Исследование границ экономической эффективности использования мини-ТЭЦ при освоении угольных месторождений

В настоящее время автономные источники энергоснабжения представляют все больший интерес. Это связано с относительно небольшими капитальными вложениями, низкой стоимостью выработанной энергии, независимостью от энергетических сетей общего пользования [1].

Вопрос автономного энергоснабжения актуален и для горнодобывающих предприятий. Это связано с тем, что месторождения полезных ископаемых часто расположены в труднодоступных районах за десятки или сотни километров от ближайших населенных пунктов или систем централизованного энергоснабжения.

При разработке проектной документации для крупных горнодобывающих компаний, осуществляющих разработку угольных месторождений, расположенных в труднодоступных районах, где отсутствует инженерная инфраструктура, встает множество вопросов, связанных с организацией добычи угля. К таким вопросам можно отнести: доставку людей и оборудования, организацию снабжения, вывоз готовой продукции, обеспечение связи и т. д.

Одним из наиболее важных вопросов остается вопрос энергоснабжения промышленной и коммунальной инфраструктуры, задействованной при добыче. В случае если месторождение расположено достаточно далеко, традиционно применяются дизельные электростанции. Но дороговизна топлива, необходимость содержать склады ГСМ и зависимость от поставок делают этот способ энергоснабжения достаточно дорогим. У предприятий, добывающих уголь, есть возможность использовать его и для выработки тепловой и электрической энергии на мини-ТЭЦ для собственного энергоснабжения. В таком случае нет необходимости закупки энергетического топлива, а затраты на уголь будут равны лишь затратам на его добычу.

Возможность использования мини-ТЭЦ особенно актуальна при наличии коммунальных потребителей тепловой энергии.

При принятии проектных и инвестиционных решений об организации энергоснабжения при освоении удаленных угольных месторождений необходимо рассмотреть альтернативные варианты энергоснабжения комплекса объектов энергопотребления, оценить перспективы применения мини-ТЭЦ для этих целей, определить зоны их экономической эффективности с учетом технически и экономически обоснованного горизонта планирования.

Оценку экономической эффективности применения угольных мини-ТЭЦ следует проводить с учетом следующих факторов, обуславливающих некоммерческий характер инвестиций.

• 1.    Необходимо оценить изменение затрат на энергоснабжение в случае использования миниТЭЦ, при условии, что все остальные производственные затраты останутся без изменений. Производственные затраты, связанные с добычей, транспортировкой, переработкой, отгрузкой и т. д. осуществляются горнодобывающим предприятием, согласно производственной мощности, календарным планам ведения горных работ и прочим факторам вне зависимости от источника энергоснабжения. Источник энергоснабжения лишь покрывает нужды предприятия в энергии, выполняя вспомогательную роль. Как следствие, при изменении источника энергоснабжения изменятся только затраты, связанные с энергоснабжением.

• 2.    Вся выработанная энергия (вне зависимости от вида) полностью потребляется горнодобывающим предприятием. Продажи энергии не осуществляются, вследствие отсутствия цели и возможности такой деятельности. Затраты на энергоснабжение в полной сумме включатся в объем производственных затрат горнодобывающего предприятия.

Информационную базу исследования представляет проект энергоснабжения одного из угольных разрезов компании «Якутуголь». Ключевыми особенностями данного месторождения являются расположение в суровых климатических условиях, на значительном расстоянии от ближайших населенных пунктов, в результате чего отсутствует возможность подключения к существующим энергетическим сетям и необходимость создания собственной инфраструктуры.

Основными объектами добывающего комплекса являются угольный разрез (карьер), пром-площадка разреза, включающая в себя склады для размещения угля и дробильно-сортировочный комплекс, временная промплощадка, расположенная на расстоянии от карьера и необходимая для размещения автотранспортного цеха, ремонтного и складского хозяйств, а также социально-бытового обслуживания рабочих в течение смены и вахтовый поселок, предназначенный для прожива- ния людей, работающих на месторождении вахтовым методом, так как невозможно обеспечить ежедневное возвращение рабочих к месту постоянного проживания. Весь комплекс объединен технологическими автодорогами, предназначенными для движения автотранспорта.

