Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния энергетики, электроэнергетики и их влияния на окружающую природную среду 12
1.1. Современное состояние и перспективы развития мировой энергетики 12
1.2. Глобальные экологические проблемы мировой энергетики 18
1.3. Экологические проблемы традиционной электроэнергетики 29
1.4. Экологические основы использования возобновляющихся источников энергии 35
Глава 2. Экологические последствия эксплуатации электростанций и концептуальные подходы к их оценке и учету 46
2.1. Экологические последствия эксплуатации электростанций, учитываемые при проектировании 46
2.2. Экологические последствия эксплуатации электростанций, не учитываемые при проектировании 63
2.3. Ресурсные свойства электростанций, не учитываемые при проектировании 64
2.4. Концептуальные подходы к оценке ущерба от загрязнения окружающей природной среды 66
2.5. Анализ объективной необходимости и возможностей учета ущерба от теплового загрязнения и ресурсных свойств 76
Глава 3. Методические подходы к учету теплового загрязнения атмосферы объектами электроэнергетики и их ресурсных свойств в экономиче ских расчетах 89
3.1. Анализ инвестиций в строительство электростанций 89
3.2. Анализ эксплуатационных издержек электростанций 100
3.3. Методические подходы к обоснованию тарифа на электроэнергию с учетом теплового загрязнения атмосферы 103
3.4. Методические подходы к определению экономического эффекта от использования возобновляющихся источников энергии 131
Главе 4. Обоснование эффективности инвестиций в реконструкцию малой Петровской ГЭС на реке Нерль на основе эколого-экономической методики 142
4.1. Современное состояние малой Петровской ГЭС 142
4.2. Определение эффективности инвестиций в реконструкцию малой Петровской ГЭС на основе базового расчета 144
4.3. Эколого-экономическая эффективность реализации проекта восстановления малой Петровской ГЭС 153
Выводы по главе 4 158
Общие выводы и рекомендации 159
Литература 162
Приложение
- Глобальные экологические проблемы мировой энергетики
- Экологические последствия эксплуатации электростанций, не учитываемые при проектировании
- Анализ эксплуатационных издержек электростанций
- Определение эффективности инвестиций в реконструкцию малой Петровской ГЭС на основе базового расчета
Глобальные экологические проблемы мировой энергетики
В последние годы в отраслевой технической литературе часто применяются парные термины, основное назначение которых - акцентировать внимание на особенностях современного этапа развития мировой энергетики, например: - по отношению к первичным источникам энергии: - "невозобновляющиеся - возобновляющиеся" - "исчерпаемые - неисчерпаемые" - "добавляющие - недобавляющие" -"органические - неорганические" - по отношению к энергетике: - "крупная - малая" - "традиционная - нетрадиционная" ("альтернативная").
Наиболее важными в аспекте настоящей работы являются термины, которые подчеркивают экологические свойства энергетического объекта, такие как "невозобновляющиеся - возобновляющиеся", "исчерпаемые - неисчерпаемые", "добавляющие - недобавляющие". Причем термины "возобновляющиеся" и "недобавляющие" являются практически синонимами.
Невозобновляющиеся источники энергии являются добавляющими. В процессе их использования человеком они добавляют в атмосферу Земли энергию сверх солнечной, поскольку в своем естественном залежном состоянии они не принимают (практически) участия в энергетическом балансе планеты и поэтому способны вызвать тепловой перегрев окружающей среды. Температура в приземном слое атмосферы имеет наибольшее экологическое значение из всех климатических факторов, связанных с энергетикой биосферы. Она результирует преобразования потока энергии у поверхности Земли и в свою очередь оказывает существенное влияние на энергетику биоты.
Температура воздуха на Земле занимает диапазон от -88,3 С (станция "Восток", Антарктида) до +58,7 С (Гарьян, Ливия). Средняя годовая температура приземного слоя воздуха над континентами и океаном (исключая Антарктиду) +15,7 С [4].
