Предмет и цели изучения раздела 13

13. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ УСТАНОВОК СЕЛЬСКОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

13.1 Расчет капитальных затрат

13.2 Расчет ежегодных расходов

13.3 Условия сопоставимости вариантов

13.4 Определение технико-экономической эффективности снижения потерь электроэнергии в сельских распределительных сетях

13.4 Определение технико-экономической эффективности применения устройств регулирования напряжения

Пример 13.1

Вопросы для самоконтроля к модулю 13

Тест к модулю 13

Предмет и цели изучения раздела 13

Выбор наиболее целесообразной схемы электроснабжения, параметров сети и их элементов производится на основе технико - экономического сопоставления сравниваемых вариантов.

В результате изучения этого раздела вы будете знать:

– критерии выбора оптимального варианта;

– способы расчета критериев выбора оптимального варианта.

– выполнять сравнение вариантов, выбирать наиболее оптимальный вариант реконструкции или первоначального строительства электрической сети.

Технико-экономические показатели установок сельского электроснабжения определяются для выбора наиболее оптимального варианта системы электроснабжения. Варианты могут отличаться капитальными и текущими затратами (эксплуатационными расходами, ежегодными издержками на передачу электрической энергии).

Если в проектируемом варианте капитальные и текущие затраты минимальны, то этот вариант будет экономически целесообразным. Однако в большинстве случаев в одном варианте больше капитальные затраты, а в другом – текущие затраты. Сравнение различных вариантов схем электроснабжения и выбор наиболее экономичного из них согласно [23] можно производить на основе использования комплекса критериев либо одного из них:

• чистый дисконтированный доход;
• индекс доходности;
• внутренняя норма доходности;
• срок окупаемости.

Все перечисленные критерии основаны на соизмерении затрат на их реализацию и достигаемых результатов. Основной целью расчетов эффективности развития электрических сетей является выбор оптимальной схемы сети при заданных нагрузках, электропотреблении, размещении источников и потребителей. В практике проектирования электрических сетей и энергосистем для выбора предпочтительного варианта развития сети используется критерий приведенных дисконтированных затрат при условии, что сравниваемые варианты обеспечивают одинаковый энергетический эффект.

В условиях рыночной экономики потребовались новые методы технико-экономических обоснований, поскольку целью инвестора, как правило, является выбор объекта для наиболее эффективного размещения капитала.

На основании анализа зарубежного, в основном европейского, опыта были составлены “Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования”, утвержденные в 1999 г. Министерством экономики РФ, Министерством финансов РФ, Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике. В этих рекомендациях предложены следующие показатели эффективности:

– показатели коммерческой (финансовой) эффективности, учитывающие финансовые последствия реализации проекта для его непосредственных участников;

– показатели бюджетной эффективности, отражающие финансовые последствия осуществления проекта для федерального, регионального или местного бюджета;

- показатели общественной (социально-экономической) эффективности, учитывающие затраты и результаты, связанные с реализацией проекта, выходящие за пределы прямых финансовых интересов участников инвестиционного проекта и допускающие стоимостное выражение.

Для крупномасштабных (существенно затрагивающих интересы города, региона или всей России) проектов рекомендовалось обязательно оценивать экономическую эффективность.

Эффективность капитальных вложений (инвестиций) определяется сопоставлением затрат и получаемого эффекта. В общем случае в качестве затрат рассматриваются инвестиции, эксплуатационные издержки, выплата процентов и погашение кредита, налоги, а в качестве получаемого эффекта – выручка от реализации продукции.

Электрические сети сами не производят продукцию, которая могла быть продана с целью получения прибыли, а осуществляют услуги по транспорту электроэнергии, управлению режимами работы энергосистемы и т. д. Поэтому эффективность объектов электрической сети должна оцениваться по их влиянию на стоимость поставляемой потребителю электроэнергии. Поскольку инвестиции, необходимые для осуществления электросетевого строительства, в конечном итоге обеспечиваются за счет всех потребителей, оплачивающих их через тариф на электроэнергию, обоснование инвестиций должно выполняться по критерию общественной (социально-экономической) эффективности, отражающему интересы всех потребителей, т. е. формально так же, как и при плановой экономике. Поэтому эффект должен определяться путем сопоставления затрат с эффектом, получаемым потребителями от осуществления сетевого проекта.

