CC BY
110
kontrol'nogo dinametrirovaniya [Assessment of traction and energy indicators of a sowing and tillage tractor/implement system by the method of control dynamometry]. AgroEko Info. 2017, N 2 (28): 17. (In Russian) https://elibrary .ru/item.asp?id=29824357
11 Dzhabborov N.I., Zakharov A.M., Semenova G.A. Rabochii organ dlya rykhleniya pochvy. [Working tool for soil loosening]. Patent RF on utility model N 182130. 2018. (In Russian)
УДК: 620 92 + 620 98 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10088
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ СОЛНЕЧНЫХ
ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
A.В. Бобыль1, д-р физ.-мат. наук; А.Ф. Эрк2, канд. техн. наук
B.Г. Малышкин1, канд. физ.-мат. наук;
1 ФГБУН Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, Санкт-Петербург, Россия
2 Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства -(ИАЭП) - филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
Рассматриваются особенности оценок экономической эффективности солнечных энергоустановок разных назначений. Главными различиями в подходах можно назвать отношение к катастрофическим рискам, дополнительной полезности, специальным требованиям, и накопителям энергии. Авторы считают, что текущие факторы развития солнечной энергетики в значительной мере исчерпаны, и дальнейшее развитие будет обуславливаться прогрессом в области энергонакопления.
Ключевые слова: солнечные электростанции, экономический эффект, экологическая безопасность, сельское хозяйство.
Для цитирования: Бобыль А.В., Малышкин В.Г., Эрк А.Ф. Методы оценки экономической эффективности солнечных электростанций // Технологии п технические средства механнзнрованного производства продукции растениеводства и животноводства. 2018. № 4(97). С. 49-56
METHODS OF ECONOMIC EFFICIENCY EVALUATION OF SOLAR POWER PLANTS
A.V. Bobyl1, DSc (Physics and Mathematics); A.F. Erk2, Cand. Sc. (Engineering)
V.G. Malyshkin1, Cand Sc, (Physics and
Mathematics);
1A.F. Ioffe Physical and Technical Institute of RAS, Saint Petersburg, Russia
2Institute for Engineering and Environmental Problems in Agricultural Production IEEP - branch of FSAC VIM, Saint Petersburg, Russia
ISSN 0131-5226. Теоретический и научно-практический журнал.
_ПАЭП. 2018. Вып. 97_|_
The features of economic efficiency models of solar power plants are considered. The main criteria, separating the models apart, are their relation to catastrophic failures, additional utility, special requirements, and energy storing capacities. The authors think that existing factors of solar power growth are exhausted to a large degree, and future solar power progress will be determined by the progress in energy storage systems.
Key words, solar power plants, economic effect, ecological safety, agriculture.
For citation: Bobyl A.V., Malyshkin V. G., Erk A. F. Methods of economic efficiency evaluation of solar power plants. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva mekhanizirovannogo proizvodstva produkcii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2018. 4(97): 49-56. (In Russian)
Введение
Развитие солнечной энергетики можно охарактеризовать резким ростом
установленной мощности за последние 10 лет. На рис. 1 показан прогноз объёма генерации электричества в мире [1].
береговые ветровые, гидро- и морские ветряные электростанции будут производить около 85% электроэнергии в 2050 году. Такой рост обусловлен рядом факторов, как экономическими условиями, так и политическими решениями, например, отказ от ядерной энергетики в Германии после аварии на Фукусиме.
Материалы и методы
В нашей работе [2] источники развития энергетики в России и в мире. Наличие
заимствование денег на финансовом рынке на выгодных условиях) делает получение прибыли не главной целью бизнеса. Целью становится привлечение инвесторов под перспективы получения прибыли. Для многих компаний альтернативной энергетики потоки денег, связанные с финансовым рынком, государством и пр., часто превосходят потоки бизнес схем. Смысл этих, не связанных с текущим бизнес-процессом денег, есть оценка рынком (обществом, государством) будущих перспектив компании.
