Методы и модели обеспечения устойчивого энергоснабжения энергодефицитных регионов тема диссертации по экономике, полный текст автореферата
- Ученая степень
- кандидата экономических наук
- Автор
- Вертешев, Антон Сергеевич
- Место защиты
- Санкт-Петербург
- Год
- 2012
- Шифр ВАК РФ
- 08.00.05
Автореферат диссертации по теме "Методы и модели обеспечения устойчивого энергоснабжения энергодефицитных регионов"
00502и/и1
ВЕРТЕШЕВ АНТОН СЕРГЕЕВИЧ
На правах рукописи
МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЭНЕРГОДЕФИЦИТНЫХ РЕГИОНОВ
Специальность: 08.00.05 - Экономика и управление народным хозяйством: экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами (промышленность)
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук
ГТ • г" п ^'"'п
Санкт - Петербург 2012
005020701
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный п ол итехн и чески й у н и верситет»
Научный руководитель: доктор экономических наук, профессор
Окороков Василий Романович, зав.кафедрой ФГБОУ ВПО "Санкт-Петербургского государственного политехнического университета
Официальные оппоненты: доктор экономических наук, профессор
Ильинский Александр Алексеевич, зам. директора по науке ФГУН "Всероссийский нефтяной научно-исследовательский геологоразведовательный институт (г.Санкт-Петербург)
кандидат экономических наук, доцент Плотникова Виктория Павловна,
начальник Учебного центра ОАО ТГК-1 (г.Санкт-Петербург)
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Московский энергетический
институт (технический университет)»
Защита состоится « 26 » апреля 2012 г. в « 14 » часов на заседании диссертационного совета Д.212.229.23 при ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу: 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29, III учебный корпус, ауд. 506
С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет» по адресу 195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
Автореферат разослан «¿Q» марта 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного I
доктор экономических наук, профессор 1—'^Т^ Сулоева С.Б.
диссертационного совета Д.212.229.23 /¿7 ß У
(7
I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы исследования. В настоящее время чрезмерное потребление природных ресурсов стало реальной угрозой безопасности функционирования человеческого сообщества. Основой решения возникших негативных социалыю-экономнческих проблем является переход к модели устойчивого развития. Устойчивое развитие любой социально-экономической системы можно определить как регулируемый процесс безопасного использования природно-ресурсного потенциала для обеспечения разумного удовлетворения жизненно важных потребностей людей не только в текущей, но и в достаточно долговременной перспективе.
Развитие централизованных и децентрализованных систем энергоснабжения является мировой тенденцией и одним из приоритетных направлений развития мировой энергетики. Суть децентрализованной (распределенной) энергетики в том, что производители тепловой и электрической энергии максимально приближены к потребителям и сбалансированы с ними по нагрузке и по потреблению. Основой распределенной энергетики являются нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, интенсивность развития которых в мире в настоящее время является очень высокой.
Сегодня уже свыше 70 стран мира имеют свои национальные программы развития распределенной энергетики и прочное законодательное обеспечение этого направления. В России до сих пор такая программа и законодательное обеспечение отсутствуют. Однако, существует ряд проблем, связанных с традиционной энергетикой: значительные потери энергии при доставке ее от производителей конечным потребителям; длительные сроки и огромные затраты финансовых средств, при строительстве новых объектов традиционной энергетики; недопустимые в современных условиях затраты на транспорт электроэнергии и тепла; неразвитость и существенная изношенность сетевой инфраструктуры и т.д. Для обеспечения устойчивого энергоснабжения энергодефицитных районов необходимо использование комплексной системы
энергоснабжения региона, включающей как систему централизованного энергоснабжения, так и систему децентрализованного энергоснабжения.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка методов и моделей обеспечения устойчивого энергоснабжения энергодефицитного региона на основе новой концепции абсолютного доступа энергии для всех потребителей. В соответствии с целью исследования рассматривались и решались следующие задачи:
1) На основе анализа состояния и проблем развития отечественного и регионального ТЭК (топливно-энергетичекий комплекс) выявить основные тенденции и направления устойчивого экономического развития региона и страны в целом; 2) Сформулировать концепцию и разработать стратегию абсолютной доступности энергетических ресурсов для обеспечения надежного и эффективного энергоснабжения потребителей региона; 3) Рассмотреть энергетический баланс энергодефицитного региона и определить возможность и целесообразность использования энергетических ресурсов разного вида для обеспечения их доступности для промышленных и индивидуальных потребителей; 4) Предложить классификацию факторов, определяющих возможность и целесообразность использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НТ и ВИЭ) в регионе для реализации стратегии абсолютной доступности энергии для всех его потребителей; 5) Разработать модель комплексного энергоснабжения региона и выявить зависимости, определяющие перспективные направления формирования энергетического баланса региона; 6) Разработать методику оценки экономической эффективности системы устойчивого энергоснабжения энергодефицитного региона и на ее основе определить результативность и социально-экономическую эффективность предложенной модели комплексного энергоснабжения региона (на примере Псковской области);
Объектом диссертационного исследования является система регионального энергоснабжения.
Предмет исследования составляет система экономических, нормативных, организационных и финансовых отношений, обеспечивающих устойчивое энергоснабжение потребителей энергодефицитного региона.
Теоретической и методологической основой исследования послужили теоретические основы экономики и управления, экономическая статистика, методы системного анализа, прогнозной экстраполяции, сценарного анализа и экспертных оценок.
