Экономика и управление народным хозяйством по отраслям и сферам деятельности 92 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2012 ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ НАРОДНЫМ ХОЗЯЙСТВОМ ПО ОТРАСЛЯМ И СФЕРАМ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ УДК 338.45:621.311:621.14(476) МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕ- ДРЕНИЯ ИННОВАЦИОННЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЭС1 (Часть первая) Докт. техн. наук, проф. КУЛАКОВ Г. Т.1), КРАВЧЕНКО В. В.2), канд. техн. наук МАКОСКО Ю. В.1) 1)Белорусский национальный технический университет, 2)Институт экономики НАН Беларуси 1 Работа выполнена при финансовой поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований. Автоматизация технологических процессов тепловых электрических станций (ТЭС) всегда требовала больших затрат. Особую актуаль- ность вопросы экономики автоматизации ТЭС приобрели в связи с использованием дорого- стоящих информационных и управляющих вы- числительных машин, требующих для своего обслуживания квалифицированного персонала. В условиях плановой экономики расчеты и обоснование экономической эффективности систем автоматизации ТЭС проводили на ос- нове «Типовой методики определения экономи- ческой эффективности капитальных вложений» с определением народнохозяйственного эффек- та, где в качестве основного показателя срав- нительной эффективности выступали приведен- ные затраты [1–3]. Методы расчета экономи- ческой эффективности оптимизации процесса регулирования температуры перегретого пара котельного агрегата изложены в [4–6]. В [7] приведен расчет экономической эффективности от внедрения системы автоматического управ- ления мощностью энергоблока № 1 Лукомль- ской ГРЭС. Результаты и затраты рассчитывали с учетом фактора времени. Вместе с тем мето- дика плановой экономики имела ряд сущест- венных недостатков: она не совсем полно учитывала интересы инвестора, наличие риска и неопределенности информации. В связи с вышеизложенным актуальным становится использование методов оценки эко- номической эффективности инвестиций, осно- ванных на современной международной и оте- чественной практике и учитывающих основные принципы оценки эффективности инновацион- ных разработок [8–10]:  сопоставление полезных результатов про- екта в стоимостной форме (доходов, прибыли) с альтернативными возможностями вложения инвестиций;  моделирование потоков продукции, ресур- сов и денежных средств, привязанных к кон- кретным временным периодам; Экономика и управление народным хозяйством по отраслям и сферам деятельности 93Наука Science & Technique техника, № 5, 2012 и  соизмеримость результатов путем дискон- тирования будущих поступлений разновремен- ных денежных средств с выбором ставки дис- контирования исходя из конкретных альтерна- тив вложения капитала;  определение интегральных результатов и затрат с учетом положительных и отрицатель- ных потоков денежных средств за расчетный период на базе основных составляющих техни- ческого, социального и экологического эффек- тов в стоимостном выражении;  учет неопределенности и рисков, связан- ных с осуществлением проекта. В зависимости от решаемой задачи проекты можно оценивать с позиции пользы для страны (национальная оценка), интересов предприятия (коммерческая оценка), отдельных участников проекта, авторов патентов, ноу-хау и т. д. Вместе с тем в республике до сих пор от- сутствует современная методика расчета эко- номической эффективности внедрения новых способов и устройств систем автоматического регулирования (САР) технологических процес- сов ТЭС, существенно влияющих на экономич- ность, надежность, долговечность, безопас- ность работы оборудования и уменьшение вы- бросов вредных веществ в окружающую среду, адекватная переходу к рыночным условиям хозяйствования. В [11] показана