ежедневного резервного источника питания в крайнюю меру в экстремальных ситуациях. Годовые расходы на дизельное топливо могут снизиться с 1500 до примерно 300 долларов, что позволит сэкономить еще 1200 долларов в год. В совокупности эти две экономии составляют около 4200 долларов в год. Инвестиции в систему составляют приблизительно 8000 долларов, а срок окупаемости — около 2 лет.
Конечно, существует ряд предварительных условий: конфигурация системы должна быть разумной, емкость аккумулятора должна быть достаточной для покрытия потребности в электроэнергии во время отключений, качество монтажа должно быть надежным, а инвертор и аккумулятор должны быть высокого качества. Если вы приобретете дешевые и некачественные изделия, фактическая выработка электроэнергии и срок службы могут значительно сократиться, а экономия средств будет намного меньше, чем ожидалось.
III. Промышленные и коммерческие потребители: Двойная насущная необходимость высоких цен на электроэнергию и стабильного электроснабжения.
Вторая типичная группа потребителей — это промышленные и коммерческие предприятия: заводы, мастерские, торговые центры, офисы и гостиницы. Эти потребители потребляют гораздо больше электроэнергии, чем домохозяйства, и расходы на электроэнергию составляют значительную часть их операционных затрат. У них также более высокие требования к стабильности электроснабжения, поскольку отключения электроэнергии означают остановку производства или перебои в работе предприятий, что напрямую приводит к экономическим потерям.
Возьмем, к примеру, небольшую швейную фабрику в Найроби, Кения. Фабрика занимает примерно 500 квадратных метров, а ее основное оборудование включает 30 промышленных швейных машин (каждая мощностью около 0,3 киловатта), 5 кондиционеров, освещение и другое оборудование. Ежемесячный счет за электроэнергию составляет приблизительно от 2000 до 3000 долларов США (около 250 000–370 000 кенийских шиллингов). Цена на промышленную электроэнергию в Кении составляет приблизительно от 0,10 до 0,15 долларов США за киловатт-час, но с учетом стоимости трансформаторов и платы за пиковую нагрузку фактическая средняя цена может достигать от 0,15 до 0,20 долларов США за киловатт-час.
Электроснабжение в Кении относительно стабильно, но всё же примерно от 50 до 80 дней в году происходят отключения электроэнергии по норме или незапланированные перебои. Для швейной фабрики каждое отключение электроэнергии без резервного источника означает полную остановку производства. При наличии 30 швейных машин, приносящих около 50 долларов в час, 4-часовое отключение электроэнергии приводит к убыткам в размере 200 долларов. Предполагая 8 отключений электроэнергии в месяц, ежемесячные потери составляют около 1600 долларов. Если у фабрики есть собственный дизельный генератор мощностью 10 киловатт, то работа в течение 4 часов во время каждого отключения обойдётся примерно в 30 долларов на топливо, что в сумме составит 240 долларов в месяц. Прямые и косвенные потери, связанные только с отключениями электроэнергии, приближаются к 22 000 долларов в год.
Первоначальная стоимость установки коммерческой/промышленной солнечной системы мощностью 30 кВт (с аккумуляторной батареей емкостью 20 кВт⋅ч) составляет приблизительно от 25 000 до 35 000 долларов США. Система может генерировать около 120–150 кВт⋅ч электроэнергии в сутки (в Найроби около 2600 часов солнечного света в год). Большая часть дневной выработки может обеспечиваться солнечной энергией, а излишки электроэнергии хранятся в батарее. Аккумуляторная батарея может обеспечить примерно 4–5 часов резервного питания во время отключений электроэнергии в сети, покрывая большинство периодов незапланированных отключений.
Давайте посчитаем: после установки солнечных батарей дневное потребление электроэнергии в основном обеспечивается за счет солнечной энергии, что снижает ежемесячные счета за электроэнергию с 2500 долларов до примерно 800 долларов, что составляет ежемесячную экономию около 1700 долларов. Это означает ежегодную экономию примерно в 20 400 долларов. Одновременно потери от отключений электроэнергии снижаются с примерно 22 000 долларов в год до примерно 5000 долларов (остаточные потери в экстремальных ситуациях), что составляет снижение примерно на 17 000 долларов в год. Общая экономия составляет примерно 37 400 долларов. Инвестиции в систему составляют примерно 30 000 долларов, а срок окупаемости — примерно 9-10 месяцев.
Для коммерческих пользователей, помимо прямых экономических выгод, существуют также налоговые льготы. Такие страны, как Кения, Уганда и Руанда, предлагают налоговые послабления или ускоренную амортизацию для коммерческих и промышленных солнечных энергосистем. Нигерия освобождает импортируемое оборудование для возобновляемой энергетики от налога на добавленную стоимость. Южная Африка предоставляет налоговую скидку в размере 205 долларов США за киловатт для коммерческих солнечных энергосистем. С учетом этих политических преимуществ фактический срок окупаемости может быть дополнительно сокращен до менее чем восьми месяцев.
