Экономическая эффективность использования нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве
Значительная часть поверхности Земли обладает большими запасами геотермальной энергии вследствие вулканической деятельности, радиоактивного распада, тектонических сдвигов и наличия участков магмы в земной коре.
В ряде географических районов использование геотермальных источников может существенно увеличить выработку энергии, так как геотермальные электростанции (ГеоТЭС) являются одним из наиболее дешевых альтернативных источников энергии. Только в верхнем трехкилометровом слое Земли содержится свыше 1020 Дж теплоты, пригодной для выработки электроэнергии. Такое количество энергии позволяет рассматривать теплоту Земли как альтернативу органическому топливу. Сама природа дает человеку в руки источник альтернативной энергетики
Геотермальные ресурсы
Источники геотермальной энергии по классификации Международного энергетического агентства делятся на 5 типов.
- Месторождения геотермального сухого пара. Они сравнительно легко разрабатываются, но довольно редки. Тем не менее, половина всех действующих в мире ГеоТЭС использует тепло этих источников.
- Источники влажного пара (смеси горячей воды и пара). Они встречаются чаще. При их освоении приходится решать вопросы предотвращения коррозии оборудования ГеоТЭС и загрязнения окружающей среды (удаление конденсата из-за высокой степени его засоленности).
- Месторождения геотермальной воды (содержат горячую воду или пар и воду). Они представляют собой так называемые геотермальные резервуары, которые образуются в результате наполнения подземных полостей водой атмосферных осадков, нагреваемой близко лежащей магмой.
- Сухие горячие скальные породы, разогретые магмой (на глубине 2 км и более). Их запасы энергии наиболее велики.
- Магма, представляющая собой нагретые до 1300 °С расплавленные горные породы.
Геотермальные ресурсы - это тепловая энергия твердой, жидкой и газообразной фаз земной коры, которая может быть эффективно извлечена и использована. Опыт, накопленный различными странами и Россией, относится в основном к использованию природного пара и термальных вод (парогидротерм), которые остаются пока наиболее реальной базой геотермальной энергетики. Однако ее крупномасштабное развитие в будущем возможно лишь при освоении петрогеотермальных ресурсов, т. е. тепловой энергии горячих горных пород, температура которых на глубине 3-5 км обычно превышает 100 °С.
Общий выход тепла из недр Земли на ее поверхность втрое повышает современную мощность энергоустановок мира и оценивается в 30 ТВт. При этом средняя плотность глубинного теплового потока составляет всего 0,06 Вт/м2, что примерно в 3500 раз меньше средней плотности солнечного излучения. Общее количество теплоты, которым располагает Земля, в топливном эквиваленте составляет примерно 4,5/108 трлн. т.у.т. Но тепло Земли очень "рассеянно" и в большинстве районов мира человеком может использоваться с выгодой только очень небольшая часть энергии, накопленная в 5-километровом слое земной коры. К тому же, с технической и экономической точки зрения земное тепло можно осваивать только в нескольких регионах с благоприятными геологическими условиями.
Использование геотермального тепла
Геотермальное тепло можно утилизировать либо "непосредственно", либо преобразовывать его в электричество, если температура теплоносителя достигает более 150 °С.
Напрямую геотермальное тепло в зависимости от температуры может использоваться для отопления зданий, теплиц, бассейнов, сушки сельскохозяйственных и рыбопродуктов, выпаривания растворов, выращивания рыбы, грибов и т.д.
В последние годы во многих странах стали применять тепловые насосы, в которых используется низкопотенциальная тепловая энергия с температурой 4-6 градусов °С и выше. В
качестве источника такой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло).
Сегодня уже в 80 стран мира в той или иной степени используется геотермальное тепло. В большей части из них, а именно в 70 странах, утилизация этого вида природного тепла достигла уровня строительства теплиц, бассейнов, использования в лечебных целях и т.д. А ГеоТЭС имеются в десяти странах. Установленная мощность геотермальных электростанций возросла с 678 МВт, в 1970 г. до 8000 МВт в 2000 г. В этом направлении лидируют такие страны как: США - 2228 МВт, Филиппины - 1909 МВт, Италия - 785 МВт, Мексика - 755 МВт, Индонезия - 589 МВт. Исландия практически полностью обеспечивает себя электрической и тепловой энергией за счет своей геотермальной и гидро- энергии. Среднегодовой рост мощности ГеоТЭС за последние 30 лет составил 8,6%. Установленная мощность геотермальных тепловых установок за последние 20 лет возросла с 1950 до 17175 МВт.
