CC BY
29
Оригинальная статья / Original article
УДК 621.311:338.48.001.57
DOI: 10.21285/1814-3520-2017-10-131-137
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТОВ ЭКСПОРТА РОССИЙСКОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ИЗ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ В КИТАЙ
© К.С. Смирнов1
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук, Российская Федерация, 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
РЕЗЮМЕ. ЦЕЛЬ. Выполнить комплексную оценку сравнительной эффективности проектов экспорта электроэнергии, включающую в себя выбор наиболее предпочтительных экспортных проектов, вписываемых в электроэнергетическую систему (ЭЭС) региона в долгосрочной перспективе. При долгосрочной перспективе в качестве неопределенных показателей развития ЭЭС Восточной Сибири принять уровни электропотребления в регионе и цены на топливо для электростанций. МЕТОДЫ. Для проведения комплексной оценки в исследованиях использовался методический «подход» и применялись математические модели. РЕЗУЛЬТАТЫ. Даны рекомендации по выбору наиболее предпочтительного проекта экспорта электроэнергии из Восточной Сибири в Китай. ВЫВОДЫ. Полученные результаты могут применяться для оценки сравнительной эффективности экспортных проектов при разработке программ и схем развития электроэнергетики регионов.
Ключевые слова: тариф на электроэнергию, комплексная оценка, экспорт, электроэнергетика, эффективность, матрица затрат, генерирующие мощности.
Формат цитирования: Смирнов К.С. Комплексная оценка реализации проектов экспорта российской электроэнергии из Восточной Сибири в Китай // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2017. Т. 21. № 10. С. 131-137. DOI: 10.21285/1814-3520-2017-10-131-137
COMPREHENSIVE ASSESSMENT OF RUSSIAN EASTERN SIBERIA TO CHINA ENERGY EXPORT PROJECT IMPLEMENTATION K.S. Smirnov
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS,
130, Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russian Federation.
ABSTRACT. The PURPOSE of the paper is to perform a comprehensive assessment of the comparative efficiency of electricity export projects including the selection of the most preferable long-term export projects that enter the electric power system (EPS) of the region. In the long run the levels of electrical energy consumption in the region and the prices for power plant fuel are taken as uncertain indicators of EPS development in Eastern Siberia. METHODS. A methodical approach and mathematical models are used to perform a comprehensive assessment. RESULTS. Recommendations are given on the selection of the most preferable project on electrical energy export from East Siberia to China. CONCLUSIONS. The obtained results can be applied for the evaluation of export project comparative efficiency when working out programs and development schemes of electric power industry in the regions.
Keywords: energy rate, comprehensive assessment, export, electric power industry, efficiency, cost matrix, generating capacities
For citation: Smirnov K.S. Comprehensive assessment of Russian Eastern Siberia to China energy export project implementation. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2017, vol. 21, no.10, pp. 131-137. (in Russian) DOI: 10.21285/1814-3520-2017-10-131-137
Введение
В статье показано, как среди рассматриваемых возможных проектов экспорта электроэнергии из Восточной Сибири в Китай в соответствии с разработанным при активном участии автора методическим
«подходом» осуществляется выбор проекта, рекомендуемого к реализации. Подробное описание методического «подхода» представлено в [1-3].
1
Смирнов Константин Сергеевич, младший научный сотрудник, e-mail: k.smirnov@isem.irk.ru Konstantin S. Smirnov, Junior Researcher, e-mail: k.smirnov@isem.irk.ru
Так как реализация экспортных проектов носит долговременный характер и связана со значительной неопределенностью будущих условий развития электроэнергетики регионов, на территории кото-
Исследование по развитию
Анализ различных источников по развитию китайской электроэнергетики показал:
1. При реализации сценариев с повышенными уровнями электропотребления дефицит электроэнергии в Китае к 2030 г. оценивается в 100 млрд кВтч.
2. Доминирующую роль в структуре потребления энергоносителей в Китае играет уголь, имеющий высокое содержание золы и серы и являющийся источником загрязнения воздуха в стране. Несмотря на развитие ТЭС (тепловая электрическая станция) на газе, доля установленной мощности на угле в структуре ТЭС прогнозируется к 2030 г. достаточно высокой -86-93%. В связи с этим, Китай будет вынужден в больших количествах закупать электроэнергию из соседних стран для энергообеспечения растущих потребностей в стране и снижения загрязнения воздуха.
3. Ниша для российской электроэнергии на китайском рынке оценивается в 16-20 млрд кВтч.
