Эффективность энергетичнеской плантации

1.

Эффективность
энергетических плантация
Подготовил: Пшеничных А.А._МИС-24-1

2.

От костра к плантации — почему древесина
снова в строю?
С древнейших времён человек отапливал свои жилища
дровами. Древесина была первым и долгое время —
единственным источником энергии для обогрева,
приготовления пищи и ремёсел. Лишь в XIX веке, с началом
промышленной революции, её постепенно вытеснил уголь, а
в середине XX века — нефть и природный газ. Казалось, эпоха
дров окончательно ушла в прошлое.
Однако в 1970-х годах произошёл поворот. Мировой
нефтяной кризис показал: зависимость от ископаемого
топлива — это не только дорого, но и рискованно. А к концу
XX века к экономическим вызовам добавились экологические:
рост выбросов парниковых газов, загрязнение окружающей
среды, истощение невозобновляемых ресурсов. В этот
момент человечество вновь обратило взор к биомассе —
возобновляемому, локальному и экологически более
безопасному источнику энергии.

3.

Почему до сих пор нет «рецепта» для
энергетических плантаци?
Несмотря на очевидные преимущества биотоплива —
возобновляемость, локальность, снижение зависимости от
импорта и меньшее воздействие на климат — его широкое
внедрение в России сталкивается с серьёзным барьером:
отсутствием комплексных, практических инструментов
оценки эффективности.
До сих пор исследования в этой области были
разрозненными. Одни учёные изучали, как быстро растёт
тополь. Другие — какие машины лучше использовать для
рубки. Третьи — как хранить щепу. Но почти никто не пытался
собрать все эти звенья в единую цепочку и ответить на самый
важный вопрос для любого муниципалитета или инвестора:
«Сколько это будет стоить — от первой посаженной
ветки до последней тонны топлива в котельной? И
окупятся ли вложения?»

4.

Что такое модель функционирования
энергетических плантаций?
По сути, это экономический калькулятор, система расчётов,
которая имитирует реальную жизнь энергетической плантации от
«поля до котельной».
Главная цель модели — минимизировать приведённые затраты на
обеспечение населённого пункта тепловой энергией. То есть
найти такой вариант, при котором общая стоимость отопления
будет минимальной — будь то за счёт собственного биотоплива,
покупного угля или их комбинации.
Модель объединяет три больших блока:
1. Потребность в тепле — «Сколько нужно?»
2. Возможности плантации — «Сколько можно произвести?»
3. Экономика проекта — «Сколько это стоит?»

5.

Блок 1. Сколько нужно?
Всё начинается с простого вопроса: сколько тепла требуется посёлку в
год? Ответ зависит от:
• общей жилой площади,
• климатических условий (насколько холодно и как долго зима),
• качества утепления зданий.
Модель использует уточнённые климатические данные — не просто
«средняя температура», а интегральную разность температур за
отопительный период. Это позволяет рассчитать потребность в
тоннах условного топлива (т.у.т.) с высокой точностью.
Формула:
Здесь Gg — годовой удельный расход теплоты на отопление 1 м2
площади, т у.т.;
A — норматив жилищной обеспеченности, м2/чел.;
n — численность населения, тыс. чел.
Годовой расход теплоты на отопление 1 м2
площади жилых
зданий определяется по формуле:

6.

Блок 2. Сколько можно произвести?
Если мы знаем, сколько нужно топлива, следующий шаг — понять,
какую площадь нужно отвести под плантацию.
Энергетические плантации работают по принципу севооборота:
территория делится на сектора (обычно 3–5), и каждый год рубят
один сектор, давая остальным расти. Это обеспечивает равномерное
поступление топлива из года в год.
Продуктивность плантации зависит от:
вида дерева (для России — тополь),
плотности посадки,
климата и почвы.
Модель считается через площадь сегмента энергетической
плантации. Площадь, которой считается по формуле:
где Q — объем годовой потребности в топливе, т у.т.; b
— продуктивность энергетической плантации, т у.т./км2
за период времени t
Площадь энергетической плантации определяется как:
где S — площадь одного сектора
энергетической плантации,
t — число секторов плантации (равно
числу лет выращивания
древесины для последующего
сжигания).

