Оценка периодов окупаемости ВИЭ. за счет экономии замещенного ими топлива
Оценка окупаемости ВИЭ на основе экономии замещенного при их использовании органического топлива при наличии прогноза его стоимости в достаточно отдаленном будущем (порядка 10 — 20 лет) осуществляется в работе следующим образом.
В предположении бесперебойной работы ВИЭ с определенным для данного места коэффициентом использования ее номинальной мощности #инм и расходу мазута или дизельного топлива на 1 кВт • ч вырабатываемой ТЭЦ и ДЭС электроэнергии (около 0,325 кг/кВт • ч мазута и 0,250 кг/кВт • ч дизтоплива соответственно) определяется посезонная и годовая их экономия за счет замещения ТЭЦ и ДЭС на ВЭС.
Проведенные оценки окупаемости ВИЭ в обеспеченных ветровыми ресурсами регионах России и их сравнение с альтернативными топливопотребляющими источниками энергоснабжения позволяют сделать вывод о целесообразности строительства и широкомасштабного использования ВИЭ для промышленной выработки электроэнергии.
Проведенные методические исследования использованных в работе методик оценки себестоимости электроэнергии и окупаемости ВИЭ на территории исследованных регионов России показывают, что при достаточно надежном (с погрешностью менее 14 — 18%) определении их энергетических показателей (мощности, выработки электроэнергии, экономии органического топлива) остаются весьма приближенными по следующим причинам:
1) в отсутствие достаточного отечественного опыта полученные оценки основаны на использовании в основном обобщенных зарубежных данных о структуре капитальных затрат на сооружение ВЭС, не учитывающих российской специфики;
2) полученные оценки весьма приближенно учитывают возможную будущую динамику местных тарифов на электроэнергию, темпы инфляции, возможность снижения кредитных ставок;
3) полученные оценки не учитывают особенности будущих схем оплаты и возврата инвестиций;
4) при проведении оценок не учитывались возможности конкурсного выбора компаний-производителей, поставщиков ветроэнергетического оборудования и строителей ВЭС, являющихся основным рыночным инструментом для снижения цен на ВЭУ и их возведение;
5) при проведении оценок весьма приближенно учитывались способы и стоимости доставки оборудования и прохождения таможенных процедур.
В связи с этим, полученные в работе оценки имеют предварительный характер.
Однако, полученные в работе с известным запасом, данные оценки «снизу» и «сверху» могут служить не только качественной, но и достаточно достоверной количественной базой для обстоятельного и более точного технико-экономического анализа и выбора оптимальных вариантов и мест возведения ВИЭ.
Отметим также, что развитые в работе методики определения энергетической и экономической эффективности ВИЭ и их программные реализации при наличии реальных технико-экономических показателей ЭС, действующих в том или ином регионе, позволяют повысить точность полученных результатов до 12 — 15 % , достаточную, на наш взгляд, для принятия обоснованных оптимальных решений относительно прорабатываемых ветроэнергетических проектов [87].
3.1.3. Численная методика расчета энергетической и экономической эффективности ВИЭ
Определение себестоимости электроэнергии, периодов окупаемости и прочих показателей экономической эффективности ВИЭ в исследуемых по проекту TACIS регионах России проводится численно с учетом многолетнего прогноза инфляции, кредитных ставок, вероятности отказа ВЭУ, а также стоимости на органическое топливо [87].
Развитая методика определения показателей энергетической и экономической эффективности ВЭУ с задаваемыми параметрами реализована в программном виде для расчетов и графической визуализации на персональном компьютере.
Информационную основу методики составляют следующие базы данных (БД):
БД «ФЛЮГЕР»: ветроклиматические данные = 3500 метеорологических и 146 аэрологических станций на территории бывшего СССР;
БД «ФАЭТОН»: актинометрические данные = 1100 станций бывшего СССР;
БД «РУТЭК XXI»: характеристики топливно-энергетического комплекса и технико-энергетические показатели действующих электростанций России, стран СНГ и Балтии всех известных типов;
БД «ЭРГОМАШ»: технико-экономические характеристики современных энергоисточников всех известных типов, включая ВИЭ.
Список содержащихся в БД энергоисточников и пример диапазона изменений их технико-экономических характеристик приведен в табл. 3.6.
Разработанные для работы с созданными авторами базами данных программные комплексы реализуют следующие функции:
— выборку и моделирование с известной точностью количественных характеристик возобновляемых ресурсов ВИЭ (ветровых, солнечных и пр.) для данного места;
Таблица 3.6
(500*) — стоимость импортного оборудования |
— расчет энергетических показателей ВИЭ по их известным или заданным параметрам;
— численный анализ зависимости экономической эффективности ВИЭ каждого типа от заданных параметров: их стоимостных характеристик, инвестиционных и банковских процентов, инфляционных индексов, коэффициентов использования номинальной мощности энергоисточников и др.;
— расчет показателей экономической эффективности ВИЭ по заданным сценариям роста цен, инфляции, устанавливаемых по годам мощностей ВИЭ и пр.;
— графическое представление результатов расчета энергетической и экономической эффективности ЭС.
Характеристики ветрового (ВЭП) и солнечного (СЭП) энергетических потенциалов в межстанционных промежутках моделируются с известной точностью по данным многолетних измерений на станциях государственной гидрометеорологической сети [24]. Энергетическая и экономическая эффективность ветровых и солнечных энергоустановок определяется с учетом их технических и стоимостных характеристик [21].
Характеристики биологических ресурсов рассчитываются по развитым авторами методикам на основании официальных статистических данных Федеральной службы Государственной статистики об урожайности агрокультур и поголовья скота, отходах жизнедеятельности и промышленного производства в субъектах Российской Федерации [9, 85, 62, 63].
Развитая и численно реализованная в работе методика призвана решать задачи двух типов.
Первый тип, или прямая задача расчет ежегодных и ресурсных (средних и интегральных за срок эксплуатации) энергетических и эконо-
мических показателей как энергоисточников традиционного типа (ЭС на органическом топливе, ГЭС, АЭС), так и ВИЭ по заданным начальным параметрам проекта ВИЭ (стоимостным характеристикам ВИЭ, инвестиционным и банковским процентам, индексам инфляции, коэффициентам использования номинальной мощности энергоисточников и др.).
