Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,593

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Маслеева О.В. 1 Агальцова Т.А. 1 Пачурин Г.В. 1
1 ФБГУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.А. Алексеева»
Выбор источника энергии обычно проводится на основе технического, экономического и экологического сравнения различных рассматриваемых альтернативных вариантов. Возобновляемые источники энергии могут обеспечить в процессе производства электроэнергии сокращение уровня загрязнения окружающей природной среды. В данной работе приведены результаты экономических исследований сравнительных вариантов оценки жизненного цикла ветровой, солнечной электростанций и мини-ГЭС с установленной мощностью 30 кВт, предлагаемых для эксплуатации в Нижегородской области. Они включают затраты на проектные работы, на строительно-монтажные работы, стоимость оборудования, затраты на техническое обслуживание оборудования и утилизацию оборудования. Показано, что оценку затрат жизненного цикла возобновляемых источников энергии можно использовать для технико-экономического обоснования проекта с целью рационального использования затрат на электроэнергию. Для Нижегородской области с учетом климатических условий наиболее выгодным вариантом является применение мини-ГЭС.
возобновляемые источники энергии
оценка жизненного цикла
экономическая эффективность
экологичность производства электроэнергии
1. Григораш О.В., Богатырев Н.И., Курзин Н.Н. Системы автономного электроснабжения. – Краснодар: Б/И. – 2001. – 333 с.
2. Дудникова Л.В., Маслеева О.В., Курагина Т.И., Пачурин Г.В. Повышение экологической безопасности объектов тепло- и электроснабжения предприятия // Современные проблемы науки и образования. – 2010. – № 1. – С. 113–118.
3. Лукутин Б.В. Возобновляемые источники электроэнергии: учебное пособие / Б.В. Лукутин. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 187 с.
4. Маслеева О.В., Пачурин Г.В. Экологическая и экономическая целесообразность использования биотоплива // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 6-1. – С. 139–144.
5. Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Головкин Н.Н. Экологическая и экономическая оценка использования мини-ТЭЦ, работающих на природном и биогазе // Международный журнал экспериментального образования. – 2014. – № 1. – С. 86–92.
6. Маслеева О.В., Воеводин А.Г., Пачурин Г.В. Тепловое воздействие альтернативных источников на окружающую среду / Современные наукоёмкие технологии. – 2015. – № 3. – С. 51–54.
7. Сайт компании «ЛатРус» http://www.ctc-3c.ru/musson.html.
8. Сайт межотраслевого научно-технического объединения «ИНСЭТ» http://www.inset.ru.
9. Солнечные батареи, автономные системы электроснабжения Multiwood ruhttp://www.multiwood.ru/pv/S250LM3MBW.
10. Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Филатов Д.А. Акустическое воздействие мини-ТЭЦ с газопоршневыми и дизельными двигателями на окружающую среду // Успехи современного естествознания. – 2013. – № 4. – С. 126–128.
11. Пачурин Г.В. Экологическая оценка возобновляемых источников энергии: Учебное пособие / Г.В. Пачурин, Е.Н. Соснина, О.В. Маслеева, Е.В. Крюков / Под общ. ред. Г.В. Пачурина. – 2-е изд., стер. – СПб.: Издательство «Лань», 2017. – 236 с.: ил. – (Учебники для вузов. Специальная литература).
12. Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Кечкин А.Ю., Головкин Н.Н. Экологические проблемы возобновляемых источников энергии (монография) Нижегород. Гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева. – Нижний Новгород, 2014. – 164 с.
13. Суржикова О.А. Формирование оптимальной структуры источников электрической энергии для территориально удаленных районов: диссертация…кандидата экономических наук: 08.00.05 [Место защиты: Сиб. аэрокосм. акад. им. акад. М.Ф. Решетнева]. – Томск, 2010. – 176 с.

При выборе источника энергии проводится техническое, экономическое и экологическое сравнение различных рассматриваемых вариантов [10, 11]. Применение возобновляемых источников энергии может служить повышению экологичности процессов производства электроэнергии [2].

Возобновляемые источники энергии в процессе эксплуатации не являются источниками загрязнения атмосферного воздуха, водоемов и почвы, а также не выбрасывают парниковые газы [12].

