Оценка экономической эффективности использования возобновляемых источников энергии тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Оценка экономической эффективности использования возобновляемых источников энергии"

На правах рукописи

БЕККЕР НАТАЛЬЯ АНАТОЛЬЕВНА

ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ (на примере ветроэнергетики Германии)

Специальность 08.00.14 - «Мировая экономика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Москва - 2007 г.

1911111III111111III [

ООЗ174055

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина

Научный руководитель: д.э.н., профессор

Зубарева Валентина Дмитриевна

Официальные оппоненты:

доктор экономических наук, профессор

Кузовкин Анатолий Ильич

кандидат экономических наук Ми трова Татьяна Алексеевна

Ведущая организация:

ООО «Топливно-энергетический независимый институт»

Защита диссертации состоится « /¿» /-/¿'¿-/¿£--/2007 года в (<часов на заседании диссертационного совета Д.212.200.13 при Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина по адресу: 119991, ГСП-1, Москва, Ленинский проспект, д. 65, ауд. /Уг с ,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина. Ваши отзывы на диссертацию и автореферат, заверенные гербовой печатью, просим направлять по указанному адресу.

Автореферат разослан 007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор экономических наук, Зубарева В.Д.

профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. За последние годы во всем мире, в особенности в странах Евросоюза, резко возрос интерес к вопросам использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) Объясняется это как локально временными причинами, так и глобальными причинами, связанными с последствиями развития мировой экономики К временным причинам следует отнести беспрецедентный рост цен на энергоносители в последние годы, а также угрозы перебоев поставок энергоносителей в Европу из-за периодически возникающей неурегулированности проблем транзита Глобальные причины связанны с естественным ходом технического прогресса, предопределяющим поиск альтернативных источников энергии, с необходимостью диверсификации источников энергии и оптимизации топливно-энергетического баланса, а также с обостряющимися экологическими проблемами

Развитие возобновляемых источников энергии может принести многочисленные экономические и экологические выгоды Возобновляемые источники энергии, к которым относят биомассу, гидроэнергию, энергии солнца, геотермальных вод и ветра, могут заменять ископаемые виды топлива, сокращать зависимость от импортируемого топлива, создавать дополнительные возможности для некоторых отраслей промышленности и сельского хозяйства, уменьшать выбросы парниковых газов и других вредных веществ существуют определенные ограничения, затрудняющие развитие ВИЭ Наиболее значительными среди них являются высокие первоначальные инвестиции в инфраструктуру и технологии, а также неспособность рынка в денежном эквиваленте оценить положительные экстерналии от использования ВИЭ Хотя страны, подписавшие Киотский протокол, согласились с законодательным утверждением, начиная с 2010 года, квот на выброс углекислого газа и с правилами международной торговли этими квотами, механизм практической реализации торговли окончательно не разработан Поэтому развитие проектов по использованию ВИЭ зависит от различных форм прямого и косвенного суб-

сидирования, что может вести к искажениям на рынках товаров и ресурсов и, соответственно, неэффективному использованию ограниченных экономических ресурсов

На данный момент времени в подавляющем большинстве случаев ВИЭ являются более дорогостоящими, чем традиционные источники энергии, такие как ископаемое топливо Однако в то время как стоимость ископаемых видов топлива и ядерной энергии имеет тенденцию к росту, себестоимость многих возобновляемых источников энергии снижается При этом оценки показывают, что если цена сырой нефти на мировых рынках превысит порог 100 долларов за баррель, то многие ВИЭ станут экономически конкурентоспособными

Реализация проектов использования ВИЭ, зависит как от развития технологий и инфраструктуры, которые будут конкурентными с коммерческой точки зрения, так и от внедрения научно обоснованных подходов к всесторонней оценке выгод использования ВИЭ В этой связи актуальность приобретают исследования, направленные на разработку методов, позволяющих оценивать экономический эффект использования ВИЭ в долгосрочном периоде с учетом аспектов экологии, экономической безопасности, технологического развития, общей занятости и коммерческой эффективности

Цель работы - оценка экономической эффективности использования возобновляемых источников с учетом вероятностного характера производства энергии из возобновляемых источников (на примере ветроэнергетики Германии) Основные задачи исследования:

анализ современных тенденций развития мировой энергетики и перспектив использования возобновляемых источников энергии,

анализ состояния энергетики Германии и определение роли ветроэнергетики в топливно-энергетическом балансе,

анализ перспектив развития ветроэнергетики, технологических особенностей использования ветроустановок и формулировка рисков, связанных с их применением,

разработка методики комплексной оценки экономической эффективности проектов производства электроэнергии с помощью ветроустановок,

реализация алгоритма оценки экономической эффективности проектов по развитию возобновляемых источников энергии для ветроэнергетических установок и проведение с помощью данного алгоритма расчетов для условий Германии

Научная новизна:

- на основе анализа процесса развития мировой энергетики научно обоснованна необходимость расширения использования ВИЭ в странах Евросоюза,

- разработана система критериев оценки эффективности использования ВЭИ, включающая набор финансовых показателей, чистый энергетический выигрыш и показатели, характеризующие энергетическую безопасность,

- разработан перечень исходной информации, необходимой для проведения оценки эффективности проектов производства электроэнергии с помощью ветроустановок,

- исследовано влияние на экономическую эффективность использования ветроэнергетических установок их технологические особенности и вероятностных характеристик ветровой обстановки,

