Глава 1-3
Определение цен на мощность, электрическую энергию и установленную мощность
Вряд ли будет слишком оптимистичным надеяться, что нашим детям не придется измерять, сколько электрической энергии они потребляют у себя дома — настолько дешевой она будет.
Льюис Л. Страусс Председатель комиссии по атомной энергии.
1954 г.
Мощность ЕСТЬ ИНТЕНСИВНОСТЬ ПОТОКА ЭНЕРГИИ.
Установленную генерирующую мощность, т. е. потенциальную возможность производить электроэнергию, можно также выразить как интенсивность потока. Один мегаватт (1 МВт) установленной мощности стоит мало, если он задействован в течение одной минуты, равно как и 1 МВт поставленной мощности, если он потреблялся лишь одну минуту. Но 1 МВт поставленной или установленной мощности, используемой в течение года, представляет значительную ценность.
Цену поставленной мощности1 и электроэнергии можно измерять в долл./МВт-ч. Поскольку установленная мощность, подобно поставленной мощности, —это интенсивность потока, измеряемая в мегаваттах, то ее цену тоже можно измерять в долл./МВт-ч. Многим этот способ определения цены мощности кажется необычным, но изучение кривых полных затрат2 показывает, что такое понимание цены мощности вполне традиционно и оправданно. Поскольку постоянные затраты — это в основном затраты на установленную мощность, они измеряются в долл./МВт-ч, и их можно суммировать с переменными затратами, чтобы получить полные затраты в долл./МВт-ч3.
Когда приводятся данные о затратах на производство электроэнергии, удельная стоимость установленной мощности обычно выражается в долл./кВт.
Это стоимость потока мощности, вырабатываемой генерирующим агрегатом в течение срока его эксплуатации. Поэтому правильными (но используемыми в неявной форме) единицами измерений фактически являются «долл./кВт-срок эксплуатации». Этот показатель стоимости дает ценную информацию, но только для определения постоянных затрат, которые можно выразить в долл./МВт-ч. Каких-либо других полезных экономических вычислений с «единовременной» стоимостью установленной мощности, выраженной в долл./кВт, выполнить нельзя, поскольку ее трудно сопоставлять с другими составляющими полных затрат без приведения к единому периоду времени. Расчетами таких полезных для экономического анализа показателей приведенных постоянных затрат иногда занимается Министерство энергетики США, но оно никогда их не публикует. Вместо этого Министерство, объединяя их с переменными затратами, публикует показатели полной приведенной стоимости электроэнергии4, и это результат широко распространенного непонимания сущности стоимости установленной мощности.
Путаница с единицами измерения затрат приводит к применению многих разных единиц, и следовательно, к излишним, а иногда и неверным преобразованиям величин из одних единиц измерения в другие. В этой главе показано, как можно выполнить практически все нужные экономические расчеты, выражая почти все цены и показатели затрат в долларах за мегаватт-час (долл./МВт-ч). В последующих главах книги во всех примерах расчеты производятся в этих единицах.
1 При введенном выше понятии поставленной мощности, как мощности, используемой в течение определенного периода времени, цена мощности — это на самом деле средняя цена электроэнергии за этот период. — Примеч. ред.
2 Кривые, отображающие зависимость полных затрат на производство электроэнергии от коэффициента загрузки для данного типа генерирующего агрегата. — Примеч. ред.
3 При этом надо помнить, что речь здесь идет о средних (например, за год) полных затратах на 1 МВт установленной мощности при заданном коэффициенте загрузки, отнесенных к одному часу. — Примеч. ред.
4 В таблицах 14—17 одного из таких докладов (см. DOE, 1998а) сведения о реальных (амортизированных) постоянных затратах не приводятся, а данные о постоянной составляющей затрат на эксплуатацию и обслуживание выражены в долл./кВт. Такие данные могут представлять собой амортизированные стоимости, выраженные в неправильных единицах, или, даже если они выражены в правильных единицах, они могут быть получены в результате некорректного приведения амортизированной стоимости к единовременной стоимости.
Краткое содержание главы 1-3.