В России геотермальная энергия занимает первое место по потенциальным возможностям ее использования. Экономический потенциал геотермальной энергии составляет 115 млн. т.у.т. в год. Выявленные запасы геотермальных вод с температурой 40-200 °С и глубиной залегания до 3500 м на территории России могут обеспечить получение примерно 14 млн. м3 горячей воды в сутки, что по количеству энергии эквивалентно 30 млн. тонн условного топлива. В то же время выведенные на земную поверхность запасы геотермальных вод используются всего на 5%. В настоящее время в стране эксплуатируются месторождения геотермальных вод на Сахалине, Камчатке и Курильских островах, в Краснодарском и Ставропольском краях, Дагестане, Ингушетии.
По оценкам специалистов, запасы парогидротерм Камчатки и Курильских островов (эти зоны молодого вулканизма отличаются максимальной близостью геотермальных вод к поверхности земли) могут обеспечить мощность геотермальных электростанций не менее 1000 МВт. На Камчатке, на Паратунском месторождении в 1967 году была создана опытно-промышленная геотермальная электростанция мощностью около 500 кВт - это был первый опыт получения электроэнергии с помощью геотермального тепла в России. Тогда же началась первая в России промышленная выработка электроэнергии на Паужетской геотермальной электростанции. Ее установленная мощность составляет 11 МВт.
Поскольку в последнее десятилетие в мире значительно возрос интерес к возобновляемым источникам энергии, в том числе и к геотермальным электростанциям, в России также активизировались работы в этой области. Особое внимание уделяется развитию геотермальной энергетики на Камчатке. Уже разработана и начала реализовываться программа создания геотермального энергоснабжения этого региона, в результате которой ежегодно будет сэкономлено около 900 тыс. тонн условного топлива. Осенью 2002 года на полуострове введен в строй 2-й энергоблок Мутновской ГеоТЭС, теперь ее мощность составляет 50 МВт.
В программах энергосбережения развитых стран существенное место занимают тепловые насосы, что связано с их высокой эффективностью, экологической чистотой и надежностью. В настоящее время в мире работают около 15 миллионов тепловых насосов мощностью от нескольких кВт до десятков МВт. По прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 году 75% теплоснабжения в развитых странах будет обеспечиваться тепловыми насосами. Наиболее широко они применяются в США, Японии, Канаде, странах Скандинавии.
В США строительной нормой является использование отводимого от сооружений тепла, в результате более 30% жилых зданий оборудованы тепловыми насосами. В Стокгольме на тепле воды Балтийского моря работает крупнейшая теплонасосная станция мощностью 320 МВт. В России, к сожалению, тепловые насосы пока широкого распространения не получили, и работает их не более 100 единиц суммарной мощностью около 60 МВт.
Экономическая эффективность использования нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве может быть определена в процессе проектирования новых объектов, где будет введена энергосистема, или при реконструкции существующих объектов, где предусматривается замена традиционной системы получения энергии, имея в виду получение дополнительной либо более качественной продукции или экономию традиционной энергии.
Основные характеристики применяемых систем приведены в табл. 1. Таблица 1.