На этапе проектирования базовым вариантом электроснабжения был принят вариант 1 – энергоснабжение с применением дизельных электростанций.

Дизельные электростанции покрывают потребность в электроэнергии всего добывающего комплекса. Потребность в тепловой энергии обеспечивается электроотопительными приборами (масляными радиаторами), которые находятся в каждом помещении. Все дизельные электростанции работают изолированно друг от друга и обеспечивают энергией только те объекты, которые к ним подключены.

В качестве альтернативных приняты два наиболее рациональных и технически осуществимых варианта.

Вариант 2 – энергоснабжение с применением дизельных электростанций и блочно-модульной котельной. В данном варианте дизельные электростанции используются для снабжения тепловой и электрической энергией всех объектов, кроме вахтового поселка. Покрытие потребности в тепловой энергии вахтового поселка предполагается осуществлять при помощи блочно-модульной котельной (БМК).

Вариант 3 – энергоснабжение с применением когенератора – мини-ТЭЦ. Энергоснабжение всего добывающего комплекса предполагается осуществлять от мини-ТЭЦ, которую следует расположить неподалеку от вахтового поселка, вблизи потребителей тепловой энергии. Для обеспечения энергоснабжения разреза и промплощадок необходимо построить ЛЭП небольшой протяженности. Тепловое снабжение промплощадок разреза планируется осуществить с помощью электроотопитель-ных приборов.

Применение БМК или мини-ТЭЦ только для теплоснабжения вахтового поселка оправдано его компактностью, экономией капитальных вложений на сооружение трубопроводов отопления и практически полным отсутствием тепловых потерь.

Для каждого варианта энергоснабжения рассчитаны капитальные вложения, необходимые для его реализации, а также текущие затраты. В качестве критерия выбора наиболее экономически эффективного варианта, ввиду некоммерческого характера поставленной задачи, принят критерий минимума совокупных затрат на энергоснабжение предприятия, накопленным итогом за расчетный период [2], ограниченный техническим ресурсом основных агрегатов и сроком выработки карьера. Вся сумма затрат на энергоснабжение включается в себестоимость угля, следовательно, при меньших затратах на энергоснабжение уменьшится себестоимость, и при прочих равных условиях увеличится рентабельность производства.

Расчет суммы капитальных вложений определяется исходя из смет и проектной документации.

Анализ показал, что наибольший объем капитальных вложений соответствует варианту с применением мини-ТЭЦ (вариант 3), что объясняется значительными затратами на оборудование, проектные и строительно-монтажные работы по сравнению с другими вариантами.

Объем капитальных вложений по вариантам энергоснабжения от дизельных электростанций (вариант 1) и энергоснабжения от дизельных электростанций и котельной установки (вариант 2) отличаются незначительно.

На рис. 1 представлена структура капитальных затрат по вариантам энергоснабжения.

При расчете и анализе текущих затрат по альтернативным вариантам энергоснабжения выяснилось, что наибольшие годовые затраты наблюдаются при применении ДЭС с котельной. Чуть меньше затраты при применении исключительно ДЭС. Самые низкие затраты зафиксированы при применении мини-ТЭЦ, что связано с наличием одной установки, дешевизной топлива (собственный уголь) и экономичностью самой мини-ТЭЦ.

Рассмотрим структуру себестоимости получаемой электро- и теплоэнергии. При применении ДЭС почти 91 % затрат приходится на материальные затраты, из которых на топливо приходится 83 %, что отражено на рис. 2.

