Газові електростанції собівартість 1 кіловат. Рентабельність генератора: скільки коштує 1 кВт. Попередній розрахунок виплат з лізингу

2006-03-20

Зміни у управлінні економікою Росії викликали зростання інтересу до проектів малої енергетики. Споживачу стало зрозуміло, що в період, поки РАТ «ЄЕС Росії» зайняте своєю реструктуризацією, і ще довгий час після цього, не варто сподіватися на отримання надійного та дешевого енергопостачання від великої енергетики, тим більше нових об'єктів. Вартість будівництва власної електростанції в Москві та Підмосков'ї виявляється такою самою, як і вартість підключення до системи «Мосенерго».

Великі споживачі енергії мають достатньо коштів для найму кваліфікованих експертів для оцінки вартості будівництва власних енергетичних об'єктів або вибору варіантів співпраці з енергосистемами з питань спільної участі в реконструкції генеруючих та мережевих об'єктів.

Але фахівцям та керівникам малих підприємств та муніципальних утворень необхідно самим орієнтуватися у виборі енергоефективних проектів.

Технічна література та популярні видання засмічені різними рекомендаціями щодо застосування малої та альтернативної енергетики, в т.ч. з використання вітрових, сонячних установок, мікро-ГЕС, малих ТЕЦ з використанням біопалива та всякого мотлоху. Безперечно, всі відповідні варіанти енергоустановок мають бути розглянуті з мільйона...

Однак, рекомендації, засновані на апробованому досвіді західних країн, часто економічно невиправдані в Росії, а термін окупності проектів звичайних ТЕЦ у Росії іноді вдвічі і коротший, ніж у США. У цій статті зроблено чергову спробу визначити «зони» застосування різних варіантів малих ТЕЦ у Росії.

Головна відмінність малої енергетики

Енергопостачання від великих електростанцій передбачає наявність електричних та теплових мереж, через які енергія передається великому числу споживачів розділених за категоріями надійності споживання, обсягами споживання, соціальним статусом і відповідно до тарифів. Необхідність будівництва та експлуатації мереж подвоює або потроює вартість енергії, що отримується кінцевим споживачам і в нас, і за кордоном.

Мала ТЕЦ будується однієї чи групи споживачів, об'єднаних у локальну мережу. Оскільки в окремого малого споживача протяжність мереж мінімальна, надалі аналізуватимемо лише вартість генерації та режими використання енергії у самого споживача.

Велика енергетика як орієнтир

При розгляді проектів спорудження малих ТЕС енергетики та фахівці підприємств орієнтуються на показники, досягнуті у великій енергетиці. У великій енергетиці застосовуються дедалі складніші схеми генерації електроенергії. Зростає і ККД електростанцій в основному за рахунок застосування та ускладнення електростанцій із парогазовими установками.

Якщо ККД паротурбінних електростанцій років 40 як застиг на позначці 42%, то ККД електростанцій зі складним циклом, що включають електрогенератори з газотурбінним і паротурбінним приводом, у 1993 р. мали «парадний» ККД = 51,5%, а три роки тому, т.к. е. 2003 р., ККД таких установок (заході) зріс до 56,5%, тобто. зростав по 0,5% на рік. І перспективи зростання ККД звичайної теплової енергетики ще великі.

Відмінності малої енергетики

З розгляду зі зрозумілих причин виключаємо АЕС та сонячні електростанції (СЕС). Звичайно, тільки лінивий дачник у Росії не поставив сонячний водонагрівач для душу. Щодо сонячних електростанцій, то в нас і на Північному Кавказі сонця менше, ніж у Каліфорнії, а в Каліфорнії вартість «зеленої енергії» від СЕС вдвічі вища, ніж від традиційних електростанцій.

Дорого збудувати гарну вугільну ТЕЦ потужністю менше 10 МВт. Але данці будують котельні та ТЕЦ, що спалюють деревні відходи, і навіть солому. Ось у Росії врожайність пшениці нижче і солому зібрати важче (А.М. Мастепанов). Складніше зібрати та спалити міське сміття. Такі проекти мають бути досить великими. Не «копатимемося» і у водневій енергетиці.