возможность значительного улучшения качества регулирования температу- ры перегретого пара за котлом как за счет ис- пользования новых способов оптимизации ти- повой системы автоматического регулиро- вания, так и посредством применения новых схемных решений. Реализация указанных тех- нических решений должна осуществляться по- средством внедрения новых (модернизирован- ных) систем автоматического регулирования. Экономическая эффективность внедрения нового уровня автоматизации теплоэнергетиче- ского оборудования на основе инновационных разработок (новые способы и устройства опти- мального управления технологическими про- цессами ТЭС) должна базироваться на срав- нении с исходным уровнем автоматизации до внедрения предлагаемых способов и устройств оптимального управления технологическими процессами. Таким образом, целесообразно ставить вопрос об определении экономического эффекта от внедрения новых (модернизирован- ных) САР, которые реализуют с использова- нием патентов, ноу-хау и иных возможных инновационных разработок. На практике в боль- шинстве случаев требуется оценка экономиче- ской эффективности проекта с позиции пред- приятия. Системный анализ реальных возможностей обеспечения экономического эффекта на ТЭС от внедрения нового уровня автоматизации на основе инновационных проектов показывает, что основными резервами могут быть:  повышение экономичности работы энерге- тического оборудования, в первую очередь за счет снижения удельного расхода топлива на выработку 1 кВт·ч электроэнергии и (или) на 1 Гкал тепловой энергии, т. е. за счет снижения себестоимости выпускаемой продукции;  увеличение долговечности (срока службы) энергетического оборудования и технических средств автоматизации;  повышение надежности работы энергети- ческого оборудования и самих технических средств автоматизации;  уменьшение выбросов вредных веществ в окружающую среду. К основным показателям эффективности инвестиционных проектов относят [8]: чистый дисконтированный доход (ЧДД, NPV) (инте- гральный эффект); индекс доходности (ИД, PI) (рентабельности) инвестиций (коэффициент эффективности проекта); внутреннюю норму доходности (ВНД, IRR); срок окупаемости ка- питаловложений – динамический (Тд) и стати- ческий (Тст). Для комплексного анализа эффективности инвестиций требуется расчет взаимосвязанных показателей: годовая экономия энергоресурсов в натуральном исчислении; исходные стоимо- стные показатели, критерии экономической эффективности технических решений. К исход- ным стоимостным показателям относят инве- стиционные затраты, годовой потенциал энер- госбережения при реализации проекта, эконо- мию текущих издержек (прирост прибыли) и доход от инвестиций. Для энергосберегающих проектов в качест- ве инвестиций выступают капиталовложения в приобретение, модернизацию и реконструкцию основных средств об соп ,K K K  (1) где Kоб – капиталовложения в оборудование, включая затраты на его приобретение и мон- таж; Kсоп – сопутствующие капиталовложения, включающие предпроизводственные расходы Экономика и управление народным хозяйством по отраслям и сферам деятельности 94 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2012 на прединвестиционные исследования, проек- тирование и разработку технико-экономиче- ского обоснования (ТЭО), нематериальные ак- тивы (приобретение лицензий, ноу-хау, патен- тов и т. д.), пр. При этом сметная стоимость строительно- монтажных работ (СМР) включает Ссмр = ПЗ + НР +ПН, (2) где ПЗ – прямые затраты, куда входят основная заработная плата персонала Зо, расходы на ма- териалы М и расходы Эм на эксплуатацию ма- шин и механизмов (ПЗ = Зо + М + Эм); НР – на- кладные расходы строительно-монтажной ор- ганизации; ПН – плановые накопления или нормативная сметная прибыль строительно- монтажной организации. Накладные расходы и плановые накопления