3.2 Строительство парогазовой электростанции

С развитием научно-технического прогресса и нововведений в технологическом процессе металлургических предприятий, появились различные способы использования конверторных газов. Например, сжигание конверторного газа над конвертером в специальных котлах, где в результате получается пар. Также популярно в европейских странах очистка и охлаждение конверторного газа, после которой его используют как сырье для парогазовой электростанции.

Состав конвертерного газа уникален в процессе каждой плавки. Объем конвертерного газа, выходящего с конвертера, обычно колеблется в диапазоне 70-90 м³ на 1 т садки. Температура конвертерного газа достигает приблизительно 1500-1900 ˚C и близка к температуре плавки метала. Высокая температура конвертерного газа на выходе обуславливает существенные потери физической теплоты с газами, является значимой частью в тепловом балансе конверторной плавки (до 10%).

Конверторный газ является качественным энергетическим и технологическим топливом. При отводе конверторного газа без допуска воздуха мелкие частички имеют наиболее крупные размеры. Таким образом, с учетом особенностей конверторного газа выбирается система газоочистки. В соответствии с данными отличительными чертами выбирается схема газоочистки. При наиболее мелких фракциях пыли требования к газоочистке увеличиваются. Обязательным условием является, то, что температура конверторного газа перед газоочисткой никак не должна превышать 190-290 ˚С. Учитывая то, что температура газа при выходе из кислородного конвертера приблизительно равно 1650 ˚C, то перед газоочисткой необходимо производить охлаждение конвертерного газа.

Строительство парогазовой электростанции предусматривает сокращение энергопотребления на Филиале №2 «Енакиевский металлургический завод» ЗАО «Внешторгсервис» за счет использования инновационного оборудования на базе парогазовых установок, которые используют в качестве сырья для производства электроэнергии конверторный газ.

Строительство парогазовой электростанции приведет к сокращению потребления природного газа и покупной электроэнергии, также сможет, обеспечит завод собственной электроэнергией на 100%.

Строительство парогазовой электростанции исключает использование конверторного газа для производства электроэнергии, а также обеспечит сокращение потребления энергоресурсов в 22,5 раза по сравнению с существующим потреблением, а именно: с 546…683 г у. т./кВт-ч до 273 г у. т./кВт-ч.

Проектная мощность парогазовой электростанции составит 454,5 МВт, что способно полностью обеспечить потребности завода в электропитании, а также выдачу в объединенную энергосистему.

Конверторный газ будет подаваться с помощью существующей системой утилизации конверторного газа, которая включает в своем составе: организацию герметичного соединение конвертера и котла-утилизатора, с помощью уплотняющего колпака с целью избежание доступа воздуха в котел-утилизатор.

Очистка конверторного газа происходит благодаря использованию системы водяного газгольдера. Водяной газгольдер состоит из неподвижного резервуара, наполненного водой, в котором располагается подвижной элемент – опрокинутый стакан-колокол. Конверторный газ поддается по газоотводному стояку, идущему через дно резервуара. Давление газа поднимает колокол. Вода резервуара служит гидравлическим уплотнением, мешающим выходу газа из-под колокола, а при выпуске газа считается поршнем, вытесняющим газ из подвижных звеньев.

Далее газ подается в котел-утилизатор, где происходит его очистка, и с помощью трехходового клапана конверторный газ подается в газгольдер и факельную трубу. Представим на рисунке 12 схему утилизации конверторного газа и подачей его в газгольдер для хранения.

Потом конверторный газ будет подаваться на парогазовую электростанцию по средствам трубопровода, который будет соединять ее с газгольдерами, где храниться конверторный газ.

Рисунок 12 – Принцип работы системы утилизации конверторного газа

Газ подается в газгольдер определенной калорийности, она определяется специальными датчиками. В случае если конверторный газ имеет более низкую калорийность, то тогда газ подается на дожигание.

Строительство газопаровой электростанции положительно скажется на экологической ситуации в регионе, за счет снижения количества вредных выбросов в атмосферу, что в свою очередь улучшает качество атмосферного воздуха в регионе расположения предприятия. Представим на рисунке 13 эффект от внедрения предлагаемого мероприятия.

Рисунок 13 – Экологический эффект до и после внедрения мероприятия

В состав строительства парогазовой электростанции включается как газовая, так и паровая турбина. Данное сочетание способствует наиболее эффективной производительности электростанции за счет отработанных в производстве газов, которые образуются в процессе производственно-хозяйственной деятельности предприятия.