Новомодна воднева енергетика по ККД не зможе наздогнати звичайну енергетику. Так, малі ТЕЦ на водні з прямим перетворенням енергії водню в електрохімічних генераторах повинні бути надійні (немає високотемпературних поверхонь і безліч агрегатів, що обертаються - турбін, генераторів, насосів), екологічні за фактом, т.к. при каталітичному окисненні водню виходять лише викиди Н 2 Про.

Проте за вартістю та економічності в цілому воднева енергетика поки що й «поряд не стоїть» із звичайною енергетикою. Про це нарешті відверто років зо два тому написали і самі американці. Крім того, у звичайній газотурбінній установці (ГТУ), в якій спалюється природний газ (в пальник природний газ і повітря подаються через компресори під тиском), а високотемпературні гази розкручують силову турбіну, компресор і електрогенератор.

Повітря подається в газову турбіну з надлишком: він працює як «робоче тіло» в турбіні, а частина його просто використовується для охолодження стінок пальника та лопаток турбіни. Останні два десятиліття побудовано газотурбінні установки, у яких повітря частково замінювався водою чи паром. При цьому збільшувався ККД ГТУ у півтора рази, у півтора-два рази збільшувалася питома потужність агрегату (за тих же обсягів).

За сучасних технологій у таких циклах досягнемо електричний ККД 64% (такий ККД і не планується у водневій енергетиці…) Фактично складний парогазовий цикл реалізується в одній турбоустановці! Крім того, значно зменшуються шкідливі викиди оксидів азоту (NO X). А якщо подавати в турбіну не повітря, а кисень? Тоді азот не надходитиме в камеру згоряння і не буде оксидів азоту.

Отримати кисень стає дешевшим і дешевшим через розвиток мембранних технологій. За даними, що просочилися в інтернет, в США ведуться розробки такого проекту, і можливо до кінця 2006 р. або на початку 2007 р. будуть результати випробувань. Ну просто «бальзам на душу» екологам! Ці здобутки знову не для нас! Ані РАТ «ЄЕС Росії», ані держава не фінансує такі «проривні» проекти. У малій енергетиці недоцільно розглядати можливості застосування складних схем комбінованих циклів ПГУ для електроенергії. Обмежимося простими рішеннями.

Малі ТЕЦ для Росії

Виробляти електроенергію та тепло на ТЕЦ вигідніше, ніж окремо виробляти тепло на котельні та окремо виробляти електроенергію на електростанції. Виграш із використання палива становить 30%! Всім потрібні ТЕЦ! На теплових електростанціях, що відпускають тепло та електроенергію, виробляється близько 60% всієї електроенергії Росії. Росія-найхолодніша з усіх великих держав.

Але відмінність: нам тепла в принципі потрібно більше, ніж іншим країнам! А за такої вимоги не потрібен супервисокий електричний ККД, тобто. можливе використання більш простих та дешевих енергоустановок. У багатьох галузях промисловості цілорічні витрати на тепло вищі, ніж електроенергію. Тепло населенню влітку потрібне лише для гарячого водопостачання, а це лише 15-20% від зимового обсягу споживання.

У торгових центрах та великих офісних установах необхідно і в Росії влітку охолодження (кондиціювання). На цих випадках потрібно більше електроенергії, тобто. електричний ККД ТЕЦ має бути вищим. Який вибір електрогенеруючих установок для малої ТЕЦ (або ТЕС)?

Паротурбінні установки - ПТУ (паливо для котла будь-яке)

російські паротурбінні установки. Найменші з хорошим ККД, але за потужністю не менше 500 кВт за вартістю трохи вище за 300 $/кВт. (є й інші, але з малим ККД та невідомою надійністю);
американські паротурбінні установки: 50 та 150 кВт за вартістю 450-500 $/кВт. Не забудьте ще побудувати паровий котел за вартістю приблизно 50 $/кВт з усіма причиндалами (якщо у вас немає парового котла).

