Эколого-экономическая эффективность использования древесных отходов в качестве местного возобновляемого энергетического ресурса

Экономика и управление

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДРЕВЕСНЫХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ МЕСТНОГО ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕСУРСА

Н.р. ПОДКОПАЕВА, кандидат экономических наук директор департамента ТЭК и тарифной политики Костромской области

с.в. кукушкин,

Костромской государственный технологический университет

Для достижения главных целей энергетической политики региона необходимо решение комплекса народнохозяйственных задач, связанных с проблемой надежного снабжения региона топливными ресурсами в условиях роста цен на первичные энергоресурсы и ограниченности их запасов. В России и в Костромской области, в частности, остро стоит проблема диверсификации топливных ресурсов в направлении использования местных видов топлива с высокой степенью возобновляемости, что существенно влияет на энергонадежность и социальное развитие региона.

Все существующие критерии оценки пригодности тех или иных источников энергии в качестве основы для альтернативных энерготехнологий можно подразделить на три группы: 1) качественные; 2) количественные; 3) технологические.

К основным качественным критериям выбора альтернативных преобразователей энергии относятся: экономичность, экологичность, безопасность, обеспеченность ресурсами, стабильность, надежность, долговечность. Однако в реальной практике каждый качественный критерий требует количественной оценки.

Количественные критерии: стоимость получаемой энергии; эффективность (в качестве этого показателя могут быть использованы КПД, тепло-производительность, удельное количество выраба-

тываемой мощности и т. п.); период окупаемости затрат на создание объекта; рентабельность; срок службы и др.

Технологические критерии: материалоемкость; энергоемкость; конструктивная и технологическая сложность; унифицированность производства и др.

В связи со значительным числом критериев задача выбора из всего многообразия альтернативных источников энергии, действительно пригодных в качестве альтернативных для широкомасштабного использования, существенно усложняется из-за отсутствия интегральных критериев, а также неопределенности, связанной с использованием качественных критериев.

Для комплексной оценки эколого-экономи-ческой эффективности выбора различных энерготехнологий мы вводим три показателя:

1) экологичность — отсутствие или минимизация вреда окружающей среде;

2) экономичность — величина рентабельности, удельные стоимости мощности и энергии, экономический эффект от замещения (или сбережения) топлива;

3) эффективность — коэффициент полезного действия, надежность, стабильность, доступность, технологичность, качество энергоснабжения, материалоемкость.

Комплексный критерий эколого-экономической эффективности представим в виде

Еэ = Э,Э2Эз,

где Эр Э2, Э3 — показатели экологичности, экономичности и эффективности, соответственно.

Названные показатели необходимо определить количественно.

Экологичность можно представить в виде степени экологической безопасности исследуемой технологии:

3

1 Эаб'

где Э, Э , — экологическая и абсолютная экологи

б' аб

ческая безопасность, соответственно.

Экономичность можно выразить формулой

Цз.т^з.т _ 3т

З " З

32 _

где Цз т — цена замещаемого топлива, руб. /т у. т. или дол. /т у. т.; Qт — количество замещаемого топлива, т у. т.; ЗЕ — суммарные, приведенные во времени, затраты за срок службы энергостанции.

Величина Эт = Ц^т, определяющая экономический эффект от замещения топлива, может в отдельных случаях выступать как самостоятельный параметр при сравнении разных технологий и определении экономического эффекта от использования потенциала возобновляемого источника энергии.

В качестве критериев экономической эффективности используются два основных показателя, применение которых наиболее распространено в международной практике для оценки инвестиционных проектов: чистая приведенная стоимость (ЧПС), внутренняя ставка рентабельности (ВСР).