Для комплексной экологической оценки источников энергии необходимо учитывать весь жизненный цикл, начиная с добычи и транспортировки природных ресурсов, процесса производства энергоустановок и заканчивая процессом их утилизации.

При экономической оценке жизненного цикла возобновляемых источников энергии необходимо учитывать следующие составляющие [5]: стоимость оборудования; затраты на проектные работы; затраты на строительно-монтажные работы; затраты на техническое обслуживание оборудования; затраты на охрану окружающей среды; затраты на утилизацию оборудования.

Поскольку возобновляемые источники энергии не являются источниками загрязнения окружающей среды в процессе эксплуатации [4, 11], составляющая расходов на охрану окружающей среды принята равной нулю.

В данной работе приведены результаты экономических исследований сравнительных вариантов оценки жизненного цикла ветровой, солнечной электростанции [9] и мини-ГЭС [8] установленной мощностью 30 кВт, предлагаемых для эксплуатации в Нижегородской области. Исходные данные для экономических расчетов приведены в табл. 1.

Таблица 1

Технические характеристики энергоустановок АИЭ и аккумуляторов

Показатели

Мини-ГЭС

Солнечная (СЭУ)

Ветровая (ВЭУ)

Марка ЭУ

ИНСЭТ Пр 30

Saana 250 LM3 MBW 120 шт.

Муссон

Марка аккумулятора

Volta ST-200

13 шт.

Volta ST-200

13 шт.

Мощность номинальная, кВт

30

30

30

Мощность фактическая, кВт

30

3,37

1,2

Срок службы, лет

20

20

20

Произведено электроэнергии,

кВт/ч/год

262800

29520

10512

Произведено электроэнергии всего, кВт/ч

5256000

590400

210240

Расчет производства электроэнергии солнечными установками с учетом годовой суммы солнечной радиации, площади солнечных батарей и их КПД был выполнен в работе [6]. Для ветровых установок учитывали фактическую скорость ветра и КПД установки [6].

Мини-ГЭС

Экономическая эффективность использования микроГЭС зависит от приведенных годовых затрат на производство 1 кВт и определяются по выражению [3]:

masl01.wmf (1)

где Rн – нормативный коэффициент рентабельности;

К – общие капиталовложения, руб.;

С – общие годовые эксплуатационные расходы, руб.;

Р – установленная мощность объекта электроснабжения, кВт.

Нормативный коэффициент рентабельности определяется по формуле

masl02.wmf (2)

где Т – экономический срок службы оборудования, лет.

Общие капиталовложения исчисляются по формуле

К = Куст + Кпр + Кстр, (3)

где Куст – стоимость комплектного оборудования, руб.;

Кпр – стоимость проектных работ по определению места установки станции на местности, руб.;

Кстр – стоимость строительных и монтажных работ по установке электростанции, руб.

Капитальные затраты зависят от мощности электростанции. Для микроГЭС мощностью от 10 до 50 кВт они составляют Куст.уд = 20 тыс руб./кВт.

Исходя из установленной мощности и удельной стоимости полная стоимость оборудования микроГЭС составляет

Куст = Куст.уд×Р, (4)

Стоимость проектных работ, которые включают в себя определение места установки станции на местности, определяется минимальным размером оплаты труда:

Кпр = 50×МРОТ, (5)

где МРОТ в Нижегородской области в соответствии с региональным соглашением о минимальной заработной плате в Нижегородской области на 2016 год от 27 октября 2015 г. № 696/304/А-516 составляет 9 000 руб.

Стоимость строительных и монтажных работ зависит от установленной мощности микроГЭС и среднего уклона реки. В расчётах использовали следующие значения коэффициентов:

– Кр = 0,05 коэффициент затрат на установку станции;

– Кн = 0,5 коэффициент, учитывающий влияние уклона русла (DН < 1,0 м/км) реки на затраты по установке станции в зависимости от среднего уклона русла реки (кН):

Стоимость строительных и монтажных работ по установке станции определяется по формуле

Кстр = кркнКуст. (6)

Общие годовые эксплуатационные расходы определяются по формуле

С = Сэкс + Срем, (7)

где Сэкс – годовые расходы на эксплуатацию системы электроснабжения, руб.;

Срем – годовые расходы на плановый ремонт, руб.