При выборе варианта развития сети (при одинаковом производственном эффекте) в качестве основного критерия используется (согласно [37]), как правило, условие минимума приведенных (дисконтированных) затрат. В отдельных случаях с длительными расчетными периодами выбранный вариант может при необходимости проверяться по критериям эффективности инвестиций в объект.

В учебном проектировании при сравнении вариантов, в качестве критерия экономической эффективности можно принять:

,

(13.1)

где К₁, К₂ – капитальные вложения в первый и второй варианты, соответственно;

И₁, И₂ – ежегодные расходы по вариантам.

Полученное значение t_ок сравнивают с заранее установленным нормативным сроком окупаемости Т_н. Если t_ок < Т_н. – предпочтителен первый вариант, а если t_ок > Т_н – второй.

Приведенные затраты – это затраты по каждому варианту, которые складываются из текущих затрат И (годовых издержек на эксплуатацию, руб/год) и капитальных вложений К (руб.) на строительство или реконструкцию систем электроснабжения, приведенных к одинаковой размерности при помощи коэффициента Е_н (1/год).

Коэффициент Е_н до недавнего времени назывался коэффициентом эффективности капиталовложений, определялся как величина обратная сроку окупаемости и в большинстве случаев изменялся для электроэнергетической отрасли в пределах 0,12-0,15. Однако, в современных условиях рыночной экономики расчеты на срок окупаемости в пределах 6-8 лет нереальны. Поэтому предлагается заменить этот коэффициент постоянной нормой дисконта, которая может быть принята равной приемлемой для инвестора дохода на капитал (может быть принята равной банковскому проценту). Постоянная норма дисконта используется в [23] для определения чистого дисконтированного дохода.

Из сравниваемых вариантов оптимальным является вариант с наименьшими приведенными затратами.

13.1 Расчет капитальных затрат

Капитальные затраты для рассматриваемых вариантов схем электроснабжения равны:

вариант одноцепной линии

вариант двухцепной линии

где К_вл1 и К_вл2 – капитальные затраты по одно- и двухцепной линиям высокого напряжения, руб.;

К_пп1 и К_пп2 – капитальные затраты по одно- и двухтрансформаторным понизительным подстанциям, руб.;

К_кл – капитальные затраты по кабельной линии, руб.

Капитальные затраты в линии любого напряжения могут быть определены по формуле

где К_уд – стоимость одного километра линии, которая определяется по справочным материалам [1, 24-28], руб/км и зависит от номинального напряжения сети, типа применяемых опор, сечения проводов;

l – длина линии, км.

Капитальные затраты по подстанциям определяются в зависимости от типа подстанции и схемы соединения распределительного устройства [29 -34].

При технико-экономических расчетах применяют укрупненные показатели стоимости элементов системы электроснабжения, в которые не включается ряд статей расходов, и которые поэтому нельзя применить для определения реальной стоимости объекта. Следует иметь в виду, что при сравнении вариантов, данные для технико-экономических расчетов необходимо брать по возможности из одного справочника или справочных материалов за тот же год издания и затем привести эти данные к современным ценам.

13.2 Расчет ежегодных расходов

Ежегодные расходы состоят из суммы амортизационных отчислений (И_а), затрат на обслуживание (И_о), текущий ремонт (И_т.р) и затрат на возмещение потерь электроэнергии (И_э). Обычно затраты на обслуживание и текущий ремонт по вариантам отличаются незначительно и поэтому при учебном проектировании их можно не учитывать. Тогда расходы определяются двумя составляющими

Величину амортизационных отчислений определяют в процентах от капитальных затрат по элементам схемы электроснабжения

,

(13.7)

где α_i – норма амортизационных отчислений (табл. 13.1);

К_i – капитальные затраты по i-му элементу схемы электроснабжения.

Стоимость годовых потерь электроэнергии рассчитывается по выражению: Затраты на возмещение потерь электроэнергии ΔИ_t рассчитываются по формуле:

где С₀ – тариф на электроэнергию, руб/кВт·ч.;

ΔW_с – суммарные потери энергии по вариантам, кВт·ч.

Потери энергии в элементах схемы электроснабжения определяются по методу максимальных потерь (см. формулы 2.24, 2.29, 2.30).

