ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ. ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ. ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В РОССИИ
В настоящей главе описаны развитые авторами методики определения энергетической и экономической эффективности ВИЭ разных видов, их сравнения между собой и с традиционными источниками энергоснабжения как для конкретных проектов, так и для крупномасштабного совместного их использования для повышения эффективности энергоснабжения и ресурсосбережения в отдельных ее регионах и в России в целом. Разработанные методики реализованы в виде численных алгоритмов и компьютерных программ и доведены до уровня обоснования инвестиций и рентабельности региональных проектов, разрабатываемых и предполагаемых, втом числе предложенных в Проекте TACIS [8, 67, 85, 87].
Представленные результаты сопоставимы между собой и достаточно реально и достоверно отражают энергетический и экономический эффекты практической утилизации ВИЭ разных видов и действительную инвестиционную привлекательность ресурсов ВИЭ.
Развитая и численно реализованные методики обеспечивают решение задач двух типов.
Первый тип, или прямая задача — расчет ежегодных и средних за срок эксплуатации энергетических и экономических показателей энергоисточников как традиционного типа (ЭС на органическом топливе, ГЭС, АЭС), так и ВИЭ по заданным технико-экономическим параметрам (стоимостным характеристикам, инвестиционным и банковским процентам, индексам инфляции, коэффициентам использования номинальной мощности (capacity factor) и др.). При этом численная реализация предусматривает два расчетных режима. Первый обеспечивает расчет показателей проекта при одноразовом вводе энергоисточника в заданном году. Второй — обеспечивает расчет показателей проекта с многолетним наращиванием мощности.
Второй тип, или обратная задача — определение расчетных технических, энергетических и экономических параметров ВИЭ, обеспечиваю* щих заданные экономические показатели проекта ВИЭ (себестоимость, окупаемость и др.).
Развитые в работе методы определения энергетического эффекта, экономической целесообразности и инвестиционной привлекательности проектов ВИЭ всех типов основаны на многовариантных параметрических расчетах экономических показателей и численном анализе их результатов. В ходе анализа определяются оптимальные параметры и режимы для максимально эффективного использования ВИЭ.
3.1. Методическая и информационная база определения экономической эффективности и инвестиционной привлекательности проектов ВИЭ в России
Россия богата ресурсами ВИЭ всех видов [6, 9, 26, 85]. По имеющимся данным, о распределении ресурсов ВИЭ по федеральным округам и регионам, а также из проведенного в рамках Проекта TACIS анализа следует, что в каждом из них имеется по два-три вида ВИЭ, что обусловливает целесообразность и необходимость развития в России всех видов ВИЭ [9, 85].
Выбор энергетически и экономически эффективных вариантов энергоснабжения из множества традиционных и возобновляемых источников энергии является весьма трудной задачей и неоднозначной по возможным вариантам ее практического решения. При выборе оптимальных вариантов энергоснабжения необходимо опираться на систему объективных количественных критериев, максимально точно отражающих сравнительную энергетическую и экономическую эффективность возможных энергоисточников-кандидатов.
Количество факторов, определяющих энергетическую и экономическую эффективности энергоисточника насчитывает более двух десятков и отличается для ВИЭ разных типов, что значительно усложняет в методическом плане анализ и технико-экономическое обоснование эффективности ВИЭ, особенно с учетом современной социально-экономической специфики и многообразия природно-климатических условий в России [87].
Набор критериев и факторов энергетической и экономической эффективности возобновляемых и традиционных источников энергии, наиболее показательных для сравнения эффективности разных ВИЭ между собой и с традиционными энергоисточниками включает себестоимость производимой энергии (в EURO/kBt • ч), абсолютный и относительный (в % от ресурсного периода) сроки окупаемости (в годах), сроки возведения ЭС (в годах), удельные капитальные затраты при строительстве ЭС (в /кВт установленной мощности), а также трудозатраты при производстве энергии (в чел. • час/МВт ■ ч).
Удельные капитальные вложения в оборудование ряда видов ВИЭ в настоящее время выше (так, например в ФЭС — в 4 — 5 раз), но для многих видов {солнечные коллекторы, малые и микроТЭС, сетевые ветростанции) сопоставимы с оборудованием традиционной энергетики. Однако современная энергетика характеризуется устойчивым ростом удельных капитальных затрат в традиционной энергетике и их уменьшением для ВИЗ [87].
