Производство биогаза в сельскохозяйственной организации



Производство биогаза в сельскохозяйственнойорганизации

П ерспективы производства биогаза в России зависят от политики государства в области энергетики, охраны окружающей среды, аграрного сектора экономики и развития сельских территорий, с одной стороны, и от заинтересованности сельскохозяйственных товаропроизводителей в развитии данного направления – с другой. Интерес потенциального производителя определяется уровнем эффективности отрасли. Оценку эффективности производства биогаза в конкретной сельскохозяйственной организации следует проводить с помощью комбинированного применения методов экономико-математического моделирования и анализа инвестиционных проектов. Модели строятся для двух возможных сценариев развития предприятия: «С проектом» и «Без проекта». Полученные в результате оптимизации сопоставимые решения сравниваются, и на основе различий в денежных потоках вычисляются приросты выгод и затрат, которые и позволяют оценить уровень эффективности проекта с помощью инструментов проектного анализа. Данный методический подход был апробирован на примере ООО «Агро Виста Тамбов». Результаты оптимизации свидетельствуют о необходимости существенных изменений в производственной структуре, связанных со строительством и дальнейшей эксплуатацией биогазовой установки, что в совокупности дает значительный экономический эффект. Прибыль в ситуации «С проектом» возрастает на 28% по сравнению с ситуацией «Без проекта». Сам проект также эффективен: NPV = 39,6 млн руб., IRR = 19,3%, DPBP = 9 лет.

Смещение акцентов в стратегии развития энергетики многих развитых стран в сторону все более активного использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) продиктовано в основном экологическими (соблюдение углеродного баланса в

атмосфере) и политическими (обеспечение энергетической независимости стран) причинами. Экономическая эффективность производства энергии из ВИЭ может быть достигнута тогда, когда ее себестоимость снижается до уровня удельных затрат на энергию, получаемую от традиционных источников. А пока этого не произошло, требуется искусственное стимулирование. Для побуждения бизнеса к интенсивному развитию альтернативной энергетики развитые и часть развивающихся стран широко используют меры государственной экономической поддержки: субсидии для производителей, освобождение от уплаты НДС и экологических налогов, льготные кредиты и специальные гранты, тарифную политику и др.

В результате такой политики снабжение энергией из ВИЭ в последние годы бурно растет. Например, в Германии доля ВИЭ в общей структуре энергопотребления страны к 2020 г. должна дойти минимум до 25% (сейчас она составляет 14%; доля отапливаемого с помощью ВИЭ жилья в общем объеме строительства возросла за 4 года с 5% до 26%.

К сожалению, в России, обладающей большими запасами природных ресурсов, в том числе и углеводородов, государство уделяет значительно меньше внимания альтернативной энергетике, хотя цен-

трализованным энергоснабжением охвачена лишь треть территории страны, а две трети находятся в зоне децентрализованного и автономного энергоснабжения, где проживают около 20 млн чел. При этом Российская Федерация имеет один из самых внушительных потенциалов солнечной, ветровой энергии, а также ВИЭ из биомассы, в том числе биогаза.

Производство биогаза дает целый ряд преимуществ для развития сельских территорий, особенно удаленных от традиционных источников энергии. Это и рост занятости в сельской местности, диверсификация производства, рост технологического развития, повышение уровня автономности, и снижение энергозависимости сельских территорий, решение или по крайней мере смягчение проблем утилизации отходов животноводства, а также газификации, электрификации и теплоснабжения домашних хозяйств, производственных и инфраструктурных объектов.

Широкое распространение биогазового производства станет возможным в ситуации, когда потенциальные производители (в основном это животноводческие комплексы, другие сельскохозяйственные организации, крестьянско-фермерские хозяйства) убедятся в экономической эффективности и устойчивости данной отрасли. Проверить, насколько эффективным может быть производство биогаза в конкретной сельскохозяйственной организации можно, лишь оценив инвестиционную привлекательность строительства биогазовой установки, внедрения технологий производства субстратов и использования навоза для производства биогаза.

