Экономическая специфика и расчёт основных показателей экономической эффективности ВИЭ

Вопрос экономической эффективности или неэффективности использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) поднимается часто. Основной показатель, используемый в дискуссиях по этому вопросу, — стоимость единицы (например, 1 кВт·ч) произведённой энергии при производстве энергии на основе ископаемых энергоносителей и при использовании ВИЭ. Существуют различные оценки, но вначале отметим, что это интегральный показатель, и кратко остановимся на исходных составляющих, из которых он складывается.

Прежде всего выделяются две основные группы затрат:
1. Инвестиционные затраты (инвестиции, капиталовложения) — на строительство объекта. Основная часть инвестиционных затрат, как правило, приходится на оборудование, строительство зданий и сооружений, приобретение земельного участка, создание инфраструктуры.
2. Операционные затраты (эксплуатационные затраты, текущие затраты) — связанные уже непосредственно с выпуском продукции — в нашем случае, с выработкой электроэнергии на уже построенной электростанции. Это затраты на сырье, материалы и комплектующие для производства продукции, оплату труда персонала, разного рода сопутствующие затраты и платежи.

В свою очередь, операционные затраты разбиваются на следующие группы:
2.1. Постоянные затраты, не зависящие от объёмов производства продукта, которые необходимо нести даже при отсутствии производства продукта.
2.2. Переменные затраты, зависящие от объёмов производства продукта, увеличивающиеся с ростом объёмов производства и уменьшающиеся при их снижении.

В структуру постоянных затрат обычно входит существенная часть затрат на оплату труда управленческого персонала, обслуживание оборудования, охрану и обеспечение безопасности предприятия. В структуру переменных затрат входят, прежде всего, сырье, материалы и комплектующие для производства продукции, значительная часть затрат на оплату труда основного производственного персонала. Основное и достаточно очевидное различие в структуре затрат между станциями на ископаемом сырье и на ВИЭ в том, что в первом случае переменные затраты будут высоки, во втором — практически отсутствовать.

Существенную долю затрат при работе станций на ископаемом сырье составляет исходный энергоноситель — газ, нефть, уголь, ядерное топливо. Его стоимость может составлять до 80 % и выше от всех операционных затрат предприятия, при этом резко меняться в зависимости от конъюнктуры цен на энергоносители. В случае с возобновляемыми источниками энергии (за исключением станций, работающих на биоресурсах) исходное сырье — воздух (ветер), солнечная энергия, текущая вода или приливные волны, геотермальная энергия и т.д., можно считать бесплатным или «условно бесплатным».

В этом на данный момент главное экономическое преимущество ВИЭ, позволяющее говорить об их большей экономической эффективности в долгосрочном плане.

В то же время, есть и недостатки, обусловленные прежде всего также самой природой энергоносителя — низкопотенциального (с низкой плотностью энергии, приходящейся на единицу площади) и недостаточно стабильного. Режим солнечного освещения резко меняется в течение суток и сезонов, изменения скорости ветра может быть просто непредсказуемой, и даже изменения речного стока могут быть резкими и не всегда прогнозируемыми.

На практике это означает отчуждение больших площадей, в частности, для строительства солнечных (СЭС) и ветростанций (ВЭС), большой расход материалов и комплектующих в пересчёте на единицу установленной мощности и, в дальнейшем, произведённой энергии, дополнительные затраты на аккумуляцию энергии и балансирование системы, особенно если речь идёт об автономной (изолированной) станции (рис. 1).

Экономика возобновляемой энергетики в мире и в России . 9/2017. Фото 1

В итоге это выливается в более высокие инвестиционные затраты и впоследствии — в несколько более высокие постоянные операционные затраты. Именно инвестиционная составляющая ведёт к снижению ценовой конкурентоспособности ВИЭ в целом.

Запуск электростанции на ВИЭ практически всегда существенно дороже, чем запуск станции на ископаемом сырье, вырабатывающей то же количество энергии. Однако далее обслуживание (операционные затраты) для станции на ВИЭ практически всегда дешевле из-за отсутствия затрат на энергоносители и, чем выше цены на ископаемое энергетическое сырье, тем больше преимуществ получают ВИЭ.

Теоретически станция на ВИЭ всегда — раньше или позже, окупится относительно станции на ископаемом топливе, практически же срок окупаемости может превысить срок службы оборудования, то есть окупаемость просто не успеет наступить, даже если речь идёт о простом, а не дисконтированном сроке окупаемости.