Таким образом, подтверждается главный не-

100,00%

90,00%

80,00%

70,00%

60,00%

50,00%

40,00%

30,00%

20,00%

10,00%

0,00%

6,42%

«Вариант №2» (ДЭС и БМК)   «Вариант №3» (мини-ТЭЦ)

	10,95%					10,95%
		рте; 16,88% р::;^	1			| 21,36% & § 26,30% 5»
		26,42% 34,57% 1 5,67% б 1 5,51%		— — — —	— — — —		— — —	— — —
						31,06% 5,09% ~ 8 5,23% 3

11,84%

43,37%

20,88% ^

«Вариант №1» (ДЭС)

10,95%

• □    Прочие капитальные вложения

• □    Здания и сооружения

• □    Строительно-монтажные работы

• □    Инженерные сети

Оборудование

• □    Проектные и изыскательские работы

Рис. 1. Структура капитальных вложений по вариантам

Рис. 2. Структура себестоимости электроэнергии, производимой ДЭС

достаток дизельных электростанций – зависимость от цены на дорогостоящее топливо. На практике средняя стоимость электроэнергии, полученной при использовании ДЭС в большинстве случаев составляет 9–14 руб./кВт-ч. В рассматриваемом случае расчетная стоимость электроэнергии составляет 9–11 руб./кВт-ч (рис. 3).

Структура текущих затрат по варианту 2 представлена на рис. 4.

Небольшие различия с предыдущим вариантом наблюдаются благодаря влиянию работы котельной, структура затрат по которой, представленная на рис. 5, показывает, что наибольший объем затрат (порядка 64 %) связан с постоянными расходами (оплата труда и амортизация). Доля переменных расходов незначительна вследствие низких затрат на топливо. Для котельных установок большей мощности картина может быть об- руб./кВт-ч

10,8

10,6

10,4

10,2

10,0

9,8

9,6

9,4

ДЭС 200 кВт            ДЭС 320 кВт           ДЭС 2000 кВт

Рис. 3. Себестоимость электроэнергии полученной на ДЭС

Рис. 5. Структура себестоимости тепловой энергии, производимой котельной

ратной, так как численность персонала не поменяется, а материальные затраты возрастут.

Структура текущих затрат при применении мини-ТЭЦ (вариант 3) представлена на рис. 6.

Стоимость электрической энергии, полученной на мини-ТЭЦ, намного ниже стоимости электроэнергии, полученной на ДЭС – 2,0–2,1 руб./кВт-ч (рис. 7). Стоимость тепловой энергии сопоставима со стоимостью тепловой энергии, полученной при использовании котельной установки, однако эти значения зависят от способа отнесения косвенных затрат на себестоимость электро- и теплоэнергии. Экономичность работы мини-ТЭЦ доказывает сравнение годовых текущих затраты: при применении мини-ТЭЦ они в 2,25 раза меньше, чем по варианту 2 и в 1,9 раза меньше, чем по варианту 1. Таким образом, можно говорить о том, что мини-ТЭЦ вырабатывает достаточно дешевую энергию.

В процессе эксплуатации на горизонте расчета текущие затраты накапливаются с разной интенсивностью по каждому варианту, что в конечном счете приводит к значительной разнице к кон- цу расчетного периода. Динамика накопления совокупных затрат по вариантам энергоснабжения представлена на рис. 8.

Несмотря на значительные капитальные вложения при применении мини-ТЭЦ, экономичная ее работа при эксплуатации обеспечивает выигрыш в совокупных накопленных расходах, что позволяет признать данный вариант энергоснабжения наиболее эффективным.

Точка равенства общих затрат при сопоставлении мини-ТЭЦ с дизельными электростанциями составляет 3 года и 5 месяца, точка равенства общих затрат при сопоставлении мини-ТЭЦ с дизельными электростанциями и блочно-модульной котельной составляет 2 года 4 месяца. Экономический эффект от применения мини-ТЭЦ, проявляясь в снижении затрат на энергоснабжение, в конечном счете ведет к снижению себестоимости добычи угля.

Представляется целесообразным оценить экономические риски, к которым относятся увеличение капитальных вложений и текущих затрат по вариантам энергоснабжения (рис. 9, 10).