- разработана методика оперативного принятия решений об изменении характеристик проектов по строительству ветроэнергетических установок, основанная на построении зон эффективности,

- проведена оценка удельных эксплуатационных и капитальных затрат, связанных с выработкой электроэнергии с помощью ветроустановок различной единичной мощности, а также сопоставление данных показателей для других источников энергии в Германии

Теоретико-методологическая база исследования. Работа базируется на исследованиях ведущих специалистов, занимающихся проблемами использования альтернативных источников энер-

гии, а также на положениях теории управления, математической статистики, теории вероятности и методах финансового и экономического анализа

Базой исследования послужили труды Безруких П П, Беляева Ю М, Дэвинса Д, Красовского Н.П, Перминова Э М, Серебрякова Р А и других

Достоверность результатов исследования вытекает из обоснованности использованных теоретических положений и экономико-математических моделей, а также подтверждается совпадением полученных результатов с экспертными оценками специалистов, занимающихся вопросами развития, внедрения и использования ВИЭ

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что создана и численно реализована методика, позволяющая оценивать эффективность и выбирать оптимальные характеристик проектов строительства сетей ветроэнергетических установок

Апробация работы. В ходе выполнения диссертационной работы результаты исследований докладывались на 7-ой Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» и на научных семинарах кафедры производственного менеджмента РГУ нефти и газа имени И М Губкина в 2006-2007 гг

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 3 научных работах

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы из 81 наименований Работа изложена на 125 страницах, содержит 10 рисунков и 31 таблицу

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении отмечена актуальность темы диссертации, сформулированы конечная цель и задачи исследования, обоснована научная новизна и практическая значимость результатов исследования

В первой главе «Проблемы и перспективы развития возобновляемых источников энергии» проведен анализ современного состояния мировой энергетики и тенденций ее развития, рассмотрено значение альтернативных источников энергии в мировом энергетическом балансе перспективы использования возобновляемых источников энергии

Проведенные исследования позволили выявить основные тенденции развития современной мировой энергетики и энергетики Германии

Существует огромный экономический потенциал возобновляемых источников энергии (ветровая, солнечная и геотермальная энергия, биомасса) в мире в объеме 19,5 млрд тут, который превосходит годовую добычу органического топлива в мире почти в 1,6 раза

Самообеспеченность традиционными топливно-энергетическими ресурсами стран большинства Европейских стран (включая Германию), а также США, Японии и др находится на низком уровне

Повышение эффективности использования потенциала различных видов возобновляемых источников энергии в развитых странах с ограниченными первичными энергетическими ресурсами возможно, прежде всего, за счет ветроэнергетики

Сохранится неравномерность размещения запасов нефти и газа по регионам и странам мира, концентрация запасов нефти и газа в странах ОПЕК и России Прирост мировой добычи нефти будет осуществляться за счет стран ОПЕК, а прирост мировой добычи природного газа произойдет за счет роста его добычи в России, США и развивающихся странах Азии, Латинской Америки,

Ближнего Востока и Африки Россия по-прежнему сохранит лидерство в добыче газа среди газодобывающих стран мира.

Среднегодовой темп прироста потребления первичных энергоресурсов за период 2006-2025 гг ожидается в размере около 2% При этом наиболее быстрый рост использования первичных энергоресурсов будет в странах Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР), в том числе в Китае, Индии и Корее

В общем потреблении первичных энергоресурсов продолжаются существенные изменения в сторону увеличения доли газа и стабилизации доли угля при относительном снижении удельного веса нефти, но по-прежнему сохранении ее лидирующего положения Сохранится рост возобновляемых источников энергии (гидро и других) хотя доля их в общем энергопотреблении не превысит 8%

Наибольший прирост электроэнергии ожидается в развивающихся странах Азии Потребление электроэнергии в развивающихся странах будет расти более быстрыми темпами, чем в про-мышленно развитых странах

Доля нефти и возобновляемых энергоресурсов в балансе первичных энергоресурсов, используемых для производства электроэнергии, сохранится на уровне 10 и около 20 соответственно Удельный вес угля несколько снизится при одновременном увеличении использования природного газа Предусматриваемое многими прогнозами снижение доли атомной энергии с 17 до 12% может претерпеть изменения, так как изложенные в докладе соображения МЭА относительно угрозы энергетической безопасности мира свидетельствуют о том, что, по всей вероятности, прогнозируемое ранее сокращение использования ядерной энергии в некоторых странах Западной Европы будет пересмотрено

В условиях дефицита собственных первичных энергоресурсов и неопределенности перспектив развития атомной энергетики во многих странах-импортерах ТЭР усилится тенденция роста использования возобновляемых источников энергии

Эффективность использования различных источников энергии может оцениваться и сравниваться с помощью различных крите-

риев и подходов К наиболее распространенным подходам относят концепции энергетического баланса, чистого энергетического выигрыша, энергетической безопасности, экологического баланса

Энергетический баланс страны - это агрегированный баланс всех видов деятельности и ресурсов по производству энергии, ее импорта, экспорта и первичного потребления Создание такого баланса требует агрегирования различных видов энергии, например, в тонны условного топлива или нефтяного эквивалента Существуют национальные и глобальные энергетические балансы, которые обычно рассчитываются на ежегодной основе. Такие национальные балансы предоставляют дополнительную информацию о смежных с энергетикой сферах и зависимость страны от импорта энергии, наглядно демонстрируя необходимость развития использования того или иного источника энергии