Глобальный тепловой баланс Земли зависит, в основном, от космической закономерности поступления энергии от Солнца. Валовой ресурс солнечной энергии практически неисчерпаем. Плотность потока солнечного излучения, достигающего пределов зем-ной атмосферы, - солнечная постоянная - равна 1380 Вт/м . Фактический приток солнечной энергии к поверхности Земли меньше, чем на верхней границе атмосферы, вследствие отражения и поглощения энергии света в атмосфере. На единицу площади всей поверхности атмосферы приходится в среднем % солнечной постоянной.
Также важную роль в тепловом балансе играют так называемые тепличные газы. Молекулы этих газов обладают способностью пропускать коротковолновые и поглощать длинноволновые лучи. Таким свойством обладают молекулы водяного пара и углекислого газа (СОг). СОг задерживает инфракрасное излучение земной поверхности в области длины волн от 12 до 18 мкм [64]. В этой области спектра лежит максимум излучения Землей энергии во Вселенную. В результате парникового эффекта в настоящее время в атмосфере задерживается 78% земного излучения, причем 60% водяным паром и 18% углекислым газом. Содержание СОг в атмосфере около 0,03% это составляет примерно 2,3-10 т (в 1956 году его было 0,028 объемных процента; 1985 - 0,034; 1989 - 0,035. За 33 года рост на 25%).
Основным природным регулятором содержания углекислого газа в атмосфере служит океан, в котором содержится в 100 раз больше СОг, чем в атмосфере. Согласно закону Генри: если концентрация СОг в атмосфере (а следовательно, и давление) окажутся выше установленной величины, то океан поглотит большую часть этого избытка и наобо-рот (при 0 градусов в 1 литре морской воды содержится 50 см углекислого газа и 8 см кислорода при давлении, соответственно, 158,8 мм ртутного столба). Недавно довольно точно вычислили скорость обмена углекислого газа между атмосферой и поверхностным слоем океана: за год океаном поглощается 100 миллиардов т СОг. Однако эта способность не беспредельна и определяется медленным процессом погружения и перемешивания океанических вод. Антропогенное загрязнение, помимо двуокиси углерода, привносит в тропосферу и другие крупные агенты парникового эффекта - метан, оксид азота, хлор-фторуглероды (фреон).
Энергетика на возобновляющихся источниках использует потоки энергии, уже существующие в окружающем пространстве. Вследствие этого тепловое загрязнение окружающей среды, обусловленное сбросом в нее преобразованной энергии, отсутствует. По этой же причине незначительны и другие виды загрязнения воздуха и воды, а также объемы отходов.
Сжигание органического топлива означает вовлечение в энергетический оборот источников. которые в своем естественном состоянии не оказывают влияния на энергетический баланс планеты. Количество тепла, дополнительно к естественным процессам выбрасываемого в атмосферу Земли, в последние годы достигает колоссальных значений и это заставляет серьезно задуматься над проблемой ее теплового загрязнения. В связи с этим во всех странах мира возрос интерес к использованию недобавляющей (дополнительно не нагревающей планету) энергии.
Потепление климата имеет разнообразные последствия: увеличение осадков в одних регионах и засуха в других; таяние наземных, наводных и грунтовых льдов; наводнения и повышение уровня моря, в результате которых оказываются затопленными земли, пригодные для сельхозработ; учащение природных катаклизмов, происходящее, в частности, из-за увеличения атмосферных перепадов температуры: рост инфекций, в особенности - малярии и т.д. По мнению специалистов, если температура атмосферы поднимется на 10 - 15, то жизнь на Земле в развитых ее формах станет невозможной. За последнее десятилетие температура поднялась на 0,3-0.75С (по источникам [45, 103]) (рис. 1.4) и если она будет расти такими темпами и далее, то развитые формы жизни погибнут уже через 130-200 лет [103], а глобальные катаклизмы начнутся существенно раньше. При таком развитии событий для принятия решительных мер в нашем распоряжении остается всего несколько десятков лет. В последние годы температура приземного слоя атмосферы повышается со скоростью около 0,0285 С в год [83].
