Актуальность темы
исследования обусловлена кризисными явлениями с энергообеспечением, участившимися в последнее время в отдаленных районах России. Одной из основных причин сложившегося положения, наряду с неудовлетворительным техническим состоянием энергоисточников, является проблема топливоснабжения, особенно в топливодефицитных и труднодоступных в транспортном отношении районах. Наиболее остро эта проблема выражена у потребителей, не охваченных централизованным электроснабжением, которые рассредоточены по территории, удалены на большие расстояния от топливных баз и предприятий по переработке топлива. Эта категория потребителей обеспечивается энергией от объектов малой энергетики — автономных энергоисточников мощностью до 10−20 МВт.
Около 60% энергоисточников малой мощности расположено в северовосточных регионах России, что объясняется экономико-географическими характеристиками этой зоны, слабой освоенностью и чисто ресурсной специализацией большинства районов. Современный уровень развития транспортных и энергоснабжающих систем является фактором, структурно сдерживающим процесс эффективного освоения уникальных природных ресурсов северных территорий и создающим неблагоприятные условия для жизни населения.
В условиях централизованного планирования разрабатывались концепции и программы социально-экономического развития районов Севера [80]. Государством целенаправленно выделялись средства на проведение геологоразведочных работ, развитие горнодобывающих предприятий, так называемый «северный завоз» и социальные нужды. Перевод экономики на рыночные отношения и возникший в связи с этим поток законов, законопроектов, постановлений и резолюций внес определенные трудности в организацию работ по решению проблем развития этих регионов. Сложившаяся в стране экономическая ситуация обусловила снижение производства добывающих предприятий и объема геологоразведочных работ. Сокращение занятости трудоспособного населения, снижение уровня жизни привели к массовому оттоку жителей из районов Севера.
Отсутствие финансовой поддержки производственной и социальной инфраструктуры со стороны государства еще более усугубляет многочисленные проблемы этих регионов. Недостаток бюджетного финансирования влечет за собой недопоставки топлива, которые, в свою очередь, приводят к ограниченному режиму энергоснабжения, создавая у потребителей постоянную кризисную ситуацию.
В последнее время в целях реализации государственной социально-экономической политики на федеральном и региональных уровнях принимаются программы обеспечения надежного энергоснабжения районов Севера и приравненных к ним территорий с ограниченными сроками завоза грузов за счет использования возобновляемых источников энергии и местных видов топлива [39, 107, 108]. Однако при формировании этих программ выбор рациональных вариантов энергоснабжения различных категорий потребителей осуществляется без надлежащих проработок по технико-экономическому обоснованию их эффективности. В этой связи возрастает необходимость разработки комплексного подхода к оценке экономической эффективности вариантов развития малой энергетики на различных территориальных уровнях: региональном, областном, районном и т. д.
Степень разработанности темы.
Проблемами энергои топливоснабжения районов Севера достаточно длительный период времени занимаются практически во всех научных центрах северных территорий России: Институте физико-технических проблем энергетики Севера (ИФТПЭС) Кольского научного центра (НЦ), Институте социально-экономических и энергетических проблем Севера (ИСЭПС) Коми НЦ, Институте физико-технических проблем Севера (ИФТПС) Якутского НЦ,.
Северо-Восточном комплексном научно-исследовательском институте (СВКНИИ) Дальневосточного НЦ. Вопросы формирования и развития региональных топливно-энергетических комплексов, оптимизации территориальной структуры энергосистем Европейского Севера нашли отражение в публикациях Б. Г. Баранника, Л. Д. Криворуцкого, Н. А. Манова, А. А. Калининой, И. Г. Успенской [5, 35, 101, 119]. Исследования по проблемам энергоснабжения северо-восточных регионов страны ведутся сотрудниками отдела энергетики ИФТПС ЯНЦ под руководством Н. А. Петрова: известны научные труды Г. С. Ли по определению границ централизации электроснабжения, В. Н. Капитонова по проблемам теплоснабжения Республики Саха (Якутия) [33, 68, 69]. Применение атомных станций малой мощности в районах Севера и ожидаемый эффект замещения по всему технологическому циклу производства энергии источниками на органическом топливе подробно рассматривается в работах А. П. Шадрина [113].