Звичайні газотурбінні установки - ГТУ (паливо: газ чи солярка)

Для отримання тепла потрібні котли-утилізатори димових газів (за питомою вартістю можна порівняти з паровими котлами).

російські газотурбінні установки потужністю від 2500 кВт і вище, вартість орієнтовно 600 $/кВт. ККД = 24% і вище зі збільшенням потужності;
українські ГТУ з тими ж показниками (є і з упорскуванням води в турбіну для підвищення потужності та ККД);
інші, але дорожчі.

Можливе використання ГТУ та меншої потужності, але при цьому зменшується надійність (використовуються редуктори) та різко підвищується питома вартість 1 кВт встановленої потужності.

Незвичайні ГТУ

У Росії продаються високооборотні газотурбінні установки(Виробництво США та Європа). Їхні потужності: 30; 70; 100 та 200 кВт. З низьким ККД = 17-22%. Дорогі, дорожчі за 1000 $/кВт (!), але дуже хороші для віддалених «точок» тому, що легкі… Високочастотний шум легко глушиться! Електрогенеруючі установки з поршневим приводом(На бензині, солярці та природному газі). За потужністю від кількох кВт до 6000 кВт в одному агрегаті і більше. По ККД (до 43%) перевищують ГТУ та ПТУ у всіх діапазонах за потужністю. За маневреністю та незалежності від погодних умов вони кращі за турбіни. А термін служби поршневих агрегатів вищий, ніж у турбін у два-три рази. Питома ціна залежить від потужності агрегатів. Газопоршневі електрогенераторні блоки (що працюють на газі) стоять помітно вище, ніж дизелі.

Альтернативна енергетика

З альтернативної енергетики нам на вибір залишилися гідроелектростанції (ГЕС) та вітрові електростанції (ВЕС).

Малі ГЕС

Є чудові російські гідроелектрогенератори. За потужностей 1-5 МВт вартість обладнання становить близько 300 $/кВт. Але не забудьте про вартість будівництва греблі, будівлі та ін. Є рукавні та наплавні електростанції. Вартість цього обладнання дорожча. Більшість річок рівнинні і спорудити запруду значної висоти — це проблема… А взимку річки в Росії замерзають. І тут є вихід. На великій річці можна спорудити підводну ГЕС. Для цього потрібно встановити на баржу гідроелектрогенератори на кшталт вітряків. Баржу підвести по річці до селища, з'єднати кабелем з берегом і затопити так, щоб верхнім краєм лопаті гідрогенератора не діставали взимку до дна. Це дороге рішення може виявитися прийнятним для якогось північного селища, де вартість палива вп'ятеро вища, ніж у Москві.

Вітрові електроагрегати належали завжди до малої енергетики. Але останні 10 років потужності одиничних вітряків зросли з 350-500 до 3500 кВт. При цьому їхня вартість зменшилася з 1500 до 900 $/кВт. Вже збудовані берегові та морського «базування» ВЕС з десятками агрегатів потужністю у складанні понад 40 МВт. Це в Данії та Німеччині.

Ми в Калмикії ще 1992 р. поставили агрегат потужністю 1000 кВт. Але не заробив він — чи то через те, що підшипники згоріли, чи то тому, що СРСР не стало. Датчани були готові продавати нам б/в ВЕС потужністю 350 кВт за «копійки» (втричі-вчетверо дешевше з гарантією на шість років, але незадачі — швидкості вітру в Данії (практично острів) з усіх боків близько 8 м/с, а на російських рівнинах всього лише 3-5 м / с. При таких швидкостях розвивається потужність буде ( 8 / 5 )3 = 4,7 рази менше!