При этом численная реализация предусматривает два расчетных режима [87]. Первый обеспечивает расчет показателей проекта при одноразовом вводе энергоисточника в заданном году. Второй — обеспечивает расчет показателей проекта с многолетним наращиванием мощности энергоисточника.
Второй тип или обратная задача — определение расчетных технических, энергетических и экономических параметров ВИЭ, обеспечивающих заданные экономические показатели проекта ВИЭ (себестоимость, окупаемость и др.) [87].
Пример, поясняющий логику последующих расчетов и анализа экономической эффективности ВИЭ разного вида, показан на рис. 3.5, на котором приведены графики многолетнего (за время порядка ресурсного периода ВИЭ, равного для большинства типов ВИЭ за 20 лет ) накопления удельного баланса расходов и доходов ВИЭ исследуемых в работе типов, каждый номинальной мощностью 1 кВт, работающих с характерными для условий исследуемых регионов коэффициентами использования номинальной мощности.
Рис. 3.5. Многолетнее накопление удельного баланса расходов и доходов ВИЭ исследуемых в работе типов номинальной мощности 1 кВт |
Для решения задачи на входе в программу задаются фиксированные технические и экономические параметры проекта энергоисточника, а
на выходе программы — временные (погодичные) ряды расчетных энергетических и экономических показателей проекта ВИЭ заданного типа и его интегральные и средние показатели с учетом или без учета дисконтирования.
Источником доходов в приведенном примере является продажа электрической или тепловой энергии, вырабатываемой ВИЭ при начальной на год пуска ВИЭ в эксплуатацию (2010 г.) цене закупки энергии ВИЭ, равной 6 EURO-центов за 1 кВт • ч, или 2,10 руб./кВт • ч (по докризисному курсу ЦБ РФ 2008 г.), растущей в период эксплуатации ВИЭ (принятый равным 20 годам) пропорционально инфляции. Выбор начальной цены закупки примерно соответствует ожидаемому значению тарифов на электроэнергию и стоимость основных энергоносителей (газа) в 2011 г. Капитальные и эксплуатационные затраты на ВИЭ соответствуют рыночным ценам 2008 г. на оборудование, доставку и строительно-монтажные работы.
Наиболее важными в плане постановки последующих исследований данной работы являются следующие выводы из приведенного графика.
Накопленные за ресурсный период балансы расходов и доходов при эксплуатации ВИЭ разных типов могут быть как положительными (окупаемые проекты), так и отрицательными (неокупаемые проекты). Окупаемость или неокупаемость проекта зависит от величины капитальных вложений (определяемых точкой пересечения графиков с вертикальной осью абсцисс), эксплуатационными затратами, затратами на используемое энергостанцией топливо, выработкой энергии, определяемой коэффициентами использования номинальной мощности ВИЭ и ценой продажи выработанной энергии.
При принятой расчетной закупочной цене энергии ВИЭ, равной 6,0 EURO-центов/кВт • ч за заявляемый ресурсный период (20 лет) успевают окупиться лишь некоторые типы ВИЭ — солнечные тепловые станции, малые ГЭС, геотермальные энергостанции и БиоЭС с низкими затратами на используемое ими биотопливо.
При расчетной закупочной цене энергии ВИЭ в 6,0 EURO-центов/ кВт • ч за заявляемый ресурсный период (20 лет) не успевают окупиться солнечные электростанции (за счет больших капзатрат и малости коэффициентов использования номинальной мощности #инм), ВЭС (с малыми -^инм)» БиоЭС с высокими затратами на подготовку и транспортировку биотоплива.
Важно также отметить, что при закупочной цене энергии ВИЭ в 6,0 EURO-центов/кВт • ч за заявляемый ресурсный период (20 лет) за счет высокой топливной составляющей не окупаются и традиционные электростанции на природном газе, являющиеся самыми экономичными из отечественных электростанций (кривая на рис. 3.5).
и БТиоэГя^В„ИЭ РЯГ ™П0Е (МЭЛЫе ГЭС’ геотеРмаль„ые энергостанции ) ются более экономичными, чем традиционные ЭС на газе и, тем более, на мазуте и дизельном топливе [87]. ’
Поскольку газовые электростанции являются основой электпоэнео — гетики России, вырабатывающими две трети электроэнергии страны ценовая политика государства будет выстраиваться в сторону увеличения закупочных цен на электроэнергию (выше 6,0 EURO-центов/кВт • ч) что не изменит общего соотношения эффективности ВИЗ и газовьіх ЭС
— ка^°™°^эф^ектм^сть°предпроектаогоПанализа ^ Ч"*"*
з"—’
ПО и ~ УМШ [зТ]И ЛЄЖИТ РаСЧЄТ СРЄДНЄЙ “ ™ ™°<™ ВЭУ
(ЗЛО)
гДв К Коэффициент НеИДеаЛЬНОСТИ R3V пписі.™отЛ,„ “ со ВЭУ, из-за потерь энергии во внутренних сет я* R^r от. Р
======
Рис. 3.3. Зависимость от скорости ветра мощности ВЭУ Vestas V-27 и средней годовой повторяемости скорости ветра по градациям для метеостанции Светлогорск и аппроксимирующих распределений Вейбулла и Гринцевича |
Повышение точности моделей по первому пункту достигается в нашей методике двумя приемами. Первым приемом является использование данных, в первую очередь, метеостанций, расположенных на открытых для ветра ровных пространствах, и для повышения статистической достоверности данных метеостанций, частично экранированных от ветра, подвергнутых процедуре очистки от влияния экранирующих ветер препятствий с использованием принятой в России классификации закрытости станций от ветра Милевского. «Очистка» данных обеспечивает точность моделирования характерных для района средних сезонных скоростей с точностью до 12 — 8% для равнинных и до 18 — 20% — для территорий с горным рельефом.
Основой второго приема является использование в качестве функции распределения ветра по скоростям региональных табулированных функций Гринцевича, дающих более точные результаты, чем рекомендуемые западными методиками функции Вейбулла [24].
Повышение точности моделей по второму пункту достигается в методике переходом от традиционной экстраполяции данных наземных метеонаблюдений ветра на высоту на интерполяцию с использованием уникальных для мировой практики данных 146 станций многолетних аэрологических измерений в пограничном слое атмосферы на высотах 100 200, 300, 600 м [24].
