Journal of Applied Economic Research
ISSN 2712-7435
УДК 338.45:620.91
Методический подход к эколого-экономической оценке проектов биогазовой энергетики
Е.Р. Магарил, Л.Д. Гительман, А.П. Караева, А.В. Киселев, М.В. Кожевников
Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия
Аннотация
Задача рационального энергообеспечения промышленных предприятий, особенно энергоемких, с одновременной минимизацией негативного экологического воздействия, приобретает особую актуальность на пути четвертого энергетического перехода и при формировании циркулярной экономики, нацеленной на ресурсную оптимизацию, энергосбережение, углеродно-нейтральные технологии, безотходное производство. В данном контексте для России ценным ресурсом мог бы стать весьма значительный объем накопленных органических отходов, пополняемый ежегодно. Одним из потенциальных направлений, определяющих эффективность их энергетического использования, является развитие и внедрение биогазовых технологий. Целью исследования является разработка методического подхода к эколого-экономической оценке проектов биогазовой энергетики. Гипотеза исследования заключается в необходимости учета стратегий и принципов циркулярной экономики при эколого-экономической оценке биогазовых энерготехнологий. Изучены возможности и особенности введения установок на биогазе и других возобновляемых источников энергии в систему региональной энергетики России, показано их соответствие принципам циркулярной экономики. На основе обобщения подходов к определению эффективности реализации стратегий циркулярной экономики и учета технико-экономических особенностей отрасли сформированы соответствующие показатели эколого-экономической оценки энергетических инвестиционных проектов. Обоснованы методические особенности эколого-экономической оценки объектов энергетики с учетом предложенных показателей эффективности, соответствующих реализации стратегий циркулярной экономики, сформулированы принципы и этапы оценки. Разработаны альтернативные подходы к эколого-экономической оценке инвестиционных проектов с использованием интегрального показателя эколого-экономической эффективности, рассчитываемого с учетом значимой для региона совокупности возникающих как положительных, так и отрицательных последствий экологического и экономического характера; агрегированных частных показателей, учитывающих природоемкость и экологичность проектов; комплексной балльной оценки. Сформированный подход может быть использован при эколого-экономической оценке внедрения биогазовых технологий, а также при сравнении альтернативных вариантов проектов модернизации в энергетике и упрощают расчеты, облегчая принятие управленческих решений, ввиду учета только наиболее значимых для региона реализации проекта его положительных и отрицательных результатов.
Ключевые слова
циркулярная экономика; энергетический переход; региональная энергетика; биогазовые энерготехнологии; эколого-экономическая оценка; углеродно-нейтральная энергия; безотходное производство
JEL classification
Q01, Q42, Q51Список использованной литературы
1. Benton D., Hazel J. The Circular Economy in Japan. March 2015. The Institution of environment sciences, 2015. URL: www.the-ies.org/analysis/circular-economy-japan.
2. Pomponi F., Moncaster A. A Theoretical Framework for Circular Economy Research in the Built Environment // In: Building Information Modelling, Building Performance, Design and Smart Construction. Edited by M. Dastbaz, C. Gorse, A. Moncaster. Springer, 2017. Pp. 31–44. DOI: 10.1007/978-3-319-50346-2_3.
3. Герасименко Д., Николаева И. Циркулярная экономика в России в контексте Целей устойчивого развития ООН и Года экологии // Мосты. 2017. Т. 10, № 3.
4. Fagarassy C. The Theoretical Background of Circular Economy and the Importance of it’s Application at Renewable Energy Systems. 2017. URL: www.researchgate.net/publication/319403544.
5. Lahti T., Wincent J., Parida V. A Definition and Theoretical Review of the Circular Economy, Value Creation, and Sustainable Business Models: Where Are We Now and Where Should Research Move in the Future? // Sustainability. 2018. Vol. 10, Issue 8. Р. 2799. DOI: 10.3390/su10082799.
6. Lacy P. Rutqvist J. Waste to Wealth. The Circular Economy Advantage. UK: Palgrave Macmillan, 2015. 264 p. DOI: 10.1057/9781137530707.
7. Gabriel C.A., Kirkwood J. Business models for model businesses: Lessons from renewable energy entrepreneurs in developing countries // Energy Policy. 2016. Vol. 95, Issue C. Pp. 336–349. DOI: 10.1016/j.enpol.2016.05.006.