|
Наименование объекта |
Качественные характеристики применяемых систем |
|
1 |
2 |
|
1 Солнечная радиация |
|
|
1.1 Энергосистема с гелиоколлектором при сушке сена |
Экономия электроэнергии за счет сокращения времени работы вентиляторов |
|
Производство дополнительной продукции за счет получения более качественного корма (в 1 т сена содержится на 70 к.е. больше, чем в обычных условиях) |
|
|
1.2 Гелиоустановка в системе горячего водоснабжения доильно-молочного блока |
Экономия электроэнергии |
|
Повышение товарности молока |
|
|
Исключается использование холодной воды при перерывах в подаче электроэнергии |
|
|
1.3 Гелиоустановка для обогрева полов в свинарниках-маточниках |
Экономия электроэнергии |
|
Дополнительный прирост массы поросят |
|
Продолжение табл. 1
|
2 Энергия ветра |
|
|
2.1 Ветроэнергетические агрегаты (ВЭА) и установки (ВЭУ) |
Компенсация 60-70% потребности крестьянских (фермерских) хозяйств в энергии на нагрев воды и обогрев зданий |
|
Снабжение энергией электроизгороди |
|
|
Обеспечение энергией пунктов зарядки аккумуляторов сельскохозяйственных машин |
|
|
Использование в системах автономного электроосвещения |
|
|
Применение для подъема и подачи воды автономным потребителям, в том числе для орошения |
|
|
3 Энергия геотермальных вод |
|
|
3.1 Геотермальное водоснабжение |
Экономия тепловой нагрузки в системах отопления и горячего водоснабжения |
|
Экономия электроэнергии при работе вентиляционных установок и кондиционировании воздуха |
|
|
4 Вторичное тепло животноводческих помещений |
|
|
4.1 Система обеспечения микроклимата животноводческих помещений |
Экономия теплоты за счет утилизации выбросного воздуха |
|
Обеспечивает следующие процессы обработки воздуха: - осушение воздуха помещений с удалением конденсата и связанных с ними вредностей; |
|
|
- осушение наружного воздуха, поступающего в помещения в переходной период, когда его температура и влажность соответствуют параметрам воздуха в помещениях; |
|
|
- утилизация теплоты воздуха животноводческих помещений в зимний и пастбищный периоды; |
|
|
- утилизация теплоты наружного приточного воздуха в переходный период, когда его температура и влажность соответствуют параметрам воздуха в помещениях; |
|
|
- охлаждение приточного воздуха в летний период при стойловом содержании животных. |
|
Расчет экономической эффективности применения нетрадиционных источников энергии должен осуществляться в соответствии со схемой расчета, приведенной в табл. 2.
Таблица 2.
|
Принимаемый или определяемый показатель |
Вариант 1 |
Вариант "n" |
|
1 |
2 |
3 |
|
Принятая емкость аккумулирующего устройства, кВт·ч |
|
|
|
Обеспечение графика энергопотребления, % |
P1 |
Pn |
|
Дефицит потребления энергии за период T, который должен быть покрыт за счет традиционного источника энергии, кВт·ч |
|
|
|
Полезно используемая выработка нетрадиционного источника энергии, кВт·ч |
|
|
|
Капиталовложения на сооружение установки (Kв), руб. |
|
|
|
Себестоимость энергии, выработанной нетрадиционной установкой (Св), руб./кВт·ч |
|
Продолжение табл. 1
|
То же, для традиционной установки, восполняющей дефицит энергии (Сн), руб./кВт·ч |
|
|
|
Примечание
|
||
Оценка объекта производится:
- на стадии реализации проекта - на основании анализа финансово-экономической деятельности предприятия;
- при проектировании проекта - на основании прогнозных данных.
Экономическая эффективность объекта определяется исходя из сопоставления притоков и оттоков денежных средств в расчетном периоде и (или) сравнения базового и нового решений.
Для признания проекта эффективным необходимо, чтобы показатели эффективности проекта были положительными, а при сравнении альтернативных вариантов - у новых объектов были больше, чем у традиционных.
Оценка эффективности проекта определяется при помощи следующих показателей:
- чистый доход (ЧД);
- чистый дисконтированный доход (ЧДД);
- внутренняя норма доходности (ВНД);
- индекс доходности (ИД);
- срок окупаемости.
Основными показателями эффективности проекта являются чистый или чистый дисконтированный доход.
ЧД и ЧДД характеризуют превышение суммарных денежных поступлений над суммарными затратами для данного проекта соответственно без учета и с учетом неравноценности эффектов (т.е. затрат и результатов), относящихся к различным моментам времени.