Информационной базой диссертации служили материалы по сетям и тарифам «Псковэнерго», данные «Энергетической стратегии России до 2030 года» и «Региональной программы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности Псковской области до 2020 года», материалы Международного энергетического форума «Распределенная энергетика» в Санкт-Петербурге (2011 г.), данные МЭА.
К основным результатам данного исследования, обладающим, по мнению автора, признаками научной новизны, относятся следующее:
1) На основе проведенного анализа, состояния и проблем развития отечественного и регионального ТЭК выявлены основные тенденции (увеличение объемов потребления, ориентация па использование местных видов топлива и др.) и направления устойчивого экономического развития региона и страны в целом; 2) Сформулирована концепция и разработана стратегия абсолютной доступности энергоресурсов для энергоснабжения промышленных, индивидуальных и других потребителей. Сформулированы принципы стратегии абсолютной доступности энергоресурсов и риски ее реализации; 3) На основе рассмотрения существующего и перспективного энергетических балансов региона показана возможность и экономическая целесообразность использования высокого потенциала местных эпергоресурсов разного вида для обеспечения устойчивого энергоснабжения региона; 4) Предложена классификация основных факторов, определяющих возможность и социально-экономическую эффективность использования в регионе HT и ВИЭ для реализации стратегии устойчивого энергетического
развития региона (рост цен на энергоресурсы, обеспечение энергетической безопасности, повышение комплексной эффективности использования НТ и ВИЭ и др.); 5) Разработана модель комплексного энергоснабжения региона и выявлены математические зависимости, позволяющие определять объемы потребления энергоресурсов каждого вида и формировать рациональный энергетический баланс региона; 6) Предложена методика оценки экономической эффективности системы устойчивого энергоснабжения энергодефицитного региона и на ее основе определены результативность и социально-экономическая эффективность, предложенной модели (на примере Псковской области).
Практическая и теоретическая значимость диссертационного исследования. Разработанные научно-методологические материалы имеют теоретическую и практическую значимость и могут представлять научный и практический интерес для научно-исследовательских учреждений, высших учебных заведений, а также для предприятий. Разработанные материалы могут использоваться в учебном процессе высших учебных заведений по соответствующему профилю.
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации представлены и опубликованы в материалах на ежегодных Международных научно-практических конференциях молодых ученых, студентов и аспирантов "Неделя науки СПбГПУ" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2010-2011 гг.); в сборниках научных трудов Международной научно-практической конференции "Экономика, экология и общество России в 21- м столетии" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2010-2011 гг.); в сборниках международной научно-практической конференции "Высокие интеллектуальные технологии и инновации в образовательной науке" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2011-2012); в сборнике XV Всероссийской научно-методической конференции "Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2011); в сборнике трудов Международной научно-практической конференции
"Инновационная экономика и промышленная политика региона" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2010); па семинарах аспирантов (СПбГПУ, 2010-2011 гг.).
Публикации по основным результатам исследования. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 10 работах (объемом 6 п.л.). В том числе опубликовано 3 доклада на Международных конференциях и 7 журнальных статей, 3 из которых - в изданиях, включенных в перечень ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав основного текста, заключения и списка использованной литературы. II. ОСНОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ. 1. На основе проведенного анализа, состояния и проблем развития отечественного и регионального ТЭК выявлены основные тенденции (увеличение объемов потребления, ориентация на использование местных видов топлива и др.) и направления устойчивого экономического развития региона и страны в целом. Повышение энергоэффективности и энергобезопасности, переход к рациональной модели потребления ресурсов являются приоритетами модернизации отечественной экономики. В связи с этим разработана классификация факторов, влияющих на эиергоэффективность и энергобезопасность региона (табл.1).
Таблица I. Факторы, влияющие на энергоэффективность и энергобезопасность региона
Энергетическая безопасность 1. Степень концентрации генерирующих мощностей
2. Наличие и протяженность линий электропередач между различными элементами системы
3. Географическое расположение генерирующих предприятий и трансформаторных подстанций
4. Возможность снабжения энергией в аварийных случаях от резервных источников энергии
5. Зависимость энергоснабжения от поставки различных видов топлива, включая местные виды топлива.
6. Развитие и территориальная диверсификация энергетической инфраструктуры
Энергетическая эффективность 1. Эффективность оборудования, используемого при производстве и передаче энергии
2. Уменьшение потерь при передаче и распределении энергии
3. Использование потребителями энергоэффективного оборудования и технологий
4. Неравномерность суточного потребления энергии, наличие пиковых нагрузок.
5. Использование автономных источников питания
Определяющими направлениями устойчивого энергетического развития страны являются: 1) возможность достижения потребителями неограниченного доступа к современным источникам энергии; 2) повышение уровня энергетической эффективности и энергобезопасности; 3) увеличение доли возобновляемых источников энергии в энергетическом балансе России и каждого региона в отдельности.
2. Сформулирована концепция и разработана стратегия абсолютной доступности энергоресурсов для энергоснабжения промышленных, индивидуальных и других потребителей. Сформулированы принципы стратегии абсолютной доступности энергоресурсов и риски ее реализации.
Концепция эффективного энергоснабжения энергодефицитных регионов определяет условия безопасного, эффективного и устойчивого функционирования энергетического сектора, а также систему взаимоотношений субъектов ТЭК, потребителей и государства, обеспечивающих достижение заданных целей энергетической политики в реальных условиях функционирования энергетического сектора страны.