І коли ця дешевизна окупиться! Звичайно, на наших Півночі швидкості вітру і більше, ніж 8 м/с, але чи витримають данські пластмасові лопаті (розраховані на цілорічні плюсову температуру) наші морози -50°С? А олія в редукторі? А електроніка? Буває, що й вітру нема. Тоді потрібно комбінувати ВЕС із дизельною електростанцією. Один з варіантів, що пропонувалися російськими інженерами: використовувати більшу частину енергії ВЕС для опалення.

Справді, що більше вітер взимку, то більше тепла «видується» з дому, але тим більше (у кубічному ступені!) дає енергії вітряк. Причому, можна не стабілізувати частоту і напругу, а подавати таку зовсім не ГОСТівську електроенергію прямо у водяний котел або просто в електронагрівачі. Конструкція електрогенератора буде набагато дешевшою. Не потрібно редуктора.

Можна поставити лопаті літакового типу "без обмеження швидкості обертання" навіть у шторм. Але це спеціальне завдання. Для тих місць, куди паливо доставляється Північним морським шляхом. Нині у Росії винаходять тихохідні ВЕС різних типів. Але вартість ВЕС малосерійного виробництва є і буде вищою, ніж у Данії, де створено національну індустрію ВЕС та серійне їх виробництво. Це данська «фішка» та данська гордість.

Тим не менш, датський уряд перестав у 2002 р. субсидувати будівництво ВЕС, тому що в реальності вартість електроенергії від ВЕС була значно вищою за електроенергію, що отримується від звичайної теплової енергетики. Подивіться на малюнок, як дорога електроенергія у Данії.

Порівняння вартості різних електростанцій

Порівняння вартості різних електростанцій, наведених до 1 кВт, публікувалося в технічній літературі нечасто. Таку статтю років 20 тому було опубліковано Е.М. Перміновим та ще кілька років тому подібне порівняння провів П.П. Безруких. Це відомі у Росії фахівці з нетрадиційної енергетики. За минулі десятиліття вартість звичайних ТЕЦ та АЕС зросла, а вартість сонячних та вітрових електростанцій зменшилася значно. Нижче наведено порівняння витрат теплових електростанцій.

Висновок

У Москві проектуються та будуються крім «Мосенерго» нові парогазові ТЕЦ («Москва-Сіті» та ін., 160-200 МВт), газотурбінні енергоблоки (вітчизняні енергоблоки по 6-10 МВт і більше) встановлюються на районних теплових станціях та котельнях, т .е. котельні перетворюються на ТЕЦ. Нові торгові комплекси навколо Москви та в Москві обзаводяться власними «тригенераційними» електростанціями (електроенергія + тепло + холод) потужністю по 4-6 МВт із використанням газопоршневих енергоблоків зарубіжного виробництва.

Періодично порушуються питання про будівництво нових сміттєпереробних заводів та ТЕЦ зі спалюванням сміття у Москві, Рязані та інших містах. У попередні роки було поставлено кілька вітрових електростанцій зарубіжного виробництва на закордонні гранти на узбережжі під Санкт-Петербургом та поруч із Калінінградом. А ось сонячними електростанціями в межах Росії поки немає ніяких радісних повідомлень.

У найближчому майбутньому звичайна електроенергетика, заснована на газових ТЕЦ, в Росії залишатиметься дуже вигідним бізнесом, враховуючи, що вартість електроенергії та тепла в ряді регіонів Росії наблизилася до світових цін, а вартість природного газу поки що в п'ять разів нижча, ніж у Європі та в найближчому майбутньому завжди буде вдвічі дешевше (через різницю у вартості доставки).

Будувати свою ТЕЦ потрібно зараз, якщо є газ. В інших випадках рахуйте варіанти. Графіки та таблиці взяті з літератури, зазначеної нижче. Інші цифри в оцінках наводяться з пам'яті автора зі своїх оцінок та публікацій російських та зарубіжних фахівців.