Моделирование вертикального профиля скорости ветра в развитой авторами методике проводится с использованием трехслойной модели «Сэндвич» [31], описывающей зависимость скорости ветра от высоты в разных высотных диапазонах в соответствии с формулами :
в нижнем поверхностном слое (от 0 до 10 м):
V(h) = (U*/к)-Ln(h/Z0) , (3.11)
в пограничном слое (« 100 < h < 600 м):
r(h) = Ah3+Bh2+Ch + D, (3.12)
в промежуточном слое (« 10 < h < 100 м) :
V(h) = Ph3+0-h2+R-h + S, (3.13)
где коэффициенты U* и ZQ определяются в соответствии с методикой WASP (RISO, Дания) по данным измерений ветра на ближайших метеорологических станциях на высотах флюгера (« 10 — 16 м) и моделируемому с использованием классификации Милевского значению параметра шероховатости ZQ; коэффициенты Р, Q, R, S полинома, аппроксимирующего профиль скорости в пограничном слое 100 — 600 м определяются по многолетним данным аэрологических станций на высотах 100, 200, 300 и 600 м; коэффициенты А, В, С, D кубического сплайна, моделирующего профиль скорости в промежуточном слое 10 — 100 м, определяются из условий гладкой сшивки профилей (3.10) и (3.12), означающей равенство в точках сшивки самих скоростей ветра и их первых производных.
Использование аэрологических данных из-за малой изменчивости скоростей ветра на высотах более 100 м на расстояниях до 200 — 300 км обеспечивает точность моделирования типичных для района средних сезонных скоростей на высотах * 100 м с не менее 6 — 10%. Благодаря этому, модель «Сэндвич» позволяет существенно повысить точность моделирования V(h) по сравнению с известными степенными [6] и логарифмическими [6, 9, 33] моделями, а также по сравнению с датской методикой [27], использующей логарифмическую экстраполяцию для моделирования высотного профиля скорости ветра.
Например, расхождение результатов моделирования «Сэндвич» с многолетними экспериментальными данными аэрологической станции «Новосибирск» для высоты 60 м составляет 2%, что, как видно из табл. 3.7 [24], принципиально точнее результатов моделирования с использованием иных моделей.
Отметим, что по нормам, установленным в мировой ветроэнергетической практике, погрешность установленного в ходе проектных исследований прогноза мощности ВЭУ в местах будущей ее установки не должна превышать 10% (с учетом данных, полученных с ближайших метеорологических станций и данных «ветровой разведки» — анемометрических измерений ветра на метеомачтах, установленных в месте возведения ВЭС длительностью не менее года) [137].
Использование описанных выше отечественных методов позволяет уменьшить суммарную погрешность расчета интеграла (1) для равнин-
Часть 1. Общие представления о ветроэнергетических ресурсах
и технических возможностях их использования
Таблица 3.7 Относительные (в %) отличия среднегодовых модельных и экспериментальных данных аэрологической станции «Новосибирск» на высоте 60,100 и 200 м Г24]
|
ных территорий во многих регионах России до 13 — 16 %, а для ряда регионов (степные и лесостепные равнинные зоны на юге европейской части РФ и Западной Сибири, тундровые побережья морей Северного Ледовитого океана) при моделировании развитыми методами удается минимизировать погрешность до 10% и ниже [24, 31].
Достигнутая точность прогноза мощности ВЭУ позволяет значительно экономить время и средства при проведении предпроектных изысканий по сравнению с методиками, используемыми за рубежом и основанными на дорогостоящих и длительных замерах ветровых характеристик в местах предполагаемой установки ВЭС.
Для примера, на рис. 3.7 и 3.8 приведены расчетные данные о себестоимости и рентабельности энергоустановок разного типа, являющихся потенциальной альтернативой наиболее широко распространенных в России ДЭС: сетевых ВЭС мегаваттного класса мощности с К = 20 и
опо/ і ИНМ
30 /о, современных высокоэффективных ЭС на парогенераторном цикле, работающих на твердом топливе (ПАРУ), малых ГЭС отечественного производства номинальной мощностью =150 кВт.
Себестоимость современной сетевой ВЭУ с номинальной единичной мощностью = 1 МВт, работающей с коэффициентом использования номинальной мощности Ктш >. 25 %, после 6 — 7 лет эксплуатации выходит на уровень лучших ЭС на паросиловом цикле = 0.04 — 0.05 USD/ кВт • ч и проигрывает лишь малой ГЭС, себестоимость энергии которой составляет = 0,02 — 0,03 USD/kBt • ч после 6 — 7 лет работы.
Из приведенных графиков видно, что энергетические проекты на базе приведенных установок, особенно больших сетевых ВЭС и малых ГЭС, являются весьма привлекательными для доходного бизнеса даже при сегодняшних российских тарифах на энергию.
Показатели экономической эффективности ВЭУ на территории России
Определение максимально точных средних годовых и многолетних (за ресурс ВЭУ) значений данных критериев, а также их динамики является
Рис. 3.7. Зависимость себестоимости ЭС от периода эксплуатации |
Рис. 3.8. Зависимость баланса расходов и доходов ЭС от периода эксплуатации |
весьма трудоемкой и дорогостоящей задачей технико-экономического обоснования каждого конкретного ветроэнергетического проекта.
В качестве наиболее важных для практики и при этом наиболее точно определяемых показателей экономической эффективности ВЭС авторами выбраны себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии и период окупаемости ветроэнергетических проектов.
Критерии прибыльности и рентабельности являются более многофак — юрными и отчасти субъективными по своей природе, и поэтому более сложными для прогнозирования, поэтому не рассматриваются в данной работе. Однако полученные в работе оценки прогнозных показателей себестоимости электроэнергии ВЭС и их окупаемости позволяют оценить рентабельность и доходность ветроэнергетических проектов в отдельных регионах и пунктах.
Себестоимость электроэнергии современных ВЭС в России
Себестоимость электроэнергии ВЭС определяется как отношение затрат на его возведение и эксплуатацию к количеству выработанной им энергии и исчисляется как для определенных периодов (чаще всего по годам), так и для полного срока эксплуатации ВЭС.