Работа газопаровой электростанции основывается, прежде всего, на сжигании конвертерного газа, который используется как топливо при нагнетании сжатого воздуха, в последствие образуется поток горячего газа, который распространяется по всей турбине, постепенно проходя через лопасти несущего винта и приводя его в действие, где образуется механическая энергия. Отработанный газ из газовой турбины направляется в утилизационный котел, где с помощью его производят пар высокого давления. Произведенный пар подается в паровую турбину, где он активизирует лопасти несущего винта, и тогда в движении и производит механическую энергию.

Структура предлагаемой парогазовой электростанции, которая предлагается в рамках мероприятия для снижения себестоимости продукции на предприятии включает: газовой и паровой турбины, генератор и газовый компрессор, одновальный генератор, конструкция электростанции задумана таким образом, что возможно использовать одновременно, использовать обе турбины для производства электроэнергии. Рассмотрим общий вид парогазовой установки на рисунке 14.

Рисунок 14 – Предлагаемая конструкция парогазовой электростанции

Целью строительства парогазовой электростанции, прежде всего, является обеспечение завода более дешёвой электроэнергией, а также снижение объемов вредных выбросов в атмосферу благодаря использованию конверторных газов в производстве электроэнергии в качестве сырья.

На данный момент времени свободные конверторные газы преимущественно используются в нагревательных печах конверторных цехов, однако эффективность их использования является низкой.

Основные преимущества строительства парогазовой электростанции заключается в следующем:

1. Сокращение издержек на оплату электроэнергии потребляемой на предприятии;

2. Повышение эффективности использования отработанных конверторных газов, а также сокращение их объемов направляемого на факельное сжигание;

3. Снижение объемов выбросов двуокиси углерода на 1 т продукции сталеплавильного производства.

Приведем структуру капитальных вложений необходимых для строительства парогазовой электростанции в таблице 11.

Таблица 11 – Сумма затрат на строительство парогазовой электростанции

Наименование	Стоимость, млн. руб.
Газовая турбина	341,02
Паровая турбина	340,08
Газовый компрессор	65,08
Генератор	37,3
Доставка и монтаж оборудования	186,62
Наладка системы и обучение персонала	103,68
Затраты на контрольно-измерительные приборы и автоматику	20,74
Диагностика работы системы и удаление возможных неполадок	103,68
Вспомогательное оборудование	207,36
Итого	1405,56

Реализация предложенного мероприятия не возможна за счет привлечения кредитных средств, это обуславливается сложившейся геополитической ситуацией в регионе. Денежные средства предлагаются привлечь за счет эмиссии акций предприятия, их реализация планируется осуществляться между акционерами предприятия.

Один конвертер на 1 т садки производит 65 м³/час конверторного газа с 1740 ккал/Нм³, который можно использовать в производстве. Филиал №2 «Енакиевский металлургический завод» ЗАО «Внешторгсервис» имеет 2 работающих конвертера по 350 т садки в каждом, определим производство конвертерного газа в сутки и год:

1. Производство конверторного газа в сутки:

2. Производство конверторного газа в год:

Таким образом, с помощью использования конверторного газа за год можно переработать в электроэнергию 415662 тыс. м³. Стоимость произведённой электроэнергии на парогазовой электростанции ниже рыночной цены, а именно 1,07 руб. за 1 кВт⋅ч, тогда как рыночная составляет 1,54 руб. за 1 кВт⋅ч.

Чтобы произвести 1 кВт⋅ч электроэнергии необходимо использовать 0,12 м³ конверторного газа. Рассчитаем годовое производство электроэнергии на парогазовой электростанции с помощью конверторного газа:

млн. кВ∙ч

Рассчитаем экономический эффект при строительстве парогазовой электростанции на Филиале №2 «Енакиевский металлургический завод» ЗАО «Внешторгсервис» при использовании в производственно-хозяйственной деятельности более дешевой электроэнергии и сведем полученные результаты в таблицу 12.

Таблица 12– Экономический эффект от реализации предложенного мероприятия

Года	Производство электроэнергии в год, млн. кВт⋅ч	Рыночная цена за 1 кВт⋅ч, руб.	Цена за 1 кВт⋅ч произведенной ПГС, руб.	Экономический эффект, млн. руб. в год
2019	3463,85	1,54	1,07	1628,01
2020	3463,85	1,54	1,07	1628,01
2021	3463,85	1,54	1,07	1628,01
2022	3463,85	1,65	1,2	1558,73
2023	3463,85	1,65	1,2	1558,73
2024	3463,85	1,65	1,23	1454,82
Итого	–	–	–	9456,31

Скорректируем полученный прирост прибыли в результате строительства парогазовой электростанции на Филиале №2 «Енакиевский металлургический завод» ЗАО «Внешторгсервис» на величину налога на прибыль и сведем полученные результаты в таблицу 13.

