Комплексная модель оценки инновационного потенциала петротермальной технологии для производства электрической энергии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 620.9, 338.5 ГРНТИ 06.71.03 ВАК 08.00.05

КОМПЛЕКСНАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ИННОВАЦИОННОГО ПОТЕНЦИАЛА ПЕТРОТЕРМАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ

ЭНЕРГИИ

Никифорова Д.В., аспирант, e-mail: [email protected] Дмитриева С.О., магистрант, [email protected] Гудкова Е.Е., магистрант, ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», e-mail: [email protected]

Разработана комплексная модель оценки инновационного потенциала петротермальной технологии и произведена оценка инновационного потенциала петротермальной технологии в сравнение с дизельной электростанцией на примере Краснодарского края.

Ключевые слова: возобновляемые источники энергии (ВИЭ); петротермальная энергетика; дизельная электростанция; инновационный потенциал; комплексная модель оценки инновационного потенциала петротермальной технологии.

THE COMPREHENSIVE MODEL FOR ESTIMATION OF INNOVATE POTENTIAL HOT DRY ROCK TECHNOLOGY FOR ELECTRIC POWER

Nikiforova D., the post-graduate student, e-mail: [email protected] Dmitrieva S., the master student, e-mail: [email protected] Gudkova E., he master student, National Research University «Moscow Power Engineering Institute»,

e-mail: [email protected],

Was developed a comprehensive model for evaluation innovation potential hot dry rock technology and innovation potential assessed hot dry rock technology in comparison with dieselpower on the example of the Krasnodar region.

Keywords: renewable energy sources (RES); hot dry rock power; diesel power, innovation potential; a comprehensive model for evaluation of innovation potential hot dry rock technology.

Во всем мире ежегодно наблюдается устойчивая тенденция к увеличению доли ВИЭ в энергетическом балансе. Использование пе-тротермального (глубинного) тепла Земли является одним из наиболее перспективных направлений развития альтернативной энергетики. К преимуществам петротермальной энергетики можно отнести ее неисчерпаемость, повсеместное распространение, приближенность и приспособляемость к потребителю.

Для определения возможности реализации проектов строительства петротермальных тепловых электростанций (ПетроТЭС) на территории РФ необходимо оценить инновационный потенциал, характеризующийся наличием совокупности материальных, технических, финансовых, кадровых и других видов ресурсов, которые можно использовать для осуществления инновационной деятельности.

Авторским коллективом предложено оценивать инновационный потенциал петротермальной технологии по четырем составляющим: технологической, экономической, экологической и социальной.

Технологическая составляющая позволяет оценить инновационность технологии, надежность и готовность к внедрению, определяет, будет ли применение данной технологии эффективно с технической точки зрения.

Экономическая составляющая позволяет оценить технологию с точки зрения экономической эффективности, то есть, насколько быстро вернутся вложенные средства, и какой уровень доходности проекта будет иметь место.

Социальная составляющая ориентирована на граждан и направлена на сохранение стабильности социальных и культурных систем. Она необходима для определения положительного или отрицательного влияния технологии на условия жизни людей.

Экологическая составляющая необходима для оценки состояния окружающей среды после внедрения технологии.

Таким образом, модель оценки инновационного потенциала технологии имеет следующий вид (формула 1):

ИП = Т- kl -Эх- к2 + Эхол- кЗ - С ■ Ы Т Эк Эхол

где - технологическая составляющая ИП технологии; - экономическая составляющая ИП технологии; - экологическая

С kl-Ы

составляющая ИП технологии; - социальная составляющая ИП технологии; - коэффициенты значимости.

Каждая составляющая включает в себя элементы, описанные ниже.

1. Технологическая составляющая:

Ti

- новизна технологии; оценка того, насколько давно появилась используемая технология, в какой мере она является инноваци-

онной;

т.

- надежность технологии; степень готовности технологии обеспечивать потребителей электроэнергией без перебоев;

■ - срок полезного использования - период, в течение которого использование объекта (ТЭС) приносит экономические выгоды

(доход);

Т.

" - коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) - отношение фактически выработанной электроэнергии в течение года, к электроэнергии в случае, когда установка работает на полную мощность в течение года;

■ - коэффициент полезного использования (КПИ) - эффективность системы в отношении преобразования или передачи энергии. 2. Экономическая составляющая:

Эк±

- инвестиции на единицу установленной мощности - количество вложенных денежных средств на единицу мощности;

Эх,

" - срок окупаемости - период времени, за который доходы от инвестиций покрывают затраты на инвестиции;

Экц

- - себестоимость электрической энергии - затраты на производство и реализацию, выраженные в денежной форме;

^ - конкурентоспособность технологии - экономическая категория, характеризующая положение анализируемой технологии относительно других технологий - конкурентов на рынке, выраженная через определенные показатели;

Эк с

- эксплуатационные затраты - сумма издержек производства, обеспечивающих поддержание в нормальном состоянии используемых (эксплуатируемых) систем (ТЭС).

3. Экологическая составляющая:

Экол ч

- изменение ландшафта местности; оценка изменения ландшафта местности в связи со строительством станции;

Экол?

- - площадь землеотведения - площадь необходимая для строительства и безопасной эксплуатации станции;

Экол п

- экономия традиционных видов топлива - количество традиционных ресурсов может быть сохранено за счет использования

ВИЭ;

Экол.

- вредное воздействие на окружающую среду, например, количество вредных выбросов в атмосферу от ТЭС;

4. Социальная составляющая:

С1

- улучшение условий жизни людей - оценка сравнения условий жизни людей до и после строительства ТЭС;

С2

- снижение плотности населения в центральных городах - показатель снижения плотности населения в центральных городах при строительстве станций в удаленных регионах;

сэ

- снижение тарифов на электроэнергию - оценка вероятности изменения тарифов на электроэнергию при строительстве станции.

Таким образом, модель оценки инновационного потенциала технологии можно записать в виде формулы (2):

ИП = ¡г1 ■ (tl - + Т2 ■ + Г3 - fcig + Г4 - + Г5 - kl5) + k2 - (Э^ - kn + Экг ■ k2Z + + Экэ ■ k23 + ■ + Эк5 - + k3 ■ (Эчв."^ - + Эти^ - irgi + Экол^ ■ ic33 +

■ - kl ■ (C, ■ kn - Cz ■ kn+C3 ■ k^) (2)

k — k 11 дч

где - коэффициенты значимости.

Коэффициенты значимости определяются методом парных сравнений. Значения проставляются от 1 до 5 (где 5 - наиболее значимая характеристика).

Для Краснодарского края наиболее важной является технологическая составляющая, далее следует экономическая, затем социальная и экологическая. Более подробная характеристика составляющих представлена ниже при расчете коэффициентов значимости факторов каждой составляющей. По результатам исследования Краснодарского края авторами были проставлены оценки по шкале от 1 до 5 и заполнена таблица 1.

Таблица 1. Матрица парных сравнений для четырех составляющих на примере Краснодарского края.

Рассчитанные коэффициенты значимости были подставлены в формулу (3) для инновационного потенциала:

Технологическая составляющая Экономическая составляющая Экологическая составляющая Социальная составляющая Сумма Коэффициенты значимости

Технологическая составляющая 1 3 5 5 14 0,531

Экономическая составляющая 0,33 1 3 3 7,33 0,278

Экологическая составляющая 0,2 0,33 1 1 2,53 0,096

Социальная составляющая 0,2 0,33 1 1 2,53 0,096

ИП = Т ■ 0,531 - Эх - 0,273 - Эхол ■ 0,096 - С ■ 0,096 ^

Помимо этого авторским коллективом были определены коэффициенты значимости для факторов каждой из составляющих.

Учитывая то, что оценивается инновационный потенциал технологии, наиболее важным элементом технологической составляющей является новизна технологии. Коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) — это отношение действительной выработки электроэнергии к максимально возможной, т.е. максимальное значение коэффициента равно единице или 100%. Однако для традиционных электростанций он колеблется от 0,4 до 0,8. Это важнейшая характеристика эффективности работы предприятий электроэнергетики.

Краснодарский край является стабильным регионом России в плане экологии. Основная доля загрязняющих веществ в Краснодаре, Новороссийске, Туапсе, Анапе, Ейске приходится на автомобильные выбросы. Краснодарский край делится рекой Кубань на две части: северную — равнинную (2/3 территории), расположенную на Кубано-Приазовской низменности, и южную — предгорную и горную (1/3 территории), расположенную в западной высокогорной части Большого Кавказа. Площадь землеотведения - один из наиболее важных факторов.

В Краснодарском крае высокая численность населения (3-е место после Москвы и Московской области) и сравнительно высокая плотность населения (70 чел. на км2), городское население — 53,5%. Уровень урбанизации ниже, чем в среднем по стране (74,03 %). В крае высокие тарифы на электроэнергию - 3,23 руб./кВт-ч (одноставочный тариф).