Стратегическими целями энергоснабжения энергодефицитных районов являются: 1) Сокращение потребления невозобновляемых ТЭР (топливно-энергетические ресурсы); 2) Снижение экологической нагрузки от ТЭК; 3) Повышение экономической эффективности энергоснабжения региона; 4) Обеспечение надежного энергоснабжения территориально удаленных потребителей.
Исходя из указанных целей, предлагаемая в диссертации стратегия предусматривает следующие пути их достижения: а) комплексное использование централизованного и децентрализованного энергоснабжения крупных предприятий и удаленных энергодефицитных регионов; б) создание ускоренными темпами автономных (децентрализованных) установок (систем) на основе НТ и ВИЭ; в) внедрение элементов интеллектуальных энергетических систем (ИЭС) для мониторинга и управления, передачей и
распределением электроэнергии, а также эффективным управлением электротехническим оборудованием па предприятиях и ЖКХ.
Стратегию абсолютной доступности энсргоресурсов для энергоснабжения промышленных, индивидуальных и других потребителей в диссертации можно осуществлять па принципах, предложенная совокупность которых представлена в табл. 2
Таблица 2. Совокупность принципов стратегии абсолютной доступности энергоресурсов
№ Принципы Содержание принципа
1 Доступность Означает всеобщий доступ потребителей региона к энергетическим ресурсам.
2 Устойчивость Означает повышение энергоэффективности, энергетической и экологической безопасности для устойчивого развития энергоснабжения региона.
3 Системность Предполагает существование единой энергосистемы, а не случайного набора разрозненных источников энергии.
4 Гибкость Предполагает возможность выбора объемов централизованного или децентрализованного потребления энергии в зависимости от установленных тарифов, текущих потребностей производства, спроса и цен наконечную продукцию
5 Модульность Означает возможность построения автономного энергоснабжения на основе совокупности серийно выпускаемых модулей разной мощности.
Предложенная в диссертации стратегия абсолютного доступа энергии учитывает также риски ее реализации, классификация которых представлена в
табл. 3.
Таблица 3. Классификация основных рисков реализации стратегии абсолютной доступности энсргоресурсов для энергодефицитных регионов
Виды рисков Качественный анализ
1 Рыночный Связан с возможным уменьшением потребления продукта или услуги.
2 Коммерческий Связан с возможными неплатежами и срывами договорных обязательств со стороны участников программы.
3 Производственно-технологический Связан с возможными авариями и отказами оборудования.
4 Инфляционный Возникает в связи с возможным повышением стоимости активов в период инвестирования
5 Финансовый Возникает для инвесторов в связи с возможным повышением кредитных ставок, цен па работы и потребление энергетических ресурсов.
6 Научно-технический Связан с возможным появлением более эффективных технологий и оборудования.
7 Внешнеэкономический Связан с возможным введением ограничений на поставку товаров и услуг.
3. На основе рассмотрения существующего и перспективного энергетических балансов региона, показана возможность и экономическая целесообразность использования высокого потенциала местных энергоресурсов для обеспечения устойчивого энергоснабжения региона.
Топливно-энергетический баланс Псковской области на 2010 г. характеризуется параметрами, приведенными табл. 4. Для обеспечения потребностей электростанций, в регион осуществляется 100 % поставка природного газа и угля. Валовое потребление топливно-энергетических ресурсов в части привозных ресурсов сбалансировано с поставками. В структуре потребления первичных энергоресурсов основную долю оставляют природный газ и нефтепродукты.
Таблица 4. Единый топливно-энергетический баланс региона за 2010 год (тыс. ту.т.)
Уголь Нефтепродукты Природный газ Гидро и ВИЭ Прочие виды твердого топлива Электроэнергия Тепло Всего
Производство первичных ТЭР 0 0 0 1,9 59,7 61,6
Ввоз 129,3 1140,1 1343,8 - - 226,6 - 2839,8
Потери при распределении - 0 0 - 0 42,3 75,9 118,2
Промышленность 32,6 4,2 17,3 19,7 58,6 141,5 273,9
Прочая промышленность 52,5 12 23,7 - 26 741,8 409,5 1265,5
Строительство 0 2,5 0 - 0 5,8 0 8,3
Транспорт 0 481,5 1,5 0 0 7,1 11,1 501,2
Сельское хозяйство 0 6,5 0 - 0 7,9 7,5 21,9
Сфера услуг 2 0,6 104,7 - 1,9 49,5 133,6 292,3
Население 0,1 19,2 94,5 - 1,6 61,7 243,2 420,3
Всего 216,5 1666,6 1585,5 1,9 108,9 1201,3 1022,3 5803
Суммарная электрическая мощность региона в основном обеспечивается пятью предприятиями, осуществляющими электроснабжение и теплоснабжение региона (табл.5). Значительная часть потребителей энергии региона удалена от источников генерации энергии. Плотность электрических нагрузок на территории Псковской области при площади региона 55300 км2 составляет 7,9 КВт/ км1, что является очень низким показателем.
Псковская ГРЭС 215 x 2 = 430 МВт
Максютинская ГЭС 1,52 МВт
Шильская ГЭС 1,52 МВт
В.Луш ЗЛО«ЗЭТО» 0,75 + 1,5 =2,25 МВт
Псковские тепловые сети 1,8 МВт
Итого: 437,09 МВт
Первичными источниками энергии для децентрализованного энергоснабжения территориально удаленных потребителей могут служить: торф; биомасса; энергия малых рек; солнечная и ветровая энергия. В табл. 6 представлен возможный потенциал ВИЭ в регионе, который в настоящее время практически не используется.
