Экономическая эффективность использования вторичных энергетических ресурсов в промышленности

Экономическая эффективность использования вторичных энергетических

ресурсов в промышленности Economic efficiency of secondary energy sources in industry

Климовец Ольга Васильевна Klimovets Olga Vasilievna

Аспирант кафедры Математических методов в экономике

РЭУ имени Г. В. Плеханова e-mail: ola1391@mail.ru Post-graduate student Russian University of Economics named after G. V. Plekhanov

Аннотация. Цель данного исследования заключается в изучении вопроса использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) как инструмента снижения энергетической составляющей себестоимости продукции. В работе рассмотрены способы снижения энергетических издержек, одним из которых является использование ВЭР. Уточнено определение ВЭР, выявлены источники и направления использования ВЭР. Предложен подход к оценке предельно допустимого уровня инвестиций в установку теплообменника с учетом технологических особенностей производства и ценовых факторов.

Abstract. The purpose of this research is to examine the question of the use of secondary energy sources as a tool to reduce energy component of production costs. The paper presents ways to reduce energy costs, one of which is the use of secondary energy sources. The definition of secondary energy sources is clarified, its sources and ways of use are identified. An approach to the assessment of the maximum allowable level of investment in the installation of the heat exchanger based on the technological features of production and price factors is given as well.

Ключевые слова: вторичные энергетические ресурсы, энергоэффективность, энергетические издержки.

Key words: secondary energy sources, energy efficiency, energy costs.

Промышленный сектор является крупнейшим потребителем энергетических ресурсов. На его долю приходится большая часть потребляемой электроэнергии в российской экономике (рис. 1). В условиях роста цен на энергоресурсы и с учетом изменчивости российского законодательства в области тарифного регулирования проблема снижения энергетических затрат в промышленном производстве встает особенно остро.

100% 80% 60% 40% 20% 0%

137.1

61.7

149.6

91.1 90.4

154.5

574.0

913.5

Потреблено электроэнергии (млрд кВт ч) Расходы на оплату энергетических ресурсов

I Промышленность  Другие виды экономической деятельности

Транспорт и связь  Население

Рис. 1. Потребление электроэнергии и оплата энергетических ресурсов в России по секторам экономики, 2012 г.

Источник: Федеральная служба государственной статистики [1]

Стремление руководства промышленного предприятия с высоким уровнем потребления энергии к снижению энергетических издержек обуславливает необходимость поиска экономически эффективного способа энергоснабжения.

Возможное решение указанной задачи для действующих предприятий видится в рационализации системы энергоснабжения, основными направлениями которой являются установка на предприятии собственных

источников энергии и внедрение энергосберегающих направленных на повышение энергоэффективности (рис.2).

мероприятий,

Основные направления рационализации энергоснабжения

Ъ

Энергосберегающие Использование

мероприятия собственной генерации

1. Использование вторичных 1. Автономное

энергоресурсов энергоснабжение

2. Совершенствование 2. Параллельное с

технологических процессов энергосистемой

3. Внедрение передовых

энергосберегающих

технологии

Рис. 2. Направления рационализации энергоснабжения

В качестве собственной генерации могут выступать газотурбинные электростанции, газотурбинные теплоэлектроцентрали, газопоршневые электростанции, паросиловые установки малой мощности, дизель-генераторы, энергоустановки, основанные на использовании возобновляемых источников энергии (ВИЭ), энергокомплексы, использующие как органические, так и ВИЭ, мини-ТЭЦ, работающие на нетрадиционном топливе - биомасса, торф и т.д.

При этом выбор того или иного типа энергоустановки определяется рядом экономических, технологических и природных факторов, а также предпосылками в виде исходных характеристик потребителей (электро- и теплоемкость производства, наличие вторичных энергетических ресурсов, характер тепловых нагрузок, график потребления электроэнергии, наличие ответственных электроприемников и т.д.) и параметров энергетического рынка (цены на энергоресурсы, ограничения электроснабжения в часы пиковых нагрузок, высокие тарифы в пиковой зоне суток и т.д.).