В таблицах 2 и 3 представлены коэффициенты значимости для технологической, экономической, экологической и социальной составляющих, рассчитанные методом парного сравнения.

Таблица 2. Коэффициенты значимости для технологической и экономической составляющих.

Технологическая Коэффициенты Экономическая Коэффициенты

составляющая значимости составляющая значимости

Ti 0,394 Эк, 0,394

т2 0,268 Эк, 0,263

Т3 0,087 Эк3 0,169

т4 0,164 Эк4 0,087

т5 0,087 Эк5 0,087

Таблица 3. Коэффициенты значимости для экологической и социальной составляющих.

Экологическая Коэффициенты Социальная Коэффициенты

составляющая значимости составляющая значимости

Экол, 0,290 с, 0,162

Эколт 0,446 С2 0,309

Эколз 0,171 С3 0,530

Экол4 0,093

При оценке инновационного потенциала петротермальной технологии для сравнения была выбрана контейнерная дизельная электростанция фирмы Cummins (характеризуется более длительным сроком использования) [1].

В результате анализа составляющих были проставлены баллы от 1 до 5, где 1 - показатель того, что данная характеристика слабо относится к оцениваемой технологии, 5 - показатель того, что характеристика является ключевой для данной технологии. Для расчета инновационного потенциала технологий была составлена таблица 4, представленная ниже.

Таким образом, для Краснодарского края ИП петротермальной технологии составляет 3,98, ИП ДЭС представляется величиной 3,48. Это означает, что строительство петротермальной станции в Краснодарском крае является наиболее целесообразным по сравнению со строительством ДЭС с технологической, экономической, социальной и экологической точек зрения. Полученные результаты дают возможность рассматривать развитие петротермальной энергетики в России как важный фактор модернизации экономики, в том числе связанной с развитием инновационных производств, развитием малого и среднего бизнеса, созданием новых рабочих мест, улучшением социальных условий, улучшением экологии.

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.B37.21.0503.

Литература:

1. Каталог оборудования. Дизель-генераторы Cummins // Официальный сайт компании ДИЭН-системс. - [Электронный ресурс]. URL: http://www.diensystems.ru/cat/gen/list.php?SECTION_ID=16

2. Первые электростанции в мире и в России // Официальный сайт Общественно-политического журнала «Эхо России». - [Электронный ресурс]. URL: http://ehorussia.com/new/node/7611.

3. Петротермальная энергетика России. Доклад профессора, академика РАЕН Н.А. Гнатусь. 11 сентября 2012 года. - [Электронный ресурс]. URL: http://ru.scribd.com/doc/111673977/.

4. Шакиров RC. Газопоршневые ТЭC на базе нового двигателя V35/44G компании MAN Diesel & Turbo SE// Турбины и дизели. -2012. - №5. - C.20-25.

5. Контейнерные дизель электростанции // Официальный сайт компании сайт компании «Энергосистемы». - [Электронный ресурс]. URL: http://www.ernd.ru/informations/statya-konteinernye-dizel-elektrostantcii/.

6. Никифорова Д.В., Мартынов А.В. Эффективность, надежность и экологичность Геотермальных ТЭC // Надежность и безопасность энергетики. - 2013. - №1(20). - C. 45-47.

7. Дизельная электростанция 720 кВт c двигателем Cummins модель АД 720-Т400 // Официальный сайт компании сайт компании «Электростанции и генераторы «Азимут». - [Электронный ресурс]. URL: http://www.gc-azimut.ru/cummins_ad_720/.

8. Дизельные электростанции Caterpillar // Официальный сайт компании ООО «Энергосервис» - [Электронный ресурс]. URL: http:// www.energoteh-ufa.ru/index.html.

9. Роль развития малой энергетики в России // Официальный сайт компании ОАО «Производственная компания Русэнергоресурс. -[Электронный ресурс]. URL: http://www.energyresource.ru/a6.php.

10. Индекс топливных цен «Петрол Плюс» // Официальный сайт компании ООО «Петрол Плюс Регион. - [Электронный ресурс]. URL: http://www.petrolplus.ru/fuelindex/.

11. Влияния энергетических сооружений на окружающую среду - [Электронный ресурс]. URL: http://otherreferats.allbest.ru/ ecology/00141238_0.html.

Таблица 4. Балльная оценка факторов входящих в четыре составляющие инновационного потенциала.

Таблица 4. Балльная оценка факторов входящих в четыре составляющие инновационного потенциала.