Снижение инвестиционных затрат для ВИЭ является вопросом научно-технического прогресса, развития технологий, позволяющих более полно и с меньшими затратами использовать естественные энергетические потоки. В последние десятилетия здесь достигнуты впечатляющие результаты, прежде всего в солнечной энергетике, где инвестиционные затраты снизились в несколько раз (хотя они остаются выше, чем у ветроэлектростанций). Тем не менее, на данный момент они в среднем остаются выше или даже существенно выше по сравнению с затратами на строительство электростанций на ископаемом топливе.

Обычно при сравнении экономической эффективности в открытых источниках даются относительные показатели — затраты на единицу установленной мощности и на единицу выработки электроэнергии. Однако, для лучшего понимания реальной экономической составляющей, важно перевести это на язык абсолютных цифр, что мы и сделаем ниже.

Подробно экономические аспекты, включая инвестиционные затраты, рассматриваются также в [2].

В данном случае для иллюстрации сопоставим показатели экономической эффективности для трёх наиболее «ходовых» типов электростанций, использующих невозобновляемые и возобновляемые источники энергии — «обычную» теплоэлектростанцию (ТЭС) на газе, ветростанцию на суше (ВЭС) и солнечную фотовольтаическую (СЭС) станцию (табл. 1), используя данные US EIA для США:
- о расчётных инвестиционных, постоянных и переменных операционных затратах, от 2012 года для электростанций, вводимых в действие в 2013 году;
- о расчётных выровненных затратах на электроэнергию для нового поколения мощностей, вводимого в 2019 году.

Экономика возобновляемой энергетики в мире и в России . 9/2017. Фото 2

Видно, что инвестиционные затраты в расчёте на единицу установленной мощности у ВЭС и ТЭС заметно выше. Если же говорить об общих инвестиционных затратах, разница будет ещё выше, при этом существенно. Если мы исходим из того, что станция на ВИЭ должна вырабатывать столько же электроэнергии, сколько и ТЭС, мы должны брать в расчёт коэффициент использования установленной мощности (КИУМ) разных типов станций. Мы видим, что у газовой ТЭС он составит 87 %, к ВЭС — 35 %, у СЭС — 25 %. При данном КИУМ, газовая ТЭС (в нашем примере — мощностью 620 МВт) произведёт в год электрическй энергии: 620 МВт × 8760 ч × 87 % = 4725 ГВт·ч.

Для годовой выработки того же количества электроэнергии на станциях, использующих ВИЭ, с учётом КИУМ, потребуется возвести:
620 МВт × 87 % / 35 % = 1541 МВт ВЭС
и: 620 МВт × 87 % / 25 % = 2157 МВт СЭС.

Таким образом, общие инвестиционные затраты составят: 
для газовой ТЭС — 620 МВт × $ 917 тыс. / 1 МВт = $ 569 млн;
для ВЭС — 1541 МВт · $ 2213 тыс. / 1 МВт = = $ 3411 млн (на $ 2842 млн выше);
для СЭС — 2157 МВт · $ 3873 тыс. / 1 МВт = = $ 8356 млн (на $ 7788 млн выше).

Далее ВЭС или СЭС будут давать положительный экономический эффект за счёт менее высоких переменных операционных затрат.

Параллельно мы можем примерно рассчитать цены на газ, заложенные в показатели переменных затрат по газовой ТЭС. Собственно, затраты на топливо составляют: 0,05 – 0,004 = $ 0,046 за 1 кВт·ч.

Исходя из того, что на выработку 1 кВт·ч уходит примерно 0,3 м³ газа, стоимость 1 м³ газа составит: 0,046 / 0,3 = $ 0,15 за 1 м³ или $ 150/1000 м³, или при курсе рубля 55,0 — 2,72 руб/м³. В случае с газовой ТЭС постоянные операционные затраты составят $ 13,2 на 1 кВт установленной мощности в год или всего:
$ 13,2 × 620 000 МВт = $ 8 млн в год.

Суммарные переменные затраты при годовой выработке 4725 ГВт·ч составят:
$ 0,05 × 4725 ГВт·ч = $ 236 млн в год.

Суммарные операционные затраты для газовой ТЭС составят: $ 8 + $ 236 = $ 244 млн в год.

Сравним их с суммарными операционными затратами (включающими только постоянные) ВЭС, вырабатывающей то же количество энергии: $ 39,55 / 1 кВт × 1541 МВт = $ 61 млн.

Таким образом, превышение инвестиционных затрат на строительство ВЭС над газовой ТЭС составляют:
$ 3411 млн – $ 569 млн = $ 2842 млн.

В свою очередь, ежегодная экономия на операционных затратах ВЭС по сравнению с газовой ТЭС составит: $ 244 млн – $ 61 млн = $ 183 млн.

Отсюда можно вычислить простой срок окупаемости ВЭС относительно ТЭС: $ 2842 млн / $ 183 млн в год = 15,5 лет.