Например, энергокомплексы на базе дизельных и ветровых электростанций (ВДЭС) эффективны при высоком тарифе на электроэнергию в зоне изолированного (автономного) энергоснабжения в условиях значительного

ветроэнергетического потенциала [2]. Использование возобновляемых источников энергии в целях замещения дизельной распределенной генерации приводит не только к экономии дорогого «дальнепривозного» топлива, но и к повышению экологической и энергетической безопасности изолированных потребителей [2, 3].

С учетом технико-экономических особенностей промышленного производства к основным типам собственных энергоустановок для энергоснабжения промышленных предприятий относят газопоршневые агрегаты, парогазовые и газотурбинные установки.

Собственная генерация на предприятии обладает большим количеством преимуществ и, главным образом, может обеспечить экономию затрат на электроэнергию и более надежное энергоснабжение. Кроме того, наличие собственных генерирующих мощностей при определенных условиях (наличие «свободных» мощностей, интеграция в единую энергетическую систему) способствует не только экономии энергетических издержек, но и позволяет промышленному предприятию выступать в роли поставщика на рынке электроэнергии и мощности и получать дополнительный доход от реализации излишков произведенной электрической энергии. Особенно значима такая постановка задачи для энергодефицитных районов страны.

Вторым направлением рационализации энергоснабжения, как было отмечено выше, является проведение мероприятий по экономии энергоресурсов (повышение энергоэффективности) (рис. 2).

Целесообразность проведения мероприятий по экономии энергетических ресурсов определяется потенциалом энергосбережения, реализация которого означает возможность сокращения количества энергетических ресурсов на выпуск единицы продукции неизменного качества за счет специальных самоокупаемых организационно-технологических мероприятий при заданных уровнях развития техники и цен на энергоносители.

Потенциал энергосбережения меняется во времени и зависит от таких факторов, как состояние научно-технического прогресса, цены на оборудование и энергоносители [4].

На основе анализа литературы самоокупаемые организационно-технологические мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности, условно можно сгруппировать следующим образом (рис. 2) :

1) использование вторичных энергоресурсов (ВЭР);

2) совершенствование технологических процессов (организация/техническое перевооружение основного производства, интенсификация производственных процессов);

3) внедрение передовых энергосберегающих технологий, направленных на сокращение потерь электроэнергии при осуществлении технологических процессов.

Более подробно в рамках данного исследования рассмотрим использование вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) как способ повышения энергоэффективности промышленного производства.

Анализ литературы показал отсутствие единого определения ВЭР. Данилов О.Л. и др. под ВЭР понимает энергетические ресурсы, получаемые в виде побочных продуктов основного и вспомогательного производства в различных технологиях [4].

Федеральная служба государственной статистики дает более точное определение: ВЭР - топливно-энергетические ресурсы, образующиеся как побочные продукты (сбросы и выбросы) производственного технологического процесса (нагретые отходящие газы технологических агрегатов, сбросные воды, отработанный водяной пар, газы и жидкости систем охлаждения, вентиляционные выбросы, тепло которых может быть использовано), а также отходы, которые могут быть использованы как топливо - твердые отходы, жидкие сбросы и выбросы нефтеперерабатывающей, нефтедобывающей, целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и других отраслей

промышленности (доменный газ, древесная пыль, биошламы, городской мусор и т.п.) [5].

Согласно официальной статистической методологии составления топливно-энергетического баланса Российской Федерации к ВЭР относится совокупность всех видов топлива и энергии, которые получены в результате преобразования первичных энергетических ресурсов, используемых в хозяйственной и иной деятельности (например, уголь и сырая нефть относятся к первичным энергетическим ресурсам, а кокс, бензин и мазут - к вторичным) [6].

В данной статье под ВЭР будем понимать энергетические ресурсы, образующиеся в технологических установках в виде побочных продуктов основного и вспомогательного производства, энергетический потенциал которых может быть использован как для энергоснабжения других установок, так и для реализации внешним потребителям.

Важно отметить, что к вторичным тепловым ресурсам не относятся: теплота продуктов (отходящих газов, основной, побочной, промежуточной продукции и отходов производства), возвращаемая в агрегат-источник этих ресурсов за счет регенерации или рециркуляции; теплота конденсата, возвращаемого в парогенераторы или источники пароснабжения; теплота продуктов, направляемых в следующую стадию переработки без изменения их параметров [5].