Суть чистого энергетического выигрыша (ЧЭВ) заключается в оценке разницы между энергией, затрачиваемой на получение каждого отдельного вида энергоресурса и конечной энергией, которую он обеспечивает. Если ЧЭВ меньше единицы, то соответствующий энергоресурс не приносит чистый энергетический выигрыш экономике Например, некоторое время назад ЧЭВ фотоэлементов был меньше единицы В настоящее время в результате технологического процесса он значительно вырос ЧЭВ иногда выражают в категориях времени При этом оценивается сколько времени энергетическая установка должна функционировать, чтобы произвести и возместить энергию, которая была затрачена на ее производство В настоящее время срок энергетической окупаемости ветровой турбины составляет от 2 до 5 месяцев Очевидно, что ВИЭ с ЧЭВ меньше единицы, не могут приносить вышеперечисленные преимущества, такие как сокращение зависимости от импорта или снижение выбросов углекислого газа Более того, ВИЭ с минимально положительным ЧЭВ, должны будут работать долгое время до того момента, когда они смогут генерировать чистую дополнительную энергию экономике Соот-

ветственно, получение вышеперечисленных выгод от использования ВИЭ потребует еще более долгого времени

Энергетическая безопасность это доступ к надежному и достаточному энергообеспечению по разумным ценам Энергетическая безопасность является важнейшим компонентом экономической и национальной безопасности Для стран нетто-импортеров энергии зависимость от малого числа поставщиков может рассматриваться как угроза национальному суверенитету. Для усиления энергетической безопасности могут предприниматься различные меры

• увеличение эффективности потребления энергии,

• диверсификация видов импортируемых источников энергии,

• диверсификация поставщиков источников энергии,

• развитие производства местных видов энергии, в том числе ВИЭ,

• поддержание стратегических запасов энергоресурсов, используемых при временных перебоях импортных поставок,

• развитие и стабилизация экономических и политических отношений со странами, лидирующими на мировых энергетических рынках, а также со странами-соседями, контролирующими энергетическую инфраструктуру

Все вышеперечисленные меры требуют затрат Эти затраты должны быть тщательно проанализированы и сопоставлены с выигрышами (как правило, нематериальными), которые приносит для страны состояние более высокой энергетической безопасности

Европейский союз в настоящее время находится в состоянии достаточно высокой зависимости от импорта, который составляет около 50 % всей потребности в энергии Ожидается, что в 2030 году эта цифра составит уже 70 % Такая ситуация несет в себе высокие экономические, политические и экологические риски Согласно общепринятому мнению, развитие ВИЭ может способ-

ствовать снижению этих рисков Начиная с 2000 года, ЕС установил следующие цели развития возобновляемых источников энергии, касающиеся пока 15 стран

• увеличить удельный вес электроэнергии, производимой с помощью ВИЭ, до 22% к 2010 г (по сравнению с 14% в 2000г),

• увеличить удельный вес биотоплива, используемого для транспортных нужд, до 5,75% к 2010 г (по сравнению с 0,6% в 2002 г)

10 новых стран-членов ЕС также обязались производить электроэнергию с помощью ВИЭ При этом средний удельный вес электроэнергии, вырабатываемой с помощью ВИЭ, установлен в размере 21% к 20 Юг Каждая страна Евросоюза достигает поставленных для нее целей с помощью разных инструментов и с разной скоростью Например, ветровая энергетика развивается очень быстро в последнее десятилетие, где Германия, Испания и Дания играют ключевую роль. Однако ветроэнергетика до сих пор играет незначительную роль в общем производстве энергии по сравнению с гидроэнергией или биомассой В настоящее время самым динамично развивающимся видом ВИЭ является производство биогаза через использование отходов сельскохозяйственного производства Так, количество заводов по производству биогаза в Германии за последние пять лет возросло более чем в два раза

Сгорание ископаемых видов топлива является источником выбросов вредных веществ, которые могут создавать негативные внешние эффекты Эти эффекты могут быть местными (смог), региональными (кислотные дожди) или глобальными (глобальное потепление) Наиболее вредными выбросами считаются окись серы, окись азота, углекислый газ

Использование ВИЭ может снижать выбросы вредных веществ, улучшая экологический баланс (т.е можно получить более низкий уровень выбросов углекислого газа на единицу произведенной энергии) Следует отметить, что создание всеобъемлю-

щего баланса, который бы определил все экологические эффекты, вызываемые каждым видом топлива, является очень трудной задачей Например, для биотоплива необходимо учитывать соотношения эффектов поглощения растениями СОг при их выращивании и выделения СОг при их сжигании

В целом использование ВИЭ может привести к значительному сокращению выбросов вредных веществ, например, углекислого газа Благодаря использованию ВИЭ только в 2004 г Германия избежала выбросов около 70 млн т СОг Без использования ВИЭ общие выбросы СОг (около 830 млн т) были бы на 8,4% выше В тоже время доля ВИЭ в первичном энергопотреблении составила 3,6%

Во второй главе «Анализ состояния и потенциала развития ветроэнергетики в мире» сформулированы основные направления развития ветроэнергетики и связанные с ветроэнергетикой риски, раскрыты технологические особенности использования ветроустановок в качестве источника энергоснабжения и экономические аспекты их использования