7.

Блок 3. Сколько это стоит?
Здесь модель проявляет себя в полной мере. Она не просто считает «средние» затраты, а разбирает всю цепочку по статьям:
Капитальные вложения (I) — разовые расходы на запуск:
строительство дорог (магистральных и полевых) (IR),
закупка техники (тракторов (IT), грузовиков (IC), рубильных машин (IF), машины для посадки саженцев (IL),
строительство складов (IS) и парников для выращивания саженцев (IG).
Текущие расходы (CО) — ежегодные затраты на функционирование:
оплата труда рабочих и водителей (CS),
топливо и смазочные материалы (CD)
Основным расчетным показателем экономической эффективности биотоплива с
энергетической плантации в модели является показатель приведенных затрат,
рассчитываемый по формуле:
где En — коэффициент эффективности капиталовложений.
CO(x) - среднегодовые текущие затраты
I(x) - капитальные вложения (инвестиции)

8.

Капитальные вложения (I): «Сколько нужно
вложить, чтобы начать?»
Дороги (IR).
Магистральные дороги — от посёлка до центра
плантации,
Полевые (ветвевые) дороги — внутри самой плантации.
Расчитывается по формуле
Расположение дорожной сети
где pm — стоимость строительства 1
км грузосборочной магистрали, млн
руб.; ph — стоимость строительства 1
км постоянных дорожных веток, млн
руб.; lm — длина грузосборочной
магистрали, км; lh — длина
дорожных веток, км.
на энергетической плантации.
Длина дорог зависит от формы и размера плантации.
Круг требует меньше дорог, чем вытянутый участок.

9.

Капитальные вложения (I): «Сколько нужно
вложить, чтобы начать?»
Машины для посадки саженцев(IL).
Объем инвестиций, требуемых для приобретения
машин для посадки саженцев, определяется по
формуле
где x — плотность посадки саженцев,
шт./км2 ; l IL — производительность машины
для посадки саженцев, шт./ч; wIL — число
рабочих часов машины за посадочный
период, ч; pIL — цена одной машины
для посадки саженцев, млн руб. Выражение
в [] — округление вверх до целого числа
(нельзя купить «полмашины»).

10.

Капитальные вложения (I): «Сколько нужно
вложить, чтобы начать?»
Рубильные машины (IF).
Для переработки древесины в щепу используются специальные
процессоры (например, RCA-380). Количество машин
определяется объёмом заготовки и производительностью
техники:
где Q — годовая потребность в топливе, м3 ; l IF — производительность
процессора для рубки дров, м3/ч; wIF — число рабочих часов процессора за заготовительный период, ч; pIF — цена одного процессора
для рубки дров, млн руб.

11.

Капитальные вложения (I): «Сколько нужно
вложить, чтобы начать?»
Тракторы (IT).
Используются для обработки почвы, посадки и ухода.
Минимальное количество определяется либо площадью
плантации, либо объёмом рубки — в зависимости от того, что
требует больше техники:
где pIT — цена одного трактора, млн руб.

12.

Капитальные вложения (I): «Сколько нужно
вложить, чтобы начать?»
Затраты на грузовые автомобили (IC ).
Это одна из самых значимых статей. Грузовики необходимы для вывоза щепы с
поля на склад и далее — в котельную. Количество автомобилей зависит от
годового объёма перевозок, грузоподъёмности машин и средней длины
маршрута.
Объем инвестиций, требуемых для
приобретения грузовых
автомобилей, определяется по
формуле:
где Q — потребность в топливе, м3 ; l IС —
средняя скорость автомобиля, км/ч; wIС — число часов
транспортировки, ч; q — объем кузова
автомобиля; м3 ; pIС — цена одного
автомобиля, млн руб.

13.

Капитальные вложения (I): «Сколько нужно
вложить, чтобы начать?»
Затраты на склады (IS ).
Биомасса не может сразу поступать в котельную — её необходимо хранить.
Объём склада пропорционален годовой потребности в топливе и сичтается по
формуле:
где pIS — стоимость строительства 1
м3 склада, млн руб.