Существуют два фактора потепления. Сегодня сам факт потепления климата не оспаривается, дискуссии идут в основном по двум другим пунктам. Во-первых, является ли наблюдаемое потепление климата результатом очередного потепления, каких немало было уже в прошлом Земли, и тогда за ним последует похолодание; или же оно - результат деятельности человека? Если антропогенный фактор присутствует, то какова его доля? Во-вторых, если роль человеческого фактора существенна, то какова в нем доля парникового эффекта и какова - теплового загрязнения среды?
До появления человека на Земле имел место тепловой баланс: Земля возвращала в Космос столько же тепла, сколько получала от Солнца. В результате деятельности человека в атмосфере увеличивается содержание углекислого газа, метана, паров воды и некоторых других веществ, делающих ее менее прозрачной для инфракрасного излучения и затрудняющих возвращение тепла в Космос. Это и есть парниковый эффект.
Экологические последствия эксплуатации электростанций, не учитываемые при проектировании
Современная эколого-экономическая ситуация требует замены сложившегося техно-центрического образа экономики на устойчивый экологически сбалансированный тип хозяйственного развития. Необходим пересмотр приоритетов как в макро-, так и в микроэкономике. Основу макроэкономики образуют два объективных фундаментальных фактора: 1) материальные потребности отдельного человека и человеческого общества в целом безграничны и неутолимы; 2) материальные ресурсы - средства удовлетворения потребностей - ограничены или редки. Эти факторы охватывают всю проблему экономики, в которой находит свое отражение современный экономический критерий оптимальности - максимально возможное удовлетворение потребностей при ограниченности ресурсов. Но именно эта основа макроэкономики стала центральной проблемой экологии, так как развитие цивилизации и особенно современной экономики обусловило большой объем надбиологического потребления. А большая часть ресурсов техносферы - небиотических ресурсов - и до, и после переработки их человеком не пригодна для естественной ассимиляции в экосфере. Эти факторы, умноженные на большую и растущую численность людей, которая отчасти так же обусловлена экономикой, стали главными причинами нарушения природного равновесия и ухудшения качества глобальной окружающей среды. Обеспеченность экономики природными ресурсами долгое время не воспринималась как зависимость от законов экологии. Но по мере роста производства и особенно в XX и начале XXI столетия эта зависимость стала проявляться чаще и масштабнее. Традиции и законы макроэкономики сложились в эпоху, когда общее воздействие человеческой деятельности на окружающую среду не превышало границ самовосстановительного потенциала экологических систем.
Сейчас ситуация другая: по многим параметрам антропогенная нагрузка превысила предел устойчивости природных комплексов и экосферы в целом. Экономический рост, определяемый предложением и навязчивой стимуляцией спроса на вторичные средства потребления, привел к тому, что под угрозой оказался природный базис жизнеобеспечения и возможность удовлетворения первичных потребностей человека. Человечество вышло на один из самых важных рубежей в своей истории, требующий, наряду с изменением демографической ситуации, и смены парадигмы экономики — образа ее структуры и функционирования. Необходим переход на новую ступень материальной культуры, совместимой и сбалансированной с уже оскудевшим природным потенциалом планеты. При сравнительном анализе в 2.1 существующих отечественных нормативных документов по оценкам воздействия на окружающую среду объектов электроэнергетики выявлено, что тепловое загрязнение окружающей среды дополнительным теплом, выбрасываемым электростанциями, использующими органическое и атомное топливо, не учитывается в оценке воздействия на окружающую среду. Для электростанций, использующих в качестве энергоисточника - топливо, ресурсным свойством является запас этого топлива.