Рис. 6. Структура текущих затрат с применением мини-ТЭЦ (вариант 3)

Рис. 7. Себестоимость электроэнергии полученной на мини-ТЭЦ

тыс. руб.

Рис. 8. Динамика совокупных накопленных затрат по вариантам энергоснабжения

Капитальныевложения , %

Рис. 9. Анализ чувствительности по капитальным вложениям

При сопоставлении мини-ТЭЦ с ДЭС можно сказать, что применение мини-ТЭЦ невыгодно при увеличении либо капитальных вложений более чем в 2 раза, либо текущих затрат на нее на 60– 70 %.

При сопоставлении мини-ТЭЦ и ДЭС с БМК можно сказать, что применение мини-ТЭЦ выгодно при любом увеличении капитальных вложений. При увеличении текущих затрат примерно в 2 раза применение мини-ТЭЦ становится невыгодным по отношению к ДЭС с БМК.

Влияние капитальных вложений на точку равенства общих затрат носит прямой характер – чем больше капитальные вложения, тем дальше от начального периода находится точка равенства. Влияние текущих затрат на точку равенства общих затрат носит обратный характер. Именно текущие затраты имеют определяющее влияние, как на точку равенства, так и на общую сумму накопленных за период расчета затрат.

Если и капитальные вложения и текущие затраты при применении дизельных электростанций ниже аналогичных показателей мини-ТЭЦ, то применение мини-ТЭЦ невыгодно. Можно говорить о возможной эффективности использования мини-ТЭЦ, если присутствует значительная экономия на текущих затратах и установленная мощность энергетического оборудования больше по крайней мере 150–400 кВт (рис. 11).

Таким образом, можно сформулировать некоторые основные выводы и рекомендации по использованию мини-ТЭЦ.

• 1.    Мини-ТЭЦ целесообразно применять при значительной потребности в электрической энер-

  

  Рис. 10. Анализ чувствительности по капитальным вложениям

  
  
  

  Мощность, МВт

  Рис. 11. Границы применения альтернативных вариантов энергоснабжения

  
  

• 2.    Особенностью мини-ТЭЦ является относительно низкая маневренность по набору и сбросу мощности. Как следствие, такие установки необходимо применять, когда потребление энергии относительно постоянно и отсутствуют резкие колебания (не более 20–25 % в течение 1 часа).

• 3.    Реализация проекта энергоснабжения с применением мини-ТЭЦ, как правило, требует существенных вложений в сопутствующую инфраструктуру (строительство тепловых сетей, установка насосного оборудования, организация золоотвалов, дополнительный штат персонала 8–16 человек в зависимости от типа и мощности оборудования).

• 4.    Мини-ТЭЦ дает возможность получать относительно дешевую тепловую (1,5–1,8 тыс.

• 5.    Традиционно применяемая локальная энергогенерация на основе дизельной электростанции характеризуется небольшими капиталовложениями (в 5–7 раз ниже, чем для мини-ТЭЦ), быстротой ввода в эксплуатацию, простотой обслуживания и возможностью работы при значительных колебаниях в потреблении энергии. Отрицательным моментом является достаточно высокая стоимость получаемой энергии (в 4–6 раз выше, чем для мини-ТЭЦ) Такие установки целесообразно применять для обеспечения энергоснабжения локальных удаленных объектов небольшой мощностью (до 1,0 МВт), при небольшой потребности в тепловой энергии.

гии и наличии потребителей тепловой энергии: там, где общая мощность потребителей составляет от 2–3 до 20–25 МВт. Такими объектами могут быть промышленные комплексы и вахтовые поселки для обслуживающего персонала.

руб./Гкал) и электрическую (1,7–2,1 руб./кВт-час) энергию, что обеспечивает окупаемость вложений в пределах 4–5 лет эксплуатации. Эффективность применения мини-ТЭЦ значительно возрастает при использовании углей, добываемых непосредственно на рассматриваемом предприятии.