Однако, большинство исследований посвящено проблемам развития локальных энергосистем и энергоузлов районов Севера. В то время как объектам малой энергетики уделяется недостаточное внимание. Энергоисточники малой мощности в силу незначительной их доли в суммарной выработке электроэнергии регионов (от 0,2 до 15%) чаще всего в региональных энергопрограммах не рассматриваются. И проблемы, связанные с их функционированием и топливоснабжением, остаются все такими же острыми как в экономическом, так и в социальном аспектах.
В последнее время проблемы малой энергетики, ее особенности и перспективные направления развития широко освещены в публикациях ОАО «Малая энергетика» [48−50]. В этих материалах используются различные подходы к оценке эффективности вариантов развития малой энергетики, в том числе атомных станций малой мощности и возобновляемых источников энергии.
В ряде научных и проектных институтов выполняются исследования по оценке потенциала возобновляемых природных энергоресурсов и перспектив его использования для энергоснабжения потребителей отдельных регионов Севера [4, 42, 71, 94, 109]. Некоторые аспекты применения возобновляемых источников энергии для конкретных территорий рассмотрены в работах В. В. Зубарева, А. А. Кошелева, В. А. Минина, Д. Д. Ноговицына, И. Р. Степанова [4, 32, 41, 42, 64, 65, 98]. В проработках О. В. Марченко и С. В. Соломина [52, 53] предложен вероятностный метод оценки экономической эффективности ветроэнергетических установок при эксплуатации в энергосистеме или автономно, приводится анализ границ конкурентоспособности по сравнению с альтернативными энергоисточниками в зависимости от скорости ветра и режима потребления энергии.
Вместе с тем, во всех упомянутых работах рассматриваются отдельные регионы или оценивается эффективность применения только одного технологического варианта развития малой энергетики. Исследованием проблем и целесообразности применения энергоисточников малой мощности различных типов в условиях Севера занимаются в ИСЭПС Коми НЦ, но в основном для потребителей Республики Коми. В работах Ю. И. Колобова, J1.В. Чайки [38, 101, 111] отражены возможности и экономическая эффективность использования на территории республики ветроэнергетических установок, малых ГЭС и различных энергоисточников малой мощности на органическом топливе.
Параллельно с вышеперечисленными работами и независимо от них в Институте систем энергетики им. Л. А. Мелентьева, при участии автора, велись исследования по технико-экономическому обоснованию энергоисточников малой мощности на различных территориях. Начало исследованиям положено в работах С. М. Баутина и В. И. Подкорытова [6, 81, 86, 121]. В диссертации автор попытался обобщить разработанные методические подходы для различных территориальных уровней и оценить экономическую эффективность вариантов развития малой энергетики в северо-восточных регионах России.
При работе над диссертацией, кроме того, были изучены многие работы отечественных ученых, которые в той или иной степени относятся к исследуемой теме: Г. А. Аграната [1, 2], Ж. И. Алферова [3], М. К. Бандмана [76, 77], П. П. Безруких [7−12], Н. И. Воропая [21], В. П. Гукова, Е. Г. Егорова [30], А. А. Ильина [34], В. А, Керова [37], Б. Х. Краснопольского [44], В. Ю. Малова [77], П. А. Минакира, А. Н. Симоненко, С. В. Славина [96], а также труды зарубежных авторов: Д. Де Рензо [16], Г. Дж.Мур [22], Лайза Кон [45], Шелдон Страус [114, 115] и других.
Цели и задачи исследования.