Оценка системной эффективности экспортных проектов в условиях неопределенности развития электроэнергетической системы (ЭЭС) региона. Оценка эффективности проектов экспорта электроэнергии производится с использованием разработанных автором моделей развития ЭЭС Восточной Сибири: статической, оптимизационной, многоузловой. В качестве основного критерия системной эффективности принимается минимум суммарных приведенных затрат на развитие ЭЭС региона.
Оценивается эффективность четырех возможных проектов экспорта электроэнергии, которые поочередно вписываются в модель развития ЭЭС региона:
- Проект 1 - КЭС (конденсационная
рых эти проекты могут быть реализованы, в предлагаемом подходе особое внимание уделяется изучению различных факторов, влияющих на устойчивость принимаемых решений в рассматриваемых условиях.
кйской электроэнергетики
электрическая станция) на ковыктинском газе на юге Иркутской области;
- Проект 2 - КЭС на Канско-Ачинском угле (КАУ) в Красноярском крае;
Проект 3 - КЭС на угле в Республике Бурятия и Забайкальском крае (Олонь-Шибирская КЭС; Новая Харанорская КЭС);
- Проект 4 - КЭС на мугунском угле в Иркутской области.
Эти проекты рассматривались в работах: «Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики России до 2020 г. с учетом перспективы до 2030 г.»; «Сценарные условия развития электроэнергетики на период до 2030 г.»; «Схема территориального планирования РФ в области энергетики до 2030 г.»; «Стратегия социально-экономического развития Дальнего Востока и Байкальского региона на период до 2025 г.» [4-7] и др.
В этих работах показаны потенциальные возможности экспорта российской электроэнергии из восточных регионов страны за счет строительства экспортно-ориентированных электростанций, но не дано системной оценки их практической реализации.
Основные технико-экономические показатели экспортных проектов приведены в табл. 1.
Экспорт до границы Китая осуществлялся по ЛЭП (линии электропередач) постоянного тока 500 кВ, с пропускной способностью одной цепи 3,3 ГВт, количество цепей ЛЭП - 1 шт., собственные нужды и потери линейной части -2,5 %/1000 км, количество подстанций - 2 шт., собственные нужды и потери подстанций - 0,6 %/шт., удельные капвложения в линейную часть - 600 тыс. долл./км, удельные капвложения в подстанцию - 100 млн долл./шт.
Таблица 1
Технико-экономические показатели экспортных проектов
Table 1
_Performance indicators of export projects_
Показатель / Indicator Проекты / Projects
1 2 3 4
Ковыктин-ская КЭС* / Kovykta CPP* КЭС на КАУ** / KAC using CPP** Олонь-Шибирс-кая КЭС / Olon-Shibirskaya CPP Новая-Харанор-ская КЭС/New Kharanor CPP Мугунская КЭС / Mugunskaya CPP
Электростанции / Power stations
Установленная мощность, млн кВт / Installed capacity, million kW 3,2 3,2 2,4 0,8 3,2
Выработка электроэнергии, млрд кВт-ч / Electrical energy generation, billion kW^h 20,8 20,8 14,4 4,8 20,8
Удельный расход топлива, г у.т. (грамм условного топлива) / кВт-ч / Specific fuel consumption, grams of equivalent fuel/kW^h 222 276 276 276 276
Вид топлива / Type of fuel газ уголь бурый / brown coal уголь каменный / coal stone уголь бурый / brown coal уголь бурый / brown coal
Удельные капиталовложения , долл. /кВт / Specific investment *, USD/kW 1000 1600 1500 1600 1600
ЛЭП / Electrical energy transmission line
Длина трассы, км / Route length, km 1100 1860 380 1100
*конденсаторная электростанция (КЭС) / condensing power plant (CPP); **Канско-Ачинский уголь (КАУ) / Kansk-Achinsk coal (KAC).
В качестве неопределенных показателей развития ЭЭС Восточной Сибири принимались низкие и высокие прогнозируемые уровни электропотребления в регионе (195-245 млрд кВт-ч), низкие и высокие цены на топливо для электростанций: газ 115-150 долл./т у.т. (тонн условного топлива), уголь 40-75 долл./т у.т.
Расчеты на оптимизационной модели позволили для каждого варианта сооружения экспортных проектов и при рассмотренных внешних условиях определить оптимальный состав энергетических объектов развития электроэнергетики Восточной Сибири (табл. 2) и связанные с этим суммарные затраты.
Исследования показали, что в зависимости от внешних условий ЭЭС региона сооружение экспортной электростанции может привести к изменению структуры производства электроэнергии на электростанциях региона и перетоков электроэнергии между энергосистемами в регионе. В
результате - либо электроэнергетическая система региона будет отдавать свои избытки электроэнергии на экспорт, либо экспортные электростанции - свои избытки в систему.