Don’t ignore network costs.Michael Brown. Director ofWADE і Editor of COSPP. Cogeneration & On-Site Power Production. July-srpen 2005.
Реформування централізованого теплопостачання у країнах з перехідною економікою. «Restructuring district heating in Europe's transition economies», COSPP, July-August 2005, Sabine Froning and Norela Constantinescu.
www.Eia.doe.com.

Варто відразу сказати, що генераторна електроенергія дорожча, ніж електропостачання від зовнішньої мережі. Але електроприлади так глибоко вписалися в наш побут, що ми не можемо відмовитись від комфорту та зручностей.

Власник котеджу, якому навряд чи спантеличиться собівартістю електрики. Така сама ситуація з генераторами для пікніка – там просто немає інших варіантів.

Інша річ, якщо ви плануєте використовувати генераторну установку на постійній основі. Витрати на електроенергію просто необхідно рахувати власникам бізнесу, щоб не прогоріти. Деколи дешевше підключитися до центральних мереж.

Допустимо, у вас генератор номінальною потужністю 5,5 кВт і вартістю 35 тис. руб. Середній термін служби складає 5000 мотогодин. Вартість літра палива приймемо за 40 руб. При розрахунку 1 кВт/годину важливо врахувати ступінь завантаження генератора, оскільки він вплине кінцеве значення.

Насамперед врахуємо витрати на придбання самого генератора – розділимо його вартість на мотогодин. 35000/5000 = 7 руб./год.

Потім розрахуємо вартість 1 кВт при:

100% навантаження: 2,5 л / год * 40 руб. / 5,5 кВт = 18,18 руб. З урахуванням вартості генератора загальна Ціна кВт/години вийде 18,18 + 7 = 25,18 руб.

50% навантаження: 1,8 л / год * 40 руб. / 2,75 кВт = 26,18 руб. З урахуванням вартості генератора загальна вартість кВт/години вийде 33,18 руб.

При постійному використанні до статті витрат варто включити витрати на обслуговування. Заміна олії, фільтрів, свічки запалювання та інше. Тому прикиньте річні витрати на обслуговування генератора та включіть їх у вартість кВт.

Підведемо підсумок

Вартість 1 кВт електроенергії генераторної установки вища, ніж від центральних мереж. Якщо генератор планується використовувати як додаткове або резервне джерело - можете про це не думати.

Дана публікація із серії «Нас запитують» присвячена питанню оцінки доцільності інвестицій у власну генерацію.

У нашій практиці ми, наслідуючи прохання своїх клієнтів, розробили два підходи у розгляді цього питання. Перший зводиться до обчислення собівартості одного кВт електроенергії, що виробляється. Другий для оцінки енергетичного балансу підприємства під час введення у нього нового елемента – газопоршевої електростанції.

У цій статті зупинимося на першому варіанті оцінки доцільності інвестицій у власну генерацію та газопоршневу теплоелектростанцію.

Нижче наведено предмет розрахунку окупності. Розглянемо порядок його складання докладніше.