Таблица 6. Расчетный потенциал ВИЭ в регионе
Запасы торфа и промышленный фонд торфа региона
Запасы всех категорий, млн. т. Прогнозируемые запасы, млн. т. Балансовые и забалансовые запасы, млн. т Промышленный фонд, млн. т/млн. т.у.т.
2016,63 805,86 1210,77 762,34/266,06
Тип возобновляемых источников энергии Валовый потенциал Технический потенциал Экономический потенциал
Биомасса твердых коммунальных отходов и отходов АПК, тыс. т у.т. 298,82 286,76 139,44
Малая гидроэнергетика, млрд. кВт ч 1,8 0,5 0,3
Ветровая энергетика, ТВг ч/млн. т у.т. 3 649,8/1240,93 9,12/3,1 0,0456/0,0155
Биомасса лесозаготовки и деревообработки, млн. т у.т. 0,9 0,674/0,096 0,05
Солнечная энергия, млн. т у.т. 6 400 26,100 0,0003
Из данных табл. 6 видно, что для солнечной энергии за 2010 год он составил 6 400 млн. т у.т. По сравнению с другими регионами (например, в Тюменской области солнечная энергия составляет 167700 млн. т у.т. ) возможности использования солнечной энергии в осеннее, зимнее и весеннее время ограничено. При рассмотрении вопроса о целесообразности использования того или иного вида источника энергии в конкретном регионе необходимо учитывать следующее: общемировые тенденции развития; ресурсное обеспечение региона; экологическая целесообразность использования ВИЭ.
4. Предложена классификация основных факторов, определяющих возможность и социально-экономическую целесообразность использования в регионе НТ и ВИЭ для реализации стратегии устойчивого энергетического развития региона. В диссертации разработана классификация факторов, определяющих необходимость и возможность использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в регионе (рис.1). Анализируя приведенную классификацию факторов, можно сделать вывод о том, что для успешного развития экономики необходимо совместное эффективное использование традиционных и нетрадиционных возобновляемых источников энергии.
.........................*•( Истощение органических ресурсов )
Необходимость использования
К. Рост цен на энергоресурсы )
»¡'Влияние эмиссий парниковых газов на климат,) »( Обеспечение энергетической безопасности )
ВОУМОЖНОСЛ ь использования
высокий потенциал НТ и ВИЭ
Интенсивное развитие технологий НТ и ВИЭ )
^ Повышения комплексной эффективности
использования НТ и ВИЭ }
Возможность устойчивого экономического \ развития депрессивных регионов /
Рис. 1. Классификация факторов, определяю
комплексное решение глобальных (национальных) проблем
них возможность и социально-экономическую
целесообразность использования НТ и ВИЭ. 5. Разработана модель комплексного энергоснабжения региона и выявлены математические зависимости, позволяющие определять объемы потребления энергоресурсов каждого вида и формировать рациональный энергетический баланс региона.
Энергетический баланс региона может быть записан в следующем виде:
К /., N.
I щ" + 2 = X ^ с+««)+В11Г>г ('+«*)+£ (1+«.„)].
(О
где: IV/'- электрическая энергия, генерируемая ¡-ым предприятием 0=1...Л), обеспечивающим работу централизованной системы энергоснабжения; (('„,"- электрическая энергия, генерируемая автономным (децентрализованным) источником;^- энергия, потребляемая на к-ом предприятии (к=1.......К);
IV
коэффициент ак = """""'"■'; учитывает потери при транспортировке
'К
электроэнергии (^от источника к потребителю; IV,г - электрическая энергия, потребляемая на 1-ом предприятии (1=1....Ьг) в г-ом районе (г=1....Я), где Я-количество районов в рассматриваемом субъекте РФ (для Псковской области 11=26); \Ут- электрическая энергия, потребляемая предприятиями ЖКХ и отдельными пользователями из населения в г-ом районе (п=1....#г); М - общее количество автономных (децентрализованных) источников электрической энергии в регионе.
Модель энергетической системы региона можно представить в виде направленного графа, вершины которого соответствуют источникам и потребителям, а ребра отражают направление передачи электроэнергии (рис. 2). Потери энергии при транспортировке здесь изображены в виде соответствующих вершин графа (№„), где: - потери, связанные с
передачей энергии для Ь-ого потребителя (средние и малые предприятия) в первом районе. - энергия потребляемая Ь-потребителем в первом
районе. ^<¿1,1) - электрическая энергия, генерируемая автономным (децентрализованным) Ь-ым источником в первом районе; - потери,
связанные с передачей энергии для М-ого потребителя (ЖКХ и отдельные пользователи из населения) в в первом районе; ^Хко " энергия, потребляемая Ы-потребителем (ЖКХ и отдельные пользователи из населения) в первом IV ^
районе; " (<\'1,1) - электрическая энергия, генерируемая автономным
(децентрализованным) источником И-ым источником (ЖКХ и отдельные пользователи из населения) в первом районе.
м
_ [ \ут \ .
© ( ^ )
0*0 .....м?)
Крупные предприятия
г=Л
Средние, малыМредприятия и ЖКХ Рис.2. Модель энергоснабжения потребителей региональной энергетической системы Энергетический баланс, представленный выражением (1), а также модель энергоснабжения в виде графа (рис.2) отражает комплексное энергоснабжение и содержит в себе как реально существующие, так и перспективные элементы энергоснабжения региона.