В табл. 2 на примере сооружения в ЭЭС Восточной Сибири экспортной КЭС на ковыктинском газе показано ее влияние на структуру производства электроэнергии на электростанциях при низких уровнях электропотребления и низких ценах на топливо. Показаны два условия развития ЭЭС региона: без экспортной КЭС (столбец а) и с сооружением экспортной Ковыктинской КЭС (столбец Б).
Сооружение экспортной Ковыктин-ской электростанции в Иркутской энергосистеме, позволяет в полной мере обеспечить экспорт электроэнергии до границы Китая и при этом снизить переток (из Красноярской энергосистемы) электроэнергии и мощности на 1,6 млрд кВт. ч и 0,3 ГВт соответственно.
Таблица 2
Структура производства электроэнергии на электростанциях Восточной Сибири в 2030 году при сооружении КЭС на ковыктинском газе
Table 2
Structure of electrical energy production at Eastern Siberia power plants in 2030 under construction of Kovykta gas-based CPP
Показатель / Indicator Условия развития ЭЭС региона / Development conditions of régional EPS
Вариант 1 / Option 1
А Б ± A (Б-А)
Электропотребление, млрд кВт ч / Electrical energy consumption, billion kWh 194,7 194,7 -
Поставки в другие районы, млрд кВт ч / Delivery to other areas, billion kWh 23,5 23,5 -
Планируемый экспорт (Китай), млрд кВт ч / Planned export (China), billion kWh - 16,0 -
Производство, всего, млрд кВт ч / Total production, billion kWh 218,2 234,2 -
в т.ч. ГЭС, всего /including HPS, total - действующие / in operation - новые / new • ТЭС, всего (без экспортных электростанций) / Thermal power plants (TPP), total (excluding export power plants) - действующие ТЭС / operating TPP - новые ТЭС / new TPP из них: Березовская ГРЭС-1 (расширяемая) / of them: Berezovskaya SDPS-1 (expandable) • ТЭС экспортные, всего / export TPP, total из них: Ковыктинская КЭС-ПГУ / including: Kovyikta CPP-CCCP (combined cycle cogenera-tion plant 117,2 117,2 -
111,7 111,7 -
5,6 5,6 -
101 99,4 -1,6
70,4 70,4
30,6 29 -1,6
5,5 3,9 -1,6
0 17,6 1,6*
- 17,6 -
* - в сравнении с планируемым экспортом / as compared with the planned export.
Строим матрицу затрат на развитие ЭЭС Восточной Сибири (табл. 3). В качестве коэффициентов матрицы выступают показатели, суммарных приведенных затрат на развитие электроэнергетики региона.
На основании полученной матрицы затрат строится матрица экономических рисков (табл. 4), столбцы которой определяются сочетаниями внешних условий развития ЭЭС региона, а строки - полученны-
ми вариантами развития ЭЭС при рассмотренных экспортных проектах в регионе. Коэффициенты матрицы рисков рассчитываются как разность между минимальным значением и остальными значениями затрат в каждом столбце платежной матрицы.
На основании полученной матрицы рисков производится выбор экспортных проектов, наиболее предпочтительных с точки зрения принятых в работе критериев теории игр (Лапласа, Сэвиджа).
Таблица 3
Матрица затрат на развитие ЭЭС Восточной Сибири, млн долл.
Table 3
Cost matrix of Eastern Siberia EPS development, million USD_
Проекты / Условия развития ЭЭС региона / Development conditions of régional EPS
Projects Вариант 1 / Option 1 Вариант 2/ Option 2 Вариант 3/ Option 3 Вариант 4/ Option 4
X1 7664 11 127 9515 11 061
X2 7821 11 269 9567 11 101
X3 7886 11 362 9622 11 198
X4 7691 11 154 9489 11 033
Примечание. Xi, X2 , X3, X4 - проекты экспорта электроэнергии; Вариант 1 - низкие уровни электропотребления, низкие цены на топливо; Вариант 2 - высокие уровниэлектропотребления, высокие цены на топливо; Вариант 3 -низкие уровни электропотребления, высокие цены на топливо; Вариант 4 - высокие уровни электропотребления, низкие цены на топливо.
Note. X1, X2 , X3, X4 - electrical energy export projects; Option 1 - low levels of electrical energy consumption, low fuel prices; Option 2 - high levels of electrical energy consumption, high fuel prices; Option 3 - low levels of electrical energy consumption, high fuel prices; Option 4 - high levels of electrical energy consumption, low fuel prices.
Таблица 4
Матрица экономических рисков на развитие ЭЭС Восточной Сибири, млн долл.
