МЕТОДЫ ОБОСНОВАНИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА И ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И КОМПЛЕКСНЫХ ОБЪЕКТОВ
МЕТОД СРАВНИТЕЛЬНОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ
При обосновании строительства ГЭС и ГАЭС и выборе их параметров наибольшее распространение получил метод сравнительной экономической эффективности. Согласно этому методу, производится сравнение вариантов системы с гидроэнергетической уста-новкой и с заменяемой электростанцией. Оба варианта должны быть приведены к тожде-ственным условиям по электропотреблению и надежности электроснабжения. При ком-плексном использовании водных ресурсов должно соблюдаться тождество вариантов по всем видам продукции — электроэнергии, производству сельскохозяйственной продукции, грузообороту и т. д.
В общем виде условием применения метода сравнительной экономической эффектив-ности считается приведение всех рассматриваемых вариантов к тождественным условиям по количеству, качеству и срокам получения однородной продукции. Если сравниваются два варианта (1 и 2) с тождественным материальным эффектом, то вариант 1 с большими капиталовложениями считается экономически эффективным, если коэффициент сравни-тельной эффективности Е больше или в пределе равен нормативной величине Ен
В 6-7 допускается снижение Еи до 0,08 для гидроэнергетических объектов Крайнего Севера, а также для объектов, оказывающих большое влияние на развитие и размещение производительных сил, и для комплексных водохозяйственных объектов. При Еа = 0,12 каждый рубль дополнительных капиталовложений должен давать экономию ежегодных издержек не менее 12 коп., а при Еи = 0,08 — 8 коп. в год.
В расчетах необходимо учитывать фактор времени, в частности, при сроке строи-тельства более одного года надо учитывать потери от омертвления капитальных вложений в период строительства. При этом в формулу (6-5) подставляются приведенные к условиям строительства в один год капиталовложения К и ежегодные издержки И
Условие (6-5) с учетом потерь омертвления может быть переписано в виде соотно-шения приведенных затрат
При этом критерием оптимальности считается минимум приведенных затрат S3 по энергосистеме, а при комплексном использовании водных ресурсов по двум системам — электроэнергетической и водохозяйственной. Приведенные затраты подсчитываются с учетом потерь от временного омертвления капиталовложений в период строительства объектов и с учетом ввода агрегатов очередями. Для любой электростанции и для электроэнергетической системы приведенные в году т затраты можно определить по формуле (6-8) или (6-10)
Для определения затрат по системе составляются экономико-математические модели 0-4, гл. 12.
При комплексном использовании водных ресурсов учитываются разные значения нормативного коэффициента сравнительной эффективности в разных отраслях народного хозяйства. Если в комплексе участвуют s отраслей народного хозяйства, то
В предварительных расчетах можно производить непосредственное сопоставление приведенных затрат по проектируемой ГЭС или ГАЭС с заменяемой тепловой электро-станцией, но с обязательным учетом влияния их на другие электростанции системы. По заменяемой электростанции подсчет капитальных вложений и ежегодных издержек без топлива не представляет затруднений.
Определение экономии топлива в системе представляет большие трудности, так как при включении ГЭС и ГАЭС и заменяемой КЭС происходит разное изменение режима ра-боты других электростанций системы. Для определения удельной экономии топлива на 1 кВт-ч выработки энергии ГЭС и ГАЭС имеются специальные методические указания и номограммы 6-11.
В предварительных расчетах принимают экономию топлива на 1 кВт-ч выработки энергии ГЭС 0,25—0,35 кг, а для ГАЭС 0,12—0,15 кг условного топлива.
Если ГАЭС совместно с АЭС заменяют необходимую для системы полу пиковую КЭС, то экономия органического топлива получается весьма большой.