Коммерческое использование энергетических ветроустановок (ВУ), подключенных к сетям энергопередач, началось после нефтяного кризиса в 70-х годах В последние десятилетие наблюдается значительный прогресс в развитии ветровой энергетики, связанный с сокращением издержек производства ветровой электроэнергии и повышением технической надежности агрегатов Рис 1 демонстрирует фактический рост генерирующих мощностей ветроэнергетики Германии в период с 1997 по 2006 год, а табл 1 прогноз ввода мощностей ветроэнергетики до 2020 г

Среди крупнейших проектов по развитию ветроэнергетики Германии в первую очередь следует выделить проекты, осуществляемые компанией «BARD Engineering» и предусматривающие создание обширной сети ветровых энергетических установок на шельфе Северного моря вблизи восточного побережья Германии Согласно планам компании к 2013 году намечено поэтапно ввести в эксплуатацию 320 ветроустановок общей мощностью 2080

МВт Первые 80 установок мощностью по 5 Мвт каждая планируется ввести в эксплуатацию к концу 2009 года Установки будут построены на участке шельфа площадью 592 кв км, удаленном от побережья на 125 км Глубина в зоне строительства 40 м

/ / / / # # / /

свР

Год

Рис. 1. Рост генерирующих мощностей ветроэнергетики

Германии

Таблица 1.

Прогноз развития ветроэнергетики в Германии

Вводимые ветроэнергетикой мощности, ГВт

2007 2010 2015 2020

Суша 21,8 24,4 26,2 27,9

Северное море 0,4 4,4 8,1 18,7

Балтийское море 0,2 1,0 1,7 1,7

Всего: 22,4 29,8 36,0 48,2

Следует отметить, что потенциал снижения затрат с учетом постоянных технических усовершенствований и экономии на росте масштабов производства может быть очень значительным

Так, в период 1990-2006 годов себестоимость производства электроэнергии на ветровых установках снизилась на 50% (рис 2)

100% 100%

Рис. 2. Динамика снижения затрат на производство ветровой энергии в Германии в период 1990-2006гг

В целом, развитие ВИЭ в Евросоюзе активно субсидируется В Германии закон «О возобновляемой энергии» (Erneuerbare Energien Gesetz (EEG)) обязывает компании, которые занимаются производством или трансмиссией электроэнергии, покупать генерируемую с помощью ВИЭ электроэнергию по специальным гарантированным тарифам Без этих гарантий и тарифов она не смогла бы конкурировать с электроэнергией, производимой с помощью традиционных ресурсов Высокие цены, по которым энергосистема обязана покупать, например, ветровую электроэнергию, перекладываются на конечных потребителей (население и промышленность), которые в результате платят более высокую цену Следовательно, в Германии производство электроэнергии с помощью ВИЭ субсидируется конечными потребителями

Критики субсидирования доказывают, что более высокие цены вследствие требований Закона «О возобновляемой энергии» сни-

жают международную конкурентоспособность немецкой экономики и страны ЕС используют как предлог для продолжения субсидий в сельское хозяйство развитие некоторых видов биотоплив Как известно, прямые сельскохозяйственные субсидии в настоящее время ограничены требованиями Всемирной торговой организации. Сторонники ВИЭ утверждают, что политика их субсидирования создает реальные экологические выгоды и стимулирует исследования в области, которая в будущем может стать основой конкурентоспособности экономики Германии Следует отметить, что вследствие увеличения цен на ископаемые виды топлива и очевидных размеров и издержек глобального потепления, общественное мнение на стороне государственной поддержки развития и использования ВИЭ.

С точки зрения определения оптимальных размеров субсидирования, позволяющих получать производителям нормальную прибыль и гарантирующих перспективность проектов развития возобновляемых источников энергии, важным элементом в анализе проектов по ВЭИ по-прежнему остается финансовый анализ проекта

Как известно финансовый анализ проекта подразумевает прогноз величины выгод и затрат Прогноз затрат, как правило, не вызывает трудностей, так как не высока степень неопределенности Осуществить прогноз выгод проекта с приемлемой точностью является более сложной задачей, так как спрогнозировать цены на энергоносители на относительно долгий период весьма затруднительно В случае ветроэнергетики точность прогноза выработки электроэнергии напрямую связана с прогнозом среднегодовой скорости ветра, которая является случайной величиной

В настоящее время ситуация с ценой в ряде случаев упрощается, так в Германии сетевым энергетическим компаниям законодательно предписан тариф покупки электроэнергии, произведенных с помощью ВИЭ Для ветроэнергетики этот тариф составляет 8,7-5,5 евроцентов за киловатт час в зависимости от года ввода мощностей в эксплуатацию Тариф устанавливается сроком на 17

лет Отметим, что средняя цена за кВт ч электроэнергии, полученной на основе традиционных источников энергии, в Германии составляет 2,98-3,16 евроцента

Важным фактором, определяющим себестоимость энергии, является прогноз выработки электроэнергии Энергия ветра с помощью лопастей турбины ветроустановки формирует вращающий момент на роторе генератора Количество переданной энергии прямо пропорционально плотности воздуха, площади лопастей и кубу скорости ветра.