При оценке затрат на возмещение потерь величина тарифа на электроэнергию принимается с учетом:

– рынка электроэнергии – оптового или регионального;

напряжения сети;

– района размещения потребителя.

Таблица 13.1

Тариф на электроэнергию. Строгая идеология ценообразования на рынке электроэнергии (структура тарифного меню) для разных потребителей в настоящее время отсутствует.

В структуре тарифного меню должны быть в обязательном порядке представлены двухставочные, одноставочные, зонные тарифы, как по часам суток и времени года, так и интегральные, в разрезе объемов потребления и уровней напряжения.

Норма дисконта. Дисконтированием затрат называется приведение их разновременных (относящихся к разным шагам расчета) значений к ценности на начало расчетного периода (момент приведения).

Норма дисконта, выраженная в долях единицы или в процентах в год, является основным экономическим нормативом, используемым при оценке эффективности инвестиционных проектов.

Различаются следующие нормы дисконта: коммерческая, участника проекта, социальная (или общественная) и бюджетная.

Поскольку обоснование инвестиций в развитие электрических сетей рекомендуется выполнять по критерию общественной эффективности в качестве нормы дисконта можно использовать социальную норму.

Социальная (общественная) норма дисконта характеризует минимальные требования общества к эффективности проектов. Социальная норма дисконта считается централизованным параметром и должна устанавливаться органами управления народным хозяйством России в увязке с прогнозами экономического и социального развития страны.

До централизованного установления социальной нормы дисконта вместо нее для оценки эффективности проекта в целом можно применять коммерческую норму дисконта.

Коммерческая норма дисконта может устанавливаться в соответствии с требованиями минимально допустимой доходности вкладываемых средств, определяемой в зависимости от депозитных ставок банков. Указанное может соответствовать процентной ставке по годовым еврокредитам на Лондонском рынке (LIBOR), составляющей 4 – 6 %.

На уровне 2004 г. годовые процентные ставки Сберегательного Банка России превышают аналогичные ставки европейских банков и, в частности, ставки LIBOR по годовым еврокредитам. Нормы дисконта составляют в США 8,3 %, во Франции - 7 %. В отечественной практике норму дисконта рекомендуется оценивать исходя из средней европейской депозитной ставки банков на уровне 8 – 12 %.

Результаты технико-экономического сравнения вариантов целесообразно для наглядности свести в таблицу 13.2.

Таблица 13.2

13.3 Условия сопоставимости вариантов

Сопоставляемые варианты развития электрической сети должны удовлетворять условиям технической, экономической и социальной сопоставимости, т. е. обеспечивать:

– выполнение решаемой задачи с учетом требований нормативных документов и руководящих указаний по вопросам проектирования электрических сетей;

– одинаковый производственный эффект - полезный отпуск электроэнергии и мощности — в течение каждого года всего рассматриваемого периода;

– выполнение требований по охране окружающей среды и социальным условиям;

- нормативные требования к надежности электроснабжения. При этом если уровень надежности по вариантам различен, но не ниже нормативного, выравнивание вариантов по надежности необязательно.

Непосредственный учет надежности в технико-экономических расчетах рекомендуется в случаях:

– сопоставления различных мероприятий, предусматриваемых для обеспечения требуемого потребителем уровня надежности;

– обоснования экономической целесообразности повышения надежности (степени резервирования) сверх нормативных требований.

Одинаковый производственный эффект как условие сопоставимости вариантов относится только к расчетам по приведенным затратам и необязателен при сравнении вариантов по остальным показателям.

Все экономические показатели сравниваемых вариантов определяются в ценах одного временного уровня по источникам равной достоверности. Стоимостные показатели формируются в соответствии с реально сложившимися отчетными и прогнозируемыми на перспективу ценами на электроэнергию, электрооборудование, материалы, строительные и монтажные работы.

Денежные показатели могут выражаться в текущих, прогнозных или дефлированных ценах. Текущими называются цены, заложенные в проект без учета инфляции. Прогнозными называются ожидаемые (с учетом инфляции) цены. Дефлированными называются прогнозные цены, приведенные к уровню цен фиксированного момента времени путем деления на общий базисный уровень инфляции.