Упомянутое выше общее условие оптимальности 3 — минимум как при рассмотрении всей системы, так и при непосредственном сопоставлении ГЭС и ГАЭС с заменяемыми ТЭС сводится к условию:
Исходная информация на перспективу (размеры электропотребления, капвложения по электростанциям, стоимость топлива и т. д.) может быть получена лишь в некотором диапазоне. Для разных сочетаний этих показателей по минимуму приведенных затрат будет получен разный результат. Это приводит к образованию так называемой зоны неопределенности или зоны равноэкономичных решений. Внутри этой зоны можно выбрать вариант, по принципу последовательного доминирования критериев оптимальности. Первоначальная зона неопределенности получилась в предположении доминирования критерия минимума приведенных затрат. Следующими-по доминированию критериями могут быть социальный или природоохранный фактор, которые позволяют сузить зону неопределенности. В сокращенной зоне выбирают вариант по следующему критерию, например надежности электроснабжения, экономии трудовых ресурсов. Для раскрытия зоны неопределенности может быть применен метод многоцелевой оптимизации, который имеет и большое самостоятельное значение и со временем может заменить метод минимума приведенных затрат.
Выбранный вариант должен быть проверен на устойчивость при изменении исходной информации в заданных пределах.
Большое значение имеет сравнение вариантов по интегральным затратам трудовых, материальных и денежных ресурсов за длительный период. Как известно, на строительство ГЭС требуется значительно больше, а на эксплуатацию намного меньше людей, чем по тепловым электростанциям. По проектируемым объектам определяются трудозатраты нарастающим итогом за период строительства и последующей эксплуатации за обозримый ряд 20—30 лет. Разность этих данных по проектируемому и заменяемому объектам определит экономию или перерасход трудозатрат в динамике. Аналогичное сопоставление производится по сумме капитальных вложений и эксплуатационных издержек или по приведенным затратам. В 6-1 приведены сравнительные данные за 20 лет по построенным гидроэлектростанциям СССР и заменяемым тепловым электростанциям, которые давали бы гот же эффект мощности и обеспечивали бы то же потребление электроэнергии, что и гидроэлектростанции. По данным 6-1 за 20 лет с 1951 г. по 1970 г. в СССР на строительство гидроэлектростанции было затрачено 594 млн. чел.-дн. и на их эксплуатацию 116 млн. чел.-цн., а всего 710 млн. чел.-дн. Для заменяемых тепловых электростанций потребовались бы трудозатраты на строительство 331 млн. чел.-дн. и эксплуатацию 1166 млн. чел.-дн., а всего 1497 млн. чел.-дн. По этим данным гидроэлектростанции дали экономию суммарных трудозатрат в размере 787 млн. чел.-дн. За этот же период экономия топлива определена в 350 млн. т условного топлива.
В эксплуатационных условиях, когда капитальные вложения не меняются, критерием оптимальности считается минимум ежегодных издержек по водохозяйственной и энергетической системам совместно. При энергетическом использовании водотока крите-рием оптимальности в эксплуатационных условиях считается минимум ежегодных издер-жек по энергосистеме. Этот критерий обычно сводится к минимуму стоимости топлива по системе при соблюдении баланса энепгии и мощности.
МЕТОД МНОГОЦЕЛЕВОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
Метод многоцелевой оптимизации позволяет определить оптимальное сочетание достижения нескольких целей — экономических, социальных, природоохранных и т. п. Минимизация приведенных затрат является одной и во многих случаях главной целью.
Оптимальный вариант выбирается по максимуму комплексною показателя эффектив-ности, значение которого в простейших случаях определяется по формуле
Наибольшие трудности представляет оценка важности цели. Значение гу для разных целей молено назначить экспертным путем, для чего имеются соответствующие методы. Степень достижения цели, т. е. численное значение определяется сравнительно просто 0-4.
ОБЩАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ КАПИТАЛЬНЫХ ВЛОЖЕНИЙ
Общая экономическая эффективность определяется для оценки планов капитального строительства по отрасли, объединению или отдельному предприятию, объекту и т. п. Для действующих объектов общая экономическая эффективность определяется как отношение годовой прибыли к среднегодовым фондам (основным и оборотным). Для проектируемых объектов показателем общей экономической эффективности считается коэффициент рентабельности Эр. Его значение определяется как отношение прибыли к капитальным вложениям, включая средства на оборотные фонды,
Полученное значение коэффициента рентабельности сравнивается с нормативным или плановым значением. В электроэнергетике стоимость отпущенной электроэнергии подсчитывается по тарифу. В расчетах применяется следующая формула:
В случае несовершенства тарифа при определении дохода пользуются замыкаю-щими затратами на электроэнергию 6-9.