Поток ветра может быстро меняется, поэтому по величине средней скорости ветра, характерной для данного района, нельзя достаточно точно определить количество энергии, которое ВУ может произвести Чтобы оценивать энергетический потенциал необходимо знать функцию распределения вероятности скоростей ветра При этом в различных местах будут наблюдаться различные распределения скорости ветра В качестве модели распределения наиболее часто используется распределение Вейбул-ла

Случайная величина имеет распределение Вейбулла с параметрами (а, X > 0), если она имеет плотность распределения

^ ч ГаХ,хаЧехр(-Хха), х > 0, [ 0,х<0

где х - скорость ветра

Параметры а и X определяют на основе статистической обработки данных, полученных в ходе обследования ветровой обстановки на местности, в которой планируется строительство ветроустановки

На рис. 3 показан пример распределения скорости ветра и зависимости выходной мощности установки от скорости ветра Как правило, номинальная мощность достигается только при достаточно высоких скоростях ветра, однако они наблюдаются с малой вероятностью. Соответственно, среднегодовая мощность ВУ значительно ниже номинальной мощности Большая часть энергии

ВУ производится в периоды, когда наблюдается высокая скорость ветра. Так как скорость ветра не постоянна, то годовой объем производства энергии на ВУ будет ниже номинальной мощности ВУ умноженной на количество часов ее работы в течение года.

0.10 0.09 0.08 0.07 0.06 3 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0.00

1.

3

I. 6

7. 9 101213151618

Скорость ветра, м/с

1800

1600

1400 н И

1200 * ^

1000 М

■а

800 « 600 I

о

400 ^ 200 0

Дх) ♦1" Мощность ВУ, кВт

Рис. 3. Распределение скорости ветра (ос=2,3, А,=0,1 с/м) и характеристика мощности ВУ

Отношение фактической выработки энергии к этому теоретическому максимуму называют коэффициентом использования мощности. Даже ВУ, расположенная в удачном месте, редко имеет коэффициент использования мощности, превышающий 0,35. Следует отметить что несмотря на нестабильность ветровой обстановки в течение года, общий годовой объем производства

энергии довольно стабилен и отличается от года к году на доли процента

В третьей главе «Разработка методики комплексной оценки экономической эффективности проектов по развитию возобновляемых источников энергии» приведены концепция и критерии комплексной оценки экономической эффективности проектов по развитию возобновляемых источников энергии, а также алгоритм оценки экономической эффективности проектов по развитию возобновляемых источников энергии

Комплексная оценка экономической эффективности проектов по развитию возобновляемых источников энергии, включает в себя анализ всех выгод и затраты, которые влечет за собой реализация проекта Теоретически, анализ выгоды-затраты является наиболее тщательным, комплексным способом для оценки и сравнения энергоресурсов, поскольку он включает в себя все критерии, обсуждаемые выше (экологию, ЧЭВ, энергетическую безопасность) На практике, однако, провести такой анализ достаточно трудно Во-первых, для того чтобы точно оценить все выгоды и издержки от реализации проекта, нужно верно оценить выгоды и издержки при отказе от реализации проекта Во-вторых, комплексный анализ должен принимать во внимание все имеющие отношение к проекту выгоды и издержки, хотя многие из них, в особенности связанные с окружающей средой, не поддаются оценке и прогнозам И, наконец, расчет отношения издержки-выгоды включает их агрегирование в денежной форме, то есть через оценку всех выгод и затрат в рублях, евро или другой валюте. При этом очень трудно оценить в денежной форме такие издержки как, например, потери, связанные с уничтожением уникальных биологических видов и мест при добыче торфа или значительные визуальные последствия при установке ветровых турбин. Оценка таких неявных факторов как «экологический ущерб» или «энергетическая зависимость» также часто являются причиной различных мнений по поводу субсидирования ВИЭ

Далее приводится алгоритм проведения финансового анализа проекта строительства ветроустановки, иллюстрируемый числен-

ным примером Таблицы 2-6 отражают состав исходных данных, необходимых для проведения расчетов

Таблица 2.

Параметры ветровой обстановки_

Показатель Значение

Средняя скорость ветра, м/с 15

Высота измерения скорости ветра, м 50

Показатель роста скорости ветра с высотой 0,143

Параметр распределения Вейбулла для скорости ветра, а 2,3

Высота установки ротора ВУ, м 24

Таблица 3.

Характе ристика мощности ВУ

Скорость ветра, м/с 1 2 3 4 5 6 7 8

Мощность ВУ, кВт 0,0 0,0 0,0 0,0 0,4 8,9 15,6 24,4

Скорость ветра, м/с 9 10 11 12 13 14 15 16

Мощность ВУ, кВт 33,0 44,0 50,0 55,0 58,0 62,0 64,0 66,0

Скорость ветра, м/с 17 18 19 20 21 22 23 24

Мощность ВУ, кВт 65,0 64,0 64,0 64,0 63,0 63,0 63,0 63,0

Это прежде всего характеристики ветровой обстановки (табл 2), по которым рассчитывается средняя скорость ветра на высоте установки ротора ВУ и строится функция распределения плотности вероятности скорости ветра, а также характеристика мощности ВУ - зависимость мощности ветроустановки от скорости вет-

ра (табл 3) Знание этих двух зависимостей позволяет определить среднегодовую мощность ВУ Максимальный годовой объем производства энергии на ВУ будет равен среднегодовой мощности ВУ, умноженной на количество часов в году

Для определения фактического значения годового объема производства электроэнергии с помощью ВУ должен быть учтен ряд дополнительных факторов, отражающих условия работы ВУ На практике это можно сделать с помощью поправочных коэффициентов, приведенных в табл. 4

Таблица 4.