8. Albores P., Petridis K., Dey P.K. Analysing efficiency of Waste to Energy Systems: Using Data Envelopment Analysis in Municipal Solid Waste Management // Procedia Environmental Sciences. 2016. Vol. 35. Pp. 265–278. DOI: 10.1016/j.proenv.2016.07.007.
9. Cioca L.I., Ferronato N., Viotti P., Magaril E., Ragazzi M., Torretta V., Rada E.C. Risk Assessment in a Materials Recycling Facility: Perspectives for Reducing Operational Issues // Resources. 2018. Vol. 7, Issue 4. Р. 85. DOI: 10.3390/resources7040085.
10. Iveroth S.P., Vernay A., Mulder K., Brandt N. Implications of systems integration at the urban level: the case of Hammarby Sjöstad, Stockholm // Journal of Cleaner Production. 2013. Vol. 48. Pр. 220–231. DOI: 10.1016/j.jclepro.2012.09.012.
11. Iveroth S.P. The Potential of the Infrastructural System of Hammarby Sjöstad in Stockholm, Sweden // Energy Policy. 2013. Vol. 59. Pр. 716–726. DOI: 10.1016/j.enpol.2013.04.027.
12. Батова Н., Сачек П., Точицкая И. Циркулярная экономика в действии: формы организации и лучшие практики // BEROC Green Economy Policy Paper Series. 2018. No. 5. URL: beroc.org/upload/medialibrary/321/32121ce6e23d0900df821bdcb5923fdc.pdf.
13. Марченко О.В., Соломин С.В. Комплексное использование возобновляемых источников энергии разных типов для совместного производства электричества и тепла // Промышленная Энергетика. 2018. № 5. С. 52–57.
14. Panepinto D., Zanetti M.C., Gitelman L., Kozhevnikov M., Magaril E., Magaril R. Energy from Biomass for Sustainable Cities // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2017. Vol. 72, Issue 1. P. 012021. DOI: 10.1088/1755-1315/72/1/012021.
15. Rada E.C., Costa L., Pradella C., Adami L., Schiavon M., Magaril E., Torretta V. Unconventional small-scale biogas production with reduced local impact // International Journal of Energy Production and Management. 2019. Vol. 4, Issue 3. Pp. 198–208. DOI: 10.2495/EQ-V4-N3-198-208.
16. Аргунова М.В. Модель «Умного» города как проявление нового технологического уклада // Наука и школа. 2016. № 3. С. 14–23.
17. Karaeva A., Magaril E., Al-Kayiem H., Torretta V., Rada E.C. Approaches to the assessment of ecological and economic efficiency of investment projects: Brief review and recommendations for improvements // WIT Transactions on Ecology and the Environment. 2021. Vol. 253. Pp. 515–525. DOI: 10.2495/SC210421.
18. Lijó L., Lorenzo-Toja Y., González-García S., Bacenetti J., Negri M., Moreira M.T. Eco-efficiency assessment of farm-scaled biogas plants // Bioresource Technology. 2017. Vol. 237. Pp. 146–155. DOI: 10.1016/j.biortech.2017.01.055.
19. Lansche J., Muller J. Life cycle assessment of energy generation of biogas fed combined heat and power plants: Environmental impact of different agricultural substrates // Engineering in Life Sciences. 2012. Vol. 12, Issue 3. Pp. 313–320 DOI: 10.1002/elsc.201100061.
20. Sun C., Fu Q., Liao Q., Xia A., Huang Y., Zhu X., Reungsang A., Chang H.-X. Life-cycle assessment of biofuel production from microalgae via various bioenergy conversion systems // Energy. 2019. Vol. 171. Pp. 1033–1045. DOI: 10.1016/j.energy.2019.01.074.
21. Morosuk T., Tsatsaronis G., Koroneos C. Environmental impact reduction using exergy-based methods // Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 118. Pp. 118–123. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.01.064.
22. Joshi S. Product environmental life cycle assessment using input output techniques // Journal of Industrial Ecology. 1999. Vol. 3, Issue 2-3. Pp. 95–120. DOI: 10.1162/108819899569449.
23. Martín-Gamboa M., Iribarren D., García-Gusano D., Dufour J. A review of life-cycle approaches coupled with data envelopment analysis within multi-criteria decision analysis for sustainability assessment of energy systems // Journal of Cleaner Production. 2017. Vol. 150. Pp. 164–174. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.03.017.