РОЗРАХУНОК ОКУПНОСТІ ЕНЕРГОКОМПЛЕКСУ ГПУ тип ETW 1125 EG TCG 2020 V12K
Технічний блок
Курс євро		80,00
Вартість встановлення	Євро	644 050,00
Вартість встановлення	руб.	51 524 000
Номінальна потужність установки	кВт	1 125
Кількість установок	шт.	1
Вартість комплексу	руб.	51 524 000
Номінальна потужність комплексу	кВт	1 125
Напрацювання комплексу на рік	мотогодин	%	100	75	кВт	1 125	845	562
Питома витрата палива	кВтг/кВтч	2,37	2,45	2,56
Споживання газу	м3/год	267	207	144
Тепловіддача охолодної рідини	кВт	587	446	306
Тепловіддача у НТ-контурі	кВт	103	70	42
Тепловіддача вихлопних газів	кВт	685	570	431
Загальна тепловіддача	Гкал	1,09	0,86	0,62
Дані за вартістю обслуговування на 64.000 мотогодин, включаючи капітальний ремонт
Вартість запасних частин на 64.000 годин	руб.	52 311 776
Вартість сервісних робіт на 64.000 годин	руб.	2 563 200
Вартість олії на чад на 64.000 годин	руб.	4 336 960
Вартість олії на заміну на 64.000 годин	руб.	1 712 160
Вартість охл. рідини на 64.000 годин	руб.	124 320
Вартість обслуговування на 64.000 годин	руб.	61 048 416
Вартість обслуговування за мотогодин	руб.	971
Економічний блок
Вартість електроенергії, що купується	руб/кВтч	3,60
Вартість газу, що купується	руб/м3	3,72
Собівартість виробництва котельні 1 гКал	руб/Гкал	1 200
Споживання тепла	%	40%
Споживання газу всім комплексом за годину	м3/год	267	207	144
Вартість споживаного газу за годину	руб.	992	770	535
Вартість технічного обслуговування комплексу за мотогодин	руб.	971
Витрати обслуговування комплексу на рік	руб.	16 486 903	14 624 522	12 651 117
Вартість електроенергії, що заміщується	руб./год	4 050	3 042	2 023
Вартість теплоенергії, що заміщується	руб.	1 305	1 031	740
Сумарна вартість енергії, що заміщується в рік з урахуванням неповного споживання тепла	руб.	38 406 413	29 017 269	19 479 982
Фінансовий результат від використання комплексу на рік	руб.	21 919 510	14 392 747	6 828 865
Собівартість виробленого кВт електроенергії без урахування генерації тепла	руб.	1,73	2,06	2,68
Окупність проекту	місяців	28	43	91

Максимально теоретичне завантаження міні-ТЕС не може дорівнювати 100%. Існують зупинки на планове технічне обслуговування. Можливі і зупинки внаслідок збоїв. Тому максимальну кількість мотогодин на рік обмежуємо 8400 годинами (96%).

По кожному газопоршневому двигуну виробник у технічних даних вказує його параметри на 100%, 75% та 50% від номінальної потужності. Залежно від навантаження змінюється електричний ККД газогенераторної установки. Чим менше навантаження, тим більше виробляється тепла і менше електроенергії. Розрахунок ми рекомендуємо проводити для всіх трьох значень, це дасть можливість отримати більш реалістичні результати.

До першого «технічного блоку» заносяться константи. Наприклад, при 100% потужності наша газопоршнева електростанція видаватиме 1125 кВт електричної енергії та 1,09 Гкал тепла, і витрачатиме при цьому 267 м³ газу на годину.

У наступному блоці ми визначаємо вартість обслуговування нашої газопоршневої установки. Для цього складаємо витрати на послуги з проведення планового обслуговування, витратні матеріали, олію на заміну, олію на чад, антифриз. Суму, що вийшла, ділимо на напрацювання двигуна до капітального ремонту. Для двигунів MWM - це 64.000 мотогодин. У нашому прикладі вартість обслуговування на одну мить становить 971,00 рублів.

В економічному блоці ми запроваджуємо вартість газу, щоб розрахувати витрати на споживання газу газопоршневою електростанцією. Вартість електроенергії, що купується, щоб оцінити ефект від власної генерації електроенергії. Аналогічно собівартість виробленого гКал тепла з метою оцінки вкладу від власної когенерації.

У нашому прикладі ми виходимо й того, що споживач потребує тепла не весь рік, а лише опалювального періоду (40%). Звичайно, оптимальний випадок, коли підприємство потребує теплової енергії для технологічних потреб цілий рік, і ми можемо повністю утилізувати все тепло-, що виробляється міні-ТЕС.

Знаючи, скільки ми виробляємо електроенергії і тепла на рік, а також, в яку суму нам обходилося б їх придбання, ми в результаті виходимо на сумарну вартість енергії, що заміщується на рік. Це наша прибуткова частина. У нашому прикладі для 100% навантаження вона складе 38406413,00 рублів.