6. Предложена методика оценки экономической эффективности системы устойчивого энергоснабжения энергодефицитного региона и на ее основе определены результативность и социально-экономическая эффективность предложенной модели комплексного энергоснабжения региона (на примере Псковской области).
Математическая модель, отражающая общую величину затрат комплексного энергоснабжения региона 2Р" и экономическую эффективность комплексного энергоснабжения ДZ''e' , определяется следующими выражениями:
Ы Н /Я
AZ-"=£AZ+td>z,, +|>ZJ , (3)
«г=| г=| М п=1
ч <>
где: z , Z . удельные затраты на централизованное энергоснабжение и затраты на энергоснабжение от автономного (децентрализованного) источника;
^ > ^ электрическая энергия, потребляемая предприятием от
централизованной сети и от автономного (децентрализованного) источника
соответственно; Z - удельные затраты на транспортировку энергии от генерирующего источника к потребителю, включая потери при транспортировке на единицу передаваемой электрической энергии, при этом
абсолютные затраты равны Z
тр -W.
Общая величина затрат зависит от многих величин: затрат на ТЭР (Zpet),
затрат на транспортировку электроэнергии с учетом потерь (Z"'p), количества и расположения крупных, малых и средних потребителей (K,L,N,R) и др. В качестве критерия оптимальности предложенной модели может быть принята общая величина затрат на комплексное энергоснабжение региона. В этом случае условие оптимальности принимает вид:
Z "ег (Z "ес, Z ,K,L,N,R) —» min. (4)
Могут быть использованы и другие критерии оптимальности, например, экономическая эффективность комплесного энергоснабжения региона:
AZ (Z рес ,Zm", К, L, N, R) -> тах. (5)
Подробный численный анализ выражений (1), (2) и (3), отображающих энергетический баланс региона и общую величину затрат и экономическую эффективность комплексного энергоснабжения региона, требует учета всех
параметров, характеризующих потребности потребителей и особенности их территориального расположения по отдельным районам внутри своего региона. Для обобщенной интерпретации модели энергетической системы региона выражение (2) может быть представлено в следующем виде:
грег=г+гтр+гд
Л 1,
(6)
где г" -/О+ШХ ■р11')+ВК,-0 (7)
»-1 1=1 /=| 11=1
= <)+5>Г-К) (В)
*=1 г=I /=1 л=|
=1(2,' -О + Х-К) + 1«г-К) (9)
Допустим, что величина 2'""'', включающая в себя затраты на передачу электрической энергии, потери электрической энергии, затраты на содержание сетей и подстанций, пропорционально протяженности электрических сетей региона: 2нщ,=к-г, (10)
где г - протяженность сетей а к- коэффициент пропорциональности. Исходя из установленных тарифов на передачу энергии по сетям для региона можно определить коэффициент пропорциональности к= 0,005 руб./ КВт-ч км.
Перейдем к относительным переменным, приняв за базу Z,' .Обозначая относительные переменные верхней чертой выражение (6) запишем в
следующем виде: Z —2 Л- к-г-г 2 , (11)
-„„ г"" — к-г г" где г =—, к-г=—,г =— г4 2« г"
Если централизованные и автономные источники электрической энергии
работают на одинаковом виде ТЭР, затраты на производство электрической
энергии автономным источником, как правило выше. Например, для ГРЭС
(централизованный источник) и микротурбин, работающих на природном газе
это соотношение приблизительно равно 1,51. Учитывая сказанное, изобразим
на рис.4 составляющие выражения (11). При протяженности электрических
сетей в регионе к /" > гЩ} применение автономных источников энергии экономически оправдано(данная область на рис.4 обозначена штриховкой).
источников и для автономных источников энергии.
Для Псковского региона г _ юоо,а, • при этом общая протяженность
0,0005 ~
электрических сетей в регионе г = 4608 км. Если тарифы на электроэнергию завышены, а автономные источники энергии используют местные ТЭР, то целесообразность использования автономных источников с экономической точки зрения становится еще более очевидной.
В диссертации была также разработана классификация факторов выявляющих результативность и эффективность модели комплексного энергоснабжения. К таким факторам относится следующее: затраты на передачу электроэнергии в централизованных системах; потери при передаче энергии; рост требований потребителей по снижению тарифов на электроэнергию; неразвитость и существенная изношенность сетевой инфраструктуры; повышение требований в сфере энергоэффективности и экологической безопасности; удаленность значительной части потребителей от крупных электростанций; доступность и относительно низкая стоимость топлива для автономных систем генерации; создание рабочих мест; вовлечение
в экономическое развитие отдаленных и труднодоступных регионов; развитие местного предпринимательства.
Устойчивое энергоснабжение обеспечивается комплексной системой, предусматривающей совместное использование централизованного и распределенного энергоснабжения, в том числе на основе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. III. ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Вертешев A.C. Энергетический потенциал региона и условия его эффективного использования [Текст] / Вертешев А.С / Научно-технические ведомости СПбГПУ. "Экономические науки" - №1 - 2012.-СПб: Издательство Политехнического университета. - с.62-67 - 0,6 п.л.
2. Вертешев A.C. Факторы, определяющие возможность и необходимость использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии [Текст] / Вертешев A.C., Окороков В.Р. / Известия высших учебных заведений. Серия "Экономика, финансы и управление производством". ИГХТУ- 2012. - Иваново: Издательство ИГХТУ. - с.38-45 - 0,6 п.л.