Эффективность мы определяем как совокупность параметров, влияющих на соотношение величин вырабатываемой энергии и необходимых затрат. При анализе эффективности энерготехнологий обычно рассматриваются величины:

• окупаемость;

• чистый дисконтированный доход;

• коэффициент полезного действия (теплосодержание);

• время работы (в зависимости от погодных условий, нагрузки и т. д.);

• материалоемкость (технологичность);

• надежность (по числу отказов в год);

• качество энергии (соответствие стандартам). При анализе и выборе того или иного альтернативного источника энергии, кроме эколо-го-экономической эффективности, необходимо

учитывать географический, территориальный фактор преобладания потенциала конкретного вида возобновляемого источника энергии, доступность (экономичность, рентабельность) его использования на рассматриваемой территории. Эколого-экономическая эффективность с учетом этого территориального фактора может быть определена из формулы

Е = ЕК ,

э. т э эп.' 4 7

где К = Р /Р Е — отношение экономического

э. п э м э Е

потенциала конкретного вида ресурса нетрадиционного возобновляемого источника энергии (НВИЭ) и суммарного экономического потенциала всех видов НВИЭ на данной территории.

Для каждого региона может быть рассчитана величина Еэт и определена эколого-экономическая целесообразность и приоритетность использования конкретного вида источника топлива и конкретной энерготехнологии.

На основании проведенных исследований возможных направлений диверсификации топливного баланса региона следует отметить высокий энергетический потенциал древесных отходов в Костромской области. Исследования показывают, что костромские леса несут в себе топливно-энергетический ресурс, в 5—6 раз превышающий современные потребности, и являются мощной сырьевой базой для развития региональной теплоэнергетики — базовой отрасли социально-экономической сферы области. Применение древесных отходов в качестве топлива по сравнению с использованием каменного угля позволяет достичь существенно большей народнохозяйственной эффективности проектов топливообеспечения региона.

Структура целевой направленности решения проблемы использования отходов деревообработки как возобновляемого местного энергоресурса представлена на рис. 1 [2].

Снижение расходов бюджета на энергообеспечение области. Расходы на топливо составляют большую часть себестоимости тепловой энергии, поэтому цена топлива играет важную роль. Умножение экономии топливной составляющей на годовое производство тепла — основная составляющая бюджета для окупаемости инвестиций.

Создание энергетических предприятий, приспособленных для потребления древесных отходов, и создание, таким образом, стабильного спроса, позволило бы предприятиям лесного хозяйства организовывать заготовку лесосечных отходов, переработку их на топливную щепу и ее поставку энергетическим предприятиям. На энергетические

СНИЖЕНИЕ РАСХОДОВ

БЮДЖЕТА НА ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКОНОМИКИ ОБЛАСТИ

Снижение затрат бюджета на закупку и транспортировку топлива

Снижение платы за вреданые выбросы

Уступка квот на выбросы углерода в соответствии с Киотским Протоколом

ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ

ПОДЦЕЛИ II ранга

Сокращение выбросов диоксидов азота и серы

Очистка лесов от низкотоварной древисины

Сокращение выбросов соединений углерода

Формирование качественной структуры лесов

Снижение зависимости энергообеспечения области от привозного топлива

Очистка лесов от отходов лесозаготовок территорий предприятий от отходов деревообработки

ПОДЦЕЛИ III ранга

Развитие теплоэнергетики области

Интенсификация развития регионального лесопромышленного комплекса

Рис. 1. Структура целевой направленности использования отходов деревообработки как возобновляемого местного энергоресурса

Уголь более грязен, чем нефть, нефть более грязна, чем природный газ, но и природный газ, хоть и является самым экологически «чистым» топливом, тоже порождает выбросы. Чем «чище» ископаемое топливо с точки зрения количества выбросов, тем больше экологическая выгода.

Сжигание отходов деревообработки возвращает в атмосферу только то количество диоксида углерода, которое было использовано растениями в процессе фотосинтеза.

Кроме снижения выбросов парниковых газов, использование отходов лесозаготовок и лесопользования, очистка лесов от отходов позволили бы уменьшить опасность размножения вредителей и возникновения пожаров.

нужды могли бы поставляться некондиционное древесное технологическое сырье, древесные материалы, не имеющие сбыта.

Формирование экологически безопасной системы энергоснабжения. Анализ топливного баланса позволяет определить суммарные вредные выбросы при сжигании топлива в Костромской области. В табл. 1 приведены объемы и структура вредных выбросов по Костромской области в результате использования в качестве топлива мазута и угля.

Экологические выгоды для общества зависят от того, какое ископаемое топливо сберегается.