IV. Отдаленные сельские домохозяйства без электричества: Солнечная энергия делает керосиновые лампы пережитком прошлого.
Третья типичная группа пользователей состоит из отдаленных сельских домохозяйств, не имеющих доступа к электричеству вообще. В странах Африки к югу от Сахары около 600 миллионов человек живут без электричества. Эти люди в основном сосредоточены в сельских и отдаленных районах, где расширение электросети чрезвычайно дорого обходится — по данным Всемирного банка, средняя стоимость подключения не имеющего электричества сельского населения Африки к сети составляет приблизительно от 3000 до 5000 долларов США на домохозяйство, а из-за рассредоточенности населения многие деревни просто не имеют права на подключение к электросети.
Для этих семей керосиновые лампы и сухие батарейки традиционно являлись основными средствами освещения и связи. Керосиновая лампа потребляет от 0,5 до 1 литра керосина в день, что обходится примерно в 15-30 долларов в месяц. Для зарядки мобильного телефона необходимо ехать в город с электричеством, за что взимается плата в размере от 0,5 до 1 доллара каждый раз. Эти, казалось бы, небольшие расходы в сумме составляют удивительно большую долю для семей с ежедневным доходом всего в 2-3 доллара.
Что еще более важно, отсутствие электричества напрямую ограничивает возможности этих семей для развития. Дети не могут учиться по ночам, полагаясь только на тусклый свет керосиновых ламп. Они не могут использовать электроинструменты для рукоделия и переработки сельскохозяйственной продукции. Они не могут получать доступ к информации в интернете, заниматься дистанционным обучением и получать медицинские консультации. Дефицит электроэнергии создает ловушку бедности — отсутствие электричества означает отсутствие возможностей для развития, а без возможностей для развития доступность электроэнергии становится еще более недоступной.
Солнечная энергия предлагает жизнеспособное решение для домохозяйств, не имеющих доступа к электричеству. Базовая автономная солнечная энергосистема мощностью 1 киловатт (включая две фотоэлектрические панели по 550 Вт, литий-ионный аккумуляторный блок на 5 кВт⋅ч, гибридный инвертор и светодиодное освещение) стоит приблизительно от 800 до 1200 долларов США на начальном этапе. Эта цена все еще высока для одного домохозяйства, но для проектов микросетей на уровне деревни, где несколько домохозяйств используют одну систему, стоимость может быть распределена примерно до 200–400 долларов США на одно домохозяйство.
Возьмем, к примеру, микросеть, используемую пятью домохозяйствами в штате Оромия, Эфиопия. Каждое домохозяйство вырабатывает примерно 3–4 киловатт-часа солнечной энергии в день (исходя из примерно 2500 часов солнечного света в год), при этом около 0,6–0,8 киловатт-часа распределяется между домохозяйствами. Этого количества электроэнергии достаточно для питания четырех светодиодных ламп на каждое домохозяйство (каждая мощностью 5 ватт, обеспечивая 5 часов освещения в день), одного радиоприемника или небольшого телевизора и двух зарядных устройств для мобильных телефонов. Она полностью заменяет оригинальные керосиновые лампы и батарейки.
Давайте посчитаем: раньше каждое домохозяйство тратило около 20 долларов в месяц на керосин и около 10 долларов на зарядку телефонов, итого около 30 долларов. С солнечной энергией эти расходы полностью исключаются, что позволяет экономить примерно 360 долларов в год. При условии амортизации инвестиций в систему в размере 300 долларов, срок окупаемости составляет менее года. Кроме того, качество света светодиодных ламп намного превосходит керосиновые, что снижает нагрузку на глаза и значительно улучшает условия освещения для детей, занимающихся в темное время суток.
Конечно, ограничения такой небольшой системы также очевидны. 0,6–0,8 киловатт-часов электроэнергии в день достаточно лишь для базового освещения и связи, чего совершенно недостаточно для работы мощных бытовых приборов, таких как холодильники, стиральные машины и электрические водонагреватели. Для перехода на «достойный уровень электроэнергии» (определяемый Международным советом по электроэнергии как более 1 киловатт-часа на домохозяйство в день) стоимость системы возрастет в геометрической прогрессии. Это также является основной проблемой, стоящей перед энергетическим переходом для неэлектрифицированного населения Африки: солнечные технологии зрелы, и их стоимость постоянно снижается, но обеспечение надежного современного электроснабжения сотням миллионов людей, не имеющих доступа к электроэнергии, по-прежнему требует значительных финансовых инвестиций и государственной поддержки.
V. Ключевые факторы, влияющие на результаты экономии денег
После подсчета затрат для трех типичных домохозяйств вы обнаружите, что экономия от использования солнечной энергии зависит от множества конкретных факторов.