Аналогичные расчёты можно провести и для СЭС — в данном случае простой срок окупаемости составит 40,7 лет (табл. 2). В этом случае срок окупаемости рассматривается без учёта дисконтирования. При введении в расчёты ставки дисконтирования всего 5 % (заведомо заниженная величина для проектов такого рода) срок окупаемости ВЭС вырастет до примерно 30 лет, а СЭС — до величины порядка нескольких тысяч лет, что делает рассмотрение лишённым смысла.

Экономика возобновляемой энергетики в мире и в России . 9/2017. Фото 3

Из этого примера следует, что станции на ВИЭ, безусловно, до сих пор требуют в большинстве случаев существенных мер поддержки. Окупаемость в течение нескольких десятков лет, как правило, не является для частного инвестора привлекательной. Серьезным препятствием являются и высокие инвестиционные затраты как таковые. В связи с этим более эффективной будет поддержка именно на инвестиционной стадии, связанная с компенсацией инвестиционных затрат, и, в меньшей степени, определённые льготы, связанные с тарифным и налоговым режимом уже на эксплуатационной стадии, что в сущности можно сказать про любой инвестиционный проект.

На основе данных табл. 1 мы можем рассчитать и выровненные затраты на единицу произведённой энергии (Levelized Costs of Energy, LCoE). Это все затраты, включая инвестиционные и операционные, равномерно распределённые на некотором интервале времени, составляющем жизненный цикл станции (обычно в интервале 20–40 лет).

Рассмотрим их на 30-летнем интервале (табл. 3). За это время каждая станция произведёт 141,7 млн МВт·ч (141,7 млрд кВт·ч) электроэнергии.

Экономика возобновляемой энергетики в мире и в России . 9/2017. Фото 4

Для газовой ТЭС инвестиционные затраты на 1 кВт·ч составят: $ 569 млн / 141,7 млрд кВт·ч = $ 0,004.

Постоянные операционные затраты $ 8 млн в год при годовом производстве электроэнергии 4725 млрд кВт·ч в пересчёте на 1 кВт·ч составят: $ 8 млн / 4725 млрд кВт·ч = $ 0,002.

Переменные затраты (не требующие трансформации и уже выраженные в $ / кВт·ч) составляют $ 0,05. Таким образом, общие выровненные затраты составят: $ 0,004 + $ 0,002 + $ 0,05 = $ 0,056, то есть 5,6 центов/кВт·ч или по курсу 55,0 — 3,08 руб/кВт·ч.

Отметим, что в общей структуре выровненных затрат доля инвестиционной составляющей для ТЭС составила всего 7,1 %, тогда как для ВЭС и СЭС — 64,9 и 84,3 %, соответственно.

Это упрощённый расчёт, в более полном виде формула расчёта выровненных затраты может выглядеть так [1]:

Экономика возобновляемой энергетики в мире и в России . 9/2017. Фото 5

где LEC (Levelized Energy Costs) — выровненные затраты за данный период; It — инвестиционные затраты в год t; Mt — эксплуатационные и ремонтные затраты в год t; Ft — затраты на топливо в год t; Et — объём производства энергии в год t; r — ставка дисконтирования денежных потоков; n — продолжительность данного периода (жизненного цикла генерирующей станции), лет.

Отметим также, что показатель выровненных затрат на определённом (и достаточно длительном) интервале времени даёт определённое представление об общих экономических параметрах. В то же время это весьма «сглаженный» показатель, не дающий представления о динамике затрат во времени. Так, в нашем примере выровненные затраты на 30-летнем интервале для ВЭС оказываются существенно ниже, чем для углеводородной ТЭС, что, однако, совсем не означает однозначной целесообразности инвестиционного решения в пользу ВЭС.

По выровненным затратам большой массив данных приводит Международная ассоциация возобновляемой энергетики (International Renewable Energy Association, IRENA). Средние мировые величины выровненных затрат, по данным этой организации, варьируются в очень широком диапазоне (табл. 4).

Экономика возобновляемой энергетики в мире и в России . 9/2017. Фото 6

По этим данным (результаты расчётов, представленных в табл. 3, укладываются в данный диапазон, а в случае с ВЭС на суше полностью совпадают со средним показателем) мы видим, что на данный момент средние затраты на производство электроэнергии остаются наименьшими у станций, работающих на ископаемом углеводородном сырье. В то же время, в ряде случаев дешевле оказываются станции на ВИЭ, а диапазон затрат на производство единицы энергии у них очень широк. В частности, затраты для фотовольтаических СЭС могут различаться в пять раз, для ВЭС на суше — почти в шесть раз.
Источник: https://www.c-o-k.ru/articles/ekonomika-vozobnovlyaemoy-energetiki-v-mire-i-v-rossii