для разных видов СМР рассчитывают по фор- мулам [8]: 1 о мНР 0,01α (З Э );  (3) 2 о мПН 0,01α (З Э ),  (4) где 1, 2 – соответственно норматив наклад- ных расходов и плановых накоплений, %. Годовой экономический эффект Эг от мо- дернизации САР технологических процессов на ТЭС в общем виде определяется суммарной экономией всех видов составляющих техниче- ского, социального и экологического эффектов от внедрения проекта в стоимостном исчисле- нии [2, 7], включая экономию ресурсов за счет уменьшения выбросов вредных веществ в ок- ружающую среду [12]: о с г η сн вм нед нто нтоЭ З З З З З З             о с А то на на тр а а слЗ З З З З ,K             У (5) где ΔЗη – стоимость сэкономленного топлива за счет изменения эксплуатационного КПД (кот- ла, турбинной установки или энергоблока); ΔЗсн – экономия энергии на собственные нуж- ды; ΔЗвм – изменение расхода вспомогательных материалов; ΔЗнед – экономия за счет изменения величины ущерба от недоотпуска энергии по- требителям; ΔЗонто – экономия за счет измене- ния надежности технологического оборудова- ния, отказ которого ведет к останову энерго- блока; ΔЗснто – экономия за счет изменения надежности технологического оборудования, отказ которого ведет к снижению нагрузки энергоблока; ΔЗона – экономия от изменения надежности аппаратуры регулирования, отказ которой приводит к останову энергоблока; ΔЗсна – экономия от изменения надежности ап- паратуры регулирования, отказ которой приво- дит к снижению нагрузки энергоблока; ΔЗтр – экономия от изменения трудозатрат на обслу- живание технологического оборудования и ап- паратуры автоматики; – экономия от из- менения затрат на амортизационные отчисле- ния и текущие ремонты аппаратуры автома- тики; А аЗ то аЗ – экономия от изменения затрат на амортизационные отчисления и текущие ре- монты технологического оборудования; ΔKсл – экономия затрат от изменения срока службы элемента, узла или агрегата; ΔУ – экономия от уменьшения ущерба, причиняемого годовыми выбросами загрязнений в окружающую среду. Проведенные исследования [7] показали, что существенную часть общей экономии от внедрения модернизированных систем автома- тического управления мощностью энергобло- ков, работающих в широком диапазоне измене- ния нагрузок от 30 до 100 %, составляют эко- номия от изменения надежности работы техно- логического оборудования, экономия за счет изменения КПД котельного агрегата и турбин- ной установки, экономия от изменения срока службы металла поверхностей нагрева парово- дяного тракта котла, экономия от изменения величины предотвращенного ущерба от недо- отпуска электроэнергии потребителям и топ- ливный эффект от сокращения длительности аварийного простоя энергоблока. Экономический эффект от изменения КПД котельного агрегата, обусловленный модер- низацией системы автоматизации процесса го- рения (регуляторы топлива, общего воздуха и разряжения), определяется изменением эксп- луатационных затрат на топливо ка η э т ка З ,W S    (6) где Wэ – отпущенное количество электроэнер- гии энергоблоком за год; Sт – средняя топлив- ная составляющая себестоимости полезноот- пущенной электроэнергии; ηка – эксплуатаци- онный КПД котельного агрегата; Δηка/ηка – относительное изменение КПД котельного аг- регата в результате модернизации САР процес- са горения. Экономика и управление народным хозяйством по отраслям и сферам деятельности 95Наука Science & Technique техника, № 5, 2012 и При этом численные значение Wэ и Sт при- нимают по данным годового отчета ТЭС, а для проектных расчетов определяют по следующим формулам: т э тоЦ ;S b (7) э у ном ,W h fN (8) где bэ – удельный расход условного топлива на производство электроэнергии; hу – число часов использования установленной мощности; f – коэффициент использования установленной мощности (Nср/Nном); Nном – номинальная на- грузка