14.

Капитальные вложения (I): «Сколько нужно
вложить, чтобы начать?»
Затраты на парники (IG )
Для выращивания высококачественных саженцев тополя требуется закрытый
грунт. Площадь парников определяется не общей площадью плантации, а
площадью питомника Sx, необходимой для выращивания нужного количества
посадочного материала:
где Sч — площадь, необходимая для
выращивания одного черенка,
м2 ; pIG — стоимость строительства 1
м2 парника, млн руб.

15.

Текущие расходы (C₀): «Сколько будет стоить
каждый год?»
Оплата труда (CS)
Включает зарплаты:
• трактористов,
• водителей,
• рабочих по уходу за плантацией, операторов рубильных машин.
Формула:
где m — коэффициент поправки числа рабочих; kIT —
число тракторов, шт.; kIC — число автомобилей, шт.;
12 — число месяцев в году; d — средний размер
оплаты труда в месяц на 1 чел., а также налоги
и отчисления в негосударственные фонды, млн
руб./мес.

16.

Текущие расходы (C₀): «Сколько будет стоить
каждый год?»
Расходы на топливо (CD) =
Сюда входят:
• горюче-смазочные материалы для
тракторов(CDit),
• горюче-смазочные материалы для
грузовиков (CDic)

17.

Текущие расходы (C₀): ГСМ для тракторов
Трактор работает вместе с установленными на него процессором для рубки
дров либо машиной для посадки саженцев, поэтому расстояние, пройденное
им за год, равно отношению площади одного сектора плантации к ширине
колеи трактора. Затраты на дизельное топливо для работы трактора:
Здесь u — ширина колеи трактора,
км; d — средняя скорость трактора, км/ч; wIT — расход топлива
трактора с работающим дровоколом,
л/моточас; J — стоимость дизельного
топлива, млн руб./л.

18.

Текущие расходы (C₀): ГСМ для грузовиков
Затраты на приобретение горючесмазочных материалов автомобиля
рассчитывается на основе числа рейсов, которое должен сделать автомобиль
для вывоза всего биотоплива, собранного за год (исходя из объема кузова
автомобиля) и среднего расстояния, которое автомобиль проходит за один
рейс:
Здесь wIC — расход топлива автомобилем, л/100 км; AL —
средняя дальность грузоперевозок, км.; θ —
грузоподъёмность; Qm — масса перевозимой биомассы
Текущие затраты на транспорт растут линейно с расстоянием, а капитальные — почти
пропорционально. Это значит: удаление плантации от посёлка даже на 10–15 км может сделать
проект убыточным.

19.

Апробация модели: энергетическая плантация в
условиях Иркутской области
Исходные данные Модель использовала реальные климатические и экономические параметры:
Средняя температура отопительного периода:
–8,06 °C
Продолжительность отопительного периода:
238 дней
Норма расхода тепла на 1 м²
0,02 т.у.т./год
Общая жилая площадь посёлка:
397 500 м²
Годовая потребность в тепле:
7,95 тыс. т.у.т.
Цена угля (альтернативное топливо):
2 000 руб./т.у.т.
Стоимость 1 км магистральной дороги:
0,5 млн руб.
Стоимость 1 км полевой дороги:
0,25 млн руб.
Стоимость грузовика: 3,6 млн руб.
3,6 млн руб.
Стоимость трактора МТЗ-80.1:
0,7 млн руб.
Продуктивность тополевой плантации:
β = 1 000 т.у.т./км² за
4 года

20.

Итог
Модель функционирования энергетических плантаций — это не теоретическая абстракция, а
практический инструмент принятия решений. Она позволяет:
• Точно оценить все затраты — от посадки первой ветки до сжигания последней щепы,
• Сравнить собственное биотопливо с покупным углём или мазутом,
• Найти оптимальный объём производства, при котором затраты минимальны,
• Учесть географию: показать, что даже 10 километров могут сделать проект убыточным,
• Прогнозировать последствия изменения цен, климата или технологий.