исследовались альтернативной
Рис.1. Объём генерации электричества е мире [1]
потоков денег неверны, так как они связаны с ожидаемыми перспективами. При этом, как для "классического" бизнес-процесса, так и для бизнеса "привлечения инвесторов", государственных дотаций и пр. необходима экономическая оценка. Основой
классического подхода является
рассмотрение дисконтированных потоков денег (доходов и расходов), связанных с солнечной энергоустановкой,
предусматриваются расходы (стоимость инсталляции, регулярное обслуживание, платежи по кредитам, утилизацию в конце срока) и доходы (продажа электроэнергии и
Стандартным методом оценки
экономической эффективности является использование нормированной стоимостью энергии (LCOE -Levelized Cost of Energy [5, 6])
LCOE =
_ht=1 (1+r)*
yn ,
(1 + r)
(1)
где И - инвестиционные расходы в год, -расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание в год, - расход топлива в год, - электрическая энергия,
вырабатываемая в год, г - ставка дисконтирования, п - ожидаемый срок службы системы или электростанция.
Результаты и обсуждение
На рис. 2 показаны результаты факторного анализа нормированной стоимости электроэнергии (ЬСОЕ) солнечных станций в РФ и проведено сравнения с зарубежными данными [4].
Рис.2. Факторный анализ нормированной стоимости электроэнергии ЬСОЕ солнечных станций в сравнении с зарубежными данными
[4] '
Такой подход, безусловно, является полезным, однако, имеет сложность как в неопределенности связанной с возможными событиями (катастрофическая деградация, резкое изменение тарифов, ставки дисконтирвания и пр.), так и в том, что формальный ответ обычно даёт срок окупаемости в РФ в десятки лет [3], что делает весь проект экономически непривлекательным. Возникает задача изменения методик оценки, учитывающих всю совокупность обстоятельств, с целью получения экономической привлекательности. Приведём несколько вариантов.
Солнечные электростанции малой мощности и гибридные системы.
Если стоимость солнечной
энергоустановки относительно мала, то её строительство может представлять экономический смысл в любых условиях.
Например, средняя солнечная установка для домохозяйств в США в 2018 году имеет [7] среднюю номинальную мощность 6 кВт и стоимость около 13 т. $. Данная стоимость невелика по сравнению со стоимостью дома, а также налогами: налоги на владение дома за один год могут сильно превысить эту сумму. И даже если домовладелец ошибётся и солнечная энергоустановка себя не оправдает, указанная сумма не является для него катастрофической (в отличие, например, от ошибок при строительстве или при капитальном ремонте). Развитие технологии привело к снижению стоимости солнечных энергоустановок. На рис.3, приведена динамика установочной
стоимости (евро/кВт) для Германии [7]. Видно сильное снижение стоимости в 20092010 с последующей стабилизацией цены. Отсутствие катастрофических рисков делает солнечные установки мощностью в единицы киловатт крайне привлекательной возможностью.
Рис. 3. Изменение установочного стоимости солнечных электростанций в Германии
Солнечные электростанции малой и средней мощности при наличии дополнительной полезности.
В нашей работе [2] подчеркивалась особая роль дополнительной полезности в
экспериментальных электростанций ФТИ им. А.Ф. Иоффе (рис.4), стоимостью 500 тыс. рублей на момент постройки, по существующему законодательству какая-либо продажа электроэнергии в электросеть
ISSN 0131-5226. Теоретический _ПАЭП. 2018.
и научно-практическии журнал. Вып. 97_'
в условиях С-Петербурга невозможна. Тем не менее, данная установка использовалась как в учебном процессе - подготовлено 4 магистра, так и в научной деятельности - по результатам их эксплуатации опубликовано 4 статьи [8-11]. Такие установки следует оценивать иначе. Возможен следующий механизм оценки: сумму средств, которую научный коллектив готов тратить "за участие" в проектах солнечной энергетики,
необходимо сравнивать с альтернативными вариантами научно-педагогической
деятельности в условиях наличии либо отсутствии солнечной установки. По оценке такая сумма составляет 1-2 зарплатных ставки в месяц для эффективно работающего коллектива с компетентным руководством. Именно в эту сумму можно оценить дополнительную полезность от данной солнечной энергоустановки.