Таблица 1

Количество и структура вредных выбросов в результате сжигания мазута и угля в Костромской области, тыс. т [3]

МАЗУТ УГОЛЬ

СО N0 ^2 СО N0, ^2

7,287 0,497 1,141 8,97 0,39 1,26

Оптимизация ведения лесного хозяйства. Различные породы деревьев в лесу имеют ограниченный жизненный цикл, по истечении которого наступает процесс гниения, сопровождаемый поглощением кислорода и выделением углекислого газа.

Из-за сложившегося низкого уровня лесопользования (отсутствия своевременной вырубки спелых и перестойных насаждений, т. е. возможности их замены на здоровый продуктивный древостой) продолжает усугубляться проблема лесов Костромской области и прилегающих центральных областей.

С другой стороны, ухудшение состояния лесов является следствием отсутствия спроса на лиственную, мелкотоварную и низкокачественную древесину.

Таким образом, для формирования качественной структуры лесов, соответствующей их многоце-

левому значению возникла острая необходимость в их форсированном освоении и обновлении.

Обеспечение энергетической безопасности региона. В рамках формирования и реализации новой региональной политики особое место должно отводиться вопросам энергетической безопасности региона. В структуру угроз энергетической безопасности региона кроме прочих следует включить и слабую диверсифицированность энергоснабжения и возможную недостаточность запасов топлива, а также резервов производственных мощностей.

Нами проведена оценка эффективности инвестиционных проектов по замене угольного топлива на отходы деревообработки по методу анализа иерархий.

Метод анализа иерархий является систематической процедурой для иерархического представления элементов, определяющих суть любой проблемы [5]. Метод состоит в декомпозиции проблемы на все более простые составляющие части и дальнейшей обработке последовательности суждений лица, принимающего решение (ЛПР), по парным сравнениям. В результате может быть выражена относительная степень (интенсивность) взаимодействия элементов в иерархии. Эти суждения затем выражаются численно.

Используем следующие обозначения: и — главная цель, U2,..., им(X, Y, Z, V) — подцели, А^,..., А — альтернативы, Ь (/) — множество непосредственно подчиненных целей (или альтернатив) для некоторой цели /, М (/) — множество целей, для которых цели (или альтернативы) i являются непосредственно подчиненными, р — локальный вес некоторой цели (или альтернативы) i относительно вышестоящей цели к е М(/), Рк — глобальный вес некоторой цели (или альтернативы) Ь

Расчеты ведутся по уровням дерева целей из и1,., Ц^, корни которого образуются альтернативами А ,..., А . На базе данных предпочтений алгоритм находит веса рп для всех непосредственно подчиненных главной цели и1 подцелей и^ е Ь (1). Эти веса одновременно глобальны и локальны, т. е.

Р,1 = Р

Затем, последовательно спускаясь вниз до уровня альтернатив, для подцелей каждого уровня иерархии рассчитывают такие же глобальные веса, которые отражают их значимость для главной цели системы.

Все цели или альтернативы сравниваются попарно. Для всех уровней вводятся свои матрицы предпочтений А = {ага}, где а — предпочтение цели (альтернативы) г перед я относительно определен-

ной цели высшего порядка. Для оценки предпочтений Т. Саати ввел следующую шкалу: 1 = «индифферентно», 3 = «незначительное предпочтение», 5 = «значительное предпочтение», 7 = «существенное предпочтение», 9 = «абсолютное предпочтение». В нашей задаче оценки формировались специалистами с учетом расчетов комплексного критерия энергоэффективности Кэ [5].

Рассматриваем две альтернативы: А1 — использование в качестве топлива каменного угля и А2 — использование в качестве топлива отходов деревообработки. Главная цель и1 состоит в повышении народнохозяйственной эффективности топливо-обеспечения. В качестве подцелей второго уровня различаются: X — снижение расходов бюджета на энергообеспечение экономики области; Y— экологическая безопасность системы энергоснабжения; Z — энергетическая безопасность региона; V — оптимизация ведения лесного хозяйства.

Подцели третьего уровня: и2 — развитие теплоэнергетики области; из — развитие лесопромышленного комплекса.

На четвертом уровне иерархии рассматриваются критерии: и4 — бюджетная оценка проекта топ-ливообеспечения, учитывающая интернализацию экстерналий [4]; и5 — снижение стратегического риска инвестиционного проекта.