Задача эта непростая, поскольку ее решение связано с необходимостью учета множества факторов и условий технического, технологического, природного и социальноэкономического характера. Строительство биогазовой установки и внедрение технологии производства биогаза вызывают существенные изменения в производственной структуре всего предприятия, поскольку предполагают выделение части площадей для выращивания энергетических культур, из которых производятся субстраты. Необходимый объем растительных субстратов и отходов животноводства (навоз, помет и проч.) определяется мощностью биогазовой установки. И наоборот, выбор установки по мощности зависит от размера предприятия и его потребности в биогазе.

Чтобы найти оптимальное сочетание товарных, энергетических и кормовых культур, а также отраслей животноводства, обеспечивающее максимальную эффективность функционирования предприятия, целесообразно использовать метод экономико-математического моделирования, в частности, дезагрегированной модели оптимизации производственно-отраслевой структуры предприятия. Однако традиционная дезагрегированная модель требует существенной модификации из-за необходимости введения условий по изменению набора культур и, соответственно, системы севооборотов, по производству субстратов и их ферментации, производству биогаза и генерированию электроэнергии, по переработке ферментированной биомассы в органическое удобрение. При этом надо иметь в виду, что постановка задачи, структура модели, система переменных и ограничений могут существенно различаться для разных предприятий. Это связано со специализацией самого предприятия и применяемыми в нем технологиями, а также с предполагаемыми направлениями будущего использования биогаза (производство электроэнергии, газоснабжение населенных пунктов и др.), органических удобрений (для удобрения собственных полей или переработка, упаковка и продажа), тепла (отопление теплиц и других производственных объектов или теплоснабжение местного населения), электроэнергии (для собственных нужд или для реализации в энергосеть).

Поскольку начало производства биогаза требует приобретения и монтажа биогазовой установки и сопутствующих инфраструктурных элементов (хранилищ для биомассы и отходов животноводства, ферментатора, электрогенератора, складов для жидких и сухих органических удобрений и др.), а все это требует соответствующих капитальных вложений, то внедрение на предприятии технологии производства биогаза следует рассматривать как инвестиционный проект.

Согласно официальной Методике анализа инвестиционных проектов оценка эффективности проекта основывается на сравнительном анализе двух состояний системы, на которую направлен инвестиционный поток. Эти состояния характеризуются ситуациями «без» и «с» проектом. При этом качество результатов анализа, выводы об осуществимости и эффективности проекта и, следовательно, адекватность принимаемых в соответствии с ними управленческих решений о целесообразности его реализации в определяющей степени зависят от того, насколько точно и концептуально верно определено состояние исследуемой системы в указанных ситуациях.

При проведении анализа необходимо исследовать обе ситуации («с» проектом и «без» него) и спрогнозировать их развитие на время всего расчетного периода.

Фактически сложившееся состояние предполагаемого объекта инвестиций практически всегда имеет потенциальные возможности для своего улучшения, не связанные с капитальными вложениями. Поэтому сравнение гипотетической ситуации «с проектом» с фактической ситуацией неадекватно отражает реальный эффект от реализации проекта, как правило, завышая его. Сравнение должно основываться на сопоставимых ситуациях. В каждой из ситуаций («с» и «без» проекта) при нормальном поведении объект стремится к оптимальному состоянию. Траектории достижения этих состояний, как правило, различны, но сами состояния имеют одно существенное сходство: оба они являются идеальными, т.е. лучше любых других при прочих равных условиях. А различия между ними обуславливаются лишь наличием или отсутствием инвестиций и их влияния на объект. Отсюда можно сделать вывод, что оптимальные состояния являются сопоставимыми, и использование их для сравнения ситуаций «с» и «без» проекта методологически оправдано. Согласно теории моделирования для поиска оптимальных состояний системы можно использовать статические оптимизационные модели. Другими словами, чтобы построить денежные потоки проекта и оценить его эффективность, необходимо разработать и решить две независи-

мые (желательно дезагрегированные) модели оптимизации производственной структуры предприятия для двух взаимоисключающих сценариев: (а) если предприятие отказывается от производства биогаза и продолжает обычную свою производственную деятельность («без проекта») и (б) если оно внедряет технологию производства биогаза и перестраивает свою структуру под новые задачи («с проектом»). Разница между денежными потоками «с проектом» и «без» него позволит методически обоснованно оценить финансовую эффективность проекта.