I- I
I щ
И
-:У -.-у > -
Рис. 4. Экспериментальная сетевая электростанция 7 кВт на крыше корпуса ФТИ им. А. Ф. Иоффе, стенд мониторинга солнечных модулей (отмечены стрелког() и регистрирующая аппаратура,
расположенная в лаборатории
Солнечные электростанции специального назначения.
Солнечные электростанции являются перспективными для военного и специально назначения. Главными причинами можно назвать значительно меньшую
"чувствительность" военных к стоимости, высокую автономность и надёжность устройств [12]. В настоящее время в армии можно наблюдать активное использование солнечных электростанций мобильного и стационарного типа (рис.5).
Большое количество солнечные электростанции размещаются рядом с военными объектами [12]. Наличие свободной земли делает применение солнечных электростанций крайне привлекательным. Экономический анализ таких систем обычно подчёркивает их надежность и автономность, а не слишком большая мощность означает, что использование Li-ion накопителя энергии является крайне эффективным.
Солнечные электростанции средней и большой мощности. Сетевой паритет.
Технологический прогресс в развитии солнечной энергетики привёл к возможности достижения сетевого паритета. Сетевой паритет это равенство стоимости вырабатываемой альтернативной
энергетикой и получаемой из сети классической энергетики, использующей ископаемые виды топлива. Сама концепция является широко распространённой, однако в ряде случаев этот подход не является достаточным. Для южной Европы грубая
оценка сетевого паритета составляет около тысячи евро установочной стоимости на киловатт номинальной мощности. Номинальная мощность это мощность вырабатываемая при облучении солнечным потоком мощностью 1000 Вт/м2. Реально вырабатываемая мощность обусловлена климатом и средней освещённостью. На рис.
достигнутого сетевого паритета на 2015 год. Заметим, что сама концепция "паритета" подразумевает наличие электросетей, с которыми можно рассматривать паритет. [13]
достигнут после 2014 г. (синий), паритет достижим только для пиковых нагрузок (коричневый), отмечены штаты США, которые планируют достичь паритет (оранжевый).
Источник: Deutsche Bank. [13]
Для средних и больших энергоустановок ключевым требованием является наличие возможности продажи вырабатываемой электроэнергии в сеть. В условиях Германии [13] основная часть вырабатываемой фотовольтаическими системами энергии генерируется на малых и средних станциях. До 2016 года большие генерирующие компании не проявляли интереса к фотовольтаическим системам, предпочитая развивать ветряные системы. Начиная с 2016-2017 ситуация изменилась, большие компании начали вкладывать деньги в строительство фотовольтаических систем большой мощности. Признаётся, что главным ограничителем развития крупных
солнечных станции является отсутствие эффективных систем энергонакопления [14]. Экономическое рассмотрение больших солнечных станций обычно рассматривает их или как "дополнительные", чтобы не рассматривать стоимость и риски связанные с энергонакоплением.
На основании изложенного анализа уравнение (2) можно модифицировать следующим образом. В [3,14] показано, что риски, связанные с доходами и расходами носят качественно различный характер. Например, волатильность стоимости электроэнергии качественно отличается от риска катастрофической деградации. Это означает, что использование в ЬСОЕ одной и той же ставки г для дисконтирования потоков денег связанных с доходами и расходами является некорректным. Следует использовать различные ставки [3]
тг
LCOE =
v„ Ij+Mf+Ft ¿■t=l--
(1+Ке)с
уп Et
^Hl+Rr)*
(2)
где Rr - ставка по с доходам (revenue),
маркоэкономичическими и бизнес условиями. Re - ставка по расходам (expensed). Именно в нее, помимо расходов на топливо и обслуживание, можно включить риск катастрофической
деградации. Таким образом, разделение рисков, связанных с доходами и расходами, является важным требованием
экономического анализа солнечных э нергоустановок.