При сопоставлении вариантных решений отдельных объектов, сооружаемых в течение 2 – 3 лет, стоимостные показатели могут приниматься в неизменных ценах базового или очередного года.

Потери электроэнергии при сравнении вариантов учитываются в объеме изменения потерь по энергосистеме (участку сети) в целом.

Если проектируемый электросетевой объект предназначен для выдачи мощности электростанции или электроснабжения узла нагрузки, то потерям электроэнергии соответствуют потери в этом объекте от поступающей электроэнергии.

Если объект сооружается в замкнутой сети, и его ввод приводит к перераспределению потоков мощности на соседних участках сети, то потери электроэнергии должны соответствовать дополнительной электроэнергии, которая будет поступать в рассматриваемый участок сети в связи с вводом проектируемого объекта, а сами потери – изменению потерь в этой сети (с соответствующим знаком):

где DW¢¢ – потери в сети после ввода объекта;

DW¢ – потери в сети до ввода объекта (без учета дополнительной передачи электроэнергии).

Выбранный вариант должен удовлетворять условию, при котором его экономическое преимущество устойчиво сохраняется при небольших изменениях исходных показателей в пределах вероятного диапазона их значений. Такие показатели как цены (тарифы), перспективные нагрузки потребителей, экономические нормативы (рентабельность) и др. не могут быть определены однозначно. Поэтому основой для принятия решения о целесообразности инвестиций в ряде случаев должно служить не формально подсчитанное значение критерия эффективности, а совокупность его ожидаемых значений, ограниченная возможными изменениями исходных показателей и экономических нормативов. Особенно важна проверка устойчивости результата при варьировании исходной информации для масштабных задач, требующих значительных затрат и сроков реализации.

При отсутствии достоверных нормативных значений рентабельности в отрасли может быть рекомендован также следующий метод оценки эффективности намечаемых капитальных вложений в развитие сети Расчет эффективности затрат в развитие сети проводится дважды. Первый расчет выполняется с целью определения базисной эффективности до сооружения намечаемых сетевых объектов, последующий — с учетом сооружения объектов. Особенностью этих расчетов является то, что все общеэнергетические и удельные стоимостные показатели в обоих расчетах принимаются неизменными.

Может быть использован также метод принятия решений, при котором базовые укрупненные показатели стоимости электросетевых объектов принимаются в текущих ценах без изменений, а к тарифам на электроэнергию вводятся корректирующие индексы. Корректирующие индексы подбираются таким образом, чтобы усредненные соотношения стоимости электросетевых объектов и цен на электроэнергию соответствовали аналогичным соотношениям на международных рынках. Полученные значения эффективности капитальных вложений электросетевых объектов будут соответствовать предположению, что в условиях стабилизации экономики и финансовой системы соотношения цен будут складываться аналогично тому, как это происходит в странах с развитым рынком.

При решении концептуальных проблем развития электроэнергетики на перспективу, а также при проектировании крупных энергетических (электросетевых) объектов со значительными сроками строительства и эксплуатации могут использоваться прогнозные оценки, учитывающие инфляцию, а также риск и неопределенность исходной информации. Сопоставление базисной и расчетной эффективности позволяет судить о влиянии вновь намечаемых объектов на эффективность энергосистемы.

По рассмотренному методу можно оценивать эффективность затрат в развитие сети энергосистемы в целом, отдельных узлов и районов, а также затрат в сооружение электросетевых объектов на стадии разработки “схемы” или ТЭО инвестиций.

Анализ полученных результатов по эффективности затрат в развитие электрических сетей энергосистемы и по отдельным объектам позволяет оценить интегральную эффективность решений, рекомендуемых при разработке “схемы”.

Рассмотренный метод позволяет учесть также специфику сооружения сетевых объектов. Например, снижение эффективности по сравнению с базисной может быть вызвано появлением протяженных слабозагруженных линий, что в свою очередь может быть вполне обоснованным в связи с удалением вновь вводимых источников.

В некоторых случаях, если снижение эффективности не вызвано объективными причинами, может оказаться целесообразным отказаться от сооружения намечаемых объектов, заменив их альтернативными, более эффективными решениями, либо отодвинуть сроки их сооружения за пределы расчетного периода.

