Системная оценка эффективности эколого
advertisement
УДК 621.311.22.003.13 СИСТЕМНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКОЛОГО-ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ СЖИГАНИЯ УГЛЕЙ НА СОВРЕМЕННЫХ ТЭС Дубровский В.А.1), Зубова М.В.1) , Потылицын М.Ю. 1), Чернецкая Н.С. 1) 1) Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Россия Энергетическая стратегия России до 2035 года предусматривает структурную перестройку энергетики путем сокращения потребления газа в качестве энергоносителя и замещение выбывающей доли газа углем. Кроме того, одним из приоритетных направлений развития экономики России в настоящее время является - «Энергоэффективность и энергосбережение». Для того, чтобы Канско-Ачинский уголь мог составить конкуренцию другим видам топлива (в том числе и газа), расширить географию своего сбыта и реализовать свои преимущества как стратегического топлива, необходимо решить ряд крупных проблем в области освоения новых методов подготовки и сжигания топлива, обеспечивающих высокие экономические и экологические показатели работы энергетического оборудования, т.е. значительно более эффективных и экологически чистых технологий сжигания угля. При этом крайне важно, чтобы эти технологии могли внедряться на действующих электростанциях при умеренных капитальных затратах [1]. В связи с этим актуальным является реализация новой наукоёмкой технологии сжигания углей, направленной на внедрение эколого-энергосберегающих универсальных горелочных устройств (УГУ), позволяющих организовать сжигание угля в существующих котельных агрегатах и комплексно решающих проблемы экологии и энергоэффективности, стабилизирующих работу котельных агрегатов в заданных режимах. В качестве конкурентной технологии с применением эколого-энергосберегающих горелочных устройств (УГУ) может рассматриваться система растопки с применением плазмотронов. Однако, как показал опыт её применения на ТЭС, она наиболее эффективна для низкореакционных каменных углей с малым выходом летучих веществ, а для высокореакционных углей, к которым следует отнести угли Канско-Ачинского бассейна, наиболее эффективной является малозатратная и более надежная в работе система растопки с применением универсальных горелочных устройств. На рис. 1 представлен эскиз универсального эколого энергоэффективного горелочного устройства. Универсальное эколого энергоэффективное горелочное устройство, состоит из муфельного участка, который при пуске котла разогревается в течение 15–20 минут карбид кремниевыми нагревателями до температуры 550–650 оС. Затем в горелочное устройство подается угольная пыль, она газифицируется при коэффициенте избытка воздуха значительно меньше единицы. После установления стабильного режима система разогрева автоматически отключается. Смесь горючих газов и коксовых частиц на выходе из горелочного устройства смешивается с вторичным воздухом, воспламеняется и поступает на сгорание в топочную камеру котла. Таким образом, пуск котла происходит без применения дорогостоящего жидкого топливамазута, что позволяет сэкономить от 40 до 100 тонн мазута на одну растопку. Универсальные эколого энергоэффективные горелочные устройства с успехом можно применять при работе котлов на пониженных нагрузках, т.к. газифицированный поток угольной пыли, полученный в объеме этих горелок и поступающий в топочную камеру котла будет выполнять роль подсветки факела вместо применяемого в настоящее время дорогостоящего жидкого топлива - мазута. Существенной новизной предлагаемой технологии сжигания в отличие от аналогов является её направленность на комплексное решение проблем эффективного энергетического использования углей на основе универсальных горелочных устройств с предварительной газификацией потока угольной пыли в муфельной части горелок. Внедрение универсальных горелочных устройств позволит существенно повысить эффективность работы угольных энергоблоков ТЭС за счет комплексного решения проблем сжигания угля в котельных агрегатах. Аналогичные российские и зарубежные разработки решают, как правило, одну, максимум две проблемы сжигания углей. Рис. 1. Эскиз универсального энергоэффективного горелочного устройства: 1 – муфельная часть; 2 – короб вторичного воздуха;3 – устройство подвода пыли высокой концентрации; 4 – тангенциальный патрубок подачи первичного воздуха; 5 – патрубок осевой подачи первичного воздуха; 6 – система нагрева; 7 – тепловая изоляция; 8 – амбразура котла. Технология предназначена для сжигания всех типов бурых и высокореакционных каменных углей, в том числе Канско-Ачинского и Кузнецкого бассейнов с высоким выходом летучих и позволяет работать с любыми типами котельных агрегатов, использующих камерное сжигание угольного топлива. Опыт применения опытно промышленного образца универсального горелочного устройства, установленного на котле БКЗ-420-140 Красноярской ГРЭС-2 показал техническую реализуемость и реальную возможность достижения поставленных целей. Анализ данных, приведенных в табл. 1 позволяет сделать заключение о явной конкурентоспособности технологии сжигания углей, т.