Table 4
_Matrix of economic risks of Eastern Siberia EPS development, million USD_
Проекты / Projects Условия развития ЭЭС региона / Development conditions of regional EPS Критерии*/ Criteria *
Вариант 1 / Option 1 Вариант 2/ Option 2 Вариант 3/ Option 3 Вариант 4/ Option 4 Лапласа/ Laplace Сэвиджа / Savage
X1 0 0 25,7 27,9 13,4 27,9
X2 157 141 77 68 111 157
X3 221 234 132 164 188 234
X4 27,6 26,9 0 0 13,6 27,6
*- лучшие варианты по соответствующим критериям / best options by the relevant criteria
Совместное применение формальных критериев теории игр позволило выявить два экспортных проекта (номер 1 и 4), которые с точки зрения применяемых критериев можно считать равноэкономич-ными и отличающимися на 0,2-0,3 млн долл. По минимальным затратам наиболее предпочтительными являются: по критерию Лапласа (среднего риска) - Проект 1, предполагающий в качестве экспортной электростанции сооружение Ковыктинской КЭС на газе; по критерию Сэвиджа (минимаксного риска) - Проект 4 - при сооружении Мугунской КЭС на угле.
Оценка коммерческой эффективности экспортных проектов в Восточной Сибири для экспорта электроэнергии в Китай. Равноэкономич-ность выбранных выше экспортных проек-
тов не позволила сделать окончательный выбор. Обязательное требование к выбираемому проекту - его практическая реализуемость.
Разработанная автором имитационная производственно-финансовая модель позволяет дать оценку коммерческой эффективности. В качестве критерия эффективности принимается минимальный тариф на экспортную электроэнергию в местах перехода границы экспортных линий электропередачи. Тариф определяется как минимально приемлемая для экспортера (России) цена на электроэнергию (без учета акцизов и пошлин), которая компенсирует все эксплуатационные издержки (включая плату за выбросы СО2), инвестиционные затраты и обеспечивает получение приемлемой прибыли на вложенный капитал.
При расчетах минимальных тарифов приняты следующие исходные сведения:
- расчетный период службы электростанций составляет для Ковыктинской КЭС на газе - 30 лет, для Мугунской КЭС на угле - 35 лет;
- расчетный период срока службы экспортной ЛЭП ±500 кВ - 25 лет;
- внутренняя норма доходности -
15%;
- источники финансирования - акционерный капитал;
- ставки налогов приняты по действующей в Российской Федерации системе налогообложения: налог на прибыль - 20 %;
- срок окупаемости КЭС - 18 лет;
- срок окупаемости ЛЭП - 15 лет;
- прогнозируемая цена на ковыктин-ский газ - 130-175 долл./1000 м3, на мугун-ский уголь - 23-30 долл./т.
Результаты расчетов экспортных тарифов на границе с Китаем приведены в табл. 5.
Из табл. 5 видно, что проект сооружения экспортной КЭС на ковыктинском газе (на юге Иркутской области) с передачей электроэнергии по линии постоянного тока до границы с Китаем является более предпочтительным (по принятому критерию) по сравнению с проектом сооружения экспортной КЭС на мугунском угле в Иркутской области.
Таблица 5 Table 5
Тариф на электроэнергию на границе с Китаем, цент/кВт ч
Electrical energy rates on the border with China, cent/kWh
Показатель / Indicator КЭС / CPP
Ковыктинская / Kovyikta Мугунская / Mugunskaya
Тариф на приемном конце, всего / Rate at the receiving end, total 7,9-8,8 10,1-10,6
В том числе / including:
генерация / generation 6,5-7,4 8,7-9,2
передача /transmission 1,4 1,4
Заключение
1. По оценке системной эффективности четырех проектов экспорта электроэнергии были проведены исследования, которые показали, что наиболее предпочтительными являются проекты сооружения экспортных КЭС на ковыктинском газе и мугунском угле в Иркутской области с передачей электроэнергии по линии постоян-
ного тока до границы Китая (район г. За-байкальска).
2. Оценка коммерческой эффективности проектов экспорта электроэнергии показала, что наиболее предпочтительным, обеспечивающим минимальный тариф на экспортную электроэнергию, является проект КЭС на ковыктинском газе.
Библиографический список
1. Смирнов К.С. Оценка эффективности крупномасштабного экспорта электроэнергии из Восточной Сибири с использованием оптимизационной модели развития электроэнергетики региона // Системные исследования в энергетике: сб. тр. молодых ученых ИСЭМ СО РАН. Иркутск, 2011. Вып. 41. С. 154-161.