Математическая запись дезагрегированной модели для сельскохозяйственного предприятия молочной специализации с товарным растениеводством, оптимизирующей производственную структуру для ситуации «с проектом», можно представить в следующем виде.

Найти оптимальный план X = {X_l, X s , X rqf, X k , A X hl , X_g, X }, обеспечивающий максимальное значение целевой функции:

F(X) = Σ Σ ( Z_s X_s – Σ C_s X_s ) + Σ( Z_l X_l – C_l X_l ) → max s ∈ S₂ s ∈ S₃ s ∈ S₁     l ∈ L

При этом необходимо выполнение следующих условий:

О По размещению культур по полям севооборотов

Σ X_rqf ≤ B_qf , (q ∈ Q, f ∈ F) r ∈ R

Σ Σ v rqf X rqf ≥ Σ a rs X s , (r ∈ R)

q ∈ Q f ∈ F       s ∈ S

2 v, ^Xs + ^Е v, x_k >  ^Е a il ^X, , (1 e I)

s ^e S ih           k ^e к „           1 ^e L

0 По балансу групп кормов в рационах питания животных

^Е\X s ^+Е V ik X k >^Е% aX^{+ Е} AX , ,(h e H, 1 e I , )

s e S1h k e к h 1 e L 1 e L

∆Xhl ≤ (α˝hl - α΄hl) ail Xl , (l ∈ L, h ∈ H, i ∈ I1) ©По суммарному приросту содер жания групп кормов сверх минимальной границы в рационах питания по группам животных

Σ ∆X_hl = (1 - Σ α΄_hl) a_il X_l , (l ∈ L, i ∈ I₁) heH        heH

Σ v_l΄l X_l ≥ Xl΄ , (l΄ ∈ L2΄)

l ∈ L₁

(1 – σ_l) X_l ≥ w_{(l+1), l} X_(l+1) , (l ∈ L₂)

ф По выходу навоза, используемого для производства биогаза

Е v, X, > X l∈L

U Ограничение на мощности ферментера

Е X + X < B s s ∈ S2

¹² По расчету объемов производства продуктов переработки биомассы

Е v X + v X = X, (g e G) gs s g           g s ∈ S2

13 Ограничение на мощности переработки по видам продукции

X g < B g , (g e G)

s ∈ S₂

13По допустимым границам технологического соотношения в биомассе азота (n – nitrogen) и углерода (c – carbon)

e' g,g^{+1 X}g⁺¹ <  ^Xg < в" д,д ₊₁ ^Xg+1 , (g e G)

Например, соотношение в биомассе азота (n – nitrogen) и углерода (c – carbon) будет иметь следующий вид:

β'nc Xn ≤ Xc ≤ β''nc Xn

Индексы:

r – видов сельскохозяйственных культур (R – их множество);

q – номеров полей в севообороте (Q – их множество);

f – номеров севооборотов (F – их множество);

s - видов продукции растениеводства (S - их множество, S 1 - подмножество видов продукции кормовых культур, S_1h – подмножество видов кормов, относящихся к h-группе, S₂ – подмножество видов субстратов для биомассы, S₃ – подмножество видов продукции товарных культур);

k – видов покупных кормов (K – их множество, K h - подмножество покупных кормов, относящихся к h-группе);

h – номеров групп кормов (H – их можество);

i – номеров элементов питания, содержащихся в кормах (I - их множество, I1 - подмножество элементов питания, к которому относятся кормовые единицы);

l – номеров половозрастных групп животных (L – их множество, L1 – подмножество групп продуктивных животных, например, коров, L2 – подмножество остальных групп животных, L2΄ – подмножество, к которому относится группа родившегося молодняка);

g – видов продукции/элементов/ энергии, полученных в результате переработки биомассы в биогазовой установке (G – их множество, G' – подмножество элементов, между которыми вводятся технологические соотношения)

