Анатолий Копылов - Экономика ВИЭ. Издание 2-е, переработанное и дополненное
Обычное определение КИУМ – это отношение среднеарифметической мощности к установленной мощности электроустановки, которое рассчитывается за определённый интервал времени как отношение фактической выработки энергии генерирующей установки за этот определённый период эксплуатации к теоретически возможному объёму выработки энергии при работе без остановок на номинальной мощности в течение всего этого рассматриваемого срока.
Предположим, что абстрактная электростанция с номинальной электрической мощностью 100 МВт произвела за 30 дней месяца 32.400 МВт·ч электроэнергии. В случае если станция проработала бы этот месяц с полной установленной мощностью, она бы выработала за этот период времени: 100 МВт х 30 дней х 24 часа = 72.000 МВт·ч. Делим на это значение фактическую выработку энергии за этот период – 32.400 МВт·ч и получаем 0,45. Полученный коэффициент и будет называться КИУМ данной электростанции за данный месяц, и он составил за этот период значение 45%. Важно отметить, что КИУМ всегда рассчитывается за определённый период, чаще всего – за 1 год и никогда не определяется на какой-то один момент времени. Несмотря на кажущуюся простоту достижения высоких значений КИУМа (достаточно работать на полную мощность агрегата и без простоев), этот параметр зависит от множества непростых и сложно прогнозируемых технических и административных факторов. А в случае с ветростанцией его интерпретация и привязка к оценке эффективности работы ВЭС ещё более сложная.
Аналитики различных технологий энергетики на основе ВИЭ часто используют в анализе и рассуждениях показатель КИУМ таких электростанций, например, ВЭС в качестве важного ориентира эффективности работы этих станций. Однако часто попадают в парадоксальную ситуации, применяя КИУМ в качестве некоего обобщающего показателя работы станций. Логика такого подхода диктуется традиционной оценкой эффективности работы тепловых электростанций на основе КИУМ в качестве основной и интегрирующей.
Хорошей аналогией противоречивости и неоднозначности такого подхода может быть пример со сбором дождевой воды для полива сада. Если для сбора дождевой воды использовать блюдце, то его КИУМ можно считать 100%-ным, однако такой способ сбора воды является неэффективным с точки зрения конечного решения задачи – полива сада, т.к. в блюдце можно собрать слишком мало воды.
Можно также использовать бочку, но ее КИУМ будет гораздо скромнее в силу малой площади сбора – сечения верхнего отверстия, а использование с точки зрения конечного результата, сбора воды – эффективнее. Следует рассмотреть компромиссный вариант – использовать для этого некий бассейн, имеющий как достаточную площадь, так и объём. Но в этом случае требуется достаточно сильный дождь, чтобы регулярное использование такого бассейна в ущерб остальным зонам участка стало бы экономически оправданным.
При этом, как бассейн даже при слабом дожде продолжает собирать воду, так и мощная ветротурбина даже при слабом ветре, то есть при КИУМ порядка 20—25% продолжает производить энергию, а значит, приносить прибыль. А при ураганном ветре КИУМ будет лимитирован только планкой в 100%. То есть установка мощной турбины почти всегда будет выгодна в долгосрочной перспективе.
Подобные рассуждения во многом справедливы и по отношению к малым ГЭС и к другим типам генерирующих установок на основе ВИЭ.
Еще одним препятствием является то, что различные модели генерирующих агрегатов ВЭС имеют разные кривые распределения выработки энергии, и две разные, но одной и той же мощности при одной и той же скорости ветра в 9 м/с будут производить, возможно, одинаковый объём энергии, а при 13 м/с – уже разный объём.
Это значит, что отклонение скорости ветра от расчётной влияет на одни турбины больше, чем на другие. Именно поэтому любой серьёзный производитель оборудования всегда производит перерасчёт имеющихся у девелопера проекта ВЭС данных по скорости и направлениям ветра, чтобы убедиться в однозначном предпочтении выбранного типа ветроагрегата по той кривой выработки энергии, которая имеется у рассматриваемых моделей.
Эта очевидная для специалистов ветроэнергетики проблема сильно затрудняет прямолинейное сравнение ветроагрегатов только по КИУМу.