Получены следующие показатели матрицы парных сравнений и предпочтений для второго уровня иерархии. Наибольшее собственное значение матрицы суждений = 4,17. Индекс согласованности по формуле ИС = 0,07. Средний случайный индекс для матрицы 4-го порядка

X Y Z V

Рис. 2. Дерево целей и альтернатив

СИ = 0,9. Отношение согласованности ОС = 0,06, что вполне приемлемо.

Из матрицы парных сравнений и предпочтений для второго уровня иерархии следует, что на повышение народнохозяйственной эффективности топливообеспечения (главная цель в костромском регионе наибольшее влияние оказывает достижение подцели Х (снижение расходов бюджета на энергообеспечение). Далее приоритеты значимости подцелей распределились так: на втором месте — подцель V (оптимизация лесопользования), на третьем месте — подцель ^(экологическая безопасность), на четвертом — подцель Z (энергетическая безопасность).

Далее рассчитаны матрицы предпочтений на третьем уровне иерархии, определены векторы локальных приоритетов, максимальные собственные значения векторов приоритетов и индексы согласованности матриц.

Проведенный синтез локальных приоритетов дал результаты:

Рги2 = 0,62; Ргт = 0,38.

Из приведенных локальных приоритетов можно сделать вывод, что более весомое значение для достижения поставленных целей имеет развитие теплоэнергетики региона (Ргго) по сравнению с развитием лесопромышленного комплекса (Рг ).

Рассчитаны матрицы предпочтений критериев и4, и, векторы локальных приоритетов, максимальные собственные значения векторов приоритетов, индексы согласованности этих матриц. Локальные приоритеты критериев и4 и и5: Рги4 = 0,44, Рги5 = 0,56. Сравнение Рги4 и Рги5 показывает, что для повышения народнохозяйственной эффективности топливообеспечения более значим критерий и5 (снижение рисков энергетических проектов) по сравнению с критерием и4 (бюджетная оценка проекта топливообеспечения).

Рассчитаны матрицы предпочтений альтернатив А1 и А2, векторы локальных приоритетов, максимальные собственные значения векторов приоритетов, индексы согласованности этих матриц.

Определены глобальные приоритеты альтернатив А: и А2:

Рг„ = 0,47, Рг„ = 0,53.

А1 ' ' А2 '

Сравнивая глобальные веса РгА1 и РгА2 отмечаем абсолютное предпочтение альтернативы А2 по отношению к альтернативе А:

На основании проведенного анализа следует сделать заключение: применение древесных отходов в качестве топлива по сравнению с использованием каменного угля позволяет достичь существен-

но большей народнохозяйственной эффективности проектов топливообеспечения региона.

Нами была проведена оценка вариантов использования отходов деревообработки для производства тепловой энергии в Мантуровском районе Костромской области. В связи с отсутствием в данном районе газоснабжения для производства теплоэнергии и горячего водоснабжения в настоящее время используется уголь. Ежегодно местной администрацией закупается 18,725 тыс. тонн угля (в единицах условного топлива — 12,04 тыс. т у. т.) для отопления коммунальных зданий. В то же время в районе имеются значительные неутилизируемые объемы отходов деревообработки. Общий объем деревоотходов по району составляет 113,1 м3 (в единицах условного топлива — 19,9 тыс. т у. т.). Ежегодный объем отходов деревообработки в виде опилок и щепы оценивается в 30,9 тыс. м3 (5,44 тыс. т у. т.).

Наряду с упущенной выгодой из-за неиспользования ценного энергетического ресурса имеет место ряд других негативных последствий, прежде всего экологического характера. Отсутствие в данном районе мест под свалку древесных отходов приводит к существенному прямому экологическому ущербу из-за нерегулируемого сброса отходов.

Технико-экономическое обоснование различных вариантов утилизации отходов деревообработки для производства тепловой энергии проводилось с учетом методологии разработки проектов совместного осуществления, которые являются одним из механизмов финансирования проектов, направленных на снижение выбросов парниковых газов (ПГ), предусмотренных Киотс-ким Протоколом.