Переменные (искомые) величины:

Xl – среднегодовое поголовье животных l-половозрастной группы;

X s - объем производства продукции s-вида;

Xrqf – площадь посева r-культуры на q-поле f-севооборота;

Xk - объем приобретения покупного корма k-вида;

∆ Xhl – прирост h-группы кормов в рационе l-группы животных сверх минимальной границы;

X_g - объем производства g-вида продукции/элемента/энергии, полученного в результате переработки биомассы в биогазовой установке (X c _g, X n _g - объемы производства углерода и азота, соответственно);

X – объем навоза, используемого для производства биогаза

Технико-экономические коэффициенты:

Zs – цена реализации единицы s-вида продукции/энергии;

Cs – удельные материальноденежные затраты на единицу s-вида продукции/энергии;

Z l - удельная выручка от реализации продукции в расчете на 1 голову животных l-половозрастной группы;

Cl – удельные материальноденежные затраты на 1 голову животных l-половозрастной группы;

v rqf - выход (урожайность) исходной продукции (например, зеленой массы многолетних трав) с 1га площади посевов r-культуры на q-поле f-севооборота;

ars – удельные затраты исходной продукции (например, зеленой массы многолетних трав) на производство единицы s-вида конечной или промежуточной продукции (например, сена, сенажа, силоса, травяной муки многолетних трав);

v_is - содержание i-элемента питания в единице s-вида корма (s ∈ S₁) ;

vik – содержание i-элемента питания в единице k-вида покупного корма;

ail – потребность в i-элементе питания в расчете на 1 голову 1-группы животных;

а' , а".. - минимальная и мак-hl hl симальная границы содержания h-группы кормов в рационе l-группы животных;

v l.l - выход родившегося молодняка (Г ^Е L 2 ') от 1 головы продуктивных животных (l ∈ L₁);

σl – доля отхода (выбраковки) поголовья l-группы;

w(l+1) l - коэффициент соотношения поголовья l – группы и (l+1) – группы с учетом сроков содержания;

vl – выход навоза в расчете на 1 голову l-группы животных;

vgs – выход продукции/элемента/ энергии g-вида из единицы s-вида продуктов переработки биомассы (субстратов);

vg - выход продукции/элемента/ энергии g-вида из единицы навоза;

β'g,g+1, β''g,g+1 – нижняя и верхняя границы в соотношении между эле- ментом g и элементом g+1 (β'nc и β''nc – границы в соотношении азота и углерода)

Объемы ограничений:

Bqf – площадь q-поля f-севооборота;

B l - количество скотомест в помещениях для l-группы животных;

B – мощности ферментера;

Bg - мощности переработки по g-виду продукции.

Модель для ситуации «без проекта» отличается тем, что из нее исключаются с 10 по 14 группы ограничений, а в целевой функции не учитываются затраты и поступления от реализации продукции и энергии, получаемых при производстве биогаза.

Описанный методический подход был апробирован на примере ООО «Агро Виста Тамбов» с использованием исходной техникоэкономической информации, представленной в отчетной документации предприятия. Результаты оптимизации свидетельствуют о необходимости существенных изменений в производственной структуре, связанных со строительством и дальнейшей эксплуатацией биогазовой установки, что в совокупности дает значительный экономический эффект. В частности, прибыль в ситуации «С проектом» возрастает на 28% по сравнению с ситуацией «Без проекта». Сам проект также эффективен: NPV = 39,6 млн руб., IRR = 19,3%, DPBP = 9 лет.

Несмотря на очевидную экономическую привлекательность данного конкретного проекта, нельзя делать вывод о том, что производство биогаза будет эффективным для всех или многих сельскохозяйственных организаций даже сходной специализации. Но предложенный методический подход позволяет с достаточной степенью определенности оценить целесообразность биогазового производства в любом объекте.

МСХА имени К.А. Тимирязева. f