Экономическая оценка инновационной технологии сжигания угля, находящейся на ранней стадии инновационного цикла

Экономическая оценка инновационной технологии сжигания угля, находящейся на ранней стадии инновационного цикла1

Шарина И. А., Перепечко Л.Н., Янов С.Р., Казакова О.А., Третяк Н.В., Монгуш Г.Р.

Целью работы является поиск решения проблемы оценки экономической эффективности инновационных проектов (технологий), находящихся на начальной стадии инновационного цикла (НИР, НИОКР).

Решаемые задачи: выбор и обоснование актуальности объекта исследований — технологии термической подготовки угольного топлива; разработка рекомендаций по экономической оценке инновационных технологий сжигания угля, находящихся на начальной стадии инновационного цикла; экономическая оценка инновационной технологии сжигания угля с использованием предложенного подхода.

В современном мире энергетика является основой развития производственных отраслей экономики, определяющих прогресс общественного производства и экономический рост.

В энергетическом балансе России уголь занимает значительно меньше места, чем в среднем в мире. «У нас сложилась парадоксальная ситуация, — говорит замдиректора Института обогащения твердых топлив Ильдар Дебердеев— «Страна обладает четвертью мировых запасов угля, и в то же время его доли в энергобалансе в целом и в производстве электричества в частности примерно равны и составляют всего 18 процентов» [1]. Основные положения одобренной Правительством РФ «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» фактически не предусматривают существенного изменения структуры топливно-энергетического баланса страны, формируемого преимущественно на базе углеводородного сырья (газ, нефть) с незначительным (2 - 3%) ростом угольной составляющей [2]. Долгосрочная стратегия развития топливно-энергетического комплекса, до 80% первичных энергоресурсов которого будут составлять невосполняемые запасы газа и нефти, в перспективе несет реальную угрозу энергетической безопасности России. Уже сейчас, убежден генеральный директор Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) Владимир Рашевский, нужно искать эффективные пути возвращения угля в энергетику, «уголь не должен оставаться архаичным топливом. Инвестиции необходимы и в технологии производства угольного топлива, и в технологии его сжигания» [3].

Переход на уголь в энергетике потребует применения инновационных технологий — энергоэффективных, ресурсосберегающих и экологически чистых. Преимущество отечественных технологий заключается в их направленности на сжигание топлива низкого качества (большое количество примесей, низкая энергетическая ценность).

Проектные и технологические возможности для развития технологий угольной генерации в настоящее время в России есть. Существуют научные заделы, которые находятся на лабораторном уровне испытаний, но они не готовы к внедрению. По данным вице-президента РАН Николая Лаверова, в перенасыщенном финансовыми ресурсами ТЭКе только чуть более 3% предприятий занимаются более или менее серьезной инновационной деятельностью [4],. Причина этого кроется в том, что, освоив технологию разработки новшеств, исследовательские организации упускают из вида необходимость ориентации своих разработок

1. Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 8887 "Экономическая оценка инновационных технологий сжигания угля в топливно-энергетическом комплексе страны"

на конкретного потребителя (исследование рынка) и разработку стратегии продвижения инноваций на рынок. В результате, на первый план в решении проблемы недостаточной востребованности российских научно-технических разработок выступают вопросы чисто рыночные: исследование и оценка потенциала инновационных технологий и разработка стратегии продвижения инноваций на рынок.

В современной теории и практике не существует единой концепции оценки эффективности инновационной технологии. Причины этого явления: отсроченный стратегический характер, т.е. доходность инновационных технологий является достаточно непредсказуемой, особенно технологий, находящихся на начальных стадиях разработки (НИР, НИОКР); условия неопределённости и риска, в которых осуществляется внедрение инновационной технологии.

