Научный журнал

Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

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.

Статья в формате PDF

2139 KB

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.

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]:

(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

(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:

(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).

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.

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]:

(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

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

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]:

(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

(14)

где ТСЛ – срок службы, лет.

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.

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