13.4 Определение технико-экономической эффективности снижения потерь электроэнергии в сельских распределительных сетях

Возможные методы снижения потерь энергии рассмотрены в разделе 12.

Рассмотрим расчет потерь в сетях 0,4 кВ с учетом несимметрии токов [12, 21, 22].

Коэффициент, характеризующий изменение потерь активной мощности при несимметричной нагрузке определяется [12]:

,

13.10

где I_A, I_B, I_C – средние значения токов фазы в период с 17 до 23 часов (не менее трех измерений);

I_ср – среднее значение тока трех фаз;

– отношение удельных сопротивлений (Ом/км) нулевого и фазного проводов.

Среднее значение токов трех фаз:

(13.11)

Экономический эффект от снижения потерь электрической энергии только за счет равномерного распределения нагрузки по фазам получаем за счет снижения затрат на компенсацию потерь энергии.

Если в сети предполагается установка специальных симметрирующих устройств [21, 22], то при определении экономического эффекта необходимо выполнить технико-экономическое сравнение вариантов до и после установки устройства по приведенной выше методике.

13.4 Определение технико-экономической эффективности применения устройств регулирования напряжения

Особенностью сельских электрических сетей является их большая протяженность и сравнительно малые удельные мощности, приходящиеся на 1 км линии, что создает большие затруднения в обеспечении необходимого уровня напряжения у потребителей электроэнергии. Кроме того, в связи с ростом потребления электроэнергии отдельных потребителей или ростом их количества часто возникает необходимость увеличения пропускной способности действующих электрических линий. Выполнение этих условий только за счет увеличения площади сечения проводов приводит к большому перерасходу металла и значительному увеличению затрат на сооружение или реконструкцию электрической сети.

Для того чтобы поддерживать необходимое напряжение у электроприемников и увеличить пропускную способность действующих линий без замены проводов, применяют устройства регулирования напряжения (см. раздел 3), при помощи которых полностью или частично компенсируются потери напряжения в звеньях электрической сети. Кроме того, регулирующие устройства дают возможность автоматически изменять уровни напряжения в отдельных точках электрической сети при изменении нагрузки. Применение регулирования напряжения может дать экономический эффект за счет возможности выполнить сеть с наименьшими затратами металла и капиталовложений.

Необходимость применения регулирующих устройств определяют при составлении таблиц отклонений напряжения, посредством которых можно также ориентировочно наметить место их установки. Целесообразность использования тех или иных устройств регулирования напряжения выявляют в результате технико-экономических расчетов и определения эффективности регулирования сравниваемых устройств.

При проведении реконструкции сети необходимость выбора и установки устройств регулирования напряжения может возникнуть в следующих случаях.

При проектировании сетей 6-20 и 0,38 кВ, когда при выборе проводов по наименьшим приведенным годовым затратам отклонения напряжения у ряда потребителей выходят за пределы допускаемых и увеличение площади сечения проводов по своим технико-экономическим показателям менее эффективно, чем применение регулирования напряжения.

Исходные данные для решения этой задачи – уровни напряжения в точках присоединения сети (шины 6 - 20 кВ питающей подстанции 35 - 110/10 - 20 кВ, шины ТП 10 - 35/0,4 кВ).

При реконструкции воздушных линий 10-20 и 0,38 кВ, когда отклонение напряжения у части потребителей в результате увеличения нагрузок выходит за пределы -5 % .

Экономическую эффективность применения устройств регулирования напряжения оценивают путем сравнения приведенных годовых затрат на электрическую сеть с устройством регулирования напряжения и приведенных годовых затрат на электрическую сеть без регулирования напряжения.

Порядок расчета:

1. Определяют расчетные потери напряжения в электрической сети с проводами, выбранными по экономическим показателям: экономической плотности тока или экономическим интервалам нагрузок.

2. Составляют таблицу отклонений напряжения с учетом расчетных потерь напряжения в электрической сети. Если отклонение напряжения у потребителей не выходит за пределы допустимых, то регулирующие устройства не устанавливают и на этом расчет заканчивают. Если же отклонения напряжения у потребителей выходят за пределы допустимых, то выбранные провода на отдельных или на всех участках заменяют проводами с большой площадью сечения.