В России для оценки экономической эффективности инновационных проектов (технологий) пользуются Методическими рекомендациями по оценке эффективности инвестиционных проектов, утвержденные Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике 21.06.1999 № ВК 477.(далее Методические рекомендации) [5]. Использование Методических рекомендаций для оценки инновационных технологий (проектов), имеющих специфические особенности, в частности, необходимость выполнения фундаментальных и прикладных исследований, требующих огромных вложений, не соответствует реальным экономическим условиям и неприемлемо. По данным экспертов в рыночной экономике в условиях высокой конкуренции лишь 6-8 процентов научных исследований превращаются в новый продукт. На каждой стадии инновационного цикла от фундаментальных исследований к опытно-конструкторским и к освоению производства новой продукции происходит увеличение затрат примерно в 10 раз. Следовательно, необходимо проведение постоянной оценки коммерциализуемости результатов НИОКР по мере продвижения по инновационному циклу, с целью принятия решения о перепрофилировании или прекращении исследований, в целях экономии значительных финансовых средств.

Основными производителями инноваций в России являются НИИ и ВУЗы, которые занимаются в первую очередь фундаментальными исследованиями, а разработки являются «побочным» эффектом этой деятельности. Эти организации не заинтересованы и не имеют ресурсов для оценки перспективности и коммерциализации своих разработок. В лучшем случае проводятся патентные исследования по оценке уровня техники и патентоспособности результата научно-технической деятельности (РНТД) по требованиям выполняемых государственных контрактов или с целью патентования.

Данное исследование выполнено с целью разработки подходов к созданию простой и понятной методики экономической оценки инновационной технологии, находящейся на ранней стадии инновационного цикла. Опыт авторов по экономической оценке инновационных технологий, находящихся на стадиях НИР и НИОКР, в целях их доработки и последующей коммерциализации в рамках малых предприятий показал, что предварительную экономическую оценку целесообразно осуществлять на основе маркетинговых исследований с учетом затрат на выполнение дополнительных НИОКР. Маркетинговые исследования с исполь-

зованием научно-технических, патентных и иных источников информации позволяют оценить рынок и рыночную нишу; определить конкурентов, их цены на аналогичную продукцию и объёмы реализации; определить возможных потребителей и оценить спрос на первый год выпуска продукции; определить аналоги; определить перспективы спроса на продукцию согласно оценке её потребительских свойств; сделать выбор направления НИОКР. Полученные данные позволяют рассчитать затраты на дополнительные НИОКР, определиться с экономическими показателями реализации проекта коммерциализации.

В качестве примера экономической оценки инновационной технологии выбрана технология термической подготовки угольного топлива с использованием плазменно-топливных систем. Выбор области техники обусловлен ростом в последнее время интереса к углю в мире. Для России актуальность обращения к угольным технологиям связана со следующими факторами:

во-первых, в связи с вступлением России в ВТО возрастает необходимость кратного снижения энергоемкости валового внутреннего продукта за счет модернизации энергетического сектора с использованием инновационных технологий;

во-вторых, угольная энергетика для России является наиболее перспективной с точки зрения запасов в Сибири углей, и как представляющая интерес с позиций общего тренда развития технологий в мире;

в-третьих, в решении экологических проблем важным направлением является поиск эффективных технологий сжигания угля;

в-четвёртых, нерешенность методических вопросов оценки экономической эффективности инновационных технологий сжигания угля, отсутствие стратегии продвижения на рынки оригинальных инновационных ресурсосберегающих проектов.

Основание для выбора технологии - новая технология переработки и использования угля, удовлетворяющая следующим требованиям: технология активно развивается; позволяет полно и комплексно использовать заключенный в топливе энергетический потенциал; имеет высокую энергоэффективность; соответствуют требованиям ПДК по выбросами вредных веществ; имеет небольшие затраты на реализацию.

В настоящее время для повышения эффективности воспламенения и стабилизации процесса горения углей на тепловых электростанциях используется высококалорийное жидкое топливо - мазут (в объеме 10-20 % от расхода угля) или газ. Из-за постоянно снижающегося качества поставляемых на ТЭС углей расход мазута или газа на растопку котлов и подсветку факела увеличивается в 3-5 и более раз. Стоимость мазута значительно превышает стоимость угля. Совместное сжигание мазута с углем, в свою очередь, повышает мехнедожог топлива и выбросы оксидов азота и серы, что ухудшает экологическую и экономическую эффективность сжигания низкосортных углей на ТЭС. В связи с этим становится очевидным актуальность замены мазута при растопке и подсветке факела котельных агрегатов углем, цена которого на порядок ниже жидкого топлива-мазута.