Точность оценок себестоимости электроэнергии отдельных ВЭУ или многоагрегатных ВЭС определяется, во-первых, точностью прогнозируемых энергетических показателей ВЭУ, во-вторых, точностью используемых данных о структуре капитальных и эксплуатационных затрат (включая капитальный ремонт) на каждую ВЭУ и ВЭС в целом по годам и за срок службы 18 — 20 лет, и, в-третьих, надежностью долгосрочного прогнозирования схем и параметров налогообложения, оплаты и возврата инвестиций, кредитов, а также динамики цен на электроэнергию в твердой валюте и инфляцию.
Существенным ограничением энергетической эффективности ВЭС в удаленных районах России может оказаться их труднодоступность для ремонтных бригад, приводящая к длительным простоям и невосполнимой недовыработке энергии.
Капитальные затраты на ВЭС в России определены в работе по известной на 2008 г. стоимости ВЭУ у производителей, а также стоимости доставки, монтажа и пусконаладочных работ с учетом правил российского налогообложения. Стоимость сопутствующих работ (строительство подъездных путей и подсобных зданий, изготовление фундамента, прокладка ЛЭП и пр.) оценена по средним рыночным ценам с возможными погрешностями, связанными с местной климатической, геологической, ценовой и прочей спецификой в разных регионах страны, однако, доля этих неточно определенных работ в суммарных капитальных затратах на ВЭС относительно мала в смысле точности их прогноза.
Прогноз затрат на эксплуатацию и ремонт ВЭС на длительный (до 20 лет) срок их службы проведен в работе методами математического моделирования на базе эмпирико-статистических моделей технической работопригодности ВЭУ, подробно описанных в [24] с учетом возможных сценариев динамики инфляции в России. Достоверность прогноза эксплуатационных затрат ограничена прежде всего недостатком эксплуатационных данных о динамике длительности и стоимости ремонтных простоев ВЭУ мегаваттной мощности последних поколений, являющихся наиболее экономичными и перспективными для широкомасштабного использования в России.
Вторым ограничением точности такого прогноза является ненадежная предсказуемость долгосрочной динамики инфляции в России, в том числе цен на энергоносители.
Поэтому наиболее надежным подходом к экономическим оценкам, по мнению авторов, является определение параметрическими методами корридора (границ «снизу» и «сверху») возможных изменений экономических показателей ВЭУ и, по возможности, уменьшение ширины такого коридора за счет повышения точности проводимых оценок на каждом этапе их определения.
Согласно полученным в работе оценкам, удельные капиталовложения при возведении крупных сухопутных ВЭС в России с учетом отечественной специфики (слабая инфраструктура, суровые климатические условия, инвестиционные риски и пр.) могут составлять от 1400 до 1700 EURO за 1кВт установленной мощности, при этом себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ВЭС, может составить от 0,04 до 0,060 EURO/kBt • ч в районах с высоким ветроэнергетическим потенциалом и хорошей энергетической и транспортной инфраструктурой в месте установки ВЭС.
Удельные капиталовложения при возведении офшорных ВЭС (морского базирования на прибрежных шельфах) в настоящее время велики по сравнению с сухопутными ВЭС и составляют — 1700 — 2200 EURO за 1 кВт установленной номинальной мощности в зависимости от удаленности ВЭС от берега, от глубины и сложности сооружения фундаментов ВЭУ.
Структура капитальных затрат на возведение ВЭС в российских условиях отличается от известных зарубежных [24].
Существенной особенностью является обязательность уплаты налога на добавленную стоимость (18%) при ввозе на территорию РФ любого импортируемого товара, включая оборудование ВЭС.
Помимо стоимости основного оборудования и выплачиваемого при пересечении границы России НДС, одной из основных статей затрат (и соответственно экономии) в российских условиях является доставка (от 7 до 10% от стоимости основного ввозимого оборудования). Существенными являются также затраты на сооружение ЛЭП и вспомогательное оборудование (4 — 5,5%), высокая (относительно зарубежной) стоимость сооружения фундаментов, особенно в сложных климатических и геологических зонах (3 — 7%), условиях стоимости разработки и монтажа системы управления ВЭС в составе ВДЭС (3 — 7%), оплата установки и монтажа ВЭС с учетом аренды дефицитных для России автокранов с нужной грузоподъемностью и высотой подъема (до 4%) [24].
В результате территориальных, геоклиматических и инфраструктурных отличий суммарные капитальные затраты на возведение ВЭС могут существенно различаться в разных регионах России. В соответствии с приведенными показателями и проведенными в работе оценками, удельные капитальные затраты на сооружение и ввод в эксплуатацию
ЮС суммарной номинальной мощности 30 — 50 МВт на базе современных ВЭУ средней (600 кВт) и большой (2000 кВт) мощности при уровне мировых цен на ВЭУ в 2006 году составят в типовых условиях России около 1350 — 1600 EURO за 1 кВт номинальной мощности ВЭС, при этом доля стоимости самой ВЭУ в суммарных капитальных вложениях при строительстве и пуске сухопутных и офшорных ВЭС составит соответственно 65 — 75% и 45 — 60% . Величина удельных капитальных затрат яри этом падает с увеличением мощности базовых ВЭУ.
Оптимизация капитальных затрат на ВЭС, включая самую существенную их часть — стоимость самих ВЭУ (за счет выбора их оптимальных моделей и поставщиков) — является основной задачей проектных ис — медований. В связи с этим экономия средств (= 3,0 — 5,0% от стоимости ВЭУ) и времени на этапе подготовки проекта ВЭС, особенно в условиях отсутствия опыта их проектирования в российских условиях, чревата многократно большими потерями при реализации ветроэнергетического проекта.
Важнейшие определяющие экономическую эффективность ВЭУ параметры: годовые и общие затраты на их эксплуатацию определены в работе с учетом сложившейся в последние годы международной практики эксплуатации ВЭС большой мощности, включая двухлетнюю или однолетнюю (соответственно для новых и бывших в употреблении ВЭУ) гарантию производителя и далее построена на их техническом сопровождении самими производителями ВЭУ, включая необходимый ремонт. Техническое сопровождение осуществляется на основе договора, заключаемого на срок, как правило, 10 лет, начиная со второго или третьего года работы ВЭС с ежегодной оплатой, составляющей по договоренности сторон от 1,5 до 3,0% от некоторой базовой стоимости, которая в международной практике варьируется от первоначальной цены ВЭУ до капитальных затрат на строительство ВЭС.
