CC BY
31
9
С 11 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 11 (116)
11. Колышкин Д. А., Михайлова К.К. Активные угли. Свойства и методы испытаний. Справочник. Л.: Химия, 1972. 57 с.
УДК 504.3.054 М.А. Рыженков
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ОСНОВЫ ПОДХОДА К ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ СХЕМЫ РАЗМЕЩЕНИЯ СЕТЕВЫХ ГЕНЕРИРУЮЩИХ МОЩНОСТЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ
The major principles of models development for the choice of new mains generating supplies ecologic-economic optimization are set out in the article.
В тексте статьи изложены основные принципы разработки моделей для эколого-экономической оптимизации выбора новых сетевых генерирующих мощностей.
Тема развития возобновляемой энергетики чрезвычайно актуальна. Уже сегодня с помощью возобновляемых видов энергетики можно решать такие проблемы, как снижение дефицита мощностей, сокращение выбросов вредных веществ в атмосферу, экономия традиционных видов топлива, и в целом повышение надёжности и качества энергоснабжения, что особенно актуально для энергодефицитных систем. В связи с этим, с каждым днём появляется всё больше и больше инвестиционных проектов, связанных с возобновляемой энергетикой.
Эффективность любого проекта во многом определяется правильным выбором способа и источника энергоснабжения. Для неподготовленного и слабо информированного пользователя принятие оптимального решения в таких ситуациях является сверхсложной задачей, и именно в них могут закончиться, не начавшись, многие перспективные энергетические проекты, что особенно актуально для возобновляемых источников энергии, незнакомых и непривычных для нашего, наученного во всем сомневаться, соотечественника.
Существуют различные методики, позволяющие оперативно проводить сравнительный анализ эффективности возможных для пользователя вариантов энергоснабжения и по его результатам принимать вполне взвешенные и оперативные суждения относительно наиболее подходящих из них. В рассматриваемом случае выбор стратегии инвестирования средств предполагает выявление варианта реализации проекта, в который целесообразно осуществлять инвестиции.
Поиск стратегии инвестирования сводится к более частной задаче оценки эффективности инвестиционных проектов и выбора из них варианта вложения средств, удовлетворяющего заданному критерию оптимальности
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N011 (116)
и учитывающего имеющиеся ограничения на финансовые и другие ресурсы. При этом найденное инвестиционное решение должно удовлетворять условиям реализуемости проекта во времени на каждом шаге горизонта расчета.
Исследуемый набор альтернатив реализации проекта задается множеством доступных для инвестора инвестиционных возможностей. При рассмотрении проекта схемы размещения сетевых генерирующих мощностей могут различаться местами размещения, типом и мощностью создаваемых электростанций, количеством энергоблоков или ветрогенераторов, входящих в состав одного объекта. Разными могут быть варианты сбыта вырабатываемой электроэнергии (различия в потребителях), объемы вырабатываемой и продаваемой в каждом из регионов электроэнергии. В финансировании проекта могут участвовать различные инвесторы и кредитные организации. Отличаться будут потребности в инвестициях, необходимые объемы собственных и заемных средств, сроки их поступления, размеры операционных затрат и доходов, и другие экономические показатели.
Особое внимание следует уделить экологической оценке проектов. Ни для кого не секрет, что топливно-энергетический комплекс (ТЭК) - один из крупнейших источников загрязнения окружающей среды. Так в России, в основе энергетического комплекса которой лежит традиционная энергетика на органическом топливе, на долю ТЭК приходится около 48% выбросов вредных веществ в атмосферу и 23% сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты, около 22% образования вредных отходов и до 70% общего объема парниковых газов (в том числе 98% выбросов основного парникового газа - СОг, который ответственен за тепличный эффект и изменение климата). На фоне этого о нетрадиционной возобновляемой энергетике создается идеализированное представление как о экологически «чистых» источниках энергии, хотя более корректно было бы говорить об ослаблении их воздействия на природу по сравнению с традиционной электроэнергети-
Так, например, экологическая оценка проектов ветроэнергетических станций (ВЭС) должна определяться совокупностью всех факторов воздействия на окружающую среду, а затраты на обеспечение требуемого уровня экологической «чистоты» - учитываться при экономических расчетах эффективности создания и использования ВЭС.
Экологические факторы воздействия ветроэнергетической установки на человека и фауну, требующие особого внимания и оценки, можно разделить на три группы:
1. Активные факторы: физическое воздействие на орнитофауну, акустический шум; вибрация; электромагнитное излучение, аварийные ситуации;
2. Пассивные факторы: помехи прохождения радиоволн; отторжение (блокировка) земельных территорий; психосоциальные («загрязнение» ландшафта, комфортность и др.)
3. Косвенные факторы: загрязнение окружающей среды в процессе производства ВЭУ.
9
С Яг в X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. N811 (116)
Ключевым параметром выбора площадки под строительство ВЭС является средняя скорость ветра, от которой зависит Киум (Коэффициент установленной мощности), а следовательно и эффективность всего проекта.
Так же при разработке проекта схемы размещения сетевых генерирующих мощностей необходимо учитывать возможности использования различных видов топлива, и снижение воздействия на окружающую среду в случае использования в качестве топлива отходов сельского хозяйства, деревообработки и т.д.
В связи с вышесказанным при принятии инвестиционных решений количество анализируемых альтернатив для рассматриваемого класса проектов может быть очень велико.
Одним из способов решения оптимизационной задачи и существенного повышения эффективности принятия инвестиционных решений является применение экономико-математических методов и моделей.
Экономико-математическая модель формируется в виде системы линейных ограничений, задающих область допустимых решений задачи, и линейного функционала.