Цель диссертационного исследования заключается в обосновании эффективных с экономической точки зрения вариантов развития малой энергетики в северо-восточных регионах страны. Для достижения указанной цели в диссертационной работе были поставлены следующие задачи: провести зонирование северных территорий по степени централизации электроснабжения, показать место и роль малой энергетикипроанализировать обеспеченность рассматриваемой территории топливно-энергетическими ресурсами и выявить особенности развития малой энергетикиобосновать и разработать методический подход к выбору экономически эффективных вариантов развития малой энергетики на различных территориальных уровняхсоздать комплекс имитационных моделей, реализующий предложенный подходопределить условия экономической эффективности применения различных типов энергоисточников малой мощности для ценовых показателей рассматриваемых регионов.
Предмет и объект исследования.
В диссертационной работе предметом исследования являются теоретические, методические и практические вопросы оценки экономической эффективности вариантов развития малой энергетики.
Объектом исследования являются предприятия малой энергетики: дизельные и газотурбинные электростанции, атомные станции малой мощности, ветроустановки, малые гидроэлектростанции, геотермальные станции, мелкие котельные на органическом топливе и электрокотельные, а также распределительные линии электропередачи (ЛЭП) и трансформаторные подстанции низких классов напряжения.
Методология и методика исследования.
Теоретической основой диссертационного исследования послужили методология системных исследований в энергетике, труды отечественных и зарубежных ученых, посвященные технико-экономическим расчетам и экономико-математическому моделированию в энергетике [14, 29, 57, 58, 89], а также методические рекомендации по оценке экономической эффективности инвестиционных проектов [15, 36, 56]. В процессе работы использовались следующие приемы научного исследования: системный подход к выбору альтернативных вариантов энергои топливоснабжения потребителейметоды имитационного моделирования, экспертных оценок и принципы финансово-экономических расчетов при разработке инструментариясравнительный многофакторный анализ при определении вариантов энергоснабжения, экономически целесообразных на рассматриваемой территории.
Научная новизна.
Диссертационное исследование заключается в комплексном рассмотрении и экономическом обосновании рациональных вариантов развития малой энергетики, что способствует решению наиболее важной проблемы в топливодефицитных и труднодоступных районах — сокращению объемов потребления органического топлива. Основные элементы научной новизны исследования: предложена классификация районов Севера по обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами, выполнено зонирование территории по степени централизации электроснабженияпроведено ранжирование потребителей децентрализованной зоны по величине энергетических нагрузок с целью определения характерного мощностного ряда энергоисточников малой мощностиопределены основные направления развития, обеспечивающие повышение эффективности и экономичности объектов малой энергетикиразработан методический подход к оценке экономической эффективности вариантов развития малой энергетики, практическая реализация которого осуществлена в виде комплекса имитационных моделей, позволяющих проводить исследования на различных территориальных уровняхоценена экономическая эффективность различных типов энергоисточников малой мощности, показаны зоны их целесообразного использования.
Обоснованность и достоверность выводов и результатов.
Обоснованность полученных выводов подтверждается результатами имитационных экспериментов с использованием экономико-математических моделей, в основу которых положены принципы технико-экономических и финансовых расчетов, используемых в отечественной и зарубежной практике, а также внедрением результатов диссертационного исследования в практику хозяйственной деятельности, о чем свидетельствуют справки о внедрении.
Достоверность выводов и результатов обусловлена комплексным анализом технико-экономической информации и специфики работы различных типов энергоисточников в регионах Севера, адекватным отражением структуры и характеристик энергетических объектов при создании и адаптации экономико-математических моделей. Исследования основываются на использовании нормативно-правовой базы, касающейся темы диссертации, отчетности исследуемых в диссертационной работе энергопредприятий, на статьях отечественных и зарубежных авторов, а также материалах Госкомстата РФ [20, 24−26, 79, 85,91].
Практическая значимость.
