Экономическая эффективность использования нетрадиционных источников энергии в сельском хозяйстве

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.

  1. Месторождения геотермального сухого пара. Они сравнительно легко разрабатываются, но довольно редки. Тем не менее, половина всех действующих в мире ГеоТЭС использует тепло этих источников.
  2. 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).
  3. 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.
  4. Сухие горячие скальные породы, разогретые магмой (на глубине 2 км и более). Их запасы энергии наиболее велики.
  5. 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

(), 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

  • ET - потребность объекта в электроэнергии за период T, кВт·ч;
  • KaKм - капитальные вложения соответственно на приобретение и монтаж агрегата, руб.;
  •  - коэффициент, отражающий удельную стоимость аккумулятора в определенном интервале емкости и зависящий от типа и конструкции аккумулирующего устройства;
  • И - годовые (сезонные) эксплуатационные расходы;
  • С - себестоимость электроэнергии.

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.;

- 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 - норматив для приведения разновременных затрат, = 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 ЦтЦб - соответственно расчетная и базовая цена, руб.;

Ip(tptm), (tptm) - 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

  1. Богуславский Э.И., Певзнер Л.А., Хахаев Б.Н. Перспективы развития геотермальной технологии // Разведка и охрана недр. – 2000. - № 7-8. – с. 43-48.
  2. 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.
  3. Пат. 2292000 Российской Федерации. Устройство для энергообеспечения помещений с использованием низкопотенциальных энергоносителей / Калинин М.И., Кудрявцев Е.П.; опубл. 2007; БИ№2.

 

Год: 2011
Город: Алматы
loading...