Цена на электроэнергию — наиболее прямой фактор. Чем выше цена на электроэнергию в вашем доме или офисе, тем быстрее вы окупите инвестиции в солнечную энергетику. Если цена на электроэнергию составляет 0,05 доллара за киловатт-час, то для достижения точки безубыточности может потребоваться от 5 до 7 лет; если же она составляет 0,25 доллара за киловатт-час, то всего от 2 до 3 лет. Именно поэтому в странах с высокими ценами на электроэнергию, таких как Нигерия и Южная Африка, темпы проникновения солнечной энергии на рынок значительно выше, чем в странах с низкими ценами на электроэнергию.
Вторым ключевым фактором являются условия солнечного освещения. Хотя Африка в целом обладает обильными солнечными ресурсами, существуют значительные различия между странами и регионами. В Сахаре ежегодно бывает более 3500 часов солнечного света, и каждый киловатт фотоэлектрических панелей может генерировать более 1800 киловатт-часов электроэнергии в год; в то время как в бассейне реки Конго может быть менее 1200 киловатт-часов солнечного света в год, что составляет всего около 600 киловатт-часов на киловатт-час. Та же система мощностью 5 киловатт будет генерировать около 7000 киловатт-часов в год в Лагосе, более 9000 киловатт-часов в Каире и только 3500 киловатт-часов в Киншасе. Разница в выработке электроэнергии, естественно, приводит к разной ежегодной экономии на затратах на электроэнергию.
Характеристики потребления электроэнергии также имеют решающее значение. Если пиковое потребление электроэнергии приходится на дневное время, коэффициент самопотребления солнечной энергии выше, что приводит к большей экономии средств. Однако, если пиковое потребление приходится на ночное время (без накопителей энергии), большая часть электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями, должна быть продана обратно в сеть. Цена продажи часто намного ниже цены покупки, что значительно снижает экономическую выгоду. Именно поэтому гибридные системы (с накопителями энергии) становятся все более популярными в городских домохозяйствах — они вырабатывают электроэнергию днем и хранят ее в батареях, а затем используют энергию батарей ночью, достигая коэффициента самопотребления более 80%.
Качество системы напрямую влияет на срок службы и долгосрочную экономию средств. Высококачественная солнечная система может прослужить более 25 лет, в то время как дешевая, некачественная система может начать значительно деградировать уже через 5 лет. Хотя в первые несколько лет это может показаться экономией, на самом деле это может привести к убыткам в дальнейшем. Инвертор является наиболее подверженным проблемам в системе. Крупные производители обычно имеют КПД преобразования от 97% до 98%, в то время как более мелкие производители могут достигать только 93%–95%. Хотя разница может показаться небольшой, за 25 лет совокупная разница в выработке электроэнергии из-за этой разницы в КПД становится существенной. То же самое относится и к батареям. Литий-железо-фосфатные батареи обычно имеют срок службы от 4000 до 6000 циклов, в то время как низкокачественные тройные литиевые батареи могут иметь всего 1000–2000 циклов.
Заключение
Сумма денег, сэкономленная благодаря установке солнечных батарей, значительно варьируется в зависимости от типа домохозяйств и предприятий в Африке.
Городские семьи среднего класса могут экономить примерно от 3000 до 5000 долларов в год на электроэнергии и дизельном топливе, при этом срок окупаемости составляет от 2 до 3 лет. Промышленные и коммерческие потребители могут экономить примерно от 30 000 до 50 000 долларов в год на электроэнергии и потерях от отключений электроэнергии, при этом срок окупаемости составляет менее одного года. Отдаленные сельские домохозяйства, не имеющие доступа к электричеству, могут экономить примерно от 200 до 400 долларов в год на керосине и зарядке, при этом срок окупаемости составляет от 1 до 2 лет, при условии наличия микросетей или других решений по совместному использованию ресурсов, позволяющих снизить первоначальные инвестиции.
Однако экономия денег — это лишь часть преимуществ солнечной энергии. Для пользователей в Африке повышение производительности благодаря стабильному электроснабжению, устранение шума от дизельных генераторов и загрязнения воздуха, а также улучшение условий для качественного обучения детей по вечерам — эти преимущества, которые невозможно полностью выразить в денежном эквиваленте, порой важнее цифр в бухгалтерской отчетности.
Рынок солнечной энергии в Африке быстро растет, и все больше домохозяйств и предприятий переходят от вопроса «стоит ли устанавливать солнечную энергию» к вопросу «когда устанавливать солнечную энергию». Если вы тоже задумываетесь над этим вопросом, надеюсь, анализ соотношения затрат и выгод, представленный в этой статье, поможет вам принять более взвешенное решение.
Пожалуйста, свяжитесь с Саймоном как можно скорее, чтобы обсудить ваш проект:
- WeChat: TY530643572
Телефон: +86 137 1166 0041