Так, удельная стоимость ВЭУ снизилась с 4000 USD/кВт в 1980 г. до 1000 USD/kBt — в 2006 г., а удельная стоимость фотоэлектрических модулей за этот период снизилась с 50 тыс. USD/кВт до 4,5 тыс. USD/кВт. За этот же период удельные капитальные затраты на АЭС выросли в среднем с 1500 до 2200 USD/кВт, а на ТЭЦ — с750 до1000 — 1100 USD на кВт установленной мощности. Так, на электростанции Пуэртольяно (Испания) — крупнейшей в мире угольной ТЭЦ, использующей газификацию угля и комбинированный парогазовый цикл для производства электроэнергии, удельные капзатраты составили около 1700 USD/kBt [7].
Конкурентоспособность ВИЭ растет также благодаря существенно меньшим срокам их строительства по сравнению с традиционными электростанциями. Так, ВЭС мощностью 30 — 50 МВт в условиях России возводится за один сезон, а время строительства ТЭС и АЭС составляет 6-8 лет, а крупной ГЭС — до 10 лет и более [87].
Себестоимость энергии ВИЭ многих видов уже достигла уровня традиционной энергетики. За рубежом в настоящее время себестоимость 1 кВ — ч электроэнергии от ВИЭ составляет для микро и малых ГЭС —
3- 4 EURO-цента, ВЭУ — 4 — 5 EURO-центов, геотермальных станций — 5 — 6 EURO — центов, ЭС на отходах деревообработки — 6-7 EURO — центов [50], [87]. При сохранении устойчивой тенденции снижения себестоимости 1 кВт* ч, производимой ФЭУ, через 5-10 лет также следует ожидать ее снижения ниже уровня ЭС традиционных видов [2].
В то же время, для традиционных электростанций на угле себестоимость за 1 кВт*ч электроэнергии составляет — 5-8 EURO-центов, на газе — 5 — 6,5 EURO-центов, для АЭС — 4 — 8 EURO-центов [135].
В то же время, для традиционных электростанций на утле себестоимость за 1 кВт* ч электроэнергии составляет — 5-8 EURO-центов, на газе — 5-6,5 EURO-центов, для АЭС — 4 — 8 EURO-центов.
Следует отметить, чтов России в последние годы тарифы на электроэнергию постоянно растут с темпами 10 — 12% и более и в централизованных энергосистемах уже составляют от 3 до 6 — 7 EURO-центов/ кВт-ч, а в автономных энергосистемах доходят до 30 EURO-центов/ кВт * ч и более. В соответствии с инициативами российских производителей электроэнергии и энергоносителей, а также с условиями ВТО, тарифы на них на отечественном внутреннем рынке могут вырасти в ближайшие годы вдвое и более.
Срок окупаемости капитальных вложений в традиционной энергетике в среднем составляет около 10 лет — Расчёты, проведенные в рамках Проекта TACIS для различных сочетаний факторов, влияющих на срок окупаемости объектов ВИЗ, показывают, что в централизованных энергосистемах России приемлемый для энергетики срок окупаемости (7 — 10 лет) имеет место при удельных капитальных вложениях 1000 — 1200 EURO / кВт и числе часов использования установленной мощности > 2700 в год, а в автономных энергосистемах — при удельных капитальных вложениях 2000 — 2 500 EURO/кВт и 1500 — 2000 ч/год [8 7 J. Этим критериям в настоящее время соответствуют многие виды ВИЭ.
Следствием проводимых в современной России реформ энергетики и либерализации рынка электроэнергии является значительное сокращение ввода крупных ЭС при значительном увеличении доли децентрализованного производства электрической и тепловой энергий. Так, по оценкам экспертов, за последние 7-10 лет в Россию были ввезены и введены в эксплуатацию до 200 тысяч автономных источников электроснабжения (в основном, малых бензиновых и дизельных ЭС) суммарной мощности до 10 ГВт.
Вто же время во всем мире, включая развитые страны, заметен рост подключения к энергосистеме множества малых независимых производителей энергии, в том числе на базе ВИЭ, что обусловлено нацеленностью большинства государств на выполнение Киотского протокола по снижению выбросов парниковых газов, необходимостью повышения энергетической безопасности регионов и стран в целом, а также экономической целесообразностью экономии или увеличения экспортного потенциала топливно-энергетических ресурсов.