2. Смирнов К.С. Методический подход для оценки
сравнительной эффективности вариантов экспорта электроэнергии в увязке с развитием электроэнергетики региона // Энергетика: управление, качество
и эффективность использования энергоресурсов: сб. тр. седьмой Всерос. науч.-техн. конф. с между-нар. участием (г. Благовещенск, 4-6 июня 2013 г). Благовещенск, 2013. С. 359-363.
3. Лагерев А.В., Смирнов К.С. Методический подход для оценки сравнительной эффективности экспортных проектов электроэнергии // Известия РАН. Энергетика. 2014. № 4. С. 15-26.
4. Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 г. [Электронный ресурс].
URL: http://proatom.ru/files/genshema.doc
(08.12.2016).
5. Сценарные условия развития электроэнергетики на период до 2030 г. М.: Минэнерго, АПБЭ, 2011. 204 с.
6. Об утверждении схемы и программы перспективного развития электроэнергетики в Республике Хакасия на 2015-2019 гг. и на перспективу до 2020 г.
[Электронный ресурс]. URL: http://docs.cntd.ru/ document/428591708 (01.12.2016). 7. Стратегия социально-экономического развития Дальнего Востока и Байкальского региона на период до 2025 г. [Электронный ресурс]. URL: http://www.city-strategy.ru/UserFiles/Files/Strategy% 20DVF0_2025.pdf (03.06.2015).
References
1. Smirnov K.S. Ocenka jeffektivnosti krupnomassht-abnogo jeksporta jelektrojenergii iz Vostochnoj Sibiri s ispol'zovaniem optimizacionnoj modeli razvitija jelektro-jenergetiki regiona [Efficiency evaluation of a large-scale electrical energy export from Eastern Siberia using an optimization model of regional electric power industry development]. Sbornik trudov molodyh uchen-yh ISJeM SO RAN «Sistemnye issledovanija v jener-getike» [Collection of articles of young scientists of ESI SB RAS "System studies in power engineering"]. Irkutsk, 2011, issue 41, рр. 154-161. (In Russian)
2. Smirnov K.S. Metodicheskij podhod dlja ocenki sravnitel'noj jeffektivnosti variantov jeksporta jelektro-jenergii v uvjazke s razvitiem jelektrojenergetiki regiona [Methodical approach to assess comparative efficiency of electricity export options depending on regional electric power industry development]. Sbornik trudov sed'moj Vserossijskoj nauchno-tehnicheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem Jenergetika: uprav-lenie, kachestvo i jeffektivnost' ispol'zovanija jener-goresursov" [Proceedings of the 7th All-Russia scientific and technical conference with international participation "Power Engineering: Management, Quality and Efficiency of Energy Resources Use"]. Blagoveshhensk, 2013, pp. 359-363. (In Russian)
3. Lagerev A.V., Smirnov K.S. The methodical approach to an estimation of comparative effectiveness of export electricity projects. Izvestija RAN. Jenergetika
Критерии авторства
Смирнов К.С. собрал материал и подготовил статью к публикации, несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
Статья поступила 14.08.2017 г.
[Proceedings of Russian Academy of Sciences. Power Engineering]. 2014, no. 4, pp. 15-26. (In Russian)
4. General'naja shema razmeshhenija objektov jelektrojenergetiki do 2020 g. [General layout of the location of electric power facilities for the period until 2020]. Available at: http://proatom.ru/files/genshema.doc (accessed 8 December 2016).
5. Scenarnye uslovija razvitija jelektrojenergetiki na period do 2030 goda [Scenario development conditions for electric power industry for the period until 2030]. Moscow: Minjenergo, APBJe Publ., 2011. 204 p. (In Russian)
6. Ob utverzhdenii shemy i programmy perspektivnogo razvitija jelektrojenergetiki v Res-publike Hakasija na 2015-2019 gody i na perspektivu do 2020 goda [On approval of the scheme and program for the long-term development of the electric power industry in the Republic of Khakassia in 2015-2019 and for the period until 2020]. Available at: http://docs.cntd.ru/ document/428591708 (accessed 1 December 2016).
7. Strategija social'no-jekonomicheskogo razvitija Dal'nego Vostoka i Bajkal'skogo regiona na period do 2025 goda [Strategy of social and economic development of the Far East and the Baikal region for the period until 2025]. Available at: http://www.city-strategy.ru/UserFiles/Files/Strategy%20DVF0_2025. pdf (accessed 3 June 2015).
Authorship criteria
Smirnov K.S. has collected the material and prepared the article for publication. He bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The author declared that there is no conflict of interests regarding the publication of this article.
The article was received 14 August 2017