Срок службы оборудования микроГЭС, по данным компании-изготовителя, составляет 15 лет. Работа микроГЭС полностью автоматизирована и не требует присутствия человека. Поэтому эксплуатационные расходы включают периодический осмотр оборудования, его чистку и смазку. Эксплуатационные расходы не зависят от мощности и определяются величиной минимального размера оплаты труда:

Сэкс = 36×МРОТ. (8)

Затраты на ремонт зависят от стоимости установки и стоимости строительных и монтажных работ:

masl03.wmf (9)

где Крем = 0,2 коэффициент затрат на ремонт.

Используя вышеприведенную методику, рассчитаем критерии эффективности использования микроГЭС на реке Ветлуга Нижегородской области. Скорость течения реки Ветлуга составляет на разных участках от 0,5 до 1 м/сек. Уклон русла реки 0,2 м/км. Из табл. 2 выберем тип микрогидроэлектростанции – МикроГЭС 50Пр (мощность 30 кВт).

Таблица 2

Экономические показатели работы возобновляемых источников энергии, руб.

Показатели

Мини-ГЭС

СЭУ

ВЭУ

Полные затраты, всего

1 397 241

3 981 848

2 748 340

Капитальные затраты, в том числе:

1 065 000

3 949 416

2 727 830

– проектные работы

450 000

57 600

61 530

– стоимость оборудования

600 000

3 243 180

2 051 000

– затраты на установку и монтаж

15 000

648 636

615 300

Эксплуатационные расходы

332 241

32 432

20 510

Себестоимость 1 кВт/ч электроэнергии

1,5

7,8

13,0

Утилизация ЭУ

31 400

106 743

69 211

Используя формулу (2), определим нормативный коэффициент рентабельности:

RН = 1/ 15 = 0,067.

По формуле (4) определим стоимость комплектного оборудования:

КУСТ = 20 000×30 = 600 000 руб.

Стоимость проектных работ по определению места установки станции на местности по формуле (5):

КПР = 50×9 000 = 450 000 руб.

Стоимость строительных и монтажных работ по установке станции по выражению (6):

КСТР = 0,05×0,5×600 000 = 15 000 руб.

Таким образом, капитальные затраты составят

К = 600 000 + 450 000 + 15 000 = = 1 065 000 руб.

Рассчитаем годовые расходы на эксплуатацию системы электроснабжения по формуле (8):

СЭКС = 36×9 000 = 324 000 руб.

Величина затрат на ремонт определяется по формуле (9):

СРЕМ = 0,2×0,067×(600 000 + 15 000) = = 8 241 руб.

Следовательно, годовые эксплуатационные расходы:

С = 324 000 + 8 241 = 332 241 руб.

Приведенные годовые затраты на 1 кВт установленной мощности:

masl04.wmf

Себестоимость 1 кВт/ч электроэнергии:

masl05.wmf (10)

где W – объем электроэнергии, произведенный за года, кВт/ч.

masl06a.wmf

Экономические составляющие жизненного цикла работы мини-ГЭС приведены в табл. 2 и на рис. 1. Как видно из рис. 1, основные расходы приходятся на проектные работы и покупку оборудования.

masl1.tif

Рис. 1. Экономические составляющие жизненного цикла работы мини-ГЭС

Солнечные электростанции

Для того чтобы оценить целесообразность установки солнечных батарей, рассчитаем экономическую эффективность их использования.

Стоимость оборудования:

1) солнечные батареи 120 шт. по 16 000 руб.;

2) аккумуляторы 13 шт. по 27 000 руб.;

3) гибридный трехфазный инвертор InfiniSolar 10kW – 3 шт. по 324 060 руб.

Таким образом, капитальные затраты на приобретение будут следующие:

КУСТ = 120 × 16 000 + 13×27 000 + + 3×324 060 = 3 243 180 руб.

Стоимость проектных работ по определению места установки станции на местности составляет 3 % от стоимости установки: Кпр = 0,03×1 920 000 = 57 600 руб.