Решить указанные проблемы позволяет технология термической подготовки топлива с использованием плазмен-но-топливных систем, в которых создаются высокотемпе-

ратурные условия для воспламенения обычной пыли угля. Плазменное воспламенение пылеугольного топлива — процесс, состоящий из нескольких этапов:

1. генерирование струи низкотемпературной плазмы электрической дугой в плазмотроне, который установлен на начальном участке плазменно-угольной горелки, представляющем собой камеру термохимической подготовки угля к сжиганию;

2. подача в камеру термохимической подготовки угля к сжиганию пылеугольной аэросмеси и плазменной струи;

3. нагрев, выделение летучих, частичная газификация коксового остатка внутри камеры термохимической подготовки угля к сжиганию и получение на ее выходе высокореакционного двухкомпонентного топлива (горючий газ + коксовый остаток);

4. подача высокореакционного двухкомпонентного топлива из камеры термохимической подготовки угля к сжиганиюв топку котла с образованием в топке устойчиво горящего факела.

Из-за дефицита окислителя в камере термохимической подготовки угля к сжиганию в первичном воздухе сгорает только часть летучих угля и осуществляется частичная газификации коксового остатка. Тем самым из исходного угля получается высокореакционное двухкомпонентное топливо, которое при смешении с вторичным воздухом в топке котла воспламеняется и устойчиво горит, не требуя дополнительного высокореакционного топлива (мазута или природного газа).

Преимущества технологии: многократное уменьшение мощности трансформатора при сохранении стабильности воспламенения пылеугольной аэросмеси; повышение надежности воспламенения топливной смеси; исключение аварийного останова оборудования из-за обрыва дуги в плазмотроне или погасании факела на выходе муфеля; повышение безопасности работы котла при плазменной растопке благодаря исключению взрывоопасной ситуации в топке; снижение износа электродов плазмотрона; возможность эффективной работы котла на низкокачественных углях. Способ безмазутной растопки котла, позволяет повысить устойчивость и надежность процесса воспламенения угля и работы плазменного оборудования, а в итоге

— эффективность процессов растопки котла и подсветки факела.

Рассмотрим на примере экономическую оценку проекта «Проектирование и создание систем электротермохимической подготовки энергетических углей к сжиганию (ЭПУС) для повышения эффективности их использования на тепловых электростанциях», направленного на создание систем, заменяющих использование жидкого или газообразного топлива при растопке котлов и стабилизации горения пылеугольного факела». Проект рассчитан на выполнение в три этапа: 1-й этап — НИОКР; 2-й и 3-й этапы

— развитие производства.

Рынок России

Энергоснабжение России обеспечивают 485 ТЭС. Примерно 30% этих ТЭС работают на угле с мазутной растопкой. Потребление топочного мазута этими предприятиями составляет примерно 15 млн. т/год (по данным РАО «ЕЭС России»). Цена на топочный мазут на внутреннем рынке составляет примерно 230 долл./тонну, т.е. затраты на ма-

зут - более 3 млрд. долларов США. Треть из ТЭС оснащена котлами, пригодными для установки систем ЭПУС, таким образом, примерный объем рынка России более 4000 систем ЭПУС. Эколого-экономическая эффективность плазменных технологий подтверждается следующим примером. За время эксплуатации плазменно-топливных систем (прототипа предлагаемой разработки) на 4 энергоблоках Гуси-ноозерской ГРЭС (установленной мощностью 200 МВт каждый) сэкономлено более 30000 т мазута. При этом снижение вредных выбросов (оксидов азота и серы, монооксида углерода и пятиокиси ванадия) составляет 13000 т/год.