Целью предпроектных исследований является обоснование инвестиций — получение оценки целесообразности вложения инвестиций в дальнейшую разработку проекта на базе тех или иных энергоносителей. Окончательное решение о целесообразности реализации энергетического проекта принимается на основе тех н и ко-экономического обоснования и соответствующи х проектных изысканий. Однако весьма высокая стоимостьпроектных изысканий для большинства видов ВИЭ {до 5 — 7% от суммарных капитальных вложений в проект) в случае получения «отрицательного» результата — вывода о неэффективности и соответственно его нецелесообразности, является невосполнимой и ощутимой потерей для инвестора. Связанные с этим финансовые риски в условиях, с одной стороны, экзотичности для России ВИЭ, а, с другой стороны, традиционной и привычной ориентации страны на топливную энергетику на основе углеводородов, являются существенным «барьером» масштабного использования ВИЭ.
Как было показано в предшествующих работах авторов, достаточной точностью для принятия надежных и обоснованных решений о целесообразности реализации проектов ВИЭ является точность прогноза сред
них за их ресурсный период экономических показателей ЭС не ниже 25 — 27% [24], Использованные в работе методики оценки энергетической и экономической эффективности наиболее перспективных для исследованных регионов видов ВИЭ (на базе солнечных, ветровых, биологических ресурсов) обеспечивают, согласно методическим расчетам, указанную точность на большей части их территории.
Важнейшим условием достоверного выбора наиболее эффективных источников энергоснабжения является наличие системы объективных количественных критериев оценки и сравнения энергетической и экономической эффективности энергоисточников разного вида.
Различные критерии энергетической и экономической эффективности энергоисточников (ЭС) любого известного типа, достаточно широко используемые для оценки перспективности их использования для конкретного потребителя, для региона или страны в целом, приведены в табл. 3,1. и 3.2 [87].
Таблица 3.1
Критерии экономической эффективности ЭС
1 |
Удельные капитальные затраты на возведение ЭС |
2 |
Удельные ежегодные и суммарные затраты на эксплуатацию ЭУ |
3 |
Удельные затраты на капитальный ремонт ЭУ |
4 |
Среднемесячные, годовые и суммарные затраты на топливо для ЭУ |
5 |
1 оилпиная составляющая себестоимости электроэнергии |
0 |
Стоимость сэкономленного топлива на внутреннем российском рынке |
1 |
Экспортная стоимость сэкономленного топлива |
8 |
Суммарная выручка от продажи энергии ЭС |
9 |
Суммарный доход за ресурс ЭС |
IU |
Окупаемость ЭУ в годах |
I! |
Рентабельность работы ЭС |
12 |
Себестоимость вырабатываемой энергии |
В |
Экономия, обусловленная сокращением вредных выбросов |
Таблица 3.2 |
Критерии энергетической эффективности ЭУ
|
При проведении расчетов и оценок в данной работе предполагалось, что экономически предпочтительным для России оказывается способ энергоснабжения с минимальными относительными сроками окупаемости и себестоимостью 1 кВт ■ ч электроэнергии, и, по возможности, минимальными сроками возведения ЭС и удельными капитальными затратами.
Еще одним важнейшим технологическим фактором привлекательности в России той или иной технологии энергопроизводства на базе ВИЭ являются минимальные трудозатраты при производстве энергии (в чел.- час/кВт*ч), что обусловлено кадровым дефицитом в энергетике современной России, и, в первую очередь, в области ВИЭ [87].
Критерии, использованные в настоящей работе для определения экономической эффективности ВИЭ известных и рассмотренных типов, приведены в табл. 3.3.
Таблица 3.3
Критерии экономической эффективности ВИЭ, использованные в работе
J |
Себестоимость вырабатываемой энергии ВИЭ. pv6./ кВт-ч или EURO/кВт-ч |
2 |
Окупаемость ВИЭ в годах и в % от заявленного ресурсного периода |
-1 |
Рентабельность работы ЭС, % |
4 |
1 рудоемкосгъ технологии э мер го производства ВИЭ данного типа, чел-ч / МВт-ч |
5 |
Экономический эффект от замещения органического топлива и сокращения вредных выбросов в атмосферу |
Набор приведенных в табл. 3.3 критериев является исчерпывающим для достоверных и достаточно точных оценок экономической эффективности и инвестиционной привлекательности отдельных энергоисточников, так и объективного их сравнения между собой.