Стоимость монтажа солнечных электростанций составляет 20–30 % от общей стоимости оборудования, то есть

3 243 180×0,2 = 648 636 руб.

Всего капитальные затраты:

К = 3 243 180 + 57 600 + 648 636 = = 3 949 416 руб.

Средняя выработка электроэнергии составит 29520 кВт·ч/год для Нижнего Новгорода. Максимальная тарифная ставка 6 руб. 88 коп. за 1 кВт·ч электроэнергии для жителей Нижнего Новгорода и Нижегородской области в соответствии с решением региональной службы по тарифам Нижегородской области № 58/3 от 29.12.2016 «Об установлении цен (тарифов) на электрическую энергию для населения и приравненных к нему категорий потребителей Нижегородской области на 2017 год».

За год экономия от использования составит:

6,88×29520 = 203 098 руб.

Чтобы оценить экономическую выгоду от установки комплекта солнечных батарей, примем расчетный период 20 лет.

Годовую экономию денежных средств за расчетный период определим по функции сложного процента по формуле

S = P (1 + ic )n, (11)

где S – экономическая выгода от использования денежных средств за расчетный период, приведенная к текущей стоимости, руб.;

Р – экономическая выгода от использования денежных средств в первый год службы, руб.;

n – расчетный период, лет;

i – средний рост тарифных ставок на электроэнергию в Нижегородской области в год.

masl07.wmf

Следовательно, за 20 лет службы комплект солнечных батарей в переводе на текущую стоимость принесет 10 033 042 руб.

Расчет затрат на замену комплектующих частей. Средний срок службы аккумуляторов 7 лет, а инвертера – 13 лет, так как ставка рефинансирования равна 10 %. Таким образом, затраты за замену устаревших частей будут составлять:

З = 351 000×(1 + 0,1)7 + 972 180×(1 + 0,1)13 = 4 038 471 руб.

Расчет результата от использования солнечных батарей:

R = 10 033 042 – 3 949 416 – – 4 038 471 = 2 045 155 руб.

Себестоимость электрической энергии, производимой СЭУ [13]:

masl08.wmf (12)

где ИЭКС – ежегодные эксплуатационные расходы СЭУ, руб.;

WСЭУ – ежегодная выработка CЭУ, кВт/ч;

ТСЛ – срок службы, лет.

Эксплуатационные расходы СЭУ определяются в долях от общей стоимости установки, примем норму равной 1 %, следовательно, ИЭКС = 0,01×243 180 = 32 432 руб.

Тогда себестоимость электрической энергии, производимой СЭУ

masl09a.wmf

Экономические показатели жизненного цикла работы солнечных электростанций приведены в табл. 2 и на рис. 2.

masl2.tif

Рис. 2. Экономические составляющие жизненного цикла работы солнечных электростанций

Как видно из рис. 2, основные расходы приходятся на покупку оборудования.

Ветровые электростанции

Экономическая эффективность использования ВЭУ для энергоснабжения небольших потребителей определяется имеющимся ветроэнергетическим потенциалом, тарифом на электроэнергию у потребителя, стоимостью, используемой ВЭУ, техническими условиями на подключение и рядом других факторов [1].

Ветрогенератор Муссон 30 кВт разработан для электроснабжения небольших производственных или групп индивидуальных потребителей. Номинальная мощность 30 кВт достигается при ветрах от 13,5 м/с. Эта установка предназначена для работы совместно с мотор-генератором или сетью и позволяет экономить на топливе (моторесурсе или тарифах) до 80 % средств [7].

Экономический потенциал представляет собой энергию, которая может быть выработана в год ВЭУ при условии, что экономический эффект будет положительным: Э > 0.

Для анализа этого условия потребуется определить срок службы установки и срок окупаемости и сравнить их. Срок службы ВЭУ определен производителем в 20 лет.

Нижний Новгород находится в зоне централизованного энергоснабжения, значит, срок окупаемости при внедрении ветроагрегата может быть определен по формуле [13]:

masl10.wmf (13)

где NPC – общая стоимость установки (капитальные затраты), руб.;

WВЭУ = ⟨N⟩T – электроэнергия, вырабатываемая ВЭУ за год, кВт/ч;

ЦТ – стоимость энергии традиционного источника, руб./кВт/ч;

ИЭКС – издержки эксплуатации, руб./кВт/ч;

Стоимость оборудования:

1) ВЭУ мощностью 30 кВт – 1 700 000 руб.;

2) аккумуляторы 13 шт. по 27 000 руб.