Для России с учетом больших транспортных затрат в качестве базовой стоимости наиболее логичной представляется стоимость ВЭУ с доставкой, отражающей труднодоступность ВЭС и обусловленную этим повышенную стоимость ремонтов, а указанный процент при этом может составлять 3%.
Сложившийся в мировой практике договорный 10-летний срок технического сопровождения ВЭС компаниями-производителями сформирован с учетом показателей надежности ВЭУ, в соответствии с которыми производителями рекомендуется капитальный ремонт ВЭУ на 11 — 13 год службы ВЭУ. 10-летний срок в этом случае избавляет производителя от необходимости проведения значительного по временным и финансовым (до 7 — 10% от первоначальной стоимости ВЭУ и более) затратам на капитальный ремонт.
Наиболее существенные эксплуатационные затраты, превышающие уровень 2-3% от капитальных затрат на возведение ВЭС и весьма быстро (экспоненциально) нарастающих со временем, следует ожидать, согласно имеющихся опытных данных и полученных в работе модельных оценок, после 10 — 12 лет ее работы.
Методические расчеты оценок себестоимости проводились в работе для двух возможных вариантов комплектования ВЭС.
Первый базируется на вновь изготовленных серийных ВЭУ рассмотренного типа, либо их современных аналогов по цене = 1000 EURO за 1 кВт номинальной мощности ВЭУ (уровень 2007 г.) и проводится с учетом приведенных выше данных об экономике сухопутных ВЭС.
Второй набазе ВЭУ «Secondhand», отработавших часть своего ре
сурса (7-8 лет из заявленных 20) по цене = 350 — 500 EURO за 1 кВт номинальной мощности и прошедших соответствующую предпродажную подготовку с последующей их заменой на тех же фундаментах в 2015 — 2017 годах на новые соответствующего класса тех же производителей, но уже по меньшей (в 1,3 -1,5 раза в соответствии с прогнозами) цене (-~ 600 — 700 EURO/кВт номинальной мощности).
Определение прогнозной себестоимости электроэнергии ВЭУ и ВЭС в современной России проведено в работе в соответствии со схемой российского налогообложения и кредитной системы, а также с учетом возможных сценариев динамики инфляции.
Важнейшим при оценках себестоимости электроэнергии ВЭС является коэффициент использования номинальной мощности базовых ВЭУ ^инм> определяющий выработку энергии за сезон, год и, в конечном итоге, за ресурсный период.
В табл. 3.8 приведены результаты оценок себестоимости электроэнергии ВЭУ с реальными на 2007 — 2008 гг. вариантами удельных капитальных затрат на возведение ВЭУ (900 — 1000 EURO/кВт • ч) и показателями издержек на эксплуатацию и ремонт ВЭУ (О&М), характерных для современных больших ВЭС (с установленной мощностью 30-100 МВт) на базе ВЭУ единичной мощности 2-3 МВт.
Как видно из табл. 3.8, разные методики оценки себестоимости электроэнергии ВЭУ могут приводить к разным результатам. Так, при ее определении за рубежом, исходя из коммерческих соображений, фирмами-про — изводителями обычно не учитывается инфляционный фактор, в результате чего расчетная себестоимость электроэнергии ВЭС за рубежом может оказываться существенно заниженной (на 20 — 25%). Недоучет этого фактора, особенно в совокупности с необходимостью уплаты 18% — ного налога на добавленную стоимость при ввозе ВЭУ в Россию, может приводить к чрезмерно большим погрешностям (до 40% и более) при упрощенных оценках себестоимости электроэнергии ВЭС в российских условиях.
ВЭУ мощностью 1 кВт, АГ11УМ. %: |
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
|
Годовая выработка ВЭУ, кВт*ч |
1314 |
1752 |
2190 |
2628 |
3066 |
3504 |
3942 |
|
Методика определения себестоимости энергии ВЭС |
Удельные кап. затр., EURO/kBt |
Себестоимость электроэнергии ВЭУ, EURO-цент/кВт’ч |
||||||
Оценка по средним показателям |
900 |
6,7 |
5,5 |
4,8 |
4,3 |
4,0 |
3,7 |
3,5 |
О&М за рубежом без инфляции |
1000 |
7,0 |
5,8 |
5,0 |
4,5 |
4,1 |
3,9 |
3,6 |
Оценка по средним показателям |
900 |
8,0 |
6,7 |
5,9 |
5,4 |
5,0 |
4,7 |
4,5 |
О&М за рубежом с инфляцией /0= 2% |
1000 |
8,4 |
7,0 |
6,2 |
5,6 |
5,2 |
4,9 |
4,6 |
Оценка по средним показателям |
900 |
8,5 |
7,2 |
6,4 |
5,8 |
5,5 |
5,2 |
5,0 |
О&М с НДС и инфляцией /„ = 7.5% |
1000 |
8,9 |
7,5 |
6,6 |
6,0 |
5,6 |
5,3 |
5,1 |
Расчет с учетом временного хода |
900 |
9,67 |
7,25 |
5,80 |
4,83 |
4,15 |
3,63 |
3.22 |
О&М за рубежом с инфляцией /0= 2% |
1000 |
10,75 |
8,06 |
6,45 |
5,37 |
4.61 |
4,03 |
3,58 |
Расчет с учетом временного хода |
900 |
11,93 |
8,95 |
7,16 |
5,96 |
5,11 |
4,47 |
3,98 |
О&М в РФ с инфляцией /о = 7.5% |
1000 |
13,25 |
9,94 |
7,95 |
6,63 |
5,68 |
4,97 |
4,42 |
Таблица 3.8 |
Определение себестоимости электроэнергии ВЭУ при разных значениях Кинм и О&М |
Из табл. 3.8 видно, что как за рубежом, так и в реальных российских условиях себестоимость электроэнергии ВЭС существенно падает с ростом К т, и при его значениях 30% становится ниже уровня 4,8 — 5,4 EURO-центов/кВт • ч в зарубежных и < 6,0 EURO-центов/ кВт • ч, или < 2,0 руб./кВт • ч. С учетом наличия в ряде регионов России ВЭП, обеспечивающего работу ВЭУ с #инм >35%, себестоимость ветровой энергии, утилизированной современными ВЭУ, может составлять менее 4,0 EURO-центов/кВт • ч, что заметно ниже уровня тарифов на электроэнергию, превышающих в энергодефицитных областях России 6-7 EURO-центов/кВт *ч [87].