энергоблока. Изменение КПД котельного агрегата при переходе от базового к новому (модернизиро- ванному) варианту САР процесса горения обу- словлено уровнем колебаний расходов топ- лива и воздуха, приводящих к изменению ко- эффициента избытка воздуха в топке котла. При этом относительное изменение КПД котла при использовании твердого топлива рассчиты- вают по формуле [1] б н б нка α α α2 ка рр ( ) (α В B B AA D D D D B      ), (9) а для газомазутного котла б нка 2 ка р ( )В B B A D D B     б б н н 1 2 α α ка ( )[ ( ) ( , d d D D       )] (10) где б(н) 3 2( ) 0,05 0,21 0,49 0,4;         (11) м р б(н) α α α . D   (12) Здесь Bр – расход топлива при среднегодо- вой нагрузке; AB, Aα – соответственно коэффи- циенты нелинейности по расходу топлива и по коэффициенту избытка воздуха в топке котла; DB, Dα – соответственно средневзвешенные по нагрузке дисперсии случайных колебаний рас- хода топлива и коэффициента избытка воздуха в топке; d1, d2 – коэффициенты аппроксимации зависимости ηка = F(α); «б» и «н» – соответст- венно индексы базовой и новой САР; αм – оп- тимальное значение коэффициента избытка воздуха в топке, соответствующее максималь- ному значению КПД котла;  – относитель- ное отклонение коэффициента избытка воздуха в топке котла; р – значение коэффициента из- бытка воздуха в топке, соответствующее сред- негодовой нагрузке котла. Экономический эффект от модернизации регуляторов, поддерживающих температуру и давление перегретого пара перед турбиной, обусловлен изменением эксплуатационных за- трат за счет изменения относительного КПД турбинной установки туту э т б ту З ,W S    (13) где ту ту б 1 1б б 1ту ту ( [ ] [ ]). n n x i q K m x m x q       (14) Здесь m1, m2 – соответственно средневзве-шенное по нагрузке значение математического ожидания случайного процесса изменения дав- ления и температуры перегретого пара перед турбиной; – относительное изменение удельного расхода тепла через турбинную уста- новку; Kx – поправочный коэффициент к КПД турбинной установки на отклонение x-го тех- нологического параметра перед турбиной от его заданного значения, определяемый по дан- ным режимной диаграммы турбины. б ту/q q Например, для энергоблока мощностью 300 МВт Лукомльской ГРЭС до модерниза- ции энергоблоков эти коэффициенты были рав- ны [7]: пп 10,00033 ;СtK   вп 10,000185 ;СtK   (15) пп 10,0005 ;атаpK  вп 10,0008 ,атаpK  где индексы «t», «p» – соответственно темпера- тура и давление перегретого пара; «пп» – пер- вично перегретый пар перед турбиной; «вп» – вторично перегретый пар перед турбиной. При этом средневзвешенные по нагрузке зна- чения математических ожиданий случайных процессов m1[x] и m2[x] определяют по методи-ке, приведенной в [2]. Проведение расчетов с использованием фор- мулы (14) позволяет учесть изменение эконо- мичности турбинной установки, обусловленное отклонением технологических параметров от их Экономика и управление народным хозяйством по отраслям и сферам деятельности 96 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2012 заданных значений за счет различного качества не только динамической, но и статической на- стройки соответствующих САР энергоблока. Расчет увеличения срока службы поверхно- стей нагрева котла, относящегося к моменту внедрения модернизированной САР, в базовом и новом вариантах производят по формуле [1] нб сл сл б ψ 1 ,ψ        где Δτсл – увеличение срока службы поверхно- стей нагрева котла; – срок службы поверх- ностей нагрева базового варианта; ψб, ψн – со- ответственно отношение времен до разрушения б сл металла поверхностей нагрева базового и ново- го вариантов. Здесь срок службы поверхностей нагрева котла, остающегося в эксплуатации после внедрения модернизированной САР, рас- считывают по формуле б рб о сл к г ψ , 7000ψ h     (16) где τр – расчетное значение полного срока службы поверхностей