Большой интерес к этой разработке проявляет китайский энергорынок, вследствие того, что Китай не располагает запасами нефти и газа. В Китае 2 000 котлов, пригодных для установки систем ЭПУС; в среднем по 4 системы на котел, это примерно 8000 систем. Срок эксплуатации сегодня составляет 7 лет. На растопку этих котлов Китай ежегодно тратит 15 млн. тонн топочного мазута, при его цене в 750 долларов за тонну! Замещение топочного мазута углем с использованием систем ЭПУС позволит сэкономить более 10 млрд. долларов США.

Перспективы использования систем ЭПУС в Казахстане оцениваются, исходя из следующих данных. На ТЭС и районных котельных Казахстана в общем ежегодно расходуется около 75 млн. тонн пылеугольного топлива и 1 млн. тонн мазута для растопки котлов и подсветки пылеуголь-ного факела. Количество пылеугольных котлов паропро-изводительностью от 50 до 1650 т/ч достигает 239, а общее число необходимых систем ЭПУС составляет 516 комплектов. При этом объем вытеснения топочного мазута самим углем оценивается в 233 млн. долларов США в год. Время окупаемости систем ЭПУС (в зависимости от качества угля и характеристик котла) не превышает 2-х лет.

Имеющиеся аналоги:

1) ГУП «ВО» ТЕХНОПРОМЭКСПОРТ» (Фирма по Техническому Обслуживанию Энергообъектов, г.Москва) -АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПЛАЗМЕННОГО РОЗЖИГА ГОРЕЛОК КОТЛА.

Система предназначена для автоматического взрыво-безопасного розжига мазутных горелок котлоагрегата и последующего контроля за их работой. Возможность использования системы на всех тепловых станциях вне зависимости от вида основного топлива обусловлена тем, что в качестве топлива помимо мазута, может применяться дизельное топливо и газ. Система исключает основные причины аварий, связанные главным образом с использованием оператором визуального контроля наличия факела растопочных горелок, управлением розжигом и гашением горелок вручную. Использование ПХВ дает возможность: применять в качестве горючего тяжелые топлива, включая мазут; уменьшить задержку воспламенения топлива до величины не более 5 мс, что важно для автоматизации управления сложными электрическими системами; обеспечить дежурный факел, необходимый при критических режимах работы котлоагрегата; уменьшить загрязнение воздушного пространства. Кроме традиционных приборов технологического контроля (термопара, датчики давления), в системе применен оптический датчик селективного контроля пламени, установленный на горелке и вторичный прибор, размещенный на пульте управления.

2) Экологически чистые угольные технологии.

В настоящее время во всем мире активно разрабатыва-

ются различные перспективные технологии использования угля (прежде всего в топливной электроэнергетике), претендующие на роль экологически чистых /3,4/. Последние отечественные требования по выбросам вредных веществ в атмосферу для перспективных угольных ТЭС таковы: зола — до 150 мг/м3; оксиды серы — до 200-300 мг/м3; оксиды азота — до 150-200 мг/м3. Исходя из этих требований, на современных котлах с камерным сжиганием угольной пыли в факеле устанавливают оборудование для глубокой очистки дымовых газов от твердых частиц, основанное на электрических и рукавных фильтрах, и обеспечивающее золоулавливание на 98,6-99,8 %. Для снижения выбросов оксидов серы, как правило, применяют технологическое связывание их известняком, позволяющее удалять из дымовых газов до 90 % оксидов серы. Требования по снижению выбросов МОх достигаются с гораздо более сложными технологическими приемами. Так, использование специальных малотоксичных горелок, многоступенчатый подвод в камеру воздуха и топлива позволили снизить выбросы оксидов азота на каменных углях до 500 и бурых - до 300-350 мг/м3. Однако эти внутритопочные способы не позволяют достичь вышеупомянутых концентраций (150-200 мг/м3), поэтому в последнее время стали применять селективные некаталитические и каталитические технологии восстановления МОх с помощью аммиака. Однако использование аммиака в этих технологиях сопровождается рядом существенных недостатков, поэтому промышленная их реализация весьма ограничена.

