ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
ECONOMKAL ASPECTS
ЭКОНОМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ
ECONOMICAL ANALYSIS IN RENEWABLE ENERGY
УДК 621.311
АНАЛИЗ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ В ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ СИСТЕМАХ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
О.В. Марченко, С.В. Соломин
Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева СО РАН ул. Лермонтова, 130, Иркутск, 664033, Россия Тел.: (3952) 42-88-61; факс (3952) 42-67-96 e-mail: marchenko@isem.sei.irk.ru; solomin@isem.sei.irk.ru
Проведен анализ экономической эффективности применения возобновляемых источников энергии в автономных энергосистемах в зависимости от уровней нагрузки, цены органического топлива, климатических и метеорологических условий.
THE ANALYSIS OF ECONOMIC EFFECTIVENESS OF RENEWABLE ENERGY SOURCES IN DECENTRALIZED ENERGY SYSTEMS
O.V. Marchenko, S.V. Solomin
L.A. Melentiev Energy Systems Institute, SB RAS 130 Lermontov str., Irkutsk, 664033, Russia Tel.: (3952) 42-88-61; fax: (3952) 42-67-96 e-mail: marchenko@isem.sei.irk.ru; solomin@isem.sei.irk.ru
Economic efficiency of renewable energy sources application in autonomous energy systems is analyzed depending of load levels, organic fuel cost and climate characteristics.
Олег Владимирович Марченко
Сведения об авторе: канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН, доцент Иркутского гос. университета.
Образование: инженер-физик, в 1976 г. окончил Московский инженерно-физический институт (МИФИ).
Профессиональный опыт: с 1975 г. работал в Сухумском физико-техническом институте, с 1992 г. - в ИСЭМ СО РАН.
Область научных интересов: оценка экономической эффективности энергетических технологий, математическое моделирование систем с возобновляемыми источниками энергии, исследования долгосрочных перспектив развития мировой энергетики.
Публикации: автор и соавтор 8 монографий и более 120 научных статей в отечественных и зарубежных журналах.
Сергей Владимирович Соломин
Сведения об авторе: канд. техн. наук, старший научный сотрудник ИСЭМ СО РАН. Образование: инженер-электрик, в 1986 г. окончил Иркутский политехнический институт. Профессиональный опыт: с 1986 г. работал в Отделе автоматизации и технической физики Иркутского научного центра СО РАН, с 1995 г. - в ИСЭМ СО РАН.
Область научных интересов: оценка экономической эффективности возобновляемых источников энергии, моделирование и анализ перспектив развития мировой энергетической системы.
Публикации: автор и соавтор 5 монографий и более 70 научных статей.
78
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 5 (73) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
I S lJ
£2 Ш
Введение
Зоны децентрализованного энергоснабжения охватывают большую часть территории России. Они расположены на Крайнем Севере европейской и азиатской частей страны, в Сибири и на Дальнем Востоке, а также в некоторых центральных и южных районах европейской части страны [1, 2].
В децентрализованных энергосистемах используется, как правило, дорогое (вследствие необходимости его транспортировки) органическое топливо. В связи с этим становится актуальной задача использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для повышения экономичности энергоснабжения в этих районах.
Для оценки конкурентоспособности ВИЭ необходимо сравнить стоимость производимой ими энергии со стоимостью энергии конкурирующих источников энергии. В связи с тем, что многие ВИЭ работают в неуправляемом режиме и требуют дублирования их мощности, стоимость вырабатываемой ими энергии следует сравнивать с топливной составляющей стоимости энергии энергоисточника на органическом топливе [2]. Более точный расчет с учетом системных эффектов, обусловленных стохастическим режимом работы ВИЭ, использующих энергию ветра, солнца и малых рек, позволяет определить, какое именно количество ВИЭ требуется ввести в систему (при сохранении дублирующих источников энергии на органическом топливе) и какой это даст экономический эффект [3].
В настоящей работе рассматриваются следующие варианты использования ВИЭ: газогенераторные электростанции на древесном топливе (ГГЭС), малые ГЭС (МГЭС), ветроэлектрические станции (ВЭС), солнечные (фотоэлектрические) электростанции (СЭС) и системы солнечного теплоснабжения (ССТ). Конкурирующими альтернативными энергоисточниками являются дизельные электростанции (ДЭС), газодизельные электростанции (ГДЭС) и котельные на угле и мазуте.
Стоимость энергии
Стоимость энергии (удельные затраты или минимальную цену, при которой проект строительства и эксплуатации энергоисточника экономически эффективен) можно представить в виде [2, 4]
Я = —— ( + 8) +-^т" ,
СЕ■ Ну ' 8,15-103 п
где к - удельные капиталовложения, и8$/кВт; СЕ - коэффициент использования установленной мощности (КИУМ); Н = 8760 ч/год; Е = ст /(1 - е-т) -коэффициент возврата капитала; а = 1п(1 + й); й -годовая норма дисконта; т - срок службы энергоисточника, лет; 5 - ежегодные условно-постоянные
издержки (доля от капиталовложений); р - цена топлива, и8$/т у.т.; п - КПД.
Последнее слагаемое в формуле представляет собой топливную составляющую стоимости энергии. Для энергоисточников, использующих энергию ветра, солнца или рек, цена топлива р = 0, а значение коэффициента использования установленной мощности существенно зависит от метеорологических факторов [3, 5-8].