Одним из основных факторов повышения коэффициента использования номинальной мощности ВЭУ является их подъем на большие высоты, которым соответствуют большие значения ветроэнергетического потенциала, то есть увеличение высоты их башен. Но данное увеличение приводит в российских условиях к весьма существенному росту капи-
тальных затрат на возведение ВЭС. Поэтому вопрос о выборе башен ВЭУ оптимальной высоты должен рассматриваться с учетом как технической и энергетической, так и экономической целесообразности.
Для примера в табл. 3.9 приведены данные о себестоимости электроэнергии ВЭУ Enercon Е 66 номинальной мощности 1,8 МВт, проведенных для разных значений коэффициента использования его номинальной мощности и разной высоты башни, обусловливающей разную стоимость ВЭУ [24].
Таблица 3.9
Зависимость себестоимости электроэнергии ВЭУ Enercon Е 66 номинальной
мощности 1,8 МВт от высоты его типовых башен
Высота башни ВЭУ. м |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
Удельная стоимость ВЭУ, EURO/kBt |
901 |
886 |
894 |
925 |
981 |
1059 |
Дополнительные затраты. EURO/kBt |
406 |
443 |
492 |
555 |
637 |
742 |
Эксплу атационные затраты. EURO/kBt |
1050 |
1050 |
1050 |
1050 |
1050 |
1050 |
Кап. затраты + эксплуатация. EURO/kBt |
2357 |
2379 |
2435 |
2531 |
2668 |
2851 |
Скорость ветра V(h), м |
6,80 |
7.11 |
7,38 |
7.61 |
7.82 |
8.00 |
КиумВЭУ.% |
22.5 |
24,9 |
26.8 |
28.5 |
30 |
31 |
Себестоимость электроэнергии. EU RO-центы/кВт • ч |
6,18 |
5.18 |
4.93 |
4.86 |
4.81 |
4.82 |
Отсюда следует, что экономические показатели ВЭУ не всегда улучшаются с ростом высоты ее башни и могут быть улучшены выбором башни оптимальной высоты.
Как показано в ряде работ [24], указанное обстоятельство оказывается особенно существенным в приморских зонах с преобладанием ветров морского типа и должно быть учтено при рассмотрении ветроэнергетических проектов на побережье Каспийского (Астраханская область) и Черного (Краснодарский край) морей.
Существенную роль в структуре себестоимости электроэнергии ВЭУ играет, как было отмечено выше, инфляционная составляющая, что подтверждается данными табл. 3.10, рассчитанными с учетом модели надежности ВЭУ для разных значений параметров инфляции в модели (3.3) при Jw = 2% для ВЭС с коэффициентом использования номинальной мощности Ктт = 30%.
Вклад эксплуатационных затрат в себестоимость электроэнергии ВЭС за рубежом в настоящее время составляет около 25 — 33 %, что существенно ниже доли капитальных затрат при их возведении. Однако в России, в силу высокого уровня инфляции, а также из-за отсут-
Таблица 3.10 Зависимость себестоимости электроэнергии ВЭС (ЭВЭУ) и ее эксплуатационной составляющей (SO&M) в EURO-центах/кВт • ч от параметров / иКш модели инфляции (3.4)
(3 и 8 лет)*’ — в скобках дано время спадания годового индекса инфляции в годах в 2,72 раза (левое число) и до мирового уровня /„ = 3 % (правое число) |
ствия развитой ремонтной инфраструктуры, как это следует из проведенных расчетов, эксплуатационная составляющая себестоимости электроэнергии ВЭС оказывается значительно больше и может доходить за счет инфляции до 40 — 50% [87].
Таким образом, инфляционная составляющая себестоимости электроэнергии ВЭУ может приводить к увеличению себестоимости электроэнергии ВЭУ на 15 — 20% и более, что оказывается существенным при принятии решений о целесообразности использования ВЭУ в районах с невысоким ветроэнергетическим потенциалом.
Другим существенным фактором, значительно увеличивающим стоимость капитальных и эксплуатационных затрат ВЭУ в российских условиях, является привлечение к строительству ВЭС кредитных средств.
Важнейшей спецификой современных экономических условий в России является высокая кредитная ставка, доходящая в настоящее время в разных банках для долговременных (более 10 лет) кредитов до 16 — 18% годовых и более (в рублевом выражении) и до 10 — 12 % и более (в долларах США и EURO).
Специфику современной российской кредитной системы и влияние кредитных ставок на возможности использования кредитов в ветроэнергетике поясняет рис. 3.9 [24]. График ежегодных значений прибылей с продаж электроэнергии (жирная кривая) получен в приведенном примере для случая бескредитного возведения ВЭС за вычетом всех налогов РФ для ВЭУ, работающей с коэффициентом использования номинальной мощности Ккнм = 30%.
Рис. 3.9. Сравнение прибыли от продажи электроэнергии ВЭУ по цене 10 EURO-центов/кВт • ч (с учетом эксплуатационных затрат и инфляции 1п = 7,5%) с вычетами процентов по кредиту при разных кредитных ставках |
При кредитном финансировании ежегодные значения прибылей с продаж электроэнергии уменьшаются на сумму выплаченных процентов по кредиту и его погашения.
Графики выплат процентов по кредиту с разной кредитной ставкой (4, 8, 12 и 16%) на рис. 3.9 получены в предположении выплаты процентов по кредиту из прибыли от продажи энергии по цене
3,5 руб./кВт • ч (10 EURO-центов/кВт • ч) с учетом ставок рефинансирования, соответствующих кредитным ставкам, при этом вся оставшаяся чистая прибыль используется на погашение кредита.
Отметим, что цена продажи электроэнергии ВЭУ в рассмотренном примере соответствует зарубежному уровню, но весьма существенно завышена (на 20 — 50%) по сравнению с тарифами, действующими в настоящее время в большинстве регионов РФ.
Из рис. 3.8 видно, что при больших кредитных ставках (> 8 — 10%) проценты по кредиту, по крайней мере в первые 7-10 лет работы ВЭУ, превышают прибыль с продаж ее электроэнергии даже при льготных ценовых условиях ее продажи. При кредитных ставках, превышающих 12% (типичная ситуация в России на 2007 год), прибыли с продажи энергии оказывается недостаточно для выплаты обязательств по кредиту.