Факторы, определяющие выполнимость приведенных выше критериев эффективности энергоисточников известных типов, приведены в табл. 3.4.
При определении экономической эффективности ВИЭ разного типа и их сравнения между собой и с традиционными энергоисточниками в данной работе использованы технические и энергетические параметры ВИЭ. приведенные в табл. 3.5.
Наиболее важными этапами экономического анализа на этапе предпроектных исследований является определение себестоимости энергии, вырабатываемой ВИЭ, периода окупаемости и рентабельности ЭС, схема расчета которых, используемая в работе, приведена на рис. 3.1 [87].
Точность оценок экономических показателей (себестоимости электроэнергии, окупаемость и пр.) энергоисточников определяется, во-первых, точностью прогнозируемых энергетических показателей ЭС, во — вторых, точностью используемых данных о структуре капитальных и эксплуатационных затрат (включая капитальный ремонт) на каждую
Таблица 3.4 Факторы экономической эффективности ВИЗ. учитываемые в работе
|
Таблица 3.5 Технические и энергетические показатели экономической эффективности ВИЗ
|
ЭС в целом по годам и за срок службы (ресурсный период), 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.
3.1.1. Оценка себестоимости энергии ВИЭ в разных регионах России Без точного учета многолетнего прогноза инфляции, кредитных ставок, вероятности отказа ВЭУ, а также стоимости на органическое топливо (с которыми с неизбежностью будут согласовываться цены на обо-
Оценка стоимости капитальных вложений на ЭС данного типа
Оценка структуры себестоимости электроэнергии ЭС та срок службы (таяв* ленный ресурсный период — 20 лет)
U
Онрсдслснне себестоимости выработки электроэнергии ЭС в среднем чз гол 1
Определение себестоимости электроэнергии ОС ча ресурсный период
Определение доходов от продажи энергии на ЭС даішої о гина
Определение эксплуатационных расходов на ЭС данного тина ~|
“_____________ U
Определение ожидаемого периода окупаемости ВИЭ
_______ W
Определение ожидаемой рентабельности проекта ВИ"?
Рис. 3.1, Схема определения экономических показателей ВЭС рудование и эксплуатацию ВИЭ) при разработке энергетических проектов в соответствии с мировой и отечественной практикой определение себестоимости электроэнергии, выработанной ВЭУ на конец /V-го года ее эксплуатации Сп (EURO-цент/кВт) и за период лет, равный ее ресурсу, может быть проведено по формулам (3.1) и (3.2) [87].
N
йч = lOO-S-d + O. OI Л Р„ >/Рам N Кащ
Я=1
С, =100-141+0,01 •%■«**, (3.2)
Г. І
где S удельная стоимость ВЭУ и основного оборудования в EURO/kBt. Cj,. иС, — средние статистические затраты в % при строительстве и эксплуатации ВИЭ; Р"іш = 1 кВт — удельная номинальная мощность ВИЭ; К,,* ~ средний многолетний коэффициент использования номинальной МОЩНОСТИ ВЙЭ В месте его возведения, К— средний многолетний коэффициент эффективности ВИЭ, оценивается по описанным выше моделям для разных значений параметров инфляции в модели (3.3).
и) + /_, (з. з)
При моделировании многолетнего хода инфляции в России авторы исходили из предположения, что при стабилизации экономики России уровень инфляции в стране к 2018 — 2020 годам выйдет на средний уровень развитых стран мира. В 2009 г. — году строительства ВИЭ-средне — годовой индекс инфляции в России принят равным официально объявленному 2 * 1!Ш ■= 13%, а индекс европейской и мировой инфляции принят равным I — 2.5% (рис. 3.2). В соответствии с принятой моделью
наиболее существенным отличием российской инфляции от мировой является более значительный рост цен (в 1,4 раза) за рассматриваемые в работе периоды.