В отечественной статистике вторичные энергоресурсы представлены двумя показателями: горючие (млн т условного топлива) и тепловые (млн Гкал) (табл. 1) [7].

Таблица 1

Использование вторичных энергетических ресурсов

Годы Вторичные энергетические ресурсы Фактически

горючие тепловые сэкономлено за счет

млн т % от млн Гкал % от использования

условного выхода выхода вторичных

топлива энергетических

В ресурсов, млн т условного топлива

2000 14,3 95 67,1 22 25,5

2005 17,4 95 78,0 25 30,3

2010 18,2 96 75,7 26 30,7

2011 18,5 96 77,5 26 31,6

2012 18,9 96 78,8 29 32,1

2013 18,6 96 76,9 27 31,3

Вместе с тем проведенный анализ (результаты приведены в табл. 2) показал, что выделяют также вторичные энергоресурсы избыточного давления - потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением, которое необходимо снижать перед последующей ступенью их использования или при их выбросе в атмосферу, водоемы, емкости и т.д.

Таблица 2

Направления использования ВЭР

Вид ВЭР Пример ВЭР Установки утилизации Замещаемый ресурс

Тепловы физическая котлы-утилизаторы; топливо;

е теплота рекуперативные электроэнерги

уходящих газов; теплообменники- я;

пароконденсатна утилизаторы; тепловая

я смесь; теплогенерационные энергия;

вторичные пары установки; теплоулавливающая аппаратура; контактные теплообменники с активной насадкой теплонасосные установки холод

Горючие технический горелочное устройство; электроэнерги

водород; энергогенерирующая я;

сажевый газ; установка; тепловая

горючие газы; топливосжигающая энергия;

отходы установка; топливо

деревообра- котлы-утилизаторы;

батывающей про- детандер-генераторный

мышленности; агрегат;

бытовой мусор, сжигаемый или газифицируемый на мусороперерабат ывающих заводах абсорбционные холодильные установки

Избыточного давления сжатый природный газ, водяной пар гидравлические турбины электроэнерги я

В энергоемких отраслях промышленности наиболее представительной группой, на долю которой приходится более 60% потенциала энергосбережения, являются тепловые ВЭР, представляющие собой физическую теплоту отходящих газов технологических агрегатов, основной и побочной продукции, жидкостей и газов, используемых для принудительного охлаждения технологических агрегатов и установок, теплоту шлаков, золы, горячей воды и пара, отработавших в технологических и силовых установках, а также теплоту, уходящую с поверхности ограждений промышленных печей и

др. [4].

Использование ВЭР позволяет снизить потребности в топливе, тепловой энергии и электроэнергии со стороны. Программа использования ВЭР на предприятиях должна утверждаться в соответствии с результатами экономических расчетов.

При расчетах эффективности использования энергии, получаемой за счет ВЭР, учитываются возможные пути и способы их утилизации, технико-экономические показатели действующего или планируемого для установки утилизационного оборудования, экономическая целесообразность выработки энергии определенного вида за счет данного вида ВЭР с учетом его количества, параметров и другие факторы.

Методика экспресс-оценки экономической эффективности использования

тепловых ВЭР

Организация использования ВЭР в энергоснабжении промышленного предприятия как одно из направлений рационализации существующей системы энергоснабжения представляет собой типичный инвестиционный проект, экономика которого в общем случае характеризуется капитальными вложениями и операционными затратами.

Принятие инвестором решения об участии в инвестиционном проекте может быть основано на определении срока окупаемости. Применительно к инвестиционному проекту внедрения утилизационных установок в целях замещения вторичными энергоресурсами приобретаемых топлива, тепловой и электрической энергии срок окупаемости можно определить как период времени с момента осуществления инвестиций до момента, когда накопленная экономия затрат на энергоснабжение за счет использования ВЭР будет равна объему инвестированных средств.

Экономическая эффективность капитальных вложений может быть выражена также через норму доходности инвестиций и в общем случае определяется как отношение полученной в ходе реализации инвестиционного проекта прибыли к капитальным вложениям. Другими словами, это прибыль, приходящаяся на 1 рубль капитальных вложений, обеспечивших получение прибыли.

На основании сопоставления оцененных срока окупаемости и нормы доходности инвестиций конкретного инвестиционного проекта с приемлемыми инвестор принимает решение об участии или об отказе в участии в данном инвестиционном проекте.