Проведен анализ финансовой эффективности проектов использования отходов деревообработки для одного предприятия Мантуровского района для следующих трех сценариев:

• предприятие не получает дополнительных выгод от реализации единиц сокращения выбросов (ЕСВ) ПГ;

• предприятие вместе с инвестором (в рамках проекта совместного осуществления) получает дополнительные доходы, связанные с реализацией ЕСВ по цене 300 руб. за тонну углеродного эквивалента;

• то же, но при реализации по цене 600 руб. за тонну углеродного эквивалента.

Каждый из этих сценариев был проанализирован для трех значений стоимости капитала (ставки дисконтирования) — 10, 20 и 30 %, отражающих различные желательные для зарубежного инвес-

тора уровни доходности инвестиционных затрат в проекты в России.

В качестве критериев экономической эффективности используются два основных показателя: чистая приведенная стоимость (ЧПС), внутренняя ставка рентабельности (ВСР).

Оборудование для утилизации отходов деревообработки путем сжигания для получения тепловой энергии можно условно разделить на две группы:

1) оборудование, которое использует сыпучие отходы (опилки, щепа, гранулы);

2) оборудование, которое использует кусковые отходы (в основном дрова) и топливные брикеты.

Преимуществом использования сыпучих отходов и/или гранул является более простая и надежная система подачи топлива из бункера в топку, упрощающая эксплуатацию оборудования и его обслуживание.

При использовании топливных брикетов также можно применять эффективную систему подачи топлива, поскольку размер брикета одинаковый.

Сравнительный анализ результатов финансового анализа для данных двух вариантов (установка котлов мощностью 125 и 250 кВт) показывает, что вариант установки котла мощностью 250 кВт является экономически гораздо более эффективным. Это обусловлено незначительным увеличением стоимости проекта (котел 250 кВт стоит 177 тыс. руб. при неизменных других составляющих стоимости проекта) и существенным увеличением выгод проекта от замещения угля.

Был разработан второй проект — производство топливных брикетов. Проектом планируется установка необходимого оборудования для производства 1 200 т топливного брикета в год, что приведет к возможности замещения 1 000 т угля. Этот проект не требует замены существующих угольных котлов.

Общий вывод из этих расчетов — для основной массы потребителей потребность в тепловой мощности находится в диапазоне 50—200 кВт. А для варианта установки специальных котлов для сжигания сыпучих отходов мощностью 50—200 кВт экономическая эффективность является невысокой. Замена угольных котлов на специальные котлы, сжигающие сыпучие отходы древесины, целесообразна только в местах, находящихся вбли-

зи образования значительных объемов отходов и наличия потребителей тепловой энергии. В этом случае преимуществом как вида топлива обладают топливные брикеты.

Вывод. Учитывая возможную перестройку топливного баланса страны в целом, несомненное изменение соотношения цен на основные виды топлива и в плане обеспечения энергетической безопасности региона необходимо принятие мер по диверсификации топливных ресурсов и изыскании собственных топливных ресурсов. Для этого требуется проведение всестороннего анализа технико-экономической целесообразности использования каждого вида топлива в определенном регионе области, на основании которого определить первоочередные территориальные задачи снижения себестоимости производства энергии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Головков С. И. Энергетическое использование древесных отходов / С. И. Головков и др. — М.: Лесн. пром-сть, 1987. — 224 с.

2. Каравайков В. М. Целевая направленность использования отходов деревообработки как возобновляемого местного энергоресурса /

B. М. Каравайков, Н. Р. Подкопаева, С. И. Кожурин // Вестник Костромского государственного университета. Кострома, 2004, № 5.

C. 26-31.

3. Каравайков В. М. К вопросу использования биомассы древесных отходов в энергоснабжении Костромской области / В. М. Каравайков, Н. Р. Подкопаева. //Сб. трудов научно-практ. конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы развития российского общества. Пятые Кондратьевские чтения». -Иваново, 2004. С. 102-108.

4. Каравайков В. М. Интернализация экстерналий в экономической оценке энергетических проектов / В. М. Каравайков, Н. Р. Подкопаева // Анализ состояния и перспективы развития экономики России: Межвузовский сборник научных трудов / Иван. гос. энерг. ун-т. — Иваново, 2005. С. 22-26.

5. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1993. — 320 с.