Электроэнергия измеряется в мегаватт-часах, а выработанная (поставленная) и установленная мощность — в мегаваттах. Цены для всех этих трех величин устанавливаются в долларах за мегаватт-час, т. е. в тех же единицах измерения, что и показатели постоянных и переменных затрат.
Можно пользоваться и другими единицами измерения той же размерности (объем денежных средств, деленный на объем электроэнергии), но в этой книге применяется только единица «долл./МВт-ч». На кривых полных затрат средние затраты графически представляются как функция коэффициента загрузки. Наклон этой кривой определяет переменные затраты, а ее пересечение с осью ординат — постоянные затраты. Средние затраты АСК, представленные этой кривой, — это не средние затраты на производство одного мегаватт-часа электроэнергии, а средние затраты на использование одного мегаватта установленной мощности при данном коэффициенте загрузки, отнесенные к одному часу. Поскольку уравнение для кривой полных затрат мы будем в книге использовать довольно часто, это различие необходимо хорошо понимать.
1-3.1 Единицы измерения мощности и энергии.
Мощность — это интенсивность потока электрической энергии, измеряемая в ваттах (Вт), киловаттах (кВт), мегаваттах (МВт) и гигаваттах (ГВт). Энергия является интегралом мощности за период времени. Например, киловатт мощности, используемой в течение одного часа, обеспечивает поставку одного киловатт-часа электроэнергии. Цена электроэнергии и мощности выражается в долл./МВт-ч. Она также может быть выражена в тысячных долях доллара (или миллидолларах) за 1 кВт-час, при этом 1 миллидолл. за 1 кВт-ч эквивалентен 1 долл. за 1 МВт-ч.
1-3.2 Единицы измерения установленной мощности.
Установленная мощность представляет собой потенциал для выработки мощности (энергии) и измеряется в мегаваттах. Подобно вырабатываемой мощности, она является характеристикой потока энергии.
Основные величины и единицы измерения
Эта сводная таблица предназначена для читателей, которым достаточно иметь лишь практическое представление о единицах измерения, используемых в последующих главах.
Величина Единицы измерения Цена
Примечание. Энергия рассматривается как статическая величина, в то время как поставленная мощность и установленная мощность определяют интенсивность потока энергии. Средняя величина затрат на использование установленной мощности СК зависит от коэффициента загрузки d, определяющего ту часть общего времени, когда данная мощность используется. Средние затраты на производство энергии для станции данного типа Се также зависят от величины d.
1-3.3 Определение цены установленной мощности.
При выборе электростанции, способной с наименьшими затратами обеспечить покрытие нагрузки определенной продолжительности, «единовременные» затраты на установленную мощность, измеряемые в долл./кВт, нельзя складывать или усреднять с переменными затратами. Кривые полных затрат показывают годовой объем необходимой валовой выручки ARR (Average Revenue Requirement) для данной электростанции как функцию коэффициента загрузки станции. Постоянная составляющая затрат FC равна величине ARR при коэффициенте загрузки, равном нулю. Поскольку ARR измеряется в долл./кВт-год, постоянная составляющая затрат может измеряться в тех же единицах. Разделив FC на 8,76 (см. раздел 1-3.4), можно получить величину ARR, измеренную в более удобной системе единиц, — в долл./МВт-ч. При расчете платы за установленную мощность эти единицы представляются более естественными.
Чтобы избежать недоразумений при использовании кривых полных затрат и связанных с ними вычислений, необходимо помнить о различии между средними затратами на установленную мощность АСК и средними затратами на производство электроэнергии АСК. Обычно кривые полных затрат отображают средние затраты на установленную мощность СК.
1-3.4 Дополнение.
1-3.1 Единицы измерения мощности и энергии
Сравнение понятий мощности и энергии
Мощность — это величина, определяющая интенсивность потока энергии. Это определение справедливо для любой формы энергии, а не только для электроэнергии. Если вы хотите нагреть чашку воды, вам потребуется около 30 Вт-ч. Вы можете получить или не получить этот результат при любой величине мощности, например при 1000 Вт (1 кВт), в зависимости от того, как долго эта мощность будет потребляться. Обычная микроволновая печь обеспечивает передачу мощности на уровне 1 кВт (но не 1 кВт в час). Если она греет воду в течение одной секунды, вода будет получать энергию с интенсивностью 1000 Вт, что даст слишком мало энергии, и вы не приготовите чай. За две минуты в микроволновой печи выделится достаточное количество энергии, а именно 1/30 кВт-ч.