Отсутствие надежного пошагового прогноза изменения цен и спроса на продукцию и сравнительно невысокие требования к точности результатов решения задачи позволяют сделать определенные допущения при формировании показателя чистого дисконтированного дохода, выступающего в качестве функционала задачи.
Критерием эффективности выбора является максимум интегрального эффекта.
При разработке математической модели следует особое внимание уделить неформализованной постановке задачи для эколого-экономической оптимизации выбора новых сетевых генерирующих мощностей, которая может быть сформулирована следующим образом: При заданных:
1. Дефицитах мощностей в регионе.
2. Основных характеристиках потенциальных площадок размещения ветровых и тепловых электростанций:
2.1. природно-климатические условия (рельеф, грунты, ветровая активность);
2.2. форма, размеры и плогцадъ территории;
2.3. близость охраняемых природных территорий, зон туризма и отдыха, жилых объектов, аэродромов, транспортных магистралей;
2.4. наличие инфраструктуры (в т.ч. подъездных путей, позволяющих автоподвоз крупногабаритных, многотоннажных и длинномерных грузов длиною до 60 м);
2.5. близость НЭП, потребителей электроэнергии;
2.6. форма, размеры и плогцадъ территории;
3. Ограничений на поставки различных видах топлива
4. Условиях подключения к сетевым и локальным потребителям электроэнергии
5. Фоновом загрязнении окружаюгцей среды в регионе.
С 1Ь 6 X № в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. No 11 (116)
Определить:
1. Места размещения новых генерирующих мощностей и их суммарную установленную мощность
2. Состав энергетического оборудования электростанций
3. Характеристики основных вспомогательных зданий и сооружений
4. Схему подключения генерирующих мощностей к сетевым подстанциям и подстанциялi конечных потребителей.
5. Уровень воздействия генерирующих мощностей на окружаюгцую среду в процессе строительства и эксплуатации.
6. Объём инвестгщий собственных и заёмных средств инвестора, необходимых для реализации проекта.
Обеспечивающие:
Максимальный чистый дисконтированный доход с учётом воздействия на окружаюгцую среду.
При этом математическое описание разработки схемы размещения
новых генерирующих мощностей может быть представлено следующими
блоками:
Блок 1. Тепловые электрические станции
1.1 Мощность тепловой электростанции, определяемая с учетом дефицита мощностей потенциальных потребителей.
1.2 Технико-экономические ограничения на мощность строящейся ТЭС.
1.3 Технико-экономические ограничения на количество энергоблоков ТЭС.
1.4 Производство электроэнергии на ТЭС.
1.5 Выбор типа строящейся подстанции.
1.6 Определение потребности в топливе.
1.7 Обеспечение ТЭС топливом.
1.8 Выбор типа инфраструктуры ТЭС, связанной с хранением и подготовкой к использованию топлива.
1.9 Выбор типоразмера зданий и сооружений ТЭС, не связанных с хранением топлива и подготовкой его к использованию.
1.10 Ограничения, связанные с размещением ТЭС на выделенном земельном участке.
1.11 Передача энергии потребителям.
1.12 Ограничения на количество передаваемой энергии каждому из потребителей.
1.13 Воздействие на окружающую среду в процессе строительства электростанции
1.14 Ограничения, связанные с необходимостью обеспечения нормативного уровня состояния окружающей среды в процессе эксплуатации электростанции.
Блок 2. Ветровые электрические станции
2.1 Мощность ветровой электростанции, определяемая с учетом дефицита мощностей потенциальных потребителей.
2.2 Технико-экономические ограничения на мощность строящейся ВЭС.
9
С 11 6 X И в химии и химической технологии. Том XXIV. 2010. № 11 (116)
2.3 Технико-экономические ограничения на количество ветрогенерато-ровВЭС.
2.4 Производство электроэнергии на ВЭС.
2.5 Выбор типа строящейся подстанции.
2.6 Выбор типа и размеров вспомогательных зданий и сооружений ВЭС.
2.7 Ограничения, связанные с размещением ВЭС на выделенном земельном участке.
2.8 Передача энергии потребителям.
2.9 Ограничения на количество передаваемой энергии каждому из потребителей.
2.10 Воздействие на окружающую среду в процессе строительства ВЭС
2.11 Ограничения, связанные с необходимостью обеспечения нормативного уровня состояния окружающей среды в процессе эксплуатации ВЭС.
БлокЗ. Размещение генерирующих мощностей Блок 4. Потребители энергии
4.1. Ограничения на возможности поставки топлива поставщиком. Блок 5. Поставщики топлива
5.1. Ограничения на возможности поставки топлива поставщиком.
Блок 6. Инвестиции
Блок 7. Операционные расходы
Блок 8. Ограничения на срок окупаемости
Следует учесть, что при формировании функционала модели оптимизации схем размещения новых сетевых генерирующих мощностей, область допустимых решений задачи оптимизации Q формируется в виде системы
линейных уравнений и неравенств с действительными (X) и целочисленными (Z) переменными.
Также необходимо обратить внимание на то, что в формализованном виде постановка задачи оптимального выбора инвестирования средств в создание схемы генерации может быть сформулирована следующим образом:
Найти: ^опИИ е О, такие что f (\„гй \пп) = ПШХ f ' ^)
VX .X eQ
Сформулированная таким образом задача при наличии наполненной конкретной информацией модели может быть решена с использованием специализированных программных продуктов, ориентированных на решение задач частично-целочисленного линейного программирования большой размерности.
Следует отметить, что математическая модель, разработанная на основе приведённых выше принципов, успешно применяется в компании «Wind Energy Systems - South» для оптимизации размещения ветроэнергетических станций в Краснодарском крае. Так же данная модель может быть использована для выработки стратегии развития сетевой электроэнергетики на основе возобновляемых источников энергии в России.