Коэффициенты условий работы ВУ

Показатель Значение

Коэффициент готовности ВУ 0,98

Коэффициент снижения производительности 0

Коэффициент снижения мощности 0,1

Коэффициент изменения плотности воздуха (на высоте 2000 м) 0,82

Коэффициент готовности ВУ - отношение времени работы ВУ (без времени простоя, связанного с неисправностью оборудования) к календарному периоду времени Для современных ВУ коэффициент готовности обычно составляет 0,95 - 0,98

Коэффициент снижения производительности показывает удельное снижение производства энергии, связанное с его потреблением Коэффициент равен 0 для ВУ, подключенных к централизованной энергосети, 0,05 - для удаленных поселений, в которых имеется резервный источник энергоснабжения, 0,15 - 0,25 - для питания систем связи, которые имеют резервный источник питания, 0,2 - 0,4 - для потребителей с высоким приоритетом обслуживания в условиях отсутствия резервного источника энергоснабжения

Коэффициент снижения мощности показывает удельное снижение мощности генератора, связанное с турбулентностью, по-

рывами ветра и другими факторами, которые влияют на выходную мощность

Коэффициент изменения плотности воздуха учитывает изменение мощности ВУ в зависимости от плотности воздуха, влияющей на кинетическую энергию ветрового потока Как известно, плотность воздуха уменьшается с ростом высоты над уровнем моря

Учет вышеперечисленных факторов позволяет оценить фактические технологические показатели функционирования ветроус-тановки (табл 5) На основе технологических и экономических параметров (табл 6), придерживаясь стандартных процедур финансового анализа проектов, можно рассчитать показатели экономической эффективности работы ВУ (табл 7)

Таблица 5.

Технологические показатели работы ВУ_

Показатель Значение

Средняя скорость ветра на высоте ВУ, м/с 13,51

Номинальная мощность, кВт 50

Среднегодовое производство электроэнергии, кВт-ч/год 297236

Коэффициент использования мощности 0,68

Таблица 6.

Экономические параметры_

Показатель Значение

Цена электроэнергии, долл /кВт-ч 0,07

Стоимость ВУ, долл. 90000

Переменные затраты, долл /кВт-ч 0,015

Постоянные затраты, долл /кВт 9

Норма дисконта од

Срок реализации проекта, лет 20

Таблица 7.

Показатели эффективности работы ВУ

Показатель Значение

Чистый дисконтированный доход (ЧДЦ), долл. 39 078

Внутренняя норма рентабельности (ВНР) 16,73 %

Срок окупаемости, лет 9

Индекс доходности затрат (ИДЗ) 1,33

Индекс доходности инвестиций (ИДИ) 1,48

100000 80000 60000 40000 20000 0

-20000 -40000 -60000 -80000 -100000

[

ЛОрУу^

с у.

Ч/Г|

г < г ) и г- 4 г и ) г с \ т. Г « ч г< г ) ) и г

< "кк>[ >0 ст ь ве Т| 5а V IV /с

£

1000

■2000

■3000

4000

Рис. 4. Зависимости ЧДЦ от средней скорости ветра при различных высотах места размещения ВУ над уровнем моря

Скорость ветра V, м/с

Индекс доходности

□ 0-0.5 Ш 0.5-1 П1-1.5 □ 1.5-2

Рис. 5. Области эффективного применения ВУ

На рис. 4 представлены зависимости ЧДД проекта от средней скорости ветра при различных высотах места размещения ВУ над уровнем моря. Из графиков видно, что эффективность работы ветровых установок значительно снижается при их установке на больших высотах над уровнем моря.

Несмотря на то, что на этих высотах скорость ветра может быть достаточно велика, эффект снижения кинетической энергии ветрового потока из-за уменьшения плотности воздуха на высоте может быть значительнее. Например, при установке ВУ на уровне моря экономический эффект, характеризуемый чистым дисконтированным доходом в размере 40000 долларов, может быть достигнут при среднегодовой скорости ветра 13 метров в секунду. Такой же экономический эффект при установке ВУ на высоте 3000 м над уровнем моря достигается лишь при скорости ветра 20 м/с. На основе описанного выше подхода была построена диа-

грамма зон эффективности применения рассматриваемой ВУ (рис 5) Диаграмма позволяет по значениям средней скорости ветра и высоты над уровнем моря оценить индекс доходности затрат проекта Области высокой эффективности применения ВУ соответствует ИДЗ выше 1,5, области низкой эффективности применения ВУ - ИДЗ в диапазоне от 1 до 1,5, области неэффективности применения ВУ - ИДЗ ниже 1 Таким образом, явно подтверждается целесообразность строительства сетей ветровых установок именно в зонах морских шельфов

Проведена оценка удельных эксплуатационных и капитальных затрат, связанных с выработкой электроэнергии с помощью вет-роустановок различной единичной мощности (табл 8) Сопоставление данных показателей для других источников энергии в Германии показало, что перспективные проекты строительства ВУ дают сопоставимые либо даже более низкие значения затрат, т к себестоимость выработки электроэнергии с помощью атомной энергии составляет - 0,0484 евро/кВт ч, газа - 0,055 евро/кВт ч, угля - 0,054 евро/кВт ч При этом в перспективе ожидается снижение затрат, связанных с производством ветроэнергии, и рост цен на ископаемое топливо.

Таблица 8.