Разработанные методический подход и имитационные модели, реализующие его на практике, использовались для обоснования целесообразности различных вариантов развития малой энергетики на территории Севера и отдельных его регионов (Тюменской, Магаданской и Иркутской областей, Хабаровского края) [67, 81−84, 93, 121]. В работе применительно к условиям северо-восточных регионов России: получены граничные экономически эффективные значения стоимостных показателей атомных станций малой мощности и возобновляемых источников энергии, а также расширения зоны централизованного электроснабжения и использования электроэнергии для целей теплоснабженияопределены масштабы и территориальные зоны целесообразного применения возобновляемых источников энергии малой мощностис помощью созданных моделей проведен комплексный анализ чувствительности показателей экономической эффективности применения различных вариантов развития малой энергетики в зависимости изменения внешних факторов (цены и дальности доставки топлива, стоимости энергоисточников, протяженности линий электропередачи, нагрузки потребителей, числа часов использования установленной мощности, тарифа на энергоносители) — даны конкретные рекомендации по улучшению энергоснабжения потребителей северных районов Хабаровского края.
Следует отметить, что разработанный комплекс моделей является универсальным, в связи с чем возможно его применение для оценки экономической эффективности вариантов развития малой энергетики на различных территориях. Модели реализованы в виде открытого программного продукта с помощью системы электронных таблиц EXCEL.
Апробация работы.
Основные выводы и результаты работы неоднократно докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня: футурологической конференции ИСЭМ СО РАН «Энергетика XXI века: глобальные тенденции и проблемы, их проявления в энергетики России» (г.Иркутск, 2002 г.) — международной конференции «Энергетическая кооперация в СевероВосточной Азии: предпосылки, условия, направления» (г.Иркутск, 2002 г.) — международных научно-практических конференциях «Малая энергетика -2002» (г.Москва, 2002 г.) и «Малая энергетика — 2003» (г.Москва, 2003 г.) — международной промышленной выставке-ярмарке «Север России — 2003» (г.Новосибирск, 2003 г.) — международной конференции. «Энергосберегающие технологии и окружающая среда» (г.Иркутск, 2004 г.) — региональной научно-практической конференции «Социально-экономические проблемы региона» (г.Иркутск, 2004 г.).
Публикации.
Основные положения диссертационного исследования отражены в 20 публикациях автора, общим объемом 18 печатных листов, в том числе в шести коллективных монографиях.
Структура и объем работы.
Поставленные задачи диссертационного исследования определяют следующую структуру и порядок изложения материала: работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных литературных источников и приложений.
Основные результаты работы заключаются в следующем:
Для оценки экономической эффективности вариантов развития малой энергетики предложен методический подход, который позволяет проводить комплексные исследования по выбору рациональных с экономической точки зрения вариантов энергоснабжения на различных территориальных уровнях: региональном и локальном.
Предлагаемый методический подход реализован автором в виде комплекса имитационных экономико-математических моделей, представленных в виде открытого программного продукта с помощью системы электронных таблиц EXCEL. В ходе диссертационных исследований разработаны модели двух различных типов — для определения условий экономической эффективности применения в регионе различных вариантов развития малой энергетики и оценки финансово-экономической эффективности конкретных проектов.
Описанный инструментарий многократно апробирован при формировании рекомендаций по целесообразности применения различных вариантов развития малой энергетики северо-восточных регионов страны, а также при разработке программ энергои топливоснабжения децентрализованных потребителей Тюменской, Иркутской, Магаданской областей, Хабаровского края. Основное содержание диссертационного исследования, его результаты и выводы отражены в 20 публикациях автора, в том числе в шести коллективных монографиях [33].
Результаты проведенных исследований на региональном уровне позволили определить условия экономической эффективности вариантов развития малой энергетики при сложившихся в настоящее время в северовосточных регионах ценах на топливо:
1. Граничные расстояния удаленности потребителей с нагрузками более 3 МВт для целесообразного расширения централизованного электроснабжения в энергосистемах регионов составляют 100 км. Для мелких потребителей значения граничных экономически оправданных расстояний от точек возможного подключения сокращаются в 2−3 раза.