Выводы
Наблюдавшийся быстрый рост солнечной энергетики обусловлен технологическими, экономическими и политическими причинами. Эти причины к настоящему времени частично исчерпаны и последующее развитие может и не иметь столь быстрого роста. На наш взгляд, главным ограничением на дальнейшее развитие солнечной энергетики является отсутствие эффективных накопителей
энергии для систем большой мощности. Для систем малой и средней мощности прогресс в области Li-ion накопителей привёл к возможности создания эффективных систем, в том числе их использование в мобильных телефонах игаджетах. Стоимость Li-ion аккумулятора используемого для накопления 1 кВт-час составляет $200-$700 в зависимости от характеристик и продолжает снижаться. В отличие от индустрии мобильных устройств и электромобилей, солнечная энергетика значительно более
чувствительна к стоимости накопителей энергии. В последние годы наблюдается консолидация компаний, производящих солнечные установки и накопители. Например, Теэк владеет как БокгСйу (один из крупнейших производителей солнечных систем в США), так и строит Gigafactory (один из крупнейших производителей 1л-юп). На этом примере связь солнечной индустрии с накопителями является главный фактор ее дальнейшего развития.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Tsanova T. Renewables now. 2017. [Электронный ресурс]. Режим доступа https://renewablesnow.com/news/renewables-produce-85-of-global-power-nearly-50-of-
energy-in-2050-582235/ (дата обращения 01.11.2018)
2. Бобыль А.В., Забродский А.Г., Малышкин
B.Г., Теруков Е.И., Эрк А.Ф.. Источники развития альтернативной энергетики. Технологии и технические средства производства продукции растениеводства и животноводства, 2017. № 92 с. 31-35.
3. Бобыль А. В., Забродский А. Г., Кудряшов
C. А., Малышкин В. Г., Макаров В. М., Терукова Е. Е., Эрк А. Ф.. Перенормируемая модель оценки экономической эффективности солнечных электростанций. Известия Академии Наук. Энергетика. 2017. № 6, с.46-58.
4. Баркин О.Г. Экономика возобновляемой
регулирования следующего этапа развития ВИЭ в России //Сб. докладов IV межд. конгресса REENCON-XXI «Возобновляемая энергетика XXI век: энергетическая и экономическая эффективность». Сколково. 2018.
5. Simple Levelized Cost of Energy (LCOE) Calculator Documentation. [Электронный ресурс]. Режим доступа https://www.nrel.gov/
analysis/tech-lcoe-documentation.html (дата обращения 01.11.2018)
6. Cost of electricity by source. [Электронный ресурс]. Режим доступа https://en.wikipedia. org/wiki/Cost of electricity by source (дата обращения 01.11.2018)
7. EnergySage. 2018. [Электронный ресурс]. Режим доступа https://news.energysage .com/how-much-does-the-average-solar-panel-installation-cost-in-the-u-s/ (дата обращения 01.11.2018)
8. Kryuchenko Yu.V., Sachenko A.V., Bobyl
A.V. et al. Evaluation of the annual electric energy output of an a-Si:H solar cell in various regions of the CIS countries. Energy Policy. 2014. №68, pp. 116-122.
9. Бобыль A.B., Киселева C.B., Кочаков
B.Д.и др. Технико-экономические аспекты солнечной энергетики в РФ. Журнал технической физики. 2014. № 84(4), с.85-92.
Вербицкий В.Н., Бобыль А.В., Теруков Е.И.. Деградация кремниевых тонкопленочных микроморфных (a-Si/(j,c-Si) солнечных модулей: оценка сезонной эффективности на основе данных мониторинга. Физика и техника полупроводников. 2017. № 51(9), с. 1229-1234.
