Особенности получения механической энергии в условиях Камчатской области

УДК 531.62

ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В УСЛОВИЯХ КАМЧАТСКОЙ ОБЛАСТИ

А.Р. Ляндзберг

Рассмотрена экономическая эффективность получения механической энергии путем использования электропривода и привода от ДВС в условиях Камчатской области. Установлено, что невозможно развитие промышленности области при существующем балансе цен и необходимо привлечение местных источников электроэнергии.

The cost-effectiveness of obtaining of mechanical energy by use of electric drive or engine output drive in Kamchatka region was studied in the article. It was stated that the industrial development of the region at present prices balance is impossible and it is necessary to attract the local electrical energy sources.

Особенностью большинства машин и механизмов является их универсальность по отношению к источнику первичной механической энергии. Это означает возможность использования в качестве механического привода любого типа двигателя: на природной энергии, электрического или теплового, в т.ч. и двигателя внутреннего сгорания на жидком топливе (ДВС). Существующие ограничения связаны в первую очередь не с прямыми свойствами двигателя (необходимой развиваемой мощностью или скоростью вращения), а с общими эксплуатационными требованиями, такими как стабильность работы (по этому признаку существенно проигрывают и потому сейчас практически не применяются двигатели на естественной природной энергии), удобство обслуживания, необходимость ограничения шума или вредных выбросов и т. д.

Центрально-сибирские регионы России обладают значительными запасами гидроэнергии, а также возможностью преобразования ее в электроэнергию за счет развитой сети гидроэлектростанций и включенности их в единую энергосистему. Поэтому в данных регионах электроэнергия относительно дешева и использование электропривода в сравнении с двигателем на жидком топливе (карбюраторным или дизельным) может быть экономически выгодным. Косвенным подтверждением этого вывода является наличие разветвленной троллейбусной сети в большинстве материковых городов страны. Кроме того, централизованное получение электроэнергии

с последующей передачей ее по электросети и использованием местных электродвигателей удобнее и экологически безопаснее, чем эксплуатация отдельных индивидуальных ДВС, требующих организации подвоза топлива и загрязняющих при работе окружающую среду.

Однако в условиях Камчатской области ситуация иная. Механическая энергия как с использованием ДВС, так и на основе электропривода может быть получена только с использованием жидкого привозного топлива. При этом топливо сжигается либо непосредственно в двигателе (привод от ДВС), либо на ТЭЦ полуострова с целью получения электроэнергии (электропривод). Во втором случае электроэнергия производится путем сжигания более дешевого топлива (тяжелых мазутных фракций нефти), чем те, которые используется в ДВС. По этой причине нами был поставлен первый вопрос исследования: каково соотношение стоимости механической энергии, получаемой путем использования электропривода и привода от ДВС, в условиях Камчатской области?

До недавнего времени практически 100% электроэнергии Камчатки производилось на основе мазутного топлива. Однако в последние годы доля электроэнергии, получаемой путем сжигания привозного топлива, несколько упала в связи с пуском Толмачевской ГЭС и первой очереди Мутновской ГеоТЭС. По этой причине нами был поставлен второй вопрос исследования: какова динамика соотношения цен на механическую энергию, получаемую путем использования электропривода и привода от ДВС, за последние годы?

Для ответа на данные вопросы необходимо рассчитать стоимость применения того или иного типа привода с позиции конечного потребителя, а именно частного лица или организации. Разница в данном случае состоит в том, что частное лицо покупает электроэнергию по минимальному тарифу, установленному для населения, а жидкое топливо - по розничному (максимальному) тарифу. Организация оплачивает электроэнергию по повышенному тарифу для организаций, однако имеет возможность закупать жидкое топливо по оптовым ценам. В качестве предполагаемых поставщиков электроэнергии и жидкого топлива были приняты соответственно

АО «Камчатскэнерго» и ОАО «Камчатнефтепродукт» как крупнейшие организации на полуострове. Кроме того, при проведении расчетов были сделаны некоторые упрощения, а именно: рассматривались только текущие расходы на получение энергии без учета капитальных затрат, амортизации оборудования, различных налогов и т. п.