Исходные данные для расчетов
При формировании расчетных вариантов ставилась задача учета разнообразия условий работы ВИЭ при минимальном количестве рассматриваемых пунктов. На территории России выделены три условных региона (юг, средняя полоса, север) с характерными для них значениями числа часов использования максимума нагрузки и цен органического топлива.
Рассмотрены благоприятные (вариант А) и неблагоприятные (вариант В) условия для ВИЭ в пределах данного региона. Варианты различаются как технико-экономическими показателями энергоисточников, так и величиной годового числа часов использования установленной мощности, зависящей от климатических и метеорологических условий (приход солнечной радиации, скорость ветра, температура и др.), а также ценой древесного топлива (в варианте А цена топлива ГГЭС соответствует сценарию низких цен, в варианте В - высоких).
Принято, что годовой приход солнечной радиации на юге составляет 1200-1300 кВтч/м2 (условия Краснодарского края), в средней полосе - 10001100 кВт ч/м2 (условия Московской области), на севере - 800-900 кВтч/м2 (условия Крайнего Севера, 70° с. ш.) [9]. Средняя многолетняя скорость ветра на юге изменяется в интервале 5-6 м/с, в средней полосе - 3-4 м/с, на севере - 6-7 м/с (границы интервалов соответствуют вариантам В и А) [10].
Рассматривались малые ГЭС с минимальным воздействием на окружающую среду (бесплотинные деривационные). Такие МГЭС, как правило, не могут работать в холодный период года вследствие пере-мерзания малых рек. Даже в южных районах России в зимнее время использование напорных трубопроводов может оказаться невозможным [11]. В расчетах принято, что на юге МГЭС не работают в течение 2 месяцев (декабрь, январь), в средней полосе -4 месяца (ноябрь-февраль), на севере - 6 месяцев (октябрь-март).
В табл. 1 приведены принятые в расчетах технико-экономические показатели ВИЭ и конкурирующих энергоисточников на органическом топливе. Они зависят от единичной мощности установок, которая определяется нагрузкой потребителей. В настоящей работе рассматривались три группы потребителей (1, 2 и 3) с максимальной электрической
■ J
Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 5 (73) 2009 © Научно-технический центр «TATA», 2009
79
нагрузкой 25, 250 и 2500 кВт и тепловой нагрузкой 50, 500 и 5000 кВт соответственно.
Для выбранных регионов сформированы три сценария цен органического топлива в районах децен-
трализованного энергоснабжения (табл. 2). Это позволяет проанализировать внешние условия для оценки конкурентоспособности ВИЭ в максимально широком диапазоне.
Таблица 1 Table 1
Технико-экономические показатели энергоисточников Technical and economic characteristics of energy sources
Энергоисточник к, USS/кВт S, % П, % T, лет
1 2 3 1 2 3 1 2 3
ДЭС 500 350 320 7 5 5 32 34 35 10
ГДЭС 650 450 370 5 5 5 35 36 37 10
Котельная на угле 450 300 225 5 5 5 75 75 75 30
Котельная на мазуте 300 200 150 5 5 5 80 80 80 30
ГГЭС 2200 1200 1000 10 10 10 20 20 22 10
МГЭС 4000 2500 1800 3 3 3 90 90 90 30
ВЭС 2500 1800 1300 3 3 3 35 32 30 20
СЭС 9000 8750 8500 2 2 2 14 14 14 25
СЭС* 4200 4100 4000 3 3 3 30 30 30 30
ССТ 600 500 480 2 2 2 50 50 50 20
ССТ* 500 420 400 2 2 2 60 60 60 25
Примечание: * - перспективные (2020-2025 гг.) технико-экономические показатели.
Таблица 2
Цена топлива, USS/т у. т.
Table 2
Fuel price, US$/tce
Регион Топливо
дизельное газ уголь мазут дрова
Сценарий низких цен
Юг 400 70 25 140 30
Средняя полоса 350 75 25 120 50
Север 600 90 30 200 40
Сценарий средних цен
Юг 650 140 40 230 50
Средняя полоса 600 130 40 210 70
Север 850 160 50 300 60
Сценарий высоких цен
Юг 900 200 70 320 80
Средняя полоса 850 190 70 300 100
Север 1100 220 80 400 90
Расчеты стоимости энергии проводились при норме дисконта ё = 10%.
80
International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 5 (73) 2009
© Scientific Technical Centre «TATA», 2009
г |
^¿AiLSlS
Результаты расчетов и их анализ новленной мощности приведены в табл. 3. В табл. 4
представлены расчетные значения топливной со-Найденные в зависимости от типов потребителей, ставляющей, а в табл. 5 - значения полной стоимо-а также климатических и метеорологических усло- сти энергии энергоисточников на органическом топ-вий значения коэффициентов использования уста- ливе для указанных регионов и групп потребителей.
Таблица 3
Расчетные значения коэффициентов использования установленной мощности
Table 3
Calculated values of capacity factors
Энергоисточник Вариант А (благоприятный для ВИЭ) Вариант B (неблагоприятный для ВИЭ)
Группа потребителей
1 2 3 1 2 3
Юг
ДЭС 0,34 0,42 0,54 0,34 0,42 0,54
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.