Таким образом, капитальные затраты на приобретение будут следующие:

КУСТ = 1 700 000 + 13×27 000 = 2 051 000 руб.

Стоимость проектных работ по определению места установки станции на местности составляют 3 % от стоимости установки: КПР = 0,03×2 051 000 = 61 530 руб.

Стоимость монтажа ВЭУ зависит от многих факторов (удаленность объекта, ландшафт, наличие сильного ветра (порывы свыше 10 м/с), наличие или отсутствие крана, время года, погода, накладные расходы монтирующей организации, высота мачты, количество подключаемого электрооборудования и т.д.) и составляет ориентировочно 30–40 % от стоимости ветроэнергетической установки.

Следовательно, стоимость монтажа ВЭУ: 2 051 000×0,3 = 615 300 руб.

Капитальные затраты:

К = 2 051 000 + 61 530 + 615 300 = = 2 727 830 руб.

Затраты эксплуатации определяются в долях от общей стоимости установки, примем норму равной 1 %, следовательно, ИЭКС = 0,01×2 051 000 = 20 510 руб.

Стоимость энергии, вырабатываемой ВЭУ руб./кВт·ч, связана со сроком службы установки соотношением

masl11.wmf (14)

где ТСЛ – срок службы, лет.

masl12.wmf

Экономические показатели жизненного цикла работы ветровых электростанций приведены в табл. 2 и на рис. 3. Как видно из рис. 3, основные расходы приходятся на покупку оборудования.

masl3.tif

Рис. 3. Экономические составляющие жизненного цикла работы ветровых электростанций

После вывода из эксплуатации энергоустановки ее можно сдать в металлолом. Денежные средства, полученные за утилизацию материалов, из которых состоят электростанции, приведены в табл. 3 (цена металлолома в феврале 2017 г.). Средства, полученные за утилизацию электрооборудования, не суммировали с затратами жизненного цикла, поскольку эта сумма будет получена через 15–20 лет.

Таблица 3

Денежные средства, полученные за утилизацию материалов ЭУ

Вид ЭУ

Масса, кг

Цена, руб./кг

Цена, руб.

Итого, руб.

Мини-ГЭС

сталь 1962 кг

10

19 620

19 620 + 11 780 = 31 400

медь 38 кг

310

11 780

Солнечная

(СЭУ)

сталь 6000 кг

10

60 000

60 000 + 19 872 + 26 871 =

= 106 743

алюминий 276 кг

72

19 872

аккумулятор

39 кг × 13 шт. = 507 кг

53

26 871

Ветровая

(ВЭУ)

сталь 3056 кг

10

30 560

30 560 + 11 780 + 26 871=

= 69 211

медь 38 кг

310

11 780

аккумулятор

39 кг × 13 шт. = 507 кг

53

26 871

Все итоговые результаты экономических расчетов для возобновляемых источников энергии при оценке их жизненного цикла сведены в табл. 2 и представлены на рис. 4.

masl4.wmf

Рис. 4. Экономические составляющие жизненного цикла работы возобновляемых источников энергии

Выводы

– затраты жизненного цикла возобновляемых источников энергии возможно использовать для технико-экономического обоснования проекта с целью рационального использования затрат на электроэнергию;

– для Нижегородской области с учетом климатических условий наиболее выгодным вариантом из рассматриваемых возобновляемых источников энергии является применение мини-ГЭС;

– ветровые электростанции имеют низкие экономические показатели из-за низкого ветрового потенциала Нижегородской области;

– солнечные электростанции имеют низкие экономические показатели высокой стоимости оборудования и невысокого солнечного потенциала Нижегородской области.


Библиографическая ссылка

Маслеева О.В., Агальцова Т.А., Пачурин Г.В. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 6-2. – С. 188-194;
URL: https://applied-research.ru/ru/article/view?id=11646 (дата обращения: 08.12.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674