Таблица 13 – Корректировка прироста прибыли на величину налога на прибыль

Года	Прирост прибыль, млн. руб.	Налог на прибыль (20%), млн. руб.	Чистая прибыль после уплаты налога на прибыль, млн. руб.
2019	1628,01	325,60	1302,41
2020	1628,01	325,60	1302,41
2021	1628,01	325,60	1302,41
2022	1558,73	311,75	1246,98
2023	1558,73	311,75	1246,98
2024	1454,82	290,96	1163,86
Итого	9456,31	1891,26	7565,05

Таким образом, за проектные годы функционирования парогазовой электростанции предприятие получит прирост чистой прибыли в размере 7565,05 млн. руб.

Произведем расчет показателей эффективности внедрения предлагаемого мероприятия:

1.Чистая приведенная стоимость (NPV):

(25)

где – денежный поток в конце периода t, тыс. руб.;

– инвестиции в период t, тыс. руб.;

– соответственный год проекта (0,1,2,3,…n);

– дисконтная ставка.

Дисконтная ставка для расчета чистой приведенной стоимости принимается на уровне 16,2 %, что является средней нормой прибыльности в металлургической отрасли (11%) в сумме с процентом инфляции (5,2 %).

Таким образом, чистая приведенная стоимость предложенного мероприятия положительная величина, то есть >0, это говорит о том, что при реализации предложенного мероприятия прибыль возрастет, и поэтому инвестирование средств акционеров предприятия будет способствовать улучшению финансового состояния предприятия, что в свою очередь говорит об эффективности предложенного мероприятия.

Представим финансовый профиль предложенного мероприятия на рисунке 15, который является графическим отображением динамики дисконтированного чистого денежного потока, рассчитанного нарастающим итогом.

Рисунок 15– Финансовый профиль мероприятия

Как видно из рисунка 11 мероприятие окупит себя уже в середине 2021 году и принесет прибыль в размере 3255,31 млн. руб.

2. Период окупаемости мероприятия (PP)

Приведем накопленный дисконтированный денежный поток в таблице 14.

Таблица 14 – Накопленный дисконтированный денежный поток

Года	Денежный поток (ДП), тыс. руб.	Дисконтный множитель	Настоящее значение денег, тыс. руб	Накопленный дисконтированный ДП, тыс. руб
0	-1405,56	1	-1405,56	-1405,56
1	1302,41	0,8606	1120,83	-284,73
2	1302,41	0,7406	964,57	679,85
3	1302,41	0,6374	830,10	1509,95
4	1246,98	0,5485	683,97	2193,91
5	1246,98	0,4720	588,61	2782,52
6	1163,86	0,4062	472,79	3255,31

(26)

где – величина последнего отрицательного накопленного дисконтированного денежного потока, подставляется по модулю, тыс. руб.;

– номер периода, в котором наблюдался последний отрицательный накопленный дисконтированный денежный поток, тыс. руб.;

– настоящее значение денег на конец следующего периода, тыс. руб.

На основе постановление Правительства РФ от 01.01.2002 № 1 (ред. от 28.04.2018) «О Классификации основных средств, включаемых в амортизационные группы», нормативный срок окупаемости капитальных вложений для черной металлургии составляет 4,67 лет. Учитывая то, что срок окупаемости предложенного мероприятия составил 1,25 года, что на 3,42 года меньше нормативного, что свидетельствует об эффективности предложенного мероприятия.

3. Рентабельность инвестиций (PI):

(27)

Рассчитанное значение показателя рентабельности инвестиций равняется 3,32 – это свидетельствую о целесообразности и эффективности предлагаемого мероприятия, и о рентабельности и прибыльности.

4. Рассчитаем внутреннюю норму доходности по формуле:

(28)

где – дисконтная ставка, при которой значение чистой приведенной стоимости положительное, %;

– дисконтная ставка, при которой значение чистой приведенной стоимости отрицательное, %;

– значение чистой текущей стоимости при , тыс. руб.;

– значение чистой текущей стоимости при , тыс. руб.

Примем =16,2 %, = 92 %.

Приведем расчеты в таблицу 15.

Таблица 15 – Расчет критерия IRR

Год, t	ДП, тыс. руб.	NPV1		NPV2
		Дисконтный множитель, =11 %	Настоящее значение денег, тыс. руб.	Дисконтный множитель, = 92 %.	Настоящее значение денег, тыс. руб.
0	-1405,56	1	-1405,56	1	-1405,56
1	1302,41	0,8606	1120,83	0,5208	678,34
2	1302,41	0,7406	964,57	0,2713	353,30
3	1302,41	0,6374	830,10	0,1413	184,01
4	1246,98	0,5485	683,97	0,0736	91,76
5	1246,98	0,4720	588,61	0,0383	47,79
6	1163,86	0,4062	472,79	0,0200	23,23
NPV	–	–	3255,31	–	-27,12

Рассчитаем внутреннюю норму доходности:

Представим на рисунке 16 графическое отображение внутренней ставки доходности внедряемого мероприятия.