Кроме того, можно также оценить предельный уровень капитальных вложений при обеспечении требуемой нормы доходности на инвестированный капитал.

В качестве примера рассмотрим инвестиционный проект по установке теплообменника-утилизатора, использование которого позволит утилизировать теплоту отходящих газов и снизить объем приобретаемой тепловой энергии.

Опишем базовый подход к определению предельного уровня капитальных затрат Кпр.

Пусть норма требуемой доходности инвестиций Ен задана инвестором. Норму амортизации с учетом срока полезного использования теплообменника обозначим через Еа (применяется линейный способ начисления амортизации).

Тариф на тепловую энергию Цтэ, потребляемую на предприятии, будем считать неизменным.

При внедрении и использовании теплообменника объем приобретаемой тепловой энергии снизится на величину АБ.

Таким образом, величина экономии затрат на теплоснабжение за счет реализации инвестиционного проекта по установке и использованию теплообменника составит:

Э = АБ • Цтэ (4) Однако возникнут амортизационные издержки Иа:

Иа = Еа • Кр (5) и издержки на обслуживание и ремонт И^ :

И0.р= Еор- Кпр (6) где Еор - коэффициент, отражающий долю издержек на обслуживание и

ремонт от общего объема инвестиций.

Таким образом, показатель экономической эффективности внедрения теплообменника (показатель доходности инвестиций), представляющий собой величину экономии издержек на покупку тепловой энергии на 1 рубль инвестиций в теплообменник, может быть выражен отношением экономии затрат на покупку тепловой энергии с учетом издержек, к вызвавшим эту экономию капитальным вложениям в приобретение и установку теплообменника:

Э - И - И

Ен =Э И;р. Иа

Кпр

С учетом формул (4)-(7) имеем:

ДВ • Ц - Е • К - Е • К

т1 ^ тэ о.р. пр а пр /0\ Ен =-^--

Кпр

Учитывая сделанное допущение, что инвестор сам определяет требуемую норму доходности, из формулы (8) можно выразить предельный объем инвестиций:

К = ДВ • Цтэ

пр Е + Е + Е

н о. р. а

Анализируя полученное выражение (9), можно сделать вывод о том, что предельно допустимый объем инвестиций зависит от экономии тепловой энергии - чем больше физический объем экономии, тем больше средств целесообразно инвестировать в установку теплообменника. При этом объем экономии энергоресурсов определяется рядом технологических факторов.

Преимущество данного подхода заключается в возможности экспресс-оценки целесообразности участия в инвестиционном проекте и определения предельного объема инвестиций с учетом технологических возможностей, а также в зависимости от установленного тарифа на тепловую энергию.

Апробация описанной методики на примере нефтеперерабатывающего

завода

Апробируем предложенный подход и проведем экспресс-оценку эффективности инвестиционного проекта по установке теплообменника-утилизатора, использование которого позволит утилизировать теплоту отходящих газов и снизить объем приобретаемой тепловой энергии для нужд нефтеперерабатывающего завода, а также оценим предельный объем инвестиций, обеспечивающий требуемую норму доходности.

В целях соблюдения конфиденциальности коммерческой информации рассмотрим пример с условными данными.

Исходные данные для расчета представлены в табл. 3.

Таблица 3

Исходные данные

№ п/п Наименование параметра Ед. изм. Значение

1 Норма доходности Ен % 15

2 Норма амортизации Еа % 10

3 Доля издержек на обслуживание и ремонт теплообменника в капитальных вложениях Еоя % 7

4 Тариф на тепловую энергию Цтэ руб./Гкал 797,9

5 Объем теплоты, утилизированной в теплообменнике ДВ Гкал 10 000

Финансирование затрат осуществляется за счет собственных средств. Норма доходности £н принята равной 15 %. Амортизация начисляется

линейным методом, норма амортизации Еа равна 10 %.

Объем теплоты, который может быть утилизирован в теплообменнике за один год, равен 10 000 Гкал.

Таким образом, величина годовой экономии затрат на теплоснабжение при внедрении и использовании теплообменника-утилизатора составит:

Э = 7 979 000 руб.