к. как разрабатываемая технология с применением эколого-энергосберегающих горелочных устройств позволяет наиболее эффективно и комплексно решить проблемы энергетического использования углей на современных ТЭС. Конкурентными преимуществами предлагаемой технологии являются: простота изготовления; невысокие инвестиции; высокая надежность в работе; полная автоматизация; возможность использования муфельной горелки в качестве основной и одновременно как растопочной, что резко снижает капиталовложения за счет отсутствия специальных работ по разводке топочных экранов, решение проблемы вытекания жидкого шлака за счет повышения температуры в нижней части топочной камеры; практически полная замена дорогостоящего мазута угольной пылью; значительное снижение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при ее внедрении. Данная технология может быть использована на всех тепловых электростанциях Красноярского края, Иркутской, Читинской областях, Хабаровского края и Приморья, сжигающих канско-ачинские и другие высокореакционные бурые угли, а также на всех ТЭС западных регионов России при сжигании углей с высоким выходом летучих веществ, в КНР, Австралии (бурые угли, подобные по составу бурым углям Канско-Ачинского бассейна). Рынок потребителей технологии является стабильным. Таблица 1. Сравнительная оценка и конкурентные преимущества эколого-энергосберегающей технологии сжигания углей с применением универсальных горелочных устройств (УГУ) Наименование модели/ продукта Сниж-ение NOx Исключение применения мазута Использование углей низкого качества Универсальные горелочные устройства (УГУ) снижение NОx в 2,5-3 раза Отказ от мазута да Плазменные горелки 50 – 60 % Отказ от мазута Ступенчатое сжигание снижение NОx в 1,5-2 раза Вихревой способ сжигания ЛПИ Изменение мощности энергоблоков Цена/ стоимость владения, (млн руб.) Качествен ная оценка (количество баллов) Повышение Nэнергоблоков на 5-8% 2,5 - 3 5 да нет 30–40 Использова ние мазута нет нет 50-60 Снижение NОx в 1,5-2раза Использова ние мазута нет Снижение к.п.д. котлов - за счет мех. недожега 70-90 Технология «Тохил» нет Использова ние мазута нет нет 5-6 горелки СИБКОТЭС нет Сокращение мазута 90% нет нет 4 - 15 3 1 1 1 1 При проведении оценки эффективности внедрения эколого-энергосберегающих технологий на современных ТЭС правомерно подходить с системных позиций, когда учитываются технологические, экологические и экономические предпосылки освоения технологий, т.е. необходимо использовать инструментарий для проведения расчетов по оценке их эффективности, позволяющий рассматривать технологии одновременно с двух позиций: локальной - как самостоятельные инвестиционные проекты, обеспечивающие возможность возмещения затрат на их осуществление за счет снижения топливной составляющей и общесистемной - как элементы системы топливообеспечения энергетики страны, создание которых позволяет снизить ущерб окружающей среде и повысить эффективность энергетического использования топлива. Инструментарий оценки эффективности инвестиций в эколого-энергосберегающие технологии сжигания углей с применением универсальных горелочных устройств (УГУ) включает: блок прямых расчетов предотвращенного экологического ущерба от вредных выбросов, оптимизационную энергетическую модель России, имитационные финансово-экономические модели оценки коммерческой и бюджетной эффективности проектов по внедрению технологии на ТЭС. В проведенных исследованиях в качестве базовой для определения общесистемного эффекта использовалась разработанная в ИЭиОПП СО РАН оптимизационная энергетическая модель России. Для оценки общественной эффективности и определения перспектив тиражирования технологий следует применять модифицированную энергетическую модель России на основе включения в региональные блоки модели дополнительных ограничений на использование топлива, переменных и уравнений, отражающих условия производства электроэнергии и тепла с применением новых эколого-энергосберегающих технологий и учета затрат на их создание и эксплуатацию, позволяющие получить новые результаты по определению общесистемного эффекта от реализации новых эколого-энергосберегающих