Ограниченность земных запасов органического и атомного топлива не учитывается в экономических расчетах объектов энергетики. Методика определения эффективности инвестиций в строительство энергетических объектов должна учитывать оценку сроков исчерпаемости первичных ресурсов, возможность вытеснения их из технологических процессов (если это невозобновляющийся источник энергии) более доступными заменителями, темпы и значение затрат на освоение и внедрение в производство новых материалов. Дальнейшее экономическое развитие по традиционному пути упирается в два серьезных ограничения: а) ограниченные возможности окружающей среды принимать и ассимилировать отходы производства; б) конечный характер невозобновляющихся природных ресурсов. Главные слагаемые экологизации экономики: кардинальный пересмотр структуры инвестиций в экономику в пользу ресурсосберегающих отраслей и технологий; подчинение экономики природных ресурсов и экономики производства экологическим ограничениям и принципу сбалансированного природопользования; переход производства к стратегии качественного роста на основе изменения отраслевой структуры и технологического перевооружения под эколого-экономическим контролем; существенное расширение и уточнение системы платности природопользования; переход на новую систему ценообразования, полностью учитывающую экологические факторы, ущербы и риск; отказ от остаточно-затратного подхода к охране окружающей среды и включение природоохранных и средозащитных функций непосредственно в экономику производства. Экологизация энергетики предполагает осуществление разнообразных мер, которые направлены на: постепенное сокращение всех способов получения энергии на основе химических источников, т.е. с помощью экзотермических химических реакции, в том числе окислительных и электрохимических, и в первую очередь — сжигания любого топлива; максимальную замену химических источников природными возобновляющимися источниками энергии. Пока ресурсные свойства первичных источников энергии учитываются в экономических расчетах путем учета их цены, "естественно" увеличивающийся в рамках мировых инфляционных процессов. Ограниченность запасов ископаемых топлив еще не производит впечатления на участников энергетического рынка. Несомненно, в предстоящие годы этот фактор начнет действовать, но он не будет иметь целенаправленного, научно обоснованного характера.
По нашему мнению, ресурсные свойства первичного источника энергии должны учитываться отдельно, в дополнение к инфляционным рыночным процессам, особенно в отношении к источникам, близким к исчерпанию, с целью максимального сохранения остающихся ресурсов для неэнергетического использования или для целей использования, которые в настоящее время еще неизвестны. Как уже отмечалось в 1.4 и выводах в гл.1, ущерб от загрязнения окружающей природной среды в конечном итоге всегда должен получать количественную оценку в денежной форме, то есть правильнее говорить именно об экономической оценке ущерба, поскольку в реальных условиях рыночной экономической системы никакая другая количественная оценка не будет адекватна. В связи с изложенным, под экономическим ущербом, наносимым окружающей среде, понимается выраженные в стоимостной форме фактические и возможные убытки, причиняемые (или те, которые могут быть причинены) народному хозяйству загрязнением окружающей среды. Принципиальным моментом является то, что нанесенный ущерб понимается как подлежащий обязательному устранению (как минимум, в тех случаях, когда характер и масштабы ущерба не позволяют обеспечить нормальных условий жизнедеятельности). В экономическом аспекте это равнозначно дополнительным затратам на компенсацию убытков. Данное положение является первым элементом концептуального обоснования оценки ущерба.
Анализ эксплуатационных издержек электростанций
Инвестиции - один из важнейших экономических показателей, характеризующих энергетическое строительство. Другим показателем является себестоимость продукции, которая формируется из затрат на потребленные в процессе производства ресурсы, предметы труда, стоимость средств труда, перенесенной на готовый продукт с помощью начисления амортизационных расходов, стоимость части живого труда, выплаченной работникам в виде заработной платы, и других затрат предприятия, связанных с текущим ремонтом, организацией производства, управлением и реализацией готовой продукции.
