Методология формирования экономического механизма энергосбережения на базе использования вторичных энергетических и материальных региональных ресурсов

Для прогнозирования рациональной доли участия генерирующих источников в покрытии графика тепловой нагрузки мы предлагаем пользоваться не фактическим хронологическим графиком (см. рис. 5, «а»), а эквивалентным производным «графиком по продолжительности» на три временных этапа прогнозирования (см. рис. 5 «б» - 2015 г., «в» - 2020 г., «г» - 2030 г.).

В графике по продолжительности, в отличие от хронологического, по оси абсцисс откладывается не фактическое время года, а продолжительность времени, в течение которого обеспечивалась данная тепловая нагрузка. Суммарная площадь обоих графиков одинакова и равна величине годового теплопотребления объекта, при этом выработка тепла отдельными источниками разграничивается горизонтальными прямыми. Генерирующие мощности теплоснабжающей системы располагаются в направлении от базиса к пику графика в порядке убывания их экономической эффективности (возрастание удельного расхода топлива на выработку I Гкал тепла).

Рис. 5. Графо-аналитическая модель подбора генерирующих

источников энергоснабжения региона

На рисунке 5 наглядно видно преимущество использования ВЭР для энергетических целей. На первом этапе эксплуатации (до 2015 г.) работают только котлы-утилизаторы, необходимые для охлаждения печей. За счет ВЭР обеспечиваются лишь отопление и горячее водоснабжение цехов и административно-хозяйственных помещений (график «б»), что составляет 25% суммарной тепловой нагрузки; 50 % тепла поступает от тепловых электростанций (ТЭС) и 20 % - от пиковой котельной (ПК), Кутер = 0,25. По коэффициенту Кутер можно судить об экономической эффективности использования ВЭР, т.к. в данном случае экономится лишь 25 % топлива.

По мере ввода в эксплуатацию новых утилизационных установок (график «в») к 2020 г. за счет ВЭР обеспечивается около 50 %, а от ТЭС 30 % общей тепловой нагрузки региона, Кутер = 0,5. К 2030 г. (график «г») за счет использования ВЭР обеспечивается около 85% годовой потребности в тепле и лишь 2 месяца в году используется тепло пиковых котельных, Кутер = 0,85.

По нашим расчетам (см. табл. 2), по мере совершенствования теплоутилизационной техники и ввода новых утилизационных установок за счет экономии топлива ежегодный экономический эффект составит на уровне 2015 г. – 104,2 млн руб; 2020 г.- 322,4 млн руб; 2030 г.- 842,7 млн руб.

Коэффициент Кутер, по которому можно судить об экономической эффективности использования ВЭР, на соответствующие временные уровни составит 0,25; 0,50; 0,85. К 2030 г. 85 % годовой потребности в тепле будет обеспечиваться от ВЭР, и регион может обходиться без дорогостоящей энергии тепловых электростанций.

Таблица 2

Экономический эффект в результате утилизации ВЭР

Показатели	2015 г. Ку тер=0,25	2020 г. Ку тер=0,50	2030 г. Ку тер=0,85
Экономический эффект утилизации ВЭР за счет экономии топлива, млн руб./год	104,2	322,4	842,7
Экономия топлива в результате утилизации ВЭР, ВВЭР, тыс. т у.т./год	125	284	498
Годовой расход топлива на теплоснабжение региона без утилизации ВЭР, В год, тыс. ту.т./год	400	476	520
Годовой расход топлива на теплоснабжение региона с учетом утилизации ВЭР, тыс. т у.т./год ВЭР, % ТЭС, % ПК, %	275 25 55 20	192 50 30 20	22 85 - 15

В диссертации нами структурированы показатели экономического эффекта, получаемого в результате использования ВЭР для целей теплоснабжения региона, который представлен в виде суммы частных эффектов Эi, тыс. руб.:

Эi = Э1 + Э2 + Э3 + Э4 + Э5 (4)

Система показателей эффективности использования вторичных энергетических ресурсов предприятий цветной металлургии в энергоснабжении региона дана в виде схемы, на которой представлены индексы Э1 - Э5 (см. рис. 6).

Однако оценку эффективности использования ВЭР нельзя ограничивать только энергетическими показателями, необходим также учет социальных и экологических факторов. Их доля в суммарном экономическом эффекте составляет около 50 % (см. табл. 3 и рис. 6).

Таблица 3

Показатели эффекта утилизации вторичных ресурсов	Индексы	%%
Экономия затрат в топливодобывающей промышленности	Э1	8
Экономия затрат на топливо для целей теплоснабжения	Э21	29
Экономия затрат на выработку электроэнергии при комбинированной схеме энергоснабжения	Э22	6
Экономия затрат на теплогенерирующие установки ТЭС и котельных	Э23	9
Экологический эффект	Э3	23
Повышение комплексности использования сырья	Э4	7
Социальный эффект	Э5	18

Для рациональной территориальной организации развития региона выполняется технико-экономическое обоснование (ТЭО) его перспективного энергоснабжения. Выбор оптимальной схемы энергоснабжения базируется на многовариантных расчетах на перспективу, которые основываются на максимально достоверных прогнозных данных об объеме и режимах теплопотребления.