Рис. 3.2. Используемые в расчетах модели инфляции и роста цен
Многолетние изменения тарифов и цен на электроэнергию е и топливо для ЭС fn могут не следовать за ходом инфляции, но также могут быть описаны экспоненциальными моделями, аналогичными модели инфляции (1):
etf=(£0-^oo)EXP(-Ktn) + £oo, (3.4)
Л =(fo~foo)-EXP(-K{-п)+(3.5) гДе £n > £0 и £оо индексы роста тарифов, a fn, fo и — индексы цен на базовые для энергетики виды топлива соответственно в году ввода ВИЭ в эксплуатацию, в п -ом году эксплуатации и в году исчерпания ресурса ЭС; К^иК{ показатели экспоненциального спадания ежегодного роста цен за период работы ЭС « 20 лет. При К = 0 и К( = 0 модели (2) и (3) описывают постоянный по годам рост цен на энергию и топливо по годам є и f.
В странах со стабильной экономической ситуацией темпы роста тарифов на электроэнергию примерно соответствуют темпам роста инфляции.
В работе рассмотрены различные сценарии роста цен на электроэнергию и энергоносители в России 0 < еа < 1 и 0 < fn < 1: от «замораживания» цен на уровне современных (£ = 0 и fn= 0) до их роста по мировой модели (fn = 1 и /л = 1). Исследованные в работе сценарии приведены на рис. 3.3 и 3.4.
Графики на рис. 3.3 и 3.4 соответствуют линейному росту мировых цен на электроэнергию и газ, принятому пропорциональным росту мировой инфляции (2,5% в год).
|
|
|
Более высокий конечный уровень, по мнению авторов, нежелателен из-за необходимости создания преференций отечественному производителю в части энергообеспечения. Сохранение более низкого уровня, видимо, трудно осуществимо в современной России с учетом необходимости возобновления в ближайшие годы в больших масштабах изношенной и устаревшей энергетической базы, ограниченными возможностями современных производственных мощностей страны и сильной зависимости сегодняшней российской энергетики от импорта энергетического оборудования.
В качестве базовой модели роста цен топлива на внутреннем рынке России принята модель с постепенным и конечным выходом на уровень цен = 1/2 от мировых. Поддержание такого уровня представляется вполне реальным с учетом развитой инфраструктуры, имеющихся мощностей и планов производства топливодобывающего комплекса, заинтересованности страны в росте экспортного потенциала, а также исходя из необходимости создания льготных условий отечественному производителю в части его обеспечения энергоносителями. Выбор параметров расчетной модели проведен с учетом планов Газпрома по существенному увеличению цен на природный газ на внутреннем рынке в ближайшие годы.
3.1.2. Оценки сроков окупаемости ВИЭ в разных регионах России
Оценка окупаемости сетевых ВЭС проведена в данной работе двумя способами.
Первый основан 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 ВИЭ данным способом определяется точностью долгосрочного (на срок ~ ресурса ВИЭ) прогноза тарифов, зависящих от себестоимости электроэнергии, вырабатываемых разными способами в разных регионах, а также от социально-политических и экономических факторов, трудно поддающихся долгосрочному прогнозированию. Поэтому оценки окупаемости ВИЭ данным способом должны осуществляться с помощью параметрически заданных вариантных моделей с предоставлением пользователю права экспертного суждения об их достоверности [87].
Второй способ основан на оценке экономии в стоимостном исчислении замещенного при использовании ВИЭ органического топлива, требующей прогноза стоимости последнего в достаточно отдаленном будущем (порядка 10 — 20 лет). Достаточно точный долгосрочный прогноз цен на углеводородное топливо также практически не возможен, однако по сравнению с прогнозом тарифов, для которых цена на топливо является лишь одной из составляющих, он представляется более реализуемым и достоверным [87].
В большинстве областей и регионов РФ основным источником электроэнергии для объединенной электросети являются ТЭЦ (до 67% энергетических мощностей России), работающие на угле, газе или мазуте, за счет экономии которых при использовании ВИЭ и осуществляется окупаемость последних. Исходными для расчетов вторым способом являются данные об эксплуатационных издержках на ТЭЦ и ДЭС на 1 кВт • ч вырабатываемой ими электроэнергии, современные цены на мазут и дизтопливо, а также прогноз эксплуатационных издержек на ТЭЦ и ДЭС и цен на органическое топливо (прогноз себестоимости за 1 кВт • ч электроэнергии ТЭЦ) на период порядка ресурса ВИЭ (около 20 лет).