3. Вертешев A.C. Распределенная энергетика в обеспечении технологической безопасности и экономической эффективности региона ]Текст] / Вертешев А.С / Научно-технические ведомости СПбГПУ. Экономические науки №3(125)-2011.-СПб:Издательство Политехнического университета. - с.95-100 - 0,6 п.л.
4. Вертешев A.C. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии в энергетике будущего [Текст] / Вертешев А.С, Окороков В.Р. / ХХХХ Неделя науки СПбГПУ / Международная научно-практическая конференция /Сборник лучших докладов. СПб, изд. Политехи. Ун-та, 2012, - с. 32-34 - 0,56 п.л.
5. Вертешев A.C. Развитие интеллектуальной энергетики в России и за рубежом [Текст] / Вертешев А.С / Академия Энергетики. №1(39), СПб: 2011. - с.70-75 -0,6 п.л.
6. Вертешев A.C. Развитие распределенных энергетических систем в регионе [Текст] / Вертешев А.С, Зибров В.П. / Труды ППИ / Псков, Издательство
Псковского государственного политехнического института. - 2011, с. 71-74 -0,5 п.л.
7. Вертешев A.C. Энергетический потенциал региона и перспективы его развития [Текст] / Вертешев A.C. /Академия Энергетики. 2010. №6(38), СПб: 2010.-с. 92-96 - 0,56 пл.
8. Вертешев A.C. Возможности технологического обновления электроэнергетики региона на основе интеллектуальных энергетических систем [Текст] / Вертешев А.С, Окороков В.Р. / Экономика, экология и общество России в 21- м столетии // Сборник научных трудов 12-й Международной научно-практической конференции; СПб, изд. Политехи, ун-та. - 2010. - С. 331-335-0,38 п.л.
9. Вертешев A.C. Условия применения интеллектуальных энергетических систем в Псковской области [Текст] / Вертешев А.С , Окороков В.Р./ Инновационная экономика и промышленная политика региона // Труды Международной научно-практической конференции; СПб, изд. Политехи, унта. - 2010. - с. 230-241 - 0,5 п.л.
10. Вертешев A.C. Перспективы развития интеллектуальной энергетики в Псковской области / [Текст] / Вертешев А.С /Труды ППИ / Псков, Издательство Псковского государственного политехнического института.-2010.-с. 346-350-0,8 п.л.
Подписано в печать 22.03.2012. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 8985Ь.
Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.:(812)550-40-14 Тел./факс: (812)297-57-76
Диссертация: текстпо экономике, кандидата экономических наук, Вертешев, Антон Сергеевич, Санкт-Петербург
61 12-8/2270
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный
политехнический университет»
на правах рукописи
ВЕРТЕШЕВ АНТОН СЕРГЕЕВИЧ
МЕТОДЫ И МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЭНЕРГОДЕФИЦИТНЫХ РЕГИОНОВ
Специальность: 08.00.05 - Экономика и управление народным хозяйством: экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами
(промышленность)
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени кандидата экономических наук
Научный руководитель - доктор экономических наук, профессор Окороков Василий Романович
Санкт-Петербург - 2012
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ................................................................................4
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЭК (ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС) СТРАНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ЕГО РАЗВИТИЯ................................................................................9
1.1 Состояние и тенденции развития ТЭК в мире...............................9
1.2 Роль ТЭК в экономическом развитии страны...............................20
1.3 Возможности использования децентрализованных источников энергии в регионах страны.................................................................22
Выводы по главе 1........................................................................28
ГЛАВА 2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ РЕГИОНА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕТРАДИЦИОННЫХ И ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ (НТ и ВИЭ).................................................................30
2.1 Общая характеристика НТ и ВИЭ, их роль и место в энергетике..........30
2.2 Факторы, определяющие возможность и необходимость использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии........................39
2.3 Оценка возможностей использования энергетического потенциала
Псковской области........................................................................53
2.4. Направления устойчивого экономического развития региона и страны в
целом..........................................................................................68
Выводы по главе 2.......................................................................-70
ГЛАВА 3. КОМПЛЕКСНАЯ СТРАТЕГИЯ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
ЭНЕРГОДЕФИЦИТНЫХ РЕГИОНОВ В СТРАНЕ............................72
3.1. Концепция и стратегия абсолютной доступности энергоресурсов для энергоснабжения промышленных, индивидуальных и других потребителей, а
также принципы стратегии и риски ее реализации.................................72
3.2 Модель комплексного энергоснабжения региона и математические зависимости, позволяющие определять объемы потребления энергоресурсов
каждого вида и формировать рациональный энергетический баланс
региона.......................................................................................75
3.3 Методика оценки экономической эффективности системы устойчивого энергоснабжения энергодефицитного региона......................................79
3.4. Модель и соответствующая схема энергетического баланса предприятия (на примере Псковского Хлебокомбината), где учитывается возможность комплексного энергоснабжения предприятия от централизованной системы и от автономного источника...............................................................86
3.5. Автономная энергосистема на базе роторно-лопастного двигателя с внешним подводом тепла(РЛДВПТ)...................................................90
3.6. Возможности и перспективы развития интеллектуальной энергетики в регионе.......................................................................................98
Выводы по главе 3........................................................................НО
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.........................................................................Н2
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ............................................................115
ПРИЛОЖЕНИЯ.........................................................................П9
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. В настоящее время чрезмерное потребление природных ресурсов стало реальной угрозой безопасности функционирования человеческого сообщества. Основой решения возникших негативных социально-экономических проблем является переход к модели устойчивого развития. Устойчивое развитие любой социально-экономической системы можно определить как регулируемый процесс безопасного использования природно-ресурсного потенциала для обеспечения разумного удовлетворения жизненно важных потребностей людей не только в текущей, но и в достаточно долговременной перспективе.