Способы определения экономической эффективности должны совершенствоваться как в отношении методологии, так и учета маневренных свойств электростанций. Например, необходимо решить вопрос об определении рентабельности приведенных капитало-вложений К. Фактор времени при этом можно учесть, пользуясь формулой (6-6). Анало-гично (6-7) можно получить зависимость для подсчета приведенной прибыли
ГЭС или ГАЭС, выбранные по методу минимума приведенных затрат или по мак-симуму комплексного показателя эффективности Е, проверяются по показателю общей экономической эффективности с целью выяснения эффективности их функционирования в условиях хозрасчетной практики.
Отметка нормального подпорного уровня (НПУ) считается основным параметром гидроузла, определяющим: параметры всех его гидротехнических сооружений; площади затопления и подтопления; объем водохранилища; напор; установленную мощность, выработку энергии гидростанции и т. д. При выборе отметки НПУ должно соблюдаться условие, что для каждого варианта НПУ на основе предварительных расчетов приняты наивыгоднейшие: глубина сработки водохранилища, установленная мощность ГЭС и режим регулирования стока. Изменение отметки НПУ проектируемого гидроузла оказывает существенное влияние на другие гидроузлы каскада. При повышении отметки НПУ уменьшается напор, мощность и выработка энергии находящегося в подпоре верхнего гидроузла. Если верхние гидроузлы еще не построены, то значительное изменение отметки НПУ данного гидроузла может потребовать перенесения створов и изменения подпорных отметок ближайшего или нескольких других верхних гидроузлов. Повышение НПУ обычно увеличивает регулирующий объем водохранилища, что влечет за собой улучшение энергетических показателей нижерасположенных гидроузлов каскада — увеличиваются их зарегулированные расходы воды, мощности и выработка энергии. Исключительно сложные проблемы возникают при защите от затопления крупных городов, переносе промышленных предприятий и строений из зоны затопления, защиты от затопления или восстановление в других районах затапливаемых сельскохозяйственных угодий и т. п. Удовлетворительное решение таких сложных вопросов может быть получено только в результате глубокого и всестороннего анализа с обязательным учетом требований охраны и улучшения условий окружающей среды и санитарных требований. В расчетах с применением ЭВМ можно по минимуму целевой функции определить совместно наивыгоднейшие подпорные отметки всех гидроузлов каскада. Обычно целевую функцию записывают в виде 3 минимум.
При обосновании НПУ каскада гидроузлов необходимо учитывать взаимно зависи-мость параметров гидроузлов, влияние НПУ на водноэнергетические показатели гидроузлов и экономические показатели заменяемых объектов, динамику развития электро-энергетических и водохозяйственных систем, определить очередность строительства гидроузлов и условия первоначального наполнения крупных водохранилищ. Основы соответствующих расчетов даны в 0-4, с. 146—150. Hиже приводятся общие зависимости для обоснования НПУ гидроузла каскада при энергетическом и комплексном использовании водных ресурсов.
В предварительных расчетах намечают ряд вариантов НПУ и для каждого повы-шения отметки определяют увеличение затрат по системе при включении гидроузла АЗГ, затрат по другим гидроузлам каскада АЗкас и затрат по системе с заменяемой, обычно конденсационной, электростанцией Д33 э. В значения ДЗГ и АЗзэ входят дополнительные затраты по линиям электропередач и подстанциям. В расчет вводятся также затраты АЗг_доп и А3З Д0П — по дополнительным объектам или мероприятиям для выравнивания энергетического эффекта при включении в систему ГЭС и заменяемой КЭС. Необходимо учитывать, что увеличение зимних зарегулированных расходов, происходящее при повы-шении НПУ и увеличении объема водохранилища, обычно позволяет повысить пиковую мощность ГЭС, а следовательно, и пиковый расход воды. В ряде случаев это влечет за со-бой значительное повышение уровней воды в нижнем бьефе в зимний период, что может вызвать ущерб для предприятий и коммунального хозяйства. В таких случаях в нижнем бьефе приходится предусматривать соответствующие мероприятия (сооружать оградительные дамбы, переустраивать водозаборы насосных станций и т. п.). Соответствующие затраты по нижнему бьефу должны быть включены в ДЗГ. По нижним гидроузлам могут оказаться целесообразными затраты ДЗкас по увеличению их установленной мощности, обусловленной увеличением зарегулированного расхода водохранилищем рассматриваемого гидроузла. При этом в ДЗкас включаются также затраты по увеличению пропускной способности линий электропередач и расширению подстанций. Экономия затрат по этим узлам может получиться, например, по водосбросам при уменьшении сбросного расхода воды из водохранилища рассматриваемого гидроузла. При экономии затрат перед ДЗкас ставится знак минус.