Чистый доход определяется по формуле:
(1)
где Фm - поток реальных денег (сальдо), определяемый как разность между притоками (поступлениями) и оттоками (расходом) денежных средств в течение периода m, руб.;
M - число интервалов планирования;
(2)
где tm - продолжительность интервала планирования, годы.
Чистый дисконтированный доход (ЧДД) рассчитывается по формуле:
(3)
где m - коэффициент дисконтирования затрат, учитывающий приведение затрат к одному моменту времени.
Приведение сравниваемых вариантов в сопоставимый вид по фактору времени необходимо, если капитальные вложения осуществляются в течение ряда лет или в разные сроки, а также, если текущие издержки и результаты производства изменяются по годам эксплуатации, например, при сравнении традиционной и геотермальной систем теплоснабжения.
Для приведения затрат по фактору времени используется формула:
(4)
где E - норматив для приведения разновременных затрат, E = 0,1;
tm - tp - период времени приведения в годах, т.е. число лет, отделяющих затраты и результаты данного года tm от начала расчетного года tp.
Затраты и результаты, осуществляемые и получаемые до начала расчетного года, умножаются на коэффициент приведения (дисконтирования), а после начала расчетного года - делятся на этот коэффициент.
Приведение разновременных затрат и результатов используется только в расчетах экономического эффекта и не может служить основанием для изменения сметной стоимости объекта и др. показателей, учитываемых в системе финансово-экономической деятельности предприятий.
Внутренняя норма доходности ВНД определяется по формуле (3) при условии, что E=ВНД и ЧДД=0.
Если ВНД > 0 и ЧДД > 0 - проект эффективен. Если ВНД < E, ЧДД < 0 - проект неэффективен.
Индекс доходности затрат - отношение суммы накопленных денежных поступлений к сумме накопленных денежных платежей.
Индекс доходности инвестиций - отношение, увеличенное на единицу, ЧД к накопленному объему капитальных вложений или ЧДД к накопленному дисконтированному объему капитальных вложений.
Срок окупаемости - продолжительность периода от начального момента до момента окупаемости, т.е. момента, когда текущий доход ЧДк становится и в дальнейшем остается неотрицательным.
Вся информация должна представляться в единых (текущих) ценах, т.е. ценах, действующих на момент расчета.
В случае неоднородной инфляции по годам расчета информация должна представляться в расчетных (дефлированных) ценах, которые учитывают изменение цены конкретного ресурса (продукции) относительно общего индекса цен.
Формула для определения расчетных цен:
(5)
где Цт, Цб - соответственно расчетная и базовая цена, руб.;
Ip(tp, tm), Iц(tp, tm) - индексы цен (соотношение) соответственно на конкретный ресурс (продукцию) и общий за период времени tm к периоду tp.
В случае частичной замены традиционных источников энергии производится корректировка выходных показателей продукции с учетом удельного веса расчетных показателей, обеспечиваемых новыми объектами.
Например, частичное покрытие расчетной тепловой нагрузки, обеспечиваемой геотермальной системой теплоснабжения, производится введением экономических показателей традиционных систем, рассчитываемых с учетом разности тепловых нагрузок.
(6)
где Qоб - общая тепловая нагрузка всех потребителей, МВт;
Qгеот - расчетная нагрузка, обеспечиваемая геотермальной системой теплоснабжения, МВт.
Приведенные в статье формулы показывают, как можно рассчитать показатели оценки экономической эффективности применения проекта по замене традиционных источников энергии применяемых непосредственно в сельском хозяйстве или получение дополнительной, более качественной энергии, а также в целях экономии традиционной энергии.
ЛИТЕРАТУРА
- Богуславский Э.И., Певзнер Л.А., Хахаев Б.Н. Перспективы развития геотермальной технологии // Разведка и охрана недр. – 2000. - № 7-8. – с. 43-48.
- Калинин М.И., Хахаев Б.Н., Баранов А.В. Геотермальное теплоснабжение центральных регионов России с использованием мелких и глубоких скважин // Электрика. – 2004. -№4. - С. 8-13.
- Пат. 2292000 Российской Федерации. Устройство для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей / Калинин М.И., Кудрявцев Е.П.; опубл. 2007; БИ№2.