Развитие централизованных и децентрализованных систем энергоснабжения является устойчивой мировой тенденцией и одним из приоритетных направлений развития мировой энергетики. Суть децентрализованной (распределенной) энергетики в том, что производители тепловой и электрической энергии максимально приближены к потребителям и сбалансированы с ними по нагрузке и по потреблению. Основой распределенной энергетики являются нетрадиционные и возобновляемые источники энергии, интенсивность развития которых в мире в настоящее время является очень высокой.
Сегодня уже свыше 70 стран мира имеют свои национальные программы развития распределенной энергетики и прочное законодательное обеспечение этого направления. В России до сих пор такая программа и законодательное обеспечение отсутствуют. Однако, существует ряд проблем, связанных с традиционной энергетикой: значительные потери энергии при доставке ее от производителей конечным потребителям; длительные сроки и огромные затраты финансовых средств при строительстве новых объектов традиционной энергетики; недопустимые в современных условиях затраты на транспорт электроэнергии и тепла; неразвитость и существенная изношенность сетевой инфраструктуры и т.д.
Для обеспечения устойчивого энергоснабжения энергодефицитных районов необходимо использование комплексной системы энергоснабжения региона, включающей как систему централизованного энергоснабжения, так и систему децентрализованного энергоснабжения.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка методов и моделей обеспечения устойчивого энергоснабжения энергодефицитного региона на основе новой концепции постоянного доступа энергии для всех потребителей. В соответствии с целью исследования рассматривались и решались следующие задачи:
1) На основе анализа состояния и проблем развития отечественного и регионального ТЭК (топливно-энергетический комплекс) выявить основные тенденции и направления устойчивого экономического развития региона и страны в целом;
2) Сформулировать концепцию и разработать стратегию постоянной доступности энергетических ресурсов для обеспечения надежного и эффективного энергоснабжения потребителей региона;
3) Рассмотреть энергетический баланс энергодефицитного региона и определить возможность и целесообразность использования энергетических ресурсов разного вида для обеспечения их доступности для промышленных и
индивидуальных потребителей;
4) Предложить классификацию факторов, определяющих возможность и целесообразность использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии (НТ и ВИЭ) в регионе для реализации стратегии абсолютной доступности энергии для всех его потребителей;
5) Разработать модель комплексного энергоснабжения региона и выявить зависимости, определяющие перспективные направления формирования энергетического баланса региона;
6) Разработать методику оценки экономической эффективности системы устойчивого энергоснабжения энергодефицитного региона и на ее основе определить результативность и социально-экономическую эффективность
предложенной модели комплексного энергоснабжения региона (на примере
Псковской области);
Объектом диссертационного исследования является система
регионального энергоснабжения.
Предмет исследования включает систему экономических, нормативных, организационных и финансовых механизмов, обеспечивающих устойчивое энергоснабжение потребителей энергодефицитного региона.
Теоретической и методологической основой исследования послужили теоретические основы экономики и управления, экономическая статистика, методы системного анализа, прогнозной экстраполяции, сценарного анализа и экспертных оценок.
Информационной базой диссертации служили материалы по сетям и тарифам «Псковэнерго», данные «Энергетической стратегии России до 2030 года» и «Региональной программы в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности Псковской области до 2020 года», материалы Международного энергетического форума «Распределенная энергетика» в Санкт-Петербурге (2011 г.), данные 1ЕА МЭА.
К основным результатам данного исследования, обладающим, по мнению автора, признаками научной новизны, относятся следующее:
1) На основе проведенного анализа, состояния и проблем развития отечественного и регионального ТЭК выявлены основные тенденции (увеличение объемов потребления, ориентация на использование местных видов топлива и др.) и направления устойчивого экономического развития
региона и страны в целом;
2) Сформулирована концепция и разработана стратегия постоянной доступности энергии для энергоснабжения промышленных, индивидуальных и других потребителей. Сформулированы принципы стратегии постоянной доступности энергоресурсов и риски ее реализации;
3) На основе рассмотрения существующего и перспективного энергетических балансов региона показана возможность и экономическая
целесообразность использования, определенного диссертантом высокого потенциала местных энергоресурсов разного вида для обеспечения устойчивого энергоснабжения региона;
4) Предложена классификация основных факторов, определяющих возможность и социально-экономическую эффективность использования в регионе НТ и ВИЭ для реализации стратегии устойчивого энергетического развития региона (рост цен на энергоресурсы, обеспечение энергетической безопасности, повышение комплексной эффективности использования НТ и ВИЭ и др.);
5) Разработана модель комплексного энергоснабжения региона и выявлены математические зависимости, позволяющие определять объемы потребления энергоресурсов каждого вида и формировать рациональный энергетический баланс региона;
6) Предложена методика оценки экономической эффективности системы устойчивого энергоснабжения энергодефицитного региона и на ее основе определены результативность и социально-экономическая эффективность, предложенной модели (на примере Псковской области).
Практическая и теоретическая значимость диссертационного исследования. Разработанные научно-методологические материалы имеют теоретическую и практическую значимость и могут представлять научный и практический интерес для научно-исследовательских учреждений, высших учебных заведений, а также для предприятий.
Разработанные материалы могут также использоваться в учебном процессе высших учебных заведений по соответствующему профилю.