При определении значения &33 учитывается, что увеличение мощности и выработки энергии каскада ГЭС позволяет уменьшить мощность и выработку энергии ТЭС системы, например заменяемой КЭС, и соответственно определяется экономия затрат А33. После-довательное повышение отметки НПУ производится до тех пор, пока при сравнении двух смежных отметок не получится равенство приращения затрат
Дальнейшее повышение отметки НПУ экономически нецелесообразно, так как до-полнительные затраты по данному и другим гидроузлам каскада будут больше экономии затрат по заменяемой электростанции.
При комплексном использовании водотока при повышении подпорной отметки гидро-узла происходит увеличение затрат АЗк по гидроузлу со всеми его отраслевыми сооружениями (гидростанции, судоходному шлюзу, водозабору для орошения и т. п.). В.ДЗК включаются затраты и вычитается их экономия по всем сопутствующим сооружениям (линии электропередачи, насосным станциям для орошения и водоснабжения, магистральному ирригационному каналу, пристаням и т. п.). По заменяемым объектам происходит эко-номия затрат, которую представим в виде двух составляющих: 1) по заменяемым ТЭС с их линиями электропередачи АЗ3 э и 2) по заменяемым объектам всех остальных участников комплексного использования водных ресурсов ДЗСМ. Подсчет экономии затрат произво-дится, исходя из условия, что при всех отметках НПУ потребитель должен получить оди-наковое количество продукции, например продукции сельского хозяйства, электрической энергии и т. д. Для выравнивания эффекта по всем водопотребителям и водопользователям в общем случае в варианте ВХК приходится предусматривать дополняющие объекты или мероприятия, что потребует увеличения затрат на АЗкдоп. Соответственно в заменяемый вариант включается А33 доп. Если повышение подпорной отметки крупного гидроузла влечет за собой изменение в размещении промышленности и объектов других отраслей народного хозяйства, то в формулах (6-19) и (6-20) должно учитываться изменение затрат по всем этим объектам. Отметка НГ1У считается экономически обоснованной, если при последнем малом повышении НПУ соблюдается практическое равенство
Окончательный выбор подпорной отметки при энергетическом и особенно комплекс-ном использовании водотока должен производиться на основании всестороннего учета всех факторов, включая социальные, приротоохранные, оборонные, надежность водо- и электроснабжения, качество воды и электроэнергии и т. п.
Необходимо учитывать, что при энергетическом и при комплексном использовании водных ресурсов стоимостные показатели по ГЭС, комплексу и заменяемому вариантам, динамика развития и расчетные уровни водо- и электропотребления могут быть заданы в некотором диапазоне. При разных значениях этих факторов будет получаться разные отметки НПУ. Таким образом получается зона равнсэкономичных отметок НПУ, т. е. зона неопределег ности. Внутри этой зоны можно выбрать НГ1У по методу многоцелевой оптимизации или по методу абсолютного доминирования. Зона получилась при минимизации приведенных затрат. Далее надо проанализировать отметки внутри этой зоны по социальным, природоохранным последствиям и т. д. Иногда по особым соображениям, например но условиям сохранения расположенных выше гидроузлов крупных городов или особо пенных сельскохозяйственных угодий, приходится принимать более низкую отметку, чем это получается по зависимостям (6-19) и (6-20).