Влияние кредитного финансирования на экономику ВЭС проиллюстрировано также на рис. 3.9 [24], на котором приведены графики накопленной за 20 лет работы ВЭУ мегаваттной мощности (при Ктш = 30%) удельной (на кВт номинальной мощности) чистой прибыли от продажи электроэнергии ВЭУ по ценам 7 EURO/kBt • ч и 10 EURO/кВт • ч в зависимости от доли кредита в капитальных затратах на ВЭУ при разных кредитных ставках с учетом динамики инфляции по модели (3.4) с начальной инфляцией 1о= 7,5%.
В приведенном на рис. 3.10 случае, удельные капитальные затраты на возведение ВЭС составляют 1580 EURO/kBt • ч, которые покрываются либо из собственных средств, либо частично за счет привлечения кредита с разными кредитными ставками.
10 15 20 25 30 |
О 10 20 30 40 50 |
а б Рис. 3.10. Зависимость накопленной за 20 лет работы ВЭУ мегаваттной мощности удельной (на 1 кВт номинальной мощности) чистой прибыли от продажи электроэнергии ВЭУ по ценам 7 EURO/kBt • ч (а) и 10 EURO/kBt • ч (б) от доли кредита в капитальных затратах на ВЭУ при разных кредитных ставках (■Кинм “ 30% > начальная инфляция 1о = 7,5 %) |
При частичном использовании кредита с увеличением его доли вклад собственных средств инвестора в покрытие капитальных затрат при возведении ВЭС линейно уменьшается (жирная прямая). В приведенном примере подразумевалось, что вся выработанная энергия ВЭУ, рассчитанная в соответствии с развитыми моделями технических простоев, эксплуатационных затрат, инфляции, продается по цене 7 и 10 EURO — центов за 1 кВт • ч.
Налоги с выручки от продажи электроэнергии ВЭУ выплачиваются с учетом производственных затрат и аммортизации ВЭУ, срок которой считается равным 10 годам. Выплата процентов по кредиту производится из прибыли с учетом ставок рефинансирования, соответствующих кредитным ставкам, вся оставшаяся чистая прибыль используется на погашение кредита.
Методические исследования с помощью использованной модели кредитования при возведении ВЭС и погашения кредита позволили выявить следующие особенности.
Для привлечения инструмента кредитования для реализуемых в России ветроэнергетических проектов в настоящее время существуют ограничения в виде высоких ставок по кредиту, при которых при низких закупочных ценах на электроэнергию прибыли от продаж энергии ВЭС не покрывают даже проценты по кредиту.
В связи с этим существует предельная доля кредитного финансирования от суммарных капитальных вложений при возведении ВЭС, зависящая от цены продажи энергии. При закупочных ценах на уровне действующих в настоящее время в России тарифов на электроэнергию привлечение кредитов с кредитной ставкой выше 10-12% даже в объеме 10 — 20% делает проект инвестиционно непривлекательным.
Обслуживание даже весьма льготного в настоящее время для России кредита, взятого в полном объеме (100% от капитальных затрат на строительство ВЭС) на период до 20 лет под 5 — 6% годовых в EURO, в 1,5 — 1,8 раз увеличивает затраты на покупку, строительство и содержание ВЭС в российских условиях по сравнению с бескредитным ее финансированием.
Полученные в методических расчетах данной работы оценки себестоимости электроэнергии ВЭС позволяют сделать следующие выводы:
1. Удельные (рассчитанные на 1 кВт установленной мощности ВЭС) составляющие себестоимости и себестоимость электроэнергии ВЭУ в целом существенно зависят от коэффициента использования ее номинальной мощности #инм, уменьшаясь с его ростом до значений при #инм = 30% до 5,6 — 6,3 EURO-центов/кВт • ч, или до 1,90 — 2,10 руб./кВт • ч.
2. В современных российских условиях доля расходов на эксплуатацию и ремонт ВЭС в себестоимости производимой ими электроэнергии в силу высокого уровня инфляции оказываются существенно выше, чем за рубежом, что приводит к увеличению себестоимости электроэнергии ВЭС на 15 — 20% и более по сравнению с соответствующими зарубежными показателями.
3. Кредитная составляющая даже при весьма льготном для современной России долгосрочном кредитовании (< 8% годовых в EURO) существенно увеличивает (вплоть до удвоения) себестоимость электроэнер-
-ии ВЭС, повышая ее по сравнению с бескредитным финансированием іаже в районах с высоким ВЭП (#инм * 30%) до значений > 8,0 — ?.5 EURO-центов/кВт • ч.
Оценки сроков окупаемости ВЭУ в разных регионах России
Оценка окупаемости сетевых ВЭС проводилась в работе двумя спо — гобами.
Первый основывается на данных о существующих тарифах на электроэнергию в регионе и прогнозе их долгосрочного роста в достаточно отдаленном будущем (порядка 10 лет и более). Точность оценки окупаемости ВЭС данным способом определяется точностью долгосрочного (на :рок — ресурса ВЭУ) прогноза тарифов, зависящих от себестоимости :-лектроэнергии, вырабатываемых разными спообами в разных регионах, = также от социально-политических и экономических факторов, трудно поддающихся долгосрочному прогнозированию. Поэтому оценки окупаемости ВЭС данным способом должны осуществляться с помощью параметрически заданных вариантных моделей с предоставлением пользователю права экспертного суждения об их достоверности.
Второй способ основывается на оценке экономии топлива, замещенного при использовании ВЭС. Оценка окупаемости сетевых ВЭС на основе долгосрочного прогноза динамики тарифов на электроэнергию, инфляции и цен на покупку электроэнергии, вырабатываемой данной ВЭС, реализована в работе в соответствии с методикой, алгоритмами и формулами, описанными в начале Главы 3 в следующей последовательности :
1) с использованием моделей инфляции, моделей вероятностей отказа ВЭУ и условий погашения кредита, определяются по отдельным годам и накопленным на конец N-го года расходам на сооружение, содержание и ремонт ВЭС;
2) с использованием модели многолетней динамики закупочных цен на энергию, вырабатываемую ВЭС, определяются по отдельным годам и накопленным на конец п-го года доходам от продаж электрической энергии, вырабатываемой ВЭС с коэффициентом использования номинальной или установленной мощности Ктт
Расчет окупаемости ВЭС в российских условиях в настоящее время имеет специфику, связанную, с одной стороны, с низкими (по сравнению с европейскими) тарифами на отпускаемую как предприятиям, так и частному сектору электрическую и тепловую энергии как в отдельных регионах, так и в стране в целом, а, с другой стороны, высокими темпами их роста в последние 10 лет.