Определение стоимости мощности и энергии
Поскольку мощность является характеристикой интенсивности потока энергии, ее полная стоимость измеряется в долларах за 1 час, а не в долларах Полная стоимость определенного количества электроэнергии измеряется в долларах Следовательно, цена (удельная стоимость) мощности измеряется в долларах за 1 час за 1 МВт вырабатываемой мощности, в то время как цена электроэнергии измеряется в долларах за 1 МВт-ч. Но это дает одинаковые единицы измерения (доллары за час) за 1 МВт = (долл /ч)/МВт = долл /МВт-ч.
Обычная розничная цена электроэнергии составляет около 8 цент/кВт-ч1. При этой цене цена поставляемой мощности будет равна 8 цент /час за 1 кВт потока мощности, что одно и то же. Эти единицы удобны для употребления в быту, но слишком малы для больших электроэнергетических систем. Поэтому в данной книге будем использовать мегаватты (миллионы ватт) вместо киловаттов. В этих единицах ту же цену электроэнергии можно выразить как 80 долл /МВт-ч. При анализе больших рынков и годовых показателей мощность можно измерять в гигаваттах (ГВт, или миллиардах ватт), а электроэнергию в тераватт-часах (ТВт-ч, или триллионах ватт-часов).
Преобразования единиц измерения
Математические преобразования, связанные с используемыми единицами измерения — киловаттами, часами и долларами, удовлетворяют обычным правилам арифметики. При этом необходимо иметь в виду, что кВт-ч обозначает (кВтхчас), а долл, в час обозначает (долл./час). Также обратим внимание на то, что «8760 часов в год» соответствует 1, поскольку эта величина равна 8760 часов/1 год, а 8760 часов = 1 год.
В качестве примера выполняемых с единицами измерений преобоазований приведём следующее
Другой часто используемой единицей является «миллидоллар», или 1/1000 долл. Эта единица очень неудобна для оптовых рынков, но часто используется вместе с киловаттом, который также является слишком малой единицей Совместное их использование приводит к единице «миллидоллар за киловатт-час», которую часто некорректно сокращенно называют просто «миллидолларом» Умножая числитель и знаменатель на 1000 без изменения численного значения показателей в новых единицах измерения, можно перейти от миллидолларов к долларам и от киловаттов к мегаваттам Поэтому 80 миллидолл /кВт-ч эквивалентно 80 долл /МВт-ч.
1 Средняя стоимость 1 кВт-ч, доставленного конечному потребителю в жилом секторе, составляла по сведениям Министерства энергетики США (DOE, 2001с, таблица 53) 8,06 цент/кВт-ч
1-3.2 Единицы измерения установленной мощности
Размер генерирующего агрегата определяется максимальным потоком мощности, который он может вырабатывать и который измеряется в мегаваттах.
Способность вырабатывать поток мощности (установленную мощность) лучше всего в концептуальном плане также рассматривать как «поток», подобно тому, как о мегаваттах вырабатываемой (передаваемой) мощности можно говорить в терминах потока энергии1.
Определив, что установленная мощность, также как и вырабатываемая мощность, характеризует поток энергии и измеряется в мегаваттах, уместно задать вопрос: может ли ее цена определяться в долл./кВт-ч, подобно цене на вырабатываемую мощность? Прежде чем делать какие-либо выводы, рассмотрим пример применения данного подхода к определению цены установленной мощности при решении реальных экономических задач. Для этого рассмотрим задачу выбора генерирующей установки, которая с наименьшими затратами обеспечит покрытие электрической нагрузки с заданной продолжительностью. Давняя традиция решения подобной задачи с помощью кривых полных затрат помогает понять, как вычислить цену установленной мощности.