Удельные эксплуатационные и капитальные затрат для ВУ в

Германии

Единичная мощность ВУ, МВт Себестоимость, евро/кВт* ч Капитальные затрат млн евро/МВт

3,6 0,0488 2,3

5 0,0374 1,8

7 0,0259 1,4

выводы

1 Проведенный анализ тенденций развития мировой энергетики показал, что устойчивое энергообеспечение развитых стран невозможно без использования инновационных технологий производства энергии из возобновляемых источников

2 При оценке эффективности использования возобновляемых источников энергии необходимо применение многокритериальной оценки, учитывающей наряду с финансовыми показателями чистый энергетический выигрыш и аспекты энергетической безопасности

3 Несмотря на то, что в настоящее время использование возобновляемых источников энергии пока еще требует субсидирования, анализ тенденций развития технологий, затрат и цен на ископаемые виды топлива показал финансовую привлекательность проектов внедрения возобновляемых источников энергии в ближайшем будущем В работе проведена оценка удельных эксплуатационных и капитальных затрат, связанных с выработкой электроэнергии с помощью ветроустановок различной единичной мощности, а также сопоставление данных показателей для других источников энергии в Германии

4 При проведении финансового анализа проектов для возобновляемых источников энергии, в особенности связанных с использованием энергий ветра и солнца, принципиально необходимым становится учет вероятностного характера процессов и технологических особенностей процесса производства

5 В силу вероятностного характера ряда исходных величин при анализе проектов по использованию возобновляемых источников энергии и как следствие расширения доверительных интервалов расчетных показателей эффективности проектов, необходимо внедрения новых форм представления результатов, позволяющих оперативно провести анализ множества решений В качестве одной из таких форм для проектов ветроэнергетики возможно использование, предложенной в диссертации, диаграммы зон эффективности применения ветровой установки.

Основное содержание диссертации опубликовано

в работах:

1 Зубарева В Д, Беккер H А Экономические проблемы использования потенциала возобновляемых источников энергии //Тезисы докладов 7-ой конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» - Москва, 2007 - С 528.

2. Зубарева В Д, Беккер H А Развитие ветроэнергетики Германии //Нефть, газ и бизнес - 2007 -№1-2 (1 пл - в соавторстве, лично автором - 0,75 п л )

3 Беккер Н.А, Захаров M H, Саркисов А С Комплексная оценка экономической эффективности проектов по развитию возобновляемых источников энергии //Нефть, газ и бизнес - 2007 -№9 (1 п.л - в соавторстве, лично автором - 0,5 п л )

4 Беккер НА Экономика ветроэнергетики Германии - M РГУ нефти и газа им И M Губкина, 2007 - (1,5 п л )

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01.12.99 г. Подписано к печати 09.10.2007 г. Формат 60x90 1/16. Усл.печ.л. 1,5. Тираж 80 экз. Заказ 510. Тел. 939-3890. Тел./факс 939-3891. 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к.

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Беккер, Наталья Арнгольтовна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ.

1.1. Современные тенденции развития энергетики

1.2. Перспективы использования возобновляемых источников энергии.

2. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ И ПОТЕНЦИАЛА РАЗВИТИЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИКИ В МИРЕ.

2.1. Анализ тенденций развития ветроэнергетики

2.2. Технологические особенности использования ветроустановок в качестве источника энергоснабжения

2.3. Экономические аспекты использования ветроэнергетики.

2.4. Анализ рисков, связанных с применением ветроэнергетики.7. . :

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОМПЛЕКСНОЙ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЕКТОВ ПО РАЗВИТИЮ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ.

3.1. Критерии комплексной оценки экономической эффективности проектов по развитию возобновляемых источников энергии.

3.2. Алгоритм оценки экономической эффективности проектов по развитию возобновляемых источников энергии.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Оценка экономической эффективности использования возобновляемых источников энергии"

Актуальность проблемы. За последние годы во всем мире, в особенности в странах Евросоюза, резко возрос интерес к вопросам использования возобновляемых источников энергии (ВИЗ). Объясняется это как локально временными причинами, так и глобальными причинами, связанными с последствиями развития мировой экономики. К временным причинам следует отнести беспрецедентный рост цен на энергоносители в последние годы, а также угрозы перебоев поставок энергоносителей в Европу из-за периодически возникающей неурегулированности проблем транзита. Глобальные причины связанны с естественным ходом технического прогресса, предопределяющим поиск альтернативных источников энергии, с необходимостью диверсификации источников энергии и оптимизации топливно-энергетического баланса, а также с обостряющимися экологическими проблемами.

Развитие возобновляемых источников энергии может принести многочисленные экономические и экологические выгоды. Возобновляемые источники энергии, к которым относят биомассу, гидроэнергию, энергии солнца, геотермальных вод и ветра, могут заменять ископаемые виды топлива, сокращать зависимость от импортируемого топлива, создавать дополнительные возможности для некоторых отраслей промышленности и сельского хозяйства, уменьшать выбросы парниковых газов и других вредных веществ, существуют определенные ограничения, затрудняющие развитие ВИЗ. Наиболее значительными среди них являются высокие первоначальные инвестиции в инфраструктуру и технологии, а также неспособность рынка в денежном эквиваленте оценить положительные экс-терналии от использования ВИЭ. Хотя страны, подписавшие Киотский протокол, согласились с законодательным утверждением, начиная с 2010 года, квот на выброс углекислого газа и с правилами международной торговли этими квотами, механизм практической реализации торговли окончательно не разработан. Поэтому развитие проектов по использованию ВИЭ зависит от различных форм прямого и косвенного субсидирования, что может вести к искажениям на рынках товаров и ресурсов и, соответственно, неэффективному использованию ограниченных экономических ресурсов.