нагрева; τо – фактическое (не календарное) время работы оборудования от начала эксплуатации до момента внедрения модернизированной САР; hг – среднегодовое время работы оборудования до внедрения но- вой САР; ψк – корректирующий коэффициент, зависящий от рабочего диапазона изменения температур металла и марки сталей (табл. 1). Таблица 1 Характеристики длительной прочности жаропрочных сталей ψк и b поверхностей нагрева котлов [1] Марка стали ψк Рабочий диапазон изменения температу- ры металла, K b 12Х1МФ 0,79 780–820 25400 ЭИ531 0,84 850–890 22000 12Х2МФСР 0,70 850–870 34500 1Х18Р12Т, 1Х18Н9Т 0,86 850–890 21000 Х16Н9М2 0,83 800–860 18400 ЭП184 0,93 870–890 15600 ЭИ756 0,71 850–860 33200 ЭИ993 0,75 760–800 27600 При расчетном значении полного срока службы металла поверхностей нагрева, равном 219000 ч, формула (16) примет следующий вид: бб о сл к г ψ31,286 .ψ h    (17) Отношение времен до разрушения металла поверхностей нагрева котла в функции случай- ных колебаний температуры металла и откло- нений последней от расчетного значения в обо- их вариантах определяют по формуле [2] б(н) 1 1 м, 2 2 м, 1ψ , 1 α [ ] α [ ]i i ia T a T      i (18) где 2 м 2 м, 1 м,α [ ] α [ ]i iT T    ;tD (19) ф р м, м, м, р м, ( ) ;ii i T T T T    i (20) м,iT – относительное изменение температуры металла i-го участка котла; – фактическое значение температуры металла i-го участка котла, K; ф м,iT 1 м,α [ iT ] – средневзвешенное по на- грузке котла относительное значение матема- тического ожидания случайного процесса м, ( );iT  мtD – средневзвешенное по нагрузке котла значение дисперсии относительных коле- баний температур металла i-го участка котла; a1i, a2i – коэффициенты, определенные характери-стиками длительной прочности сталей: 1 м, 2,3 ;i i ba T  (21) 1 1 2 ( 2) ; 2 i i i a aa  (22) р м,iT – расчетное значение температуры металла i-го элемента, узла или участка котла, которое рассчитывают по формуле р м, п, α2 λ0,5 273,i iT t t t      (23) b – вспомогательный коэффициент (табл. 1); tп,i – расчетная температура пара (среды) i-го участ- ка котла, °C; Δtα2, Δtλ – соответственно значе-ния перепадов температур от рабочей среды к стенке и в самой стенке (по данным тепломеха- нического расчета котла), K. При отсутствии непосредственного замера температур металла поверхностей нагрева кот- ла расчет ψ производят по результатам замера температур пара: Экономика и управление народным хозяйством по отраслям и сферам деятельности 97Наука Science & Technique техника, № 5, 2012 и б(н) 1 1 п, 2 2 п, 1ψ , 1 α [ ] α [ ]i i ia T a T      i (24) где п 2 2 п, 1 п, 2 п,о 2,1α [ ] α [ ] ti i ;DT T T    (25) ф р п, п, п, р п, ( ) ;ii i T T T T    i (26) 1 п,α [ iT ] – средневзвешенное по нагрузке котла относительное значение математического ожи- дания случайного процесса изменения темпера- туры пара во времени; пtD – дисперсия случай- ной величины изменения температуры пара; , фп,iT р п,iT – соответственно фактическое и рас- четное значения температуры пара i-го участка котла, K; iTп, – относительное изменение температуры пара i-го участка котла. При этом значения 1 м,α [ ],iT 1 п,α [ ]iT , мt D и пtD опреде- ляют по методике [2]. Проведенные исследования [5–7] показали, что даже незначительное увеличение отклоне- ния фактической температуры металла от рас- четной приводит к существенному уменьше- нию относительного времени до разрушения металла. При небольшой разности расчетного и фак- тического уровней температуры, не превы- шающей 3 °C, расчет отношения времен до раз- рушения металла поверхностей нагрева котла производят по формуле б(н) 1ψ , 1    (27) где 2 2 п,о 2,1 . ( 273) ,i t a D t    (28) Здесь несмещенную оценку дисперсии тем- пературы пара с учетом коэффициента исполь- зования САР определяют по формуле 2 2 а а р а(σ ) (σ ) (1 ),t t tD K   K (29) где Kа – коэффициент