Предельный объем инвестиций, который целесообразно инвестировать в установку теплообменника-утилизатора с учетом достижения требуемой нормы доходности, определяется по формуле (9) и составляет 23 467 647,1 руб.

Оценив пороговое значение величины инвестиций, обеспечивающих заданную норму доходности, и сопоставив его с имеющимися рыночными предложениями, инвестор принимает решение об участии или об отказе в участии в соответствующем инвестиционном проекте.

Выводы

Высокий уровень затрат на энергоснабжение в промышленном секторе экономики при значительном потенциале снижения энергетической

составляющей обуславливает необходимость рационализации энергоснабжения, основными направлениями которой являются использование собственной генерации и реализация мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности.

Одним из инструментов повышения энергоэффективности и снижения энергетических издержек является использование вторичных энергетических ресурсов. Опыт использования ВЭР свидетельствует о высокой окупаемости затрат на сооружение утилизационных установок, которые в несколько раз меньше затрат на добычу эквивалентного по энергетической ценности количества топлива.

Таким образом, руководству промышленного предприятия (особенно энергоемких производств) рекомендовано рассмотреть возможность использования ВЭР в целях снижения затрат на энергоресурсы и повышения конкурентоспособности выпускаемой продукции.

Библиографический список

1. Промышленность России. 2014: Стат. сб./Росстат. М., 2014. 326 с.

2. Елистратов В.В., Кудряшева И.Г. Разработка принципов комплексного подхода к определению эффективности ветродизельных энергетических комплексов автономного энергоснабжения // Электрические станции, 2015, №10, 38-42.

3. Елистратов В.В. Энергетическое снабжение изолированных территорий России // Академия Энергетики, 2015, № 4 (66), 26-33.

4. Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: учебник для вузов / О.Л. Данилов, А.Б. Гаряев, И.В. Яковлев и др.; под ред. А.В. Клименко. - М.: Издательский дом МЭИ, 2010. - 424 с.: ил.

5. Энциклопедия статистических терминов в 8 томах. Экономическая статистика / Федеральная служба государственной статистики. Москва, 2011. URL: http: //www.gks .ru/free_doc/new_site/rosstat/stbook 11 /tom4 .pdf (дата обращения: 09.02.2016).

6. Об утверждении официальной статистической методологии составления топливно-энергетического баланса Российской Федерации: приказ Росстата от 04.04.2014 № 229. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».

7. Российский статистический ежегодник - 2014 г.: Стат. сб. / Гос. ком. Рос. Федерации по статистике (Госкомстат России). М., 2014. 693 с.

References

1. Promyshlennost' Rossii. 2014: Stat. sb./Rosstat. M., 2014. 326 c.

2. Elistratov V.V., Kudrjasheva I.G. Razrabotka principov kompleksnogo podhoda k opredeleniju jeffektivnosti vetrodizel'nyh jenergeticheskih kompleksov avtonomnogo jenergosnabzhenija // Jelektricheskie standi, 2015, №10, 38-42.

3. Elistratov V.V. Jenergeticheskoe snabzhenie izolirovannyh territorij Rossii // Akademija Jenergetiki, 2015, № 4 (66), 26-33.

4. Jenergosberezhenie v teplojenergetike i teplotehnologijah: uchebnik dlja vuzov / O.L. Danilov, A.B. Garjaev, I.V. Jakovlev i dr.; pod red. A.V. Klimenko. -M.: Izdatel'skij dom MJel, 2010. - 424 s.: il.

5. Jenciklopedija statisticheskih terminov v 8 tomah. Jekonomicheskaja statistika / Federal'naja sluzhba gosudarstvennoj statistiki. Moskva, 2011. URL: http: //www.gks .ru/free_doc/new_site/rosstat/stbook 11 /tom4 .pdf (data obrashhenij a: 09.02.2016).

6. Ob utverzhdenii oficial'noj statisticheskoj metodologii sostavlenija toplivno-jenergeticheskogo balansa Rossijskoj Federacii: prikaz Rosstata ot 04.04.2014 № 229. Dostup iz sprav.-pravovoj sistemy «Konsul'tantPljus».

7. Rossijskij statisticheskij ezhegodnik - 2014 g.: Stat. sb. / Gos. kom. Ros. Federacii po statistike (Goskomstat Rossii). M., 2014. 693 c.