Петротермальная (1 МВт) Балл Дизельная ( 1 МВт) Ба лл

Т| - новизна технологии Самая первая центральная электростанция, the Pearl Street, была сдана в эксплуатацию 4 сентября 1882 года в Нью-Йорке. [2] Первая ПЦС извлечения тепла пористых пластов для отопления была создана в 1963 году в Париже. [3] 5 Первая дизельная электростанция была построена в 1904 году. [4] 2

Т2 - надежность технологии Петротермальную технологию нельзя назвать абсолютно надежной в силу ее малой изученности. 4 ДЭС зависят от поставок топлива. 4

Т3 - срок полезного использования Срок полезного использования ПетроТЭС - 30 лет. 5 Срок полезного использования контейнерных ДЭС при соблюдении условий эксплуатации достигает 25 лет. [5] 4

Т4 - КИУМ Коэффициент использования установленной мощности для ПетроТЭС - 0,75. 4 Коэффициент использования установленной мощности для ДЭС — 0,8. 5

Т5 - КПИ Коэффициент полезного использования ПетроТЭС составляет 46%. [6] 3 Коэффициент полезного использования ДЭС -94%. [7] 5

Эк| - инвестиции на единицу установленной мощности 164,85 тыс. руб./кВт 2 10,207 тыс. руб./кВт 5

Эк2 - срок окупаемости Срок окупаемости ПетроТЭС - 6,2 года. 3 Срок окупаемости дизельных электростанций практически во всех случаях не превышает трех лет.[8] 5

Эк3 - себестоимость электрической энергии Себестоимость электроэнергии у ПетроТЭС - 0,61 руб./кВт-ч. 5 Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой ДЭС, составляет 4-7,5 руб./ кВт-ч. [9] 2

Эк4- конкурентоспособность технологии Показатель конкурентоспособности петротермальной технологии относительно дизельной станции— 1,9831 3 2

Эк5 - эксплуатационные затраты У ПетроТЭС практически отсутствуют эксплуатационные затраты. 5 У ДЭС высокие затраты на топливо. В стоимости электроэнергии доля топливной составляющей доходит до 80-85%. [9] Стоимость дизельного топлива в Краснодарском крае - 29,7 руб./л, расход топлива - 254 л/час. [10] 1

Экол] - изменение ландшафта местности Нет изменения ландшафта местности. 5 Нет изменения ландшафта местности. 5

Экол: - площадь землеотведения Площадь землеотведения мала. 5 Площадь землеотведения мала. 5

Эколз - экономия традиционных видов топлива Петротермальная технология относится к альтернативной энергетике, а значит, при выработке энергии на ПетроТЭС происходит экономия традиционных видов топлива. 5 ДЭС работает на топливе (дизеле), экономии нет. Экономия традиционных видов топлива возможна при переходе на биодизель, производимый из рапса и растительного масла. Однако это повлечет за собой увеличение эксплуатационных затрат. Для Краснодарского края экономическая составляющая важнее экологической, поэтому в данной работе рассматривается ДЭС, работающая на традиционном топливе. 1

Экол4 - вредное воздействие на окружающую среду ПетроТЭС оказывает незначительное влияние на окружающую среду (возможные выбросы мышьяка, ртути, соединения серы и других веществ, растворённых в подземных водах, нарушение балансов подземных вод, круговорота веществ, связанного с подземными водами, изменение геологии пластов, загрязнением и эрозией почвы, возможны изменения сейсмичности районов интенсивного использования геотермальных источников). [11] 3 ДЭС работает на топливе, а значит, имеют место выбросы вредных веществ в атмосферу. Решением этой проблемы может быть переход станции на биодизель. Но научная группа остановила свой выбор на ДЭС, работающей на традиционном топливе по причинам, изложенным выше. 1

С | - улучшение условий жизни людей Благодаря строительству ПетроТЭС удаленные поселения будут обеспечены теплом и электроэнергией. 5 Строительство ДЭС обеспечит удаленные поселения лишь дорогой электроэнергией. 3

С2 - снижение плотности населения в центральных городах Строительство ПетроТЭС, скорее всего не приведет к значительному перераспределению людей по территории Краснодарского края. 3 Строительство ДЭС, скорее всего не приведет к значительному перераспределению людей по территории Краснодарского края. 3

Сз - снижение тарифов на электроэнергию По истечении срока окупаемости, возможно, что тариф на электрическую энергию будет ниже установленного тарифа по региону. 3 Скорее всего, снижение тарифов на электроэнергию не произойдет. 1