Обозначим через П показатель экономической эффективности применения электропривода по отношению к приводу с помощью ДВС. Этот показатель может быть найден как отношение стоимостей единицы (1 кВт • ч) механической энергии, полученной путем использования электропривода, к стоимости того же количества энергии, полученной с помощью ДВС:

П = $ЭЛ / SДВС,

где $ЭЛ - стоимость электроэнергии на выработку 1 кВт • ч механической энергии электродвигателем, руб./кВт • ч;

$двС - стоимость дизельного или бензинового топлива, необходимого для выработки 1 кВт • ч механической энергии двигателем внутреннего сгорания, руб./кВт • ч.

Стоимость электроэнергии определяется как

Яэл = Цэл / Пдв,

где ЦЭЛ - отпускная цена 1 кВт • ч электроэнергии, руб./кВт • ч;

Пдв - КПД электродвигателя.

Для электрических двигателей постоянного тока ЦдВ = 84 ... 88%, переменного тока -ПдВ = 88 ... 93% (иногда до 93 ... 97%) [1]. Поскольку наиболее распространенным типом используемого в промышленности электродвигателя является трехфазный асинхронный двигатель переменного тока, примем ПдВ = 90%.

Отпускная цена 1 кВт • ч электроэнергии принималась по данным расчетного отдела АО «Камчатскэнерго» отдельно для населения и промышленных предприятий г. Петропавловска-Камчатского. Цены брались на март - апрель соответствующих лет. Динамика изменения отпускной цены электроэнергии по годам и стоимость производства 1 кВт • ч механической энергии электродвигателем, рассчитанная по формуле (2), представлены в табл. 1.

Таблица 1

Отпускная цена электроэнергии и стоимость производства 1 кВт • ч механической энергии электродвигателем, руб./кВт • ч

Год 1998 2000 2002 2004

Потребит Население Предприяти Население Предприяти Население Предприяти Население Предприяти

ель я я я я

ЦЭЛ (0,4-) 0,6 1,58-1,62 0,75 2,54 2,00 3,62-3,87 2,30 2,67-4,03

£ЭЛ (0,44-) 0,67 1,76-1,80 0,83 2,82 2,22 4,02-4,30 2,56 2,97-4,48

Стоимость горючего, необходимого для выработки 1 кВт • ч механической энергии тепловым двигателем на жидком топливе, определяется как

£двс = Стоп ' цтоп

где ОТОП - количество топлива, необходимого для выработки 1 кВт -ч механической энергии, кг/кВт • ч;

ЦТОП - цена топлива, руб./кг.

Необходимое количество топлива (в кг) для выработки 1 кВт • ч механической энергии найдем по формуле:

Стоп = 3 600 / ^топ ' Пдв),

где 2ТОП - теплотворная способность (теплота сгорания) топлива, кДж/кг;

ПдВ - КПД данного типа двигателя (дизельного или бензинового).

Для бензина 2ТОП = 47 300 кДж/кг, для дизельного топлива QТОП = 43 900 кДж/кг [2]; КПД бензиновых двигателей лежит в пределах 28 ... 35%, дизельных - 38 ... 42%. Принимая для бензинового двигателя ЦдВ.Б = 32%, для дизельного ПдВ.д = 40%, по формуле (4) получаем:

&топ.б = 0,238 кг/кВт • ч, Отоп.д = 0,205 кг/кВт • ч.

Отпускная цена бензинового и дизельного топлива принималась по данным бухгалтерии городской нефтебазы (коммерческого отдела ОАО «Камчатнефтепродукт») для оптовых покупателей. Цены брались за 1 т топлива на март - апрель соответствующих лет. Динамика изменения цен по годам и рассчитанная по формуле (3) стоимость жидкого топлива на производство 1 кВт • ч механической энергии ДВС представлена в табл. 2.

Таблица 2

Отпускная стоимость топлива и стоимость топлива на производство 1 кВт • ч механической энергии

Год 1998 2000 2002 2004

Топливо А-76 АИ-92 ДТ А-76 АИ-92 ДТ А-76 АИ-92 ДТ А-76 АИ-92 ДТ

Цтоп, руб./кг 3,26 3,49 2,37 9,54 9,0-11,5 6,81- 8,39 10,2- 10,5 9,62- 11,5 7,4-9,0 13,5- 14,6 15,3- 16,7 11,2- 11,7

&два руб./кВт • ч 0,78 0,83 0,49 2,27 2,14- 2,74 1,4- 1,72 2,43- 2,5 2,29- 2,74 1,52- 1,85 3,21- 3,47 3,64- 3,97 2,30- 2,40

Примечание. Колебание стоимости одного вида топлива связано с различием тарифов для разных категорий покупателей.