3. По формуле (13.2) определяют приведенные годовые затраты для сети с проводами, выбранными по экономическим показателям (З₁) и при проводах, обеспечивающих требуемый уровень напряжения у потребителей (З₂).

4. Определяют превышение годовых затрат при выполнении сети проводами большей площадью сечения.

5. Выбирают тип регулирующего устройства и определяют для него годовые приведенные затраты по формуле (13.2) З_грег.

Вариант с устройством регулирования напряжения экономически целесообразен, если

13.5 Оценка народнохозяйственного ущерба от нарушения электроснабжения

Ущерб от возможных внезапных перерывов электроснабжения (аварийных отключений) рекомендуется учитывать при технико-экономическом сравнении вариантов. Величина удельной стоимости компенсации ущерба от аварийных ограничений должна быть регламентирована государством. Удельные показатели ущерба от аварийных ограничений зависят от структурного состава потребителей (удельного веса промышленности, быта и сферы обслуживания, сельского хозяйства, транспорта и строительства) и степени их ограничения.

В настоящее время в России отсутствует рекомендованная регулирующими органами удельная стоимость компенсации ущерба от аварийных ограничений потребителей электроэнергии. В зарубежной практике удельная величина ущерба от внезапных ограничений принимается в диапазоне 2 – 4,5 долл./кВт·ч. В расчетах экономической эффективности стоимость ущерба от аварийных ограничений до ее официального установления Правительством России рекомендуется оценивать исходя из зарубежного опыта компенсации ущерба потребителям в размере 1,5 – 4 долл./кВт·ч. Эти данные являются усредненными и могут использоваться для ориентировочной оценки ущерба на случай аварийных перерывов (ограничений) электроснабжения в сети общего пользования с разным составом потребителей. При разработке схем внешнего электроснабжения рекомендуется пользоваться данными об ущербах, полученными у потребителя, или в специализированных проектных организациях или из других источников.

Пример 13.1

В линии электропередачи напряжением 0,4 кВ в период максимума нагрузки значение фазных токов составили: I_A = 200 А; I_B = 100 А; I_C = 90 А. Сеть выполнена проводом одинакового сечения по всей длине r₀₀ = r_0ф = 0,572 Ом/км, длина линии 500 м. Определить экономический эффект от равномерного распределения нагрузки по фазам, если стоимость потерянной энергии составляет 1,16 руб/кВт·ч, а число часов использования максимума нагрузки за год составило Т_м =3500 ч.

Решение: Определим среднее значение токов трех фаз (формула 13.11):

.

Коэффициент, характеризующий изменение потерь активной мощности (формула 13.10):

,

т.е. несимметрия фазных токов привела к увеличению потерь активной мощности в 1,15 раз (на 15%).

Потери активной мощности в симметричной системе при токе равном среднему значению токов всех фаз 130 А при длине отходящей линии 0,5 км составили бы (формула 2.27):

ΔΡ = 3·130²·0,42·0,5·10^-3=10,65 кВт.

Потери активной энергии из-за дополнительных потерь, вызванных несимметричной нагрузкой по фазам составят:

ΔΡ_несим = 1,15·ΔΡ = 1,15·= 12,25 кВт.

Время максимальных потерь (формула 2.25):

t = 0,69·3500–584 = 1831 ч.

Тогда годовые потери электроэнергии в линии составят (формула 2.24):

ΔW_{л несим} = 12,25·1831 = 22429 кВт·ч;

ΔW_л = 10,65·1831 = 19500 кВт·ч.

Экономия электроэнергии:

ΔW_э = 22429 – 19500 = 2929 кВт·ч.

Экономический эффект:

ΔИ = 1,18·2929 = 3456 руб.

Вопросы для самоконтроля к модулю 13

1. Напишите формулу определения приведенных затрат.
2. Напишите формулу определения срока окупаемости.
3. Что такое норма дисконта?
4. Назовите критерии оптимальности сравниваемых вариантов.
5. Что такое чистый дисконтированный доход?
6. Как учитываются при сравнении вариантов различные величины потерь энергии по вариантам?
7. Как рассчитать эффективность применения регулирующих напряжение средств?
8. Назовите основные условия сопоставимости вариантов.
9. Как определяются капиталовложения по вариантам?
10. Как определяются ежегодные расходы?