Экономическое обоснование использования ветроэлектрической установки в составе автономного гибридного генерирующего комплекса
Бельский Алексей Анатольевич,
кандидат технических наук, ассистент кафедры электротехники, электроэнергетики, электромеханики Национального минерально-сырьевого университета «Горный».
Введение
В настоящее время в качестве автономных источников электропитания в децентрализованных системах электроснабжения наибольшее распространение получили дизельные электростанции (ДЭС). При этом включение в схему энергоснабжения потребителя в качестве основного или дополнительного источника питания собственной ветроэнергетической электростанции (ВЭС) позволяет снизить топливную составляющую в себестоимости вырабатываемой электроэнергии, тем самым существенно снизить затраты на электроснабжение и повысить безопасность жизнедеятельности на удаленных от централизованной энергосистемы объектах. Однако недостаточная разработанность методов обоснования экономической эффективности ветровых установок и выбора их основных параметров активно препятствует использованию ветровой энергии [1]. Таким образом, экономическая оценка использования ветроэлектрической установки в составе автономного гибридного генерирующего комплекса представляет собой актуальную задачу.
Основная часть
Для экономической оценки возможности применения автономных электротехнических комплексов (ЭТК) с гибридной ветроэлектрической установкой (ВЭУ) для целей гарантированного электроснабжения потребителей можно использовать чистый дисконтированный доход (ЧДД) [2]:
, (1)
где В1, В2, …, Вn — текущий эффект от работы ВЭУ за каждый год; n — срок службы ВЭУ; r — реальная процентная ставка; I0 — инвестиции в сооружение объекта.
Предположим, что на ЭТК для электроснабжения будет закупаться за счет заемных средств в банке под определенный процент и возвращаться в дальнейшем с учетом существующего уровня инфляции. Расчет выполним исходя из возможности получения кредита по заемной ставке nr=12÷14 % и показателя инфляции b=6,6 % (уровень 2012 г. [3]), то тогда реальная процентная ставка r, определяемая выражением r=(nr-b)/(1+b) составит около 7 % [2].
При работе ДЭС и ВЭУ в составе единого гибридного комплекса прибыль (срок окупаемости) будет зависеть от:
– ветровых условий, в которых работает ВЭУ;
– стоимости топлива с учетом затрат на его доставку и хранение;
– затрат на сооружение ЭТК;
– тарифа, по которому вырабатываемая электроэнергия может быть реализована.
В настоящее время в России происходит постепенное снижение уровня инфляции до международного-европейского уровня 2 %. Согласно заявлению Минэкономразвития базовый вариант прогноза предполагает, что в период с 2016 по 2020 год среднегодовая инфляция в России будет находиться на уровне около 5 %, в 2021÷2025 годах ее среднегодовое значение снизится до 3,7 %, а в 2026÷2030 годах – до 2,6 %.Согласно среднесрочному прогнозу министерства, инфляция в 2013 году составит 5÷6 %, в 2014 и 2015 годах ожидается в пределах 4÷5 % [4].
Предполагается, что со снижением инфляции также будет происходить снижение процентной ставки по кредиту. Реальная же процентная ставка r в этом случае сохранится на том же уровне, около 7 %.
Расчет ЧДД производился исходя из того, что тариф на электроэнергию, заработная плата сотрудников обслуживающих комплекс, стоимость топлива будут возрастать каждый год на величину инфляции за предыдущий.
Эффект от применения в i-том году гибридного ЭТК с ВЭУ и ДЭС определится как разница между доходом от реализованной по тарифу fi электрической энергии и расходами на зарплату, топливо и прочие расходы [2]:
, (2)
где W= NДЭС∙hmax — годовое потребление энергии, кВт∙ч; рДЭС — штатный коэффициент на ДЭС, чел/кВт; NДЭС — установленная мощность ДЭС, кВт; hmax — число часов использования максимума нагрузки, ч; ПДЭС — годовая заработная плата персонала в i-том году, руб.; 1,2 — коэффициент учитывающий долю прочих расходов; g — удельный расход топлива на дизельной электростанции, т у.т./кВт∙ч; зТ — стоимость топлива у потребителя в i-том году, руб./т у.т.; ηТХ — коэффициент, учитывающий потери топлива при транспортировке и хранении.
Инвестиционные затраты в сооружение гибридного комплекса будут включать удельные капиталовложения и мощности устанавливаемого оборудования:
, (3)
где kДЭС — удельные капиталовложения по ДЭС, руб./кВт; kВЭУ — удельные капиталовложения по ВЭУ, руб./кВт; NВЭУ — установленная мощность ВЭУ, кВт; IПН — инвестиции в сооружение промежуточного накопителя энергии постоянного тока на базе аккумуляторов и суперконденсаторов, руб.