Далее по формуле (1) определяем показатель экономической эффективности П. При этом отдельно рассчитываем его для населения (как было указано выше, в этом случае стоимость электроэнергии минимальна; стоимость топлива, как для розничного покупателя, максимальна) и промышленных предприятий (обратное соотношение). Результаты представлены в табл. 3-4.

Таблица 3

Показатель экономической эффективности П для населения Камчатской области по годам

Двигатель Год

1998 2000 2002 2004

Бензиновый А-93 0,80 0,30 0,81 0,64

Бензиновый А-76 0,86 0,37 0,89 0,74

Дизельный 1,37 0,48 1,20 1,07

Таблица 4

Показатель экономической эффективности П для промышленных предприятий Камчатской области по годам

Год 1998 2000 2002 2004

Двигатель шт шах шт шах шт шах шт шах

Бензиновый А-93 2,11 2,17 1,32 1,32 1,76 1,88 0,81 1,23

Бензиновый А-76 2,26 2,32 1,24 1,24 1,66 1,77 0,92 1,39

Дизельный 3,61 3,70 2,02 2,02 2,65 2,83 1,29 1,95

Те же результаты в графической форме представлены на рис 1.

Оценим полученные результаты. Нами показано, что для промышленных предприятий Камчатской области в большинстве случаев заметно выгоднее (до 1,5-2 раз в настоящее время) использование двигателей внутреннего сгорания по сравнению с электроприводом. На первый взгляд, данное соотношение может показаться парадоксальным: оказывается, выгоднее сжигать дорогостоящее жидкое топливо в низкоэффективном двигателе внутреннего сгорания, чем покупать электроэнергию, произведенную централизованно путем сжигания наиболее дешевого жидкого топлива - мазута.

Основной причиной данного соотношения цен является специфика Камчатки как удаленного региона, требующего доставки топлива танкерами. За счет этого, во-первых, резко возрастает абсолютная стоимость топлива, во-вторых, снижается естественная дифференциация цен между высоко- и низкокачественными сортами топлива, т. е. бензиновым и дизельным - с одной стороны, и мазутным топливом - с другой. Поскольку в центральной части России относительная разница в стоимости мазута и дизельного топлива велика, это делает производство электроэнергии более выгодным даже на ТЭС; с учетом возможности получения дешевой электроэнергии на ГЭС

упомянутого

дифференциации

разносортного

сказывается

развитость

полуострова

специального

тарифа для

и увязки всей материковой части России в единую энергосеть оказывается более выгодным

электропривод. В условиях же Камчатской области, кроме

снижения цен топлива, недостаточная энергосетей и наличие повышенного промышленных предприятий, установленного для компенсации пониженного

тарифа для населения. По этой причине, как показано выше, производство механической энергии электродвигателем

становится нерентабельным (показатель П более единицы).

Большинство станков и аппаратов всех отраслей

промышленности проектируются под

использование электропривода. Поскольку на основании

проведенного выше расчета его использование нерентабельно,

можно сделать вывод, что при существующем балансе цен на жидкое топливо и электроэнергию невозможно развитие промышленности Камчатской области.

Одним из характерных внешних признаков, подтверждающих проведенный расчет, является более низкая цена привозных товаров по сравнению с аналогичными местными. Иначе говоря, местное производство в нашем регионе оказывается более затратным, чем экспорт, что говорит о нестабильности экономического положения Камчатской области. Поскольку в настоящий момент развитие местной промышленности нерентабельно, можно сделать следующий вывод: экономическое развитие Камчатской области возможно только при снижении относительных цен на электроэнергию путем привлечения местных источников, например постройки ГЭС, ГеоТЭС и т. д.

Рис. 1. Показатель экономической эффективности П по годам для населения и промышленных предприятий при различном типе привода

Литература

1. Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электроооборудованию. - М.: Высшая школа, 2002. - 215 с.

2. Артеменко А.И., Малеванный В.А., Тикунова И.В. Справочное руководство по химии. - М.: Высшая школа, 1990. - 303 с.