использования САР; σtа – среднеквадратичное отклонение температуры перегретого пара при работе i-й САР; σtр – среднеквадратичное отклонение температуры пара при работе котла без i-й САР. В Ы В О Д Разработана методика расчета экономиче- ской эффективности систем автоматического регулирования энергетических процессов теп- ловых электрических станций, учитывающая изменение экономичности, надежности, долго- вечности и экологичности работы теплоэнерге- тического оборудования и средств автоматиза- ции за счет внедрения инновационных техно- логий. (Продолжение следует) Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Временные методические указания по расчету тех- нико-экономической эффективности систем автоматизации технико-экономических установок (Системы автоматиче- ского регулирования энергоблоков в стационарном режи- ме работы. Технологические защиты) / Ю. Д. Остер-Миллер [и др.]. – М.: СЦНТИ, 1973. 2. Экономическая эффективность внедрения новых и усовершенствования действующих систем автомати- ческого регулирования на тепловых электростанциях / Г. Т. Кулаков [и др.] // Обзорная информация. Сер.: Энергетика и промэнергетика. – Минск: БелНИИНТИ, 1975. – 52 с. 3. Инструкция по определению экономической эффек- тивности использования новой техники, изобретений и ра- ционализаторских предложений в энергетике, утв. Минэнер- го 4 июля 1986 г. – М.: Минэнерго, 1986. – 65 с. 4. Кулаков, Г. Т. Методика расчета экономической эффективности автоматизации (оптимизации) процесса регулирования температуры перегретого пара котельного агрегата / Г. Т. Кулаков, Ю. П. Свирин // Энергетика… Изв. высш. учеб. заведений. – 1974. – № 9. 5. Свирин, Ю. П. К вопросу оптимизации системы регулирования температуры перегретого пара из учета надежности работы металла пароперегревателя / Ю. П. Сви- рин, В. А. Птичкин, Г. Т. Кулаков // Энергетика… Изв. высш. учеб. заведений. – 1972. – № 9. 6. Свирин, Ю. П. Определение влияния случайных колебаний температуры перегретого пара на долговеч- ность металла пароперегревателя / Ю. П. Свирин, Г. Т. Ку- лаков, В. А. Птичкин // Известия АН БССР. Сер. физ.- энерг. наук. – 1972. – № 3. – С. 66–70. 7. Кулаков, Г. Т. Теоретические основы экспресс- методов структурно-параметрической оптимизации сис- тем автоматического управления для повышения эффек- тивности использования теплоэлектростанций в перемен- ных режимах: автореф. дис. … д-ра. техн. наук / Г. Т. Ку- лаков. – Минск: БПИ, 1988. – 36 с. 8. Практическое пособие по выбору и разработке энергосберегающих проектов / под общ. ред. О. Л. Дани- лова, П. А. Костюченко. – М.: Технопринт, 2006. – 668 с. 9. Методические рекомендации по оценке стоимости и учету объектов интеллектуальной собственности в со- ставе нематериальных активов: утв. совместным прика- Экономика и управление народным хозяйством по отраслям и сферам деятельности 98 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2012 зом Государственного патентного комитета от 17 апреля 1998 г. № 20, Министерства экономики от 18 мая 1998 г. № 41, Министерства финансов от 20 апреля 1998 г. № 109, Государственного комитета по науке и технологиям от 22 апреля 1998 г. № 75. 10. Методические рекомендации по оценке эффек- тивности научных, научно-технических и инновационных разработок: утв. совместным постановлением НАН Бела- руси и ГКНТ от 03.01.2008 № 1/1. 11. Кулаков, Г. Т. Комплексная методика оптимиза- ции параметров динамической настройки регуляторов впрысков / Г. Т. Кулаков, М. Л. Горелышева // Энерге- тика… Изв. высш. учеб. заведений. – 2009. – № 3. – С. 59–66. 12. Жихар, Г. И. Тепловые электрические станции: укрупненный расчет котла, выбор тягодутьевых машин, охрана окружающей среды: учеб. пособие / Г. И. Жихар, Н. Б. Карницкий, И. И. Стриха; под ред. Н. Б. Карницко- го. – Минск: Технопринт, 2004. – 380 с. Поступила 29.02.2012