технологий, обосновать рациональные масштабы освоения и выявить наиболее приоритетные регионы России диффузии технологии на долгосрочную перспективу. Возможный предотвращенный экологический ущерб от использования предлагаемой технологии высокоэффективного сжигания углей с разработкой эколого-энергосберегающих универсальных горелочных устройств (УГУ) на тепловых станциях России является существенным, и не может не учитываться при ее оценке. Наибольший предотвращенный ущерб от тиражирования технологии УГУ прогнозируется в Приволжском регионе (24,2 млн руб.), на Урале (18,3 млн руб.) и в Красноярском крае – 16,1 млн руб. (табл. 2). Таблица 2. Предотвращенный экологический ущерб окружающей среде при тиражирования технологии УГУ, (млн руб.) Регион Красноярский край Дальний Восток Томская область Алтайский край Омская область Новосибирская область Урал Приволжский Центральный На 2020г. 16,1 12,6 1,9 11,8 2,42 9,95 18,28 24,19 6,45 Финансово-экономические модели, построенные на основе положений «Методических рекомендаций по оценке эффективности инвестиционных проектов», позволяют дать оценку коммерческой и бюджетной эффективности технологии УГУ. По результатам оценки коммерческой эффективности внедрение технологии на Красноярской ТЭЦ-2 обладает высокой инвестиционной привлекательностью при всех технологических вариантах (табл. 3). Таблица 3. Показатели коммерческой эффективности инвестиций в проект внедрения УГУ на Красноярской ГРЭС-2 (оценка эффективности проекта в целом приростным методом в текущих ценах) * Интегральные показатели по проекту Для одного УГУ Для всей группы УГУ 8,413 47,1% 36,973 78,5% 2,47 3,3 2,8 3,78 2,8 2,6 14,1 *Расчет проведен с учетом цен на топливо за отчетный период 2014г. 50,3 Чистый дисконтированный доход (NPV) при ставке сравнения 11,25% годовых за 10 лет, млн. руб. Внутренняя норма доходности (IRR), % Дисконтированный индекс доходности (DPI), доли Дисконтированный срок окупаемости (DPB), лет Срок окупаемости (PB), лет Дисконтированный доход за 10 лет, млн. руб. В условиях опережающего темпа роста цены на мазут по сравнению с темпом роста цены на уголь внедрение данной технологии УГУ становится еще более привлекательной и высокоэффективной задачей для всех энергетических предприятий, использующих мазут на растопку котлов. Для оценки рисков инновационных энергетических проектов следует использовать комплексную методику, включающую: выявление и систематизацию рисков освоения и тиражирования эколого-энергосберегающих технологий; методы анализа чувствительности для сравнительной оценки степени влияния отдельных факторов на конечные показатели экономической эффективности проекта; вероятностный метод для определения ожидаемой, наиболее вероятной величины интегрального экономического эффекта; методы сценарного подхода для определения состояния безубыточности проекта (рис. 2). Оценка коммерческой эффективности технологии на основе имитационной модели + Идентификация энерготехнологий Оценка коммерческой эффективности с учетом вариантов поддержки рисков освоения новых Определение ключевых факторов риска на основе анализа чувствительности по всем интегральным показателям Определение границ безубыточности конец + Определение ожидаемых интегральных эффектов от реализации проекта а рамках границ безубыточности + Принятие решения о целесообразности проекта Рис. 2. Алгоритм проведения комплексной оценки проектных рисков при освоении и тиражировании эколого-энергосберегающих технологий сжигания угля на современных ТЭС Реализация проекта по внедрению технологии высокоэффективного сжигания углей с разработкой эколого-энергосберегающих универсальных горелочных устройств (УГУ) для тепловых электростанций сопровождается определенными рисками. В работе с использованием качественного анализа выявлены риски по стадиям проекта освоения технологии (табл. 4) и предложены мероприятия по снижению рисков (табл. 5). На прединвестиционной стадии к наиболее значимым факторам относятся: обеспечение энергоресурсосбережения, экологичность, соответствие определенным потребностям рынка и возможные объемы тиражирования технологии. В силу того, что технология находится на стадии промышленного освоения и защищена 40 патентами, такие факторы как: техническая новизна, патентная чистота, наличие научно-технических ресурсов и экспериментальной базы являются малозначимыми. Таблица 4. Таблица рисков эколого-энергосберегающей технологии сжигания углей с применением универсальных горелочных устройств (УГУ) Прединвестиционная стадия (ОКР) 1. Обеспечение энергоресурсосбережения данной технологией 2. Экологические характеристики