24. Iribarren D., Vázquez-Rowe I., Moreira M.T., Feijoo G. Further potentials in the joint implementation of life cycle assessment and data envelopment analysis // Science of The Total Environment. 2010. Vol. 408. Pp. 5265–5272. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2010.07.078.
25. Madlener R., Antunes C.H., Dias L.C. Assessing the performance of biogas plants with multi-criteria and data envelopment analysis // European Journal of Operational Research. 2009. Vol. 197, Issue 3. Pp. 1084–1094. DOI: 10.1016/j.ejor.2007.12.051.
26. Roos A., Ahlgren S. Consequential life cycle assessment of bioenergy systems – A literature review // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 189. Pp. 358–373. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.03.233.
27. Escobar N., Ribal J., Clemente G., Sanjuán N. Consequential LCA of two alternative systems for biodiesel consumption in Spain, considering uncertainty // Journal of Cleaner Production. 2014. Vol. 79. Pp. 61–73. DOI: 10.1016/j.jclepro.2014.05.065.
28. Pehme S., Veromann E. Environmental consequences of anaerobic digestion of manure with different co-substrates to produce bioenergy: A review of life cycle assessments // Agronomy Research. 2015. Vol. 13, Issue 2. Pp. 372–381.
29. Cherubini F., Strømman A.H. Life cycle assessment of bioenergy systems: State of the art and future challenges // Bioresource Technology. 2011. Vol. 102. Pp. 437–451. DOI: 10.1016/j.biortech.2010.08.010.
30. Kurka T. Application of the analytic hierarchy process to evaluate the regional sustainability of bioenergy developments // Energy. 2013. Vol. 62. Pp. 393–402. DOI: 1016/j.energy.2013.09.053.
31. Aghbashlo M., Khounani Z., Hosseinzadeh-Bandbafha H., Gupta V.K., Amiri H., Lam S.S., Morosuk T., Tabatabaei M. Exergoenvironmental analysis of bioenergy systems: A comprehensive review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2021. Vol. 149. Р. 111399. DOI: 10.1016/j.rser.2021.111399.
32. Maes D., Passel S. Advantages and limitations of exergy indicators to assess sustainability of bioenergy and biobased materials // Environmental Impact Assessment Review. 2014. Vol. 45. Pp. 19–29. DOI: 10.1016/j.eiar.2013.11.002.
33. Soltanian S., Aghbashlo M., Almasi F., Hosseinzadeh-Bandbafha H., Nizami A.-Z., Ok Y.S., Lam S.S., Tabatabaei M. A critical review of the effects of pretreatment methods on the exergetic aspects of lignocellulosic biofuels // Energy Conversion and Management. 2020. Vol. 212. Р. 112792. DOI: 10.1016/j.enconman.2020.112792.
34. Muench S., Guenther E. A systematic review of bioenergy life cycle assessments // Applied Energy. 2013. Vol. 112. Pp. 257–273. DOI: 10.1016/j.apenergy.2013.06.001
35. Hennig C., Gawor M. Bioenergy production and use: comparative analysis of the economic and environmental effects // Energy Conversion and Management. 2012. Vol. 63. Pp. 130–137. DOI: 10.1016/j.enconman.2012.03.031.
36. Whiting A., Azapagic A. Life cycle environmental impacts of generating electricity and heat from biogas produced by anaerobic digestion // Energy. 2014. Vol. 70. Pp. 181–193. DOI: 10.1016/j.energy.2014.03.103.
37. Padilla-Rivera A., Paredes G.M., Güereca L.P. A systematic review of the sustainability assessment of bioenergy: The case of gaseous biofuels // Biomass and Bioenergy. 2019. Vol. 125. Pp. 79–94. DOI: 10.1016/j.biombioe.2019.03.014.
38. Лобовиков А.О., Аббазова Ж.Т., Соловьева Е.В. Эколого-экономическая оценка эффективности проекта применения биогазовых установок // Актуальные проблемы экономики и управления на предприятиях машиностроения, нефтяной и газовой промышленности в условиях инновационно-ориентированной экономики. 2015. Т. 1. С. 404–411.
39. Fthenakis V., Kim H.C. Land use and electricity generation: A life-cycle analysis // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2009. Vol. 13. Pp. 1465–1474. DOI: 10.1016/j