На данный момент времени в подавляющем большинстве случаев ВИЭ являются более дорогостоящими, ^ем традиционные источники энергии, такие как ископаемое топливо. Однако в то время как стоимость ископаемых видов топлива и ядерной энергии имеет тенденцию к росту, себестоимость многих возобновляемых источников энергии снижается. При этом оценки показывают, что если цена сырой нефти на мировых рынках превысит порог 100 долларов за баррель, то многие ВИЭ станут экономически конкурентоспособными.

Реализация проектов использования ВИЭ, зависит как от развития технологий и инфраструктуры, которые будут конкурентными с коммерческой точки зрения, так и от внедрения научно обоснованных подходов к всесторонней оценке выгод использования ВИЭ. В этой связи актуальность приобретают исследования, направленные на разработку методов, позволяющих оценивать экономический эффект использования ВИЭ в долгосрочном периоде с учетом аспектов экологии, экономической безопасности, технологического развития, общей занятости и коммерческой эффективности.

Цель работы - оценка экономической эффективности использования возобновляемых источников с учетом вероятностного характера производства энергии из возобновляемых источников (на примере ветроэнергетики Германии) .

Основные задачи исследования: анализ современных тенденций развития мировой энергетики и перспектив использования возобновляемых источников энергии; анализ состояния энергетики Германии и определение роли ветроэнергетики в топливно-энергетическом балансе; анализ перспектив развития ветроэнергетики, технологических особенностей использования ветроустано-вок и формулировка рисков, связанных с их применением; разработка методики комплексной оценки экономической эффективности проектов производства электроэнергии с помощью ветроустановок; реализация алгоритма оценки экономической эффективности" проектов по развитию возобновляемых источников энергии для ветроэнергетических установок и проведение с помощью данного алгоритма расчетов для условий Германии.

Научная новизна: на основе анализа процесса развития мировой энергетики научно обоснованна необходимость расширения использования ВИЭ в странах Евросоюза; разработана система критериев оценки эффективности использования ВЭИ, включающая набор финансовых показателей, чистый энергетический выигрыш и показатели, характеризующие энергетическую безопасность; разработан перечень исходной информации, необходимой для проведения оценки эффективности проектов производства электроэнергии с помощью ветроустановок; исследовано влияние на экономическую эффективность использования ветроэнергетических установок их технологические особенности и вероятностных характеристик ветровой обстановки; разработана методика оперативного принятия решений об изменении характеристик проектов по строительству ветроэнергетических установок, основанная на построении зон эффективности; проведена оценка удельных эксплуатационных и капитальных затрат, связанных с выработкой электроэнергии с помощью ветроустановок различной единичной мощности, а также сопоставление данных показателей для других источников энергии в Германии.

Теоретико-методологическая база исследования. Работа базируется на исследованиях ведущих специалистов, занимающихся проблемами использования альтернативных источников энергии, а также на положениях теории управления, математической статистики, теории вероятности и методах финансового и экономического анализа .

Базой исследования послужили труды Безруких П.П., Беляева Ю.М., Дэвинса Д., Красовского Н.П., Перминова Э.М., Серебрякова Р.А. и других.

Достоверность результатов исследования вытекает из обоснованности использованных теоретических положений и экономико-математических моделей, а также подтверждается совпадением полученных результатов с экспертными оценками специалистов, занимающихся вопросами развития, внедрения и использования ВИЭ.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что создана и численно реализована методика, позволяющая оценивать эффективность и выбирать оптимальные характеристик проектов строительства сетей ветроэнергетических установок.

Апробация работы. В ходе выполнения диссертационной работы результаты исследований докладывались на 7-ой Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России» и на научных семинарах кафедры производственного менеджмента РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина в 2006-2007 гг.

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в 3' научных работах.

Диссертация: заключение по теме "Мировая экономика", Беккер, Наталья Арнгольтовна

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Проведенный анализ тенденций развития мировой энергетики показал, что устойчивое энергообеспечение развитых стран невозможно без использования инновационных технологий производства энергии из возобновляемых источников.

2. При оценке эффективности использования возобновляемых источников энергии необходимо применение многокритериальной оценки, учитывающей наряду с финансовыми показателями чистый энергетический выигрыш и аспекты энергетической безопасности.

3. Несмотря на то, что в настоящее время использование возобновляемых источников энергии пока еще требует субсидирования, анализ тенденций развития технологий, затрат и цен на ископаемые виды топлива показал финансовую привлекательность проектов внедрения возобновляемых источников энергии в ближайшем будущем. В работе проведена оценка удельных эксплуатационных и капитальных затрат, связанных с выработкой электроэнергии с помощью ветроустановок различной единичной мощности, а также сопоставление данных показателей для других источников энергии в Германии.

4. При проведении финансового анализа проектов для возобновляемых источников энергии, в особенности связанных с использованием энергий ветра и солнца, принципиально необходимым становится учет вероятностного характера процессов и технологических особенностей процесса производства.

5. В силу вероятностного характера ряда исходных величин при анализе проектов по использованию возобновляемых источников энергии и как следствие расширения доверительных интервалов расчетных показателей эффективности проектов, необходимо внедрения новых форм представления результатов, позволяющих оперативно провести анализ множества решений. В качестве одной из таких форм для проектов ветроэнергетики возможно использование, предложенной в диссертации, диаграммы зон эффективности применения ветровой установки.