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертации представлены и опубликованы в материалах на ежегодных Международных научно-практических конференциях молодых ученых, студентов и аспирантов "Неделя науки СПбГПУ" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2010-2011гг.); в сборниках научных трудов Международной научно-практической конференции "Экономика, экология и общество России в 21- м
столетии" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2010-2011 гг.); в сборниках международной научно-практической конференции "Высокие интеллектуальные технологии и инновации в образовательной науке" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2011-2012); в Сборнике XV Всероссийской научно-методической конференции "Фундаментальные исследования и инновации в национальных исследовательских университетах" (СПб, изд. Политехи, унта, 2011); в Сборнике трудов Международной научно-практической конференции "Инновационная экономика и промышленная политика региона" (СПб, изд. Политехи, ун-та, 2010); на семинарах аспирантов
(СПбГПУ, 2010-2011 гг.).
Публикации по основным результатам исследования. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 10 работах (объемом 6 п.л.). В том числе опубликовано 3 доклада на Международных конференциях и 7 журнальных статей, 3 из которых - в изданиях,
включенных в перечень ВАК.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав основного текста, заключения и списка использованной литературы.
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЭК (ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС) СТРАНЫ И НАПРАВЛЕНИЕ ЕГО РАЗВИТИЯ.
1.1 Состояние и тенденции развития ТЭК в мире
Современное энергетическое хозяйство включает всю совокупность предприятий, установок и сооружений, а также связывающих их хозяйственных отношений, которые обеспечивают функционирование и развитие добычи (производства) энергоресурсов и всех цепочек их преобразования до конечных установок потребителей включительно. Схема внутренних связей энергетического хозяйства показана на рис.1. В зависимости от стадии преобразования различаются:
1) первичная энергия — энергетические ресурсы, извлекаемые из окружающей среды: минеральное и растительное органическое топливо, механическая энергия воды и ветра, лучевая энергия Солнца, тепло недр Земли, руды делящихся материалов и др.;
2) подведенная энергия — энергоносители, получаемые потребителями: разные виды жидкого, твердого и газообразного топлива, электроэнергия, пар и горячая вода, разные носители механической энергии, делящиеся материалы и др.;
3) конечная энергия — форма энергии, непосредственно применяемая в производственных, транспортных или бытовых процессах потребителей: электронная, механическая, световая, тепло разных потенциалов, химическая, звуковая, радиационная и др.
Энергетическое хозяйство можно разделить на следующие составляющие: топливно-энергетический комплекс (ТЭК) — сложная система, включающая совокупность производств, процессов, материальных устройств по добыче топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), их преобразованию,
Конечное использование энергии
3. Производство преобразованных видов энергии
2. Облагораживание и переработка природных энергетических ресурсов
1. Добыча природных энергетических ресурсов
Л «
Н
О «
«
со О X
О и о и о 1) г к н
и а
И
<71 «
и
со «
И
0
X
к
И К <и
1
И
ей
<и X О
о К Рч
транспортировке, распределению и потреблению как первичных ТЭР, так и преобразованных видов энергоносителей. Он является частью
энергетического хозяйства от добычи (производства) энергетических ресурсов до получения энергоносителей потребителями;
электроэнергетика — часть ТЭК, обеспечивающая производство и распределение электроэнергии и тепла;
централизованное теплоснабжение — часть ТЭК, обеспечивающая производство и распределение пара и горячей воды от источников общего пользования;
теплофикация — часть электроэнергетики и централизованного теплоснабжения, обеспечивающая комбинированное производство электроэнергии, пара и горячей воды на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) и
магистральный транспорт тепла.
В данной работе рассматриваются вопросы, связанные, в основном, с электроэнергетикой. Состояние энергетического хозяйства и возможные перспективы его развития характеризуются многоуровневой системой энергетических балансов, обеспечивающих для рассматриваемого объекта (мира, страны, региона, отрасли, предприятия, цеха, установки и т.д.) согласование прихода и расхода всех видов энергии по всем фазам ее преобразования в границах данного объекта. При разработке энергетических балансов на каждой фазе преобразования энергии в обязательном порядке учитываются коэффициенты полезного действия (КПД) энергетических установок — исчисленное в одних единицах измерения отношение отпущенной энергии к подведенной. В электроэнергетике наиболее информативны КПД электростанций, которые в настоящее время составляют в России 0,9—0,97 для гидроэлектростанций (ГЭС), от 0,5 до 0,75 для ТЭЦ, от 0,33 до 0,42 для тепловых конденсационных электростанций (КЭС) и 0,28—0,33 для атомных электростанций (АЭС) [1].
Произведение коэффициентов полезного действия по всем цепочкам преобразования энергии от первичных источников до ее утилизации
потребителями дает коэффициент полезного использования (КПИ) энергии, равный также отношению конечной энергии к первичной. Если определить коэффициент извлечения энергии как отношение извлеченных первичных энергоресурсов к их содержанию в природной среде в местах разработки (в настоящее время в зависимости от вида энергоресурса он составляет от 0,2 до 0,4), то общий коэффициент использования природных энергетических ресурсов оценивается произведением (0,37—0,4) • (0,2—0,4) и находится в диапазоне от 0,1 до 0,15. Это показывает, что могучая антропогенная энергетика и в настоящее время расходует энергетические ресурсы планеты с эффективностью костра первобытного человека. Радикальное изменение такого положения путем кратного повышения коэффициента использования природных энергоресурсов является необходимым условием не только устойчивого развития, но и просто выживания человеческого общества [1].
К началу третьего тысяч