Емкость аккумуляторов определяется исходя из условия обеспечения их нормального 8-ми часового заряда, когда мощность генерируемая ВЭУ будет максимальна. Таким образом, можно считать, что часть мощности генерируемой ВЭУ в это время, равная средней мощности нагрузки будет расходоваться на нужды потребителя, а остальная часть пойдет на заряд промежуточного накопителя [5]. При этом для упрощения расчетов затраты на закупку суперконденсаторов приняты равными 20 % от затрат на АКБ.
, (4)
где Pср.н. — средняя мощность нагрузки, кВт; 1,2 — коэффициент учитывающий затраты на суперконденсаторы в составе промежуточного накопителя энергии; 8 — коэффициент учитывающий обеспечение нормального 8-ми часового заряда промежуточного накопителя при максимальной генерируемой мощности ВЭУ, ч; kАКБ — удельные капиталовложения по АКБ, руб./кВт∙ч.
Определим показатели работы автономной ДЭС установленной мощностью 200 кВт (два агрегата по 100 кВт, работающие попеременно), число часов использования максимальной мощности в году hmax=4000 ч; стоимость топлива с учетом доставки зТ=22000 руб./т у.т.; удельные капиталовложения kДЭС=10000 руб./кВт; удельный расход топлива g = 395∙10-6 т у.т./кВт·ч; штатный коэффициент pДЭС=0,036 чел./кВт; годовая зарплата одного работника ПДЭС= 300000 руб./чел.; прочие расходы – 20% от суммы расходов на зарплату и амортизацию [2].
Расчеты показали, что себестоимость электроэнергии, вырабатываемой такой ДЭС при условии использования дизельных агрегатов с максимальной наработкой в течение срока службы не менее 40 тыс. мото-часов, составит 12,7 руб./кВт·ч.
Использование ВЭУ совместно с промежуточным накопителем энергии в составе гибридного ЭТК позволит экономить дорогостоящее привозное топливо. Однако применение ВЭУ и АКБ требует значительного увеличения капитальных затрат, так удельная стоимость ВЭУ достигает 50000 руб./кВт, а аккумуляторов 7000 руб./кВт∙ч.
Результаты расчета ЧДД для рассматриваемого примера гибридного ЭТК при различных коэффициентах использования установленной мощности (КИУМ) ВЭУ и различных отпускных тарифах на электроэнергию представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Формирование ЧДД в вариантах работы ЭТК с гибридной ВЭУ: а) при КИУМ ВЭУ 20%; б) при КИУМ ВЭУ 30%; в) при КИУМ ВЭУ 40%.
Заключение
Из графиков, представленных на рисунке 1 видно, что с ростом тарифа и с ростом КИУМ ВЭУ (за счет конструкции ветроагрегата и/или увеличения среднегодовой скорости ветра) формирование прибыли идет быстрее и при этом срок окупаемости инвестиций уменьшается. Использование ВЭУ позволяет не только экономить привозное топливо, а также позволяет снизить тариф на вырабатываемую электроэнергию. Величина снижения тарифа напрямую зависит от срока окупаемости комплекса. Однако, учитывая использование в составе ЭТК свинцово-кислотных АКБ, установление срока окупаемости свыше 10 лет не желательно. Учитывая данный факт, величина снижения тарифа на электроэнергию может составить до 13 % при сроке окупаемости инвестиций 8 лет. При сохранении тарифа на электроэнергию, срок окупаемости гибридного ЭТК сокращается до 5 лет при КИУМ ВЭУ 30%.
Литература
1. Использование возобновляемой энергии: учеб. пособие / В.В. Елистратов. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2008. С. 114.
2. Минин В.А. Оценка Экономической эффективности совместной работы дизельных электростанций и ветроэнергетических установок в условиях севера // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» №7 (87) 2010, Научно-технический центр «ТАТА», 2010, С. 67-75.
3. РИА Новости: Инфляция и рост цен в России в 2012 году [электронный ресурс]. URL: http://ria.ru/economy/20130109/917438846.html (дата обращения: 19.05.2013).
4. МЭР: инфляция в России сохранится на уровне 5% до 2020 года [электронный ресурс]. http://newsland.com/news/detail/id/1071485/ (дата обращения: 19.05.2013).
5. Бельский А.А. Критерий выбора оптимальных параметров ветродизельных комплексов для энергообеспечения потребителей минерально-сырьевого комплекса / А.А. Бельский, Б.Н. Абрамович // XL Неделя науки СПбГПУ: материалы международной научно-практической конференции, ч. II, изд-во СПбГПУ, С-Пб, 2011, С. 42-44.
Поступила в редакцию 22.05.2014 г.