технологии 3. Совместимость освоения технологии с инновационной стратегией предприятия 4. Соответствие технологии определенным потребностям рынка 5. Возможный объем тиражирования технологии 6. Наличие конкурентных технологий 7. Техническая новизна 8. Патентная чистота 9. Наличие научно-технических ресурсов 10. Возможность дальнейшего совершенствования технологии Инвестиционная стадия (Ос) 1. Величина требуемых капитальных вложений в освоение технологии 2. Изменение величины капитальных вложений 3. Качество проведения проектно-изыскательских работ 4. Соответствие численности и квалификации производственного персонала предприятия для реализации проекта по освоению технологии 5. Цена (стоимость) доступных источников финансирования проекта 6. Наличие финансовых средств в необходимые сроки 7. Наличие государственной поддержки проекта по освоению технологии 8. Соблюдение сроков выполнения работ по освоению инвестиций Эксплуатационная стадия Финансово-экономические риски 1. Изменение налогового законодательства 2. Изменение штрафов по экологическим выбросам 3. Изменение стоимости используемых энергоресурсов (мазут, уголь) Технологические риски 1. Зависимость использования технологии от качества энергоресурсов 2. Трудоемкость, качество изготовления и монтажа оборудования 3. Надежность и безопасность технологического процесса при внедрении Социальные риски 1. Соответствие квалификации персонала по технически грамотной эксплуатации технологии Экологические риски 1. Экологические показатели предприятия при освоении технологии + + Вероятность значимого влияния Малозначимые Среднезначимые Значимые Основные факторы рисков по стадиям технологии 0,25 + + + 0,1 0,2 + + + + + + 0,15 + + + + 0,1 + + + + + + 0,2 + + + + + На инвестиционной стадии наиболее значимыми факторами рисков являются объемы капитальных вложений в освоение технологии и наличие доступных источников финансирования. Эти факторы приобретают особую актуальность для предприятий при ограниченном бюджете капиталовложений. На стадии эксплуатации к наиболее значимым факторам рисков следует отнести цены на энергоресурсы, изменения в налогообложении, изменение штрафов по экологическим платежам, влияние внедрения технологии на технико-экономические показатели предприятия. Учитывая характер предсказуемости наиболее значимых факторов риска необходимо сделать вывод о возможности их оценки и учета методами статистического анализа и сценарного подхода. Таблица 5. Мероприятия по снижению некоторых видов риска реализации технологии высокоэффективного сжигания углей с разработкой эколого-энергосберегающих универсальных горелочных устройств (УГУ) Вид риска 1.Снижение цен на мазут 2. Существенное повышение цен на уголь при одновременном снижении или стабилизации цены на мазут 3. Появление альтернативной, но более дешевой технологии 4.Резкое увеличение затрат на внедрение технологии УГУ Отрицательное воздействие на реализацию проекта Снижение эффективности внедрения технологии Возврат к прежней технологии растопки котлов и отказ от внедрения технологии безмазутной растопки Снижение прибыли от внедрения безмазутной технологии Сохранение существующей технологии растопки котлов, отказ от технологии безмазутной растопки Мероприятия по предупреждению и снижению риска С учетом благоприятного влияния на экологию технологии безмазутной растопки рекомендовать ее внедрение на тепловых станциях Конкурентное преимущество альтернативной технологии приведет к снижению спроса на внедрение технологии безмазутной растопки Совершенствование технологии безмазутной растопки котлов, улучшение показателей экономической и экологической эффективности, доказательство ее преимуществ. Совершенствование технологии, поиск более дешевых материалов на изготовление оборудования для внедрения УГУ. Поиск более дешевых технологий растопки котлов, отказ от технологии Продвижение технологии безмазутной растопки котлов на основе преимуществ ее экологической безопасности. Таким образом, проведенные исследования показывают высокую эффективность технологии сжигания углей с разработкой эколого-энергосберегающих универсальных горелочных устройств (УГУ) по сравнению с конкурентами и традиционными энергетическими технологиями на всех ТЭС, которые используют или будут использовать канско-ачинские и другие высокореакционные бурые угли, а также на всех ТЭС западных регионов России при сжигании углей с высоким выходом летучих веществ. Список литературы 1. Дубровский В. А. Энергосберегающие системы растопки и подсветки факела топочных камер котлов: монография / В. А. Дубровский, М.В. Зубова. - М.: Теплотехник, 2012. - 166 с.