2. Сооружение атомных станций мощностью 40−70 МВт экономически эффективно в удаленных и изолированных в транспортном отношении энергоузлах на побережье северных морей. Атомные станции мощностью 1−2 МВт не конкурентоспособны по сравнению с существующей схемой энергоснабжения, поскольку современный уровень стоимостных показателей в них в 1,5 раза превышает граничные экономически эффективные значения удельных капиталовложений (4−5 тыс. дол./кВт).
3. Применение возобновляемых источников энергии экономически эффективно при удельных капиталовложениях в них не более 1,2−1,8 тыс. дол./кВт (включая транспортные расходы и строительно-монтажные работы) только в тех районах, где природный ветроили гидропотенциал имеет наиболее высокие показатели.
4. Использование электроэнергии для целей теплоснабжения в регионах Азиатского Севера экономически оправдано для потребителей с нагрузкой более 2 Гкал/ч только в зонах электроснабжения от крупных ГЭС в угледефицитных районах на севере Красноярского края, Республики Саха (Якутия) и Магаданской области при тарифе на электроэнергию ниже 1−1,7 цент/кВт-ч.
С помощью предложенного методического подхода в работе оценены масштабы применения источников, использующих энергию ветра и малых водотоков, как наиболее распространенных природных энергоресурсов, для энергоснабжения децентрализованных потребителей регионов ВосточноСибирского и Дальневосточного Севера до 2020 г. Сооружение ВЭУ и МГЭС суммарной мощностью 65 МВт потребует более 100 млн.дол. инвестиций и позволит вытеснить порядка 30−35 тыс. т дизельного топлива в год и тем самым сократить величину ежегодных дотаций на 12−17 млн.дол.
Разработанный подход и инструментарий для исследований на локальном уровне применен для оценки экономической эффективности вариантов развития малой энергетики в северных районах Хабаровского края. Анализ результатов исследований на региональном уровне для рассматриваемой территории позволил значительно сократить количество оцениваемых альтернативных вариантов энергоснабжения — со 157 до 36. Из дальнейшего рассмотрения были исключены заведомо неэффективные варианты, как по удаленности от точек возможного подключения к энергосистеме, так и по обеспеченности возобновляемыми природными энергоресурсами. На локальном уровне оценивалась бюджетная эффективность конкретных проектов, из которых выявлено 26 наиболее привлекательных с экономической точки зрения, среди них 8 проектов сооружения возобновляемых источников энергии. Реализация всех рекомендуемых проектов развития энергоснабжения в северных районах края потребует 1,6 млрд руб. инвестиций, но позволит вытеснить около 20 тыс. т дизельного топлива, и тем самым сократить расходы из бюджета на его приобретение и доставку в размере 277 млн руб. ежегодно.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Выполненный в диссертационном исследовании анализ особенностей и проблем энергоснабжения показал, что большая часть территории северовосточных регионов находится в зоне децентрализованного электроснабжения. И даже после создания в перспективе транспортных систем, обеспечивающих максимальную доступность, эта зона на Северо-Востоке сохранится. В силу слабой и очаговой освоенности большое значение по-прежнему будет иметь малая энергетика.
Основными причинами обострившихся проблем с энергообеспечением потребителей северо-восточных регионов являются неудовлетворительное техническое состояние энергоисточников, дальний транспорт топлива и зависимость от его поставок. Наиболее остро эти проблемы выражены у автономных энергоисточников малой мощности в топливодефицитных и изолированных в транспортном отношении районах. Сложившееся положение еще более усугубляют недостаток бюджетного финансирования, удорожание органического топлива и рост транспортных тарифов на его доставку.
В работе подробно рассмотрены следующие основные варианты развития малой энергетики, обеспечивающие повышение экономичности систем энергетики и снижение объемов потребления органического топлива: подключение к системе централизованного электроснабжениясооружение атомных станций малой мощностиприменение возобновляемых источников энергиииспользование электроэнергии для целей теплоснабжения.