3) Нетрадиционные угольные технологии. Перспектива оказаться в XXI веке практически единственным видом органического топлива обязывает научно-технических работников ТЭК'а создавать новые перспективные экологически чистые угольные технологии. К таким новым нетрадиционным технологиям следует отнести, на наш взгляд, следующие: подземная газификация угля, сжигание супертонкой (10-20 мкм) угольной пыли, сжигание угля в кислородной атмосфере.

Высокий технический уровень плазменной технологии и, следовательно, её конкурентоспособность, подтверждается следующим:

• В 2001г. совместно с Всероссийским теплотехническим институтом (ВТИ) были разработаны и утверждены РАО «ЕЭС России» «Общие технические требования к системам безмазутной растопки котлов и стабилизации пылеугольного факела с использованием электродуговых плазмотронов».

• В 2002 г. ОЦ ПЭТ РАО «ЕЭС России» было получено РАЗРЕШЕНИЕ Госгортехнадзора России № РРС 037164 на «Применение Систем безмазутной растопки котлов и стабилизации пылеугольного факела с использованием электродуговых плазмотронов, их проектирование, осуществление монтажа, ввода в действие и эксплуатацию плазменного оборудования».

Преимуществами плазменно-топливных систем являются: снижение уровня вредных выбросов ТЭС, снижение мех-недожога угля, увеличение технико-экономических показателей тепловых станций.

Стоимость одной системы ЭПУС — 1,5 млн.р. В нее входят: источник электропитания плазмотрона (двухпосто-вой) — 350 000, плазмотрон мощностью 200 кВт с пусковым устройством — 95 000, индуктивный дроссель — 195 000, накладные расходы — 60 000, зарплата — 360 000р, материа-

лы для изготовления системы ЭПУС— 140 000 и источника электропитания — 150 000.

Себестоимость - 1 350 000р, продажная цена - 1,5 млн.р, прибыль с одной системы ЭПУС - 150 000р без учета НДС.

Пример расчета окупаемости установки ЭПУС на примере котельной Новосибирского электровозоремонтного завода.

На этой котельной в год расходуется 4 500 тонн мазута, при стоимости мазута 3500 руб/т в 2008г. это 15.75 млн. р/ год. Количество котлов на ТЭС - 3шт, по 4 горелки на каждый. На каждый котел устанавливается 2 системы ЭПУС, итого на ТЭС - 6 систем ЭПУС. Стоимость одной системы ЭПУС - 1,5млн.руб. Таким образом, стоимость установки систем ЭПУС на котлы - 9 млн.руб. Установка систем ЭПУС с учетом стоимости монтажа, затрачиваемой на их функционирование электроэнергии и замещающего мазут угля окупается примерно за 1 год.

Рентабельность продукта проекта - 30%. Срок окупаемости проекта - 3,3 года. Для обеспечения этого срока окупаемости необходимо производить и устанавливать на ТЭС ежегодно по 7 систем ЭПУС.

Ожидаемые результаты: объем продаж в размере 18 млн.р., прибыль может составить 900 000 руб.

Проведение экономической оценки необходимо повторять на каждом этапе проекта

Предложенный подход экономической оценки находящихся на стадии НИОКР инновационных технологий позволит развить методологию научного и инновационного менеджмента в направлении разработки подходов к повышению эффективности научно-исследовательских и инновационных процессов.

Список использованных источников

1. Ирик Имамутдинов «Всё — в топку». Энергия промышленного роста, № 1 [1] Ноябрь 2005.

2. «Энергетическая стратегия России на период до 2020 года», Москва, май2003г.

3. http://www.teo97.ru/news/ugol

4. http://www.politjournal.ru/index.php?action=Articles&dirid=36& tek=1853&issue=49

5. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов, утвержденные Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике 21.06.1999 № ВК 477.