11. Богданов Д.А., Бобыль А.В., Теруков Е.И., Вербицкий В.Н. Исследование влияния
спектральной чувствительности модулей на основе c-Si, a-Si/MKC-Si и условий эксплуатации на эффективность их работы. Письма в Журнал технической физики. 2015. №41(3), с. 17-25.
12. Национальная оборона. [Электронный
http://www.nationaldefense.ru/includes/periodic s/defense/2015/0716/151716333/detail. shtml (дата обращения 01.11.2018)
13. Wirth H., Schneider K. Recent facts about photovoltaics in Germany //Fraunhofer ISE.
2018. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.i se.fraunhofer. de/content/dam/ise/e n/documents/publications/studies/recent-facts-about-photovoltaics-in-germany.pdf. (дата обращения 01.11.2018)
Малышкин В. Г., Новикова О. В., Теруков Е. И., Агафонов Д. В.. Деградация Li-ion накопителей энергии. Применение подхода Радона-Никодима к оценке распределения скоростей. Известия Академии Наук. Энергетика, 2018. № 1. с.46-58.
REFERENCES
1. Tsanova T. Renewables now. 2017. Available at:
https://renewablesnow.com/news/renewables-produce-85-of-global-power-nearly-50-of-energy-in-2050-582235/ (accessed 01.11.2018)
2. Bobyl A.V., Zabrodskii A.G., Malyshkin V.G., Terukov E.I., Erk A.F.. Istochniki razvitiya al'ternativnoi energetiki [Sources of alternative energy development]. Tekhnologii i tekhnicheskie sredstva proizvodstva produktsii rastenievodstva i zhivotnovodstva. 2017. N 92: 31-35. (In Russian)
3. Bobyl A. V., Zabrodskii A. G., Kudryashov C. A., Malyshkin V. G., Makarov V. M., Terukova E. E., Erk A. F.. Perenormiruemaya model' otsenki ekonomicheskoi effektivnosti solnechnykh elektrostantsii [Renormalized model for solar power plants economic efficiency evaluation]. Izvestiya Akademii Nauk. Energetika. 2017. N 6: 46-58. (In Russian)
4. Barkin O.G. Ekonomika vozobnovlyaemoi energetiki i predlozheniya dlya regulirovaniya sleduyushchego etapa razvitiya VIE v Rossii //Sb. dokladov Kongressa REENCON-XXI
energeticheskaya i ekonomicheskaya effektivnost" [Economy of renewable energy and proposals for regulating the next stage of development of renewable energy in Russia //
Proc. of IV Int. Cong. REENCON-XXI "Renewable Energy -XXI Century: Energy and Economic Efficiency"]. Skolkovo. 2018.(In Russian)
5. Simple Levelized Cost of Energy (LCOE) Calculator Documentation. Available at: https://www.nrel.gov/analysis/tech-lcoe-documentati on. html (accessed 01.11.2018)
6. Cost of electricity by source. Available at: https://en.wikipedia.org/wiki/Cost of electricit y by source (accessed 01.11.2018)
7. EnergySage. 2018. Available at: https://news.energysage.com/how-much-does-the-average-solar-panel-installation-cost-in-the-u-s/ (accessed 01.11.2018)
8. Kryuchenko Yu.V., Sachenko A.V., Bobyl A.V. et al. Evaluation of the annual electric energy output of an a-Si:H solar cell in various regions of the CIS countries. Energy Policy. 2014. N 68: 116-122.