В основных фондах гидроэлектростанций преобладают долговременно эксплуатируемые сооружения: массивные здания, земляные, бетонные и железобетонные конструкции, что обусловливает низкий процент амортизационных отчислений. Затраты труда на эксплуатацию гидроэлектростанций связаны в основном с ремонтом и наблюдением за работой машин и сооружений при малом расходовании материалов. В отличие от тепловых электростанций, использующих для своей работы такое сырье, как топливо, гидроэлектростанции используют постоянно возобновляющийся природный ресурс - речную воду. При этом использование воды для ГЭС является по существу транзитным. Все это определяет низкое значение себестоимости электроэнергии на ГЭС, анализ структуры которой на ГЭС показывает, что наибольший удельный вес в ней составляет амортизация основных фондов - 80-85% [22, ПО].
Структура затрат на производство энергии по годам для отдельных гидроэлектростанций меняется незначительно, в пределах одного процента, что практически не влияет на значение себестоимости энергии. Колебания себестоимости энергии по годам могут быть вызваны, главным образом, различным объемом годового стока.
В себестоимости электроэнергии тепловых электростанций основной статьей затрат являются расходы на топливо. Эти затраты в структуре себестоимости составляют 70-85% [22]. Отсутствие тепловой ресурсной составляющей и более низкий процент амортизационных отчислений приводят к тому, что себестоимость электроэнергии на ГЭС существенно ниже, чем на тепловых электростанциях.
Усредненная максимальная и минимальная себестоимость производства электроэнергии в России приведена в табл. 3.7.
Себестоимость электроэнергии на ТЭС связана с отпускными ценами на топливо. При повышении цен на топливо себестоимость электроэнергии на ТЭС также увеличивается. Себестоимость же энергии на ГЭС зависит, главным образом, от значения годового стока.
Важным обстоятельством в общей оценке эффективности электростанций, использующих возобновляющиеся источники энергии, является снижение потребности (экономия) в топливе, обеспечиваемое работой этих электростанций. Экономия топлива возникает благодаря тому, что при отказе от строительства электростанции, использующей ВИЭ, пришлось бы строить тепловую электростанцию, которая для своей работы расходовала бы топливо.
Для расчета себестоимости продукции необходимо определить издержки по эксплуатации энергетического объекта. Себестоимость с определяется делением ежегодных издержек И на годовую продукцию Пр:
В состав издержек входят все денежные расходы, связанные с выпуском продукции: стоимость сырья; энергии, затрачиваемой на выпуск продукции; заработной платы работающих; ремонтов оборудования и сооружений; использование земли и т. д. Ежегодные издержки подразделяются на три группы: 1. Прямые эксплуатационные расходы, в состав которых входят заработная плата обслуживающего персонала с начислениями; материалы, расходуемые при выработке продукции; расходы на текущий ремонт сооружений и оборудования. 2. Амортизационные отчисления, в состав которых входят затраты на реновацию (полное восстановление) и капитальный ремонт сооружений и оборудования. 3. Общие пообъектные и прочие расходы, в состав которых входят расходы: на содержание зданий, помещений и оборудования; на эксплуатацию транспорта, охрану сооружений и т. д. Особыми считаются непредвиденные работы по ликвидации стихийных бедствий - размывов, разрушений зданий и оборудования при землетрясениях, оползнях, обвалах и. д.
Ежегодные издержки по ГЭС ниже, чем на тепловых и атомных станциях, что объясняется отсутствием расходов на топливо, более низкими расходами на эксплуатацию, ремонт и обслуживание, а также значительной долговечностью ГЭС. Так, в США себестоимость 1 кВт-ч электроэнергии составляет, цент/(кВт-ч):
Кроме того, электростанции, работающие на органическом топливе, как отмечалось выше, интенсивнее загрязняют окружающую среду. Конечно, это загрязнение можно снизить путем применения на ТЭС различных методов очистки дымовых газов. Однако практическое применение этих методов весьма затруднено. Вследствие сложности топочных процессов, разнообразия конструкций топок и свойств топлива, особенно твердого, технические решения, отработанные на стендах и эффективные на каком-то типе котла или сорте угля, могут оказаться непригодными для других типов котлов и сортов угля.