Рисунок 16 – Графическое изображение внутренней нормы доходности

Таким образом, дисконтная ставка мероприятия ниже внутренней нормы доходности на 75,27 % (91,47-16,2), это говорит о том, что предлагаемое мероприятие является эффективным и целесообразным для внедрения.

Рассчитаем с помощью средств экономико-математического моделирования производственную программу предприятия после реализации строительства парогазовой электростанции, как отразиться на производственной программе предприятия снижения цены на электроэнергию. Исходные данные для расчета представлены в таблице 19.

Составим оптимизационную экономическо-математическую модель формирования производственной программы предприятия:

1. Цель. Определение объемов производства i-ой продукции входящих в состав производственной программы предприятия с целью минимизации издержек производства.

2. Выбор переменных. Обозначим х₁, х₂, х₃, х₄ –переменные отвечающие за величину объема производимой продукции.

Таблица 16 – Исходные данные для расчета экономико-математической модели

Показатели	Производима продукция					Ограничение
	Профили высокосортные	Заготовка	Катанка	Фасонные профиля
I. Маржинальный доход от реализации 1 т продукции, руб.	20083,65	19714,80	17573,45	18148,49
II. Условно-переменные издержки, руб. в том числе:	13710,76	13100,56	11670,65	14487,67
1. Материальные затраты	12392,74	11643,38	10533,83	12578,63	20721622536,33
1.1 Сырье и материалы	11234,60	10560,52	9549,41	11403,12	20848637621,14
1.2 Полуфабрикаты	1158,14	1082,86	984,42	1175,51	2149221260,62
2. Топливо технологическое, руб. в том числе:	183,76	171,86	157,66	265,72	306416862,66
2.1 Газ доменный	29,00	26,10	24,65	42,05	3639394723,69
2.2 Газ коксовый	85,00	76,50	72,25	123,25	10667191431,50
2.3 Газ природный	64,72	64,72	55,01	93,84	8122125052,31
2.4 Газ доменный – услуги по очистке	1,38	1,24	1,17	2,00	173184990,30
2.5 Газ коксовый – услуги по транспортировке	3,66	3,29	4,58	4,58	395962683,97
3. Энергетические затраты, руб. в том числе:	102,82	97,09	102,43	147,72	245165778,52
3.1 Вода техническая	27,33	28,70	38,27	38,27	5957696354,59
3.2 Сжатый воздух	10,71	9,64	9,11	15,54	2418623952,22
3.3 Электроэнергия	61,87	55,68	52,58	89,71	13965906401,13
3.4 Вода деаэрированная	1,60	1,76	1,36	2,32	360754545,40
3.5 Кислород технический	1,31	1,31	1,11	1,90	294877628,42
4. Прямые издержки на оплату труда	1010,74	1162,36	859,13	1465,58	1690041698,62
4.1 Заработная плата	771,56	887,29	655,83	1118,76	17555617466,99
4.2 Отчисления на социальные мероприятия	239,18	275,06	203,31	346,82	5442241414,77
5. Прочие условно-переменные издержки, руб.	20,70	25,88	17,60	30,02	34612005,62
6. Условно-постоянные издержки, руб.	2242106100
7. Производственная мощность, т	1777000	2700000	3115000	2084000
8. Спрос на продукцию, т	604180	1242000	934500	833600
8. Предварительные заказы предприятия, т	112923	67190	0	35919
10. Рентабельность себестоимости, %	–	–	–	–	12,00
11. Затраты на 1 руб. произведенной продукции, руб.	–	–	–	–	0,85
12. Фондоотдача	–	–	–	–	2,50

3. Построение целевой функции. Цель задачи – минимизация себестоимости производимой продукции на Филиале №2 «Енакиевский металлургический завод» ЗАО «Внешторгсервис», переменные издержки на производство 1 т высокосортных профилей составят   руб., на производство заготовки –  руб., а на производство катанки руб. и на производство фасонных профилей  руб., тогда условно-постоянные издержки составят 2242106100 руб.

Тогда общие издержки предприятия составят: руб., поэтому это линейная функция 4-х переменных:

(29)

4. Составление системы ограничений. Учитывая ограниченность материальных затрат, технологического топлива и энергетических затрат, а также прямых издержек на оплату труда и прочих условно-переменных расходов на производство х₁, х₂, х₃, х₄ продукции.