Дисконтированные затраты на теплоснабжение региона (З) являются функцией большого числа переменных:

З = f (Г1, Г2,Г3,…,С1,С2,С3,…,П1,П2,П3,…), (5)

где Г1,Г2,Г3,…; С1,С2,С3,…; П1,П2,П3,… – соответственно параметры теплогенерирующих источников, тепловых сетей и оборудования.

При выборе оптимальной схемы теплоснабжения промышленного региона на долгосрочную перспективу нами сравнивались несколько возможных вариантов, отличающихся затратами на выработку и распределение тепловой энергии при соблюдении условий сопоставимости вариантов по тепловым нагрузкам на определенном временном этапе (T), качеству окружающей среды.

Решение поставленной задачи можно существенно облегчить, выявив полную систему связей между параметрами отдельных элементов, характеризующих схему, используя для этого экономический критерий оптимальности - минимум дисконтированных затрат (Зt), включающий комплекс стоимостных технико-экономических показателей, таких как капиталовложения (Kt) и эксплутационные расходы (Иt).

Оптимальным является вариант с наименьшими затратами:

T T

F = min [ Кt (1+r)-t + Иt (1+r)-t], (6)

t=0 t=0

где r – процентная ставка в долях.

Ниже предлагается ряд рассчитанных автором характеристик, определяющих экономический критерий оптимальности. Это – зависимости удельных капиталовложений в теплогенерирующие источники и тепловые сети от основных влияющих на них параметров.

В основу нашего исследования были положены нормативные данные об удельных капиталовложениях в ТЭЦ тэц, котельные к и тепловые сети к.с., разработанные институтом «Теплоэлектропроект». В качестве топлива принят природный газ.

Анализ нормативных данных показал, что параметрами, определяющими величину удельных капиталовложений в ТЭЦ и котельные, являются расчетная максимально-часовая тепловая нагрузка региона Qчасрасч и доля технологической нагрузки Qчастех в общем объеме теплопотребления тех=Qчастех/Qчасрасч.

Удельные капиталовложения в тепловые сети, в свою очередь, определяют расчетная максимально-часовая нагрузка Qчасрасч и тепловая плотность района qт Гкал/(ч·га-1). Путем регрессионного анализа автором получены аналитические зависимости удельных капиталовложений от указанных факторов, которые используются в расчетах экономического критерия оптимальности теплоснабжения региона:

тэц = (800 + 200 тех) (Qчасрасч)-0,193; (7)

к = (52 + 75 тех) (Qчасрасч)-0,23; (8)

т.с. = 7,55 qт-1,11 (Qчасрасч)0,173. (9)

Рис. 7. Зависимость удельных капиталовложений

в ТЭЦ от доли технологического теплопотребления

Рис. 8. Зависимость удельных капиталовложений в

котельные от доли технологического теплопотребления

Коэффициенты корреляции, позволяющие судить о связи между расчетными р и фактическими ф удельными капиталовложениями, для тэц, к, т.с. соответственно составляют 0,924, 0,938 и 0,986, что говорит о довольной тесной (почти функциональной) зависимости между ними.

Рис. 9. Зависимость удельных капиталовложений

в тепловые сети от тепловой плотности района qт

Уравнения (7-9), а также графики (см. рис. 7-9) позволяют определить удельные капиталовложения в ТЭЦ, котельные и тепловые сети для непрерывного ряда значений тепловых нагрузок Qчасрасч, в то время как нормативные данные носят дискретный характер.

Максимально-часовая тепловая нагрузка промышленного региона суммируется из потребностей в тепле на отопление и вентиляцию Qовчас, горячее водоснабжение Qгвчас и технологическое производство Qтехнчас.

Автором на основании исследования влияния климатических условий на экономичность теплоснабжения района со смешанной тепловой нагрузкой выведен критерий, позволяющий дать количественную оценку этого влияния. Это климатологический коэффициент К, который предложено определять по формуле:

К = 1/Т{ов ов nов + ов [nов+( nгв- nов) гв 0,96] + техн [nов+( nтехн- nов) техн 0,96]}, (10)

где ов, гв, техн – доля в общем теплопотреблении соответственно нагрузок отопительно-вентиляционной, горячего водоснабжения и технологической;

ов, гв, техн – температурные отношения для каждого вида названных нагрузок;

nов, nгв, nтехн – продолжительность отопительного периода и тепловых нагрузок технологической и горячго водоснабжениея, час;

Т - число часов использования тепловой нагрузки в год, час.

ов = Qовчас/ Qчас; гв = Qгвчас/ Qчас; техн = Qтехнчас/ Qчас; ов+ гв+ техн=1 (11)

На основании формулы (9) автором построена номограмма для наглядного определения климатологического коэффициента К, для любой климатической зоны с различным соотношением тепловых нагрузок (рис.10).

Годовое теплопотребление региона Qгод определяется по формуле:

Qгод = Qчас К Т, тыс. Гкал (12)

Таким образом решается оптимальный выбор всех элементов теплоснабжающей системы: теплогенерирующих источников – тепловых сетей – потребителей.

Рис. 10. Номограмма для определения климатологического коэффициента