9. Bobyl A.V., Kiseleva S.V., Kochakov V.D.i dr. Tekhniko-ekonomicheskie aspekty solnechnoi energetiki v RF [Technical and economic aspects of photovoltaics in the Russian Federation]. Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2014. N 84(4): 85-92. (In Russian)
10. Bogdanov D.A., Gorbatovskii G.A., Verbitskii V.N., Bobyl A.V., Terukov E.I. Degradatsiya kremnievykh tonkoplenochnykh mikromorfnykh (a-Si/pc-Si) solnechnykh
modulei: otsenka sezonnoi effektivnosti na osnove dannykh monitoring [Study on degradation of micromorph thin-film silicon (a-Si/|ic-Si) solar modules: evaluation of the seasonal efficiency based on monitoring data]. Fizika i tekhnika poluprovodnikov. 2017. № 51(9), s. 1229-1234. .(In Russian)
11. Bogdanov D.A., Bobyl' A.V., Terukov E.I., Verbitskii V.N. Issledovanie vliyaniya spektral'noi chuvstvitel'nosti modulei na osnove c-Si, a-Si/mkc-Si i uslovii ekspluatatsii na effektivnost' ikh raboty [Study of the effect of spectral sensitivity of modules based on c-Si, aSi / [¿c-Si and operating conditions on the efficiency of their work]. Pis'ma v Zhurnal tekhnicheskoi fiziki. 2015. N 41(3): 17-25. (In Russian)
12. Natsional'naya oborona [National Defence]. Available at:
http://www.nationaldefense.ru/includes/periodic s/defense/2015/0716/151716333/detail. shtml (accessed 01.11.2018)
13. Wirth H., Schneider K. Recent facts about photovoltaics in Germany //Fraunhofer ISE. 2018. Available at: https://www.i se.fraunhofer. de/content/dam/ise/e n/documents/publications/studies/recent-facts-about-photovoltaics-in-germany.pdf (accessed 01.11.2018)
14. Bobyl A. V., Zabrodskii A. G., Malyshkin V. G., Novikova O. V., Terukov E. I., Agafonov D. V. Degradatsiya Li-ion nakopitelei energii. Primenenie podkhoda Radona-Nikodima k otsenke raspredeleniya skorostei [Degradation of Li-ion batteries. Applying the Radon -Nikodym approach to estimating velocity distribution]. Izvestiya Akademii Nauk. Energetika, 2018. N 1: 46-58. (In Russian)
УДК 631.316.022:51-74:631.31 DOI 10.24411/0131-5226-2018-10089
ОЦЕНКА ТОПЛИВНОЙ ЭКОНОМИЧНОСТИ ПОЧВООБРАБАТЫВАЮЩИХ АГРЕГАТОВ С ДИНАМИЧНЫМИ РАБОЧИМИ ОРГАНАМИ
Н.И. Джабборов1, д-р техн. наук; A.B. Сергеев1, канд. техн. наук;
2 1 В .А. Эвиев , д-р техн. наук; Г. А. Семенова
'Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства (ИАЭП) -филиал ФГБНУ ФНАЦ ВИМ, Санкт-Петербург, Россия
2 ФГБОУ ВО «Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова», Элиста, Россия
В статье дан краткий анализ исследований по энергооценке технологий и технических средств в растениеводстве; изложены результаты экспериментальных исследований по сравнительной оценке топливной экономичности почвообрабатывающего агрегата МТЗ-82+УКПА-2,4 ИАЭП - КалмГУ с динамичными и нединамичными рабочими органами. Исследования проводились на полях экспериментальной базы ИАЭП - филиала ФГБНУ ФНАЦ ВИМ «Красная Славянка» на различных скоростных и нагрузочных режимах работы почвообрабатывающего агрегата согласно ранее разработанной и утвержденной программы и методики. В качестве показателя топливной экономичности почвообрабатывающего агрегата рассмотрен удельный расход топлива на единицу тяговой мощности и выполненной работы. Приведены графические и эмпирические зависимости тягового сопротивления, тяговой мощности, удельного расхода топлива на единицу тяговой мощности и погектарного расхода топлива от скорости движения почвообрабатывающего агрегата с динамичными и нединамичными рабочими органами. Установлено, что при фиксированном