Составим систему ограничений по формулам (11)-(23), значения коэффициентов представлены в таблице 19. Кроме того, необходимо отметить, что переменные х₁, х₂, х₃, х₄ не могут принимать отрицательных значений, также необходимо учесть спрос на продукцию и производственную мощность предприятия, а также достижение нормативных значений показателей эффективности производственно-хозяйственной деятельности предприятия х₁, х₂, х₃, х₄. Тогда, система ограничений имеет следующий вид:

5. Экономико-математическая модель: составить оптимальную производственную программу , удовлетворяющую систему ограничений (30), при которых функция (29) максимизирует прибыль предприятия от производственно-хозяйственной деятельности.

Предлагается решить поставленную задачу с использование прикладных программ Microsoft Office Excel для решения задач линейного программирования через надстройку «Поиск решения».

После ввода данных, они обрабатываются с помощью компьютерной программы, результат которой является решением задачи (рис. 17). В нашем случае решением оптимизационной задачи являются следующие величины Х = (112923;67190;348592;35919).

Рисунок 17 – Расчет модели оптимизации производственной программы

Таким образом, для минимизации издержек от производственно-хозяйственной деятельности, предприятию необходимо включить в состав производственной программы следующие виды продукции: профили высокосортные, заготовку, катанку и фасонные профиля. Полученные значения удовлетворяют каждому из наложенных ограничений и представлены на рисунке 18.

Рисунок 18 – Поиск решения. Отчет о результатах

Тогда, целевая функция имеет вид:

Таким образом, расчет производственной программы после строительства парогазовой электростанции показал, что за счет снижения цены на электроэнергию предприятие получит экономию на полной себестоимости производственной программы в размере 523064233 руб. (9782334954-9259270721). Также за счет снижения условно-переменных издержек предприятию стало целесообразно производить катанку.

Рентабельность себестоимости продукции составила 12 %, а затраты на 1 руб. произведённой продукции 0,73 руб., что на 0,01 руб. меньше предварительного расчета. Значение показателя фондоотдачи составило 3,17 руб./руб., что на 0,15 руб./руб. меньше предварительного расчета, однако значение показателя находиться в диапазоне нормативного значения.

Представим и проанализируем в таблице 17 основные технико-экономические показатели от реализации мероприятия и оптимизации производственной программы и сравним их с 2018 г. (базой).

Таблица 17 – Основные технико-экономические показатели от реализации мероприятия и оптимизации производственной программы предприятия

Показатели	База (2018)	План	Отклонение, ±
Объем произведенной продукции в натуральном выражении, тыс. т	515,47	564,613	49,143
Объемы реализованной продукции в нату-ральном выражении, тыс. т	375,907	564,613	188,706
Объемы реализованной продукции, тыс. руб.	6574370	12612349,441	6037979,441
Себестоимость реализованной продукции, тыс. руб.	9964916	9259178,092	-705737,908
Себестоимость единицы реализованной продукции, руб.	26508,99	16399,16	-10109,83
Суммарные затраты на 1 руб. реализова-нной продукции, руб.	1,52	0,73	-0,79
Фондоотдача, руб./руб.	1,65	3.17	1,52
Фондоемкость, руб./руб.	0,61	0,32	-0,29
Фондовооруженность, тыс. руб./чел.	2368,90	4071,19	1702,29
Валовая прибыль (убыток), тыс. руб.	-3390546	3353171,35	6743717,35
Чистая прибыль (убыток), тыс. руб.	-14522646	2682537,08	17205183,08

Анализируя изменение эффективности производственно-хозяйственной деятельности предприятия до и после реализации предложенного мероприятия и оптимизации производственной программы, свидетельствует об эффективности реализации данного мероприятия. Так как в ходе его реализации себестоимость реализованной продукции снизиться на 705737,908 тыс. руб. Анализируя показатели эффективности использования основных фондов видно, что за счет реализации мероприятия показатель фондоотдачи повышается на 1,52 руб./руб. Это обуславливается увеличением объёма производства продукции. Соответственно показатель фондоемкости снизился на 0,29 руб./руб. За счет увеличения стоимости основных фондов вырос показатель фондоворуженности на 1702,29 тыс. руб./чел. Анализируя прибыль предприятия, то она возросла на 17205183,08 тыс. руб.

Таким образом, анализ эффективности предложенного мероприятия на Филиале №2 «Енакиевский металлургический завод» ЗАО «Внешторгсервис» доказал целесообразность строительства парогазовой электростанции.