При реализации мероприятий по снижению образования оксидов азота в топках котлов усложняются их схема и конструкция; увеличиваются размеры топок и ячейки котла; усложняются эксплуатационный контроль и управление; несколько увеличиваются потери теплоты топлива и расход электроэнергии на собственные нужды. В итоге увеличивается (на 0,5-2%) удельная стоимость и снижается (на 0,5-1%) экономичность ТЭС (это при проведении мероприятий только по снижению образования оксидов азота) [116].
Определение эффективности инвестиций в реконструкцию малой Петровской ГЭС на основе базового расчета
Основные показатели электростанции приведены в табл. 4.1. Дополнительные исходные данные для расчета постоянной составляющей издержек приведены в табл. 4.2. Основные технические и удельные экономические показатели Петровской МГЭС Основные затраты предполагались при неизменных ценах, а стоимость на конец 2002 года принимается нулевой точкой отсчета. При условии, что восстановление ГЭС будет финансироваться, первые выплаты должны быть сделаны в 2003 году. Показатели инфляции по данным Минэкономики РФ представлены в табл. 4.3. Общий объем капиталовложений, включая непредвиденные затраты и монтаж оборудования, предполагается равным 40584000 рублей (1,29 млн. дол.) при неизменных ценах 2002 г. Срок строительства принят 2 года. Выплаты предположительно составят 40% в первый год строительства и 60% на следующий год. Амортизационные затраты Амортизационные отчисления составят ежегодно 3,7 % для всех сооружений и оборудования (взято по аналогии с Веселовской МГЭС из расчетов РАО "ЕЭС России") Источники фондов Предполагается, что бюджетные средства покроют 40%) инвестиций, а 60 % - собственные средства. Доходы Доходы - это функция от продаж электроэнергии и, следовательно, зависит от двух факторов, а именно от количества фактически проданной электроэнергии, за которое были получены деньги, и от тарифа, по которому продается эта электроэнергия [81]. Вся электроэнергия будет продаваться Петровскому спирткомбинату, который расположен поблизости, часть ее будет подаваться на насосную станцию, расположенную на водохранилище МГЭС. Таким образом, потери электроэнергии на передачу и преобразование будут сведены к минимуму, предположительно потери и затраты на собственные нужды составят всего 5%. Прямые доходы основаны на продаже 2400 МВт-ч электроэнергии в год за вычетом 5% потерь. Тариф предполагается в расчете за кВт-ч, и взят равным среднему существующему в 2002 году тарифу. Петровский спирткомбинат покупает электроэнергию у АО "Ивэнерго" по двуставочному тарифу. Сумма оплаты за потребленную электроэнергию от малой Петровской ГЭС при двуставочном тарифе может быть выражена следующим образом: где а - ставка за 1 кВт заявленной мощности, руб/кВт; N - максимальная заявленная мощность, кВт; b - ставка за 1 кВт-ч потребленной активной энергии, руб/кВт-ч; Эпотр - количество потребленной энергии, кВт-ч. Количество потребленной электроэнергии можно выразить следующим образом: где h - число часов использования присоединенной мощности, ч/год. Для Петровской ГЭС число часов работы с установленной мощности равно 7407 ч/год (см. табл. 4.1). Следовательно, средний двуставочный тариф за 1 кВт-ч может быть определен из выражения, руб/кВт-ч: Затраты на эксплуатацию и обслуживание оценены в сумме не более 1 % от общей стоимости для экономического анализа, и с учетом дополнительных затрат на рабочую силу в виде одного рабочего, этого должно быть достаточно для автоматизированного оборудования. Средняя стоимость на одного рабочего предполагается в размере 3000 рублей в месяц (в постоянных ценах 2002) плюс, принимаемые в расчете 35% социальных отчислений по заработной плате. Текущий год эксплуатации, таким образом, будет представлять стоимость рабочей силы в размере 48600 рублей.
Похожие диссертации на Экологическая оценка экономической эффективности использования возобновляющихся источников энергии