При этом, в последнее время тарифы на энергию в России росли быстрее официальной инфляции, и эта тенденция, по-видимому, сохранится в ближайшее время.
Предельный рост тарифов в российских условиях ограничен их вкладом в общий рост цен. Например, заявленный на 2008 год рост тарифов на электроэнергию повлечет ускорение темпов инфляции на 10 — 15 %. В долгосрочном сценарии рыночного (конкурентного) развития экономики РФ рост тарифов ограничен уровнем мировых цен на энергоносители и энергию.
Данное соображение иллюстрируют графики долгосрочного прогноза осредненных по странам тарифов на электроэнергию на рис. 3.11 [24].
Рис. 3.11. Долгосрочный прогноз тарифов на электроэнергию в России и странах ЕС |
Графики получены для стран Запада для условий с постоянным по годам индексом инфляции /о = 2,7% и своевременной замены отработавших ресурс мощностей и для России с учетом нарастания вероятности отказов объединенной энергосистемы (в результате большой изношенности ее ресурса в среднем) и экспоненциального роста инфляции при 1о = 7,5 % (в соответствии с официальным прогнозом Минэкономразвития РФ на 2007 год) для оптимистичного и пессимистичного сценария обновления энергосистемы, зависящего от уровня инвестиций в энергетику. Линейный рост тарифов в странах ЕС обусловлен стабильностью и сбалансированностью экономики и постоянным и своевременным обновлением (3 — 5% в год) энергетических мощностей.
В большинстве областей и регионов РФ основным производителем электроэнергии для объединенной электросети являются ТЭЦ (до 50% энергетических мощностей России), работающие на угле, газе или мазуте, за счет экономии которых при использовании ВЭС и осуществляется окупаемость последних. Достаточно точный долгосрочный прогноз цен на углеводородное топливо также практически не возможен, однако, по сравнению с прогнозом тарифов (для которых цена на нефть является лишь одной из составляющих), он представляется более реализуемым.
В районах децентрализованного энергоснабжения основным источником электроэнергии являются ДЭС, работающие на дизтопливе. Исходными для расчетов вторым способом являются данные об эксплуатационных издержках на ТЭЦ и ДЭС на 1 кВт • ч вырабатываемой ими энергии, современные цены на мазут и дизтопливо и прогноз эксплуатационных издержек на ТЭЦ и ДЭС и цен на органическое топливо (прогноз себестоимости 1 кВт • ч электроэнергии ТЭЦ) на период порядка ресурса ВЭУ (= 20 лет).
Оценка окупаемости ВЭС на основе прогноза тарифов и цен
на покупку вырабатываемой ими электроэнергии
Отличительной особенностью современной энергетики России является накопленное устаревание энергетической системы страны в среднем за последние 15 лет (со скоростью 3 — 5% в год), на протяжении которых практически не происходило ее обновления, в результате чего средний износ энергетических мощностей приближается к критическому уровню 70 — 75 % от ресурсного, за которым следует резкое (экспоненциальное) нарастание отказов.
Оптимистичный сценарий для России (умеренный рост энергетических тарифов) реализуется при неотложном начале (в ближайшие 2-3 года) активного (5-7% в год) обновления энергетических мощностей России при низком уровне привлечения кредиторов и инвесторов, то есть в основном на средства энергетических компаний и госбюджета.
Пессимистичный сценарий разыгрывается при медленном (< 3%) обновлении энергосистемы страны, при котором при достижении ею критического износа (~ 75 — 80% от ресурса) возникает необходимость крупномасштабных срочных и непрогнозируемых вложений в ремонтно-восстановительные работы энергетических мощностей по более дорогим ценам, обусловленным многолетней инфляцией.
Влияние 7ГИ|Ш на баланс расходов — доходов и окупаемость ВЭС приведено на рис. 3.12 [24]. При больших значениях #И1Ш (> 30%) за счет выработки и продажи большего количества электроэнергии ВЭС становится окупаемой. Поэтому установка ВЭС в местах с высоким ветроэнергетическим потенциалом является принципиально важной для достижения их экономической эффективности.
Без государственной поддержки отечественных ВИЭ закупочные цены на энергию ВЭС как в отдельных регионах, так и в целом по стране, будут ниже тарифов на электроэнергию, и графики роста закупочных цен на энергию ВЭС на рис. 3.13 пойдут ниже графиков прогноза тарифов на 10 — 20% .
Представление об оценках «снизу» (в лучшем для использования ВЭС случае) и «сверху» окупаемости ВЭС для разных реально существующих на 2006 — 2007 годы в России тарифов, при отсутствии государственной поддержки ветроэнергетики, дает рис. 3.10, на котором приведены
|
|
|
|
|
Рис. 3.13. Зависимость окупаемости (в годах), построенной без кредита (слева)
и с кредитом (справа) ВЭС от коэффициента использования ее номинальной
мощности (в %) при разных тарифах и ценах продаж их электроэнергии,
равных 120 % от тарифов
графики зависимости окупаемости ВЭС (в годах) при построенной без привлечения и с привлечением кредита ВЭС от коэффициента использования ее номинальной мощности (в %) при разных тарифах и ценах продаж их электроэнергии.
При отсутствии экономической поддержки государства в экономических условиях современной России окупаемость ВЭС в лучшем случае может достигаться за период 12-15 лет при значениях коэффициентов использования номинальной мощности ВЭУ #инм > 30% .
При наличии даже небольшой и необременительной для экономики страны финансовой государственной поддержки государства (20% к тарифам 6-7 EURO-центов/кВт • ч) окупаемость проектов ВЭС во многих регионах России может составлять менее 9-7 лет при значениях коэффициентов использования номинальной мощности ВЭУ ЯИ11М>25 — 30%.
Отметим, что точность полученных оценок увеличивается с ростом коэффициентов использования номинальной мощности ВЭУ и тарифов и составляет * 15 — 20 % при #инм > 25% и тарифах > 6 EURO — центов/кВт • ч.