Сказанное выше не имеет отношения к оборудованию станций на биомассе и биогазе, оценка КИУМа и эффективности которых соответствует традиционным сложившимся подходам.
Соотношение между рассчитываемым тарифом и используемым при этом расчёте КИУМ представляет собой отрицательную корреляцию: более высокие значения коэффициента приводят к снижению требуемого тарифа для любого проекта для поддержки внутренней ставки доходности (IRR) на уровне, равном стоимости капитала, и наоборот.
Это означает, что неправильное определение КИУМ (при прочих равных условиях) может «искусственно» привести к установлению «неправильного» тарифа и, как следствие, к некорректной оценке инвестиционного проекта.
Проведённый бенчмаркинг значений индикаторов КИУМ для различных технологий, а также анализ соответствующих отраслевых (технологических) стандартов приведён в Таблице 5 в виде интервалов.
При расчётах выработки нами были использованы медианные значения интервалов.
4.1.3. Технологические допущения и параметры расчётов
Суммарный ресурсный потенциал ВИЭ, представленный в Таблице 1 ранее, был преобразован в величины мощности генерации, выраженные в МВт в соответствии со средними коэффициентами КИУМ для конкретных технологий. Учитывая недостаточность детальной и актуальной информации, по каждому планируемому проекту в рамках моделирования использовалось предположение, что этот потенциал распределен равномерно по интервалам мощности станций, за исключением малых ГЭС, в отношении которых были найдены данные о том, что малые ГЭС> 10 МВт могут составлять до 70% суммарного потенциала, мини-ГЭС <10 МВт – 20% суммарного потенциала и микро-ГЭС <1 МВт – остальные 10%. Остальные индикаторы технических и технологических параметров и допущений были использованы следующим образом.
Средний КПД станций. Так как часть станций использует для производства энергии топливо, то при расчёте их выработки, основанной на суммарном ресурсном потенциале необходимо учитывать КПД этих станций. При расчётах нами были приняты следующие средние значения индикаторов КПД:
• станции на сельскохозяйственной биомассе – 28—30%
• станции на промышленной биомассе – 30%
• станции на биогазе – 28—34%.
Потребление станциями произведённой энергии на собственные нужды. Доля производимой электростанциями энергии, идущая на так называемое собственное потребление, варьируется по технологиям генерации, но обязательно должна учитываться в расчётах объёмов выработки. Игнорирование фактора потребления части выработанной электроэнергии на собственные производственные и хозяйственные нужды станций может исказить величины ожидаемых объёмов производства энергии и, следовательно, соответствующие величины выручки от её продажи, что с неизбежностью скажется на оценке эффективности любого энергетического проекта.
Автору не удалось встретить научного обоснования величин расходов энергии станциями на собственные нужды. Тем не менее, исходя из сложившейся практики и метода аналогий в тех случаях, когда он применим, автором предлагаются следующие величины индикаторов потребления на собственные нужды станций по технологиям.
Для объектов солнечной генерации предлагается индикатор расхода на собственные нужды станции на минимальном уровне 0,5%, т.к. для производственных целей потребления электрической энергии на этих станциях нет. Потребление для хозяйственных нужд предполагается очень небольшим.
Для объектов ветровой генерации предлагается индикатор расхода на собственные нужды станции тоже на уровне 0,5%. ВЭС с прямым приводом генератора и с синхронными генераторами не требуют электроэнергии из сети для запуска, а используют свою силовую электронику для создания возбуждения генератора в момент пуска. Такое потребление происходит только на ВЭС, агрегаты которых оборудованы асинхронными генераторами. Поэтому средняя величина потребления на собственные нужды ветростанций также невелика, почти пренебрежительно мала.
Для объектов генерации на основе биомассы предлагается индикатор расхода на собственные нужды станции на уровне 9%. В отличии от первых двух типов технология производства энергии за счёт сжигания твёрдого топлива требует существенно более высокого значения этого показателя. Если для угольных станций такой индикатор будет около 7%, то станций на основе биомассы он должен быть несколько выше за счёт более высокой влажности исходного топлива и необходимости испарения воды из него. Также в зимнее время достаточно энергии тратится на подогрев танков для сбраживания биомассы и мест хранения и разгрузки исходного сырья. Поэтому для таких станций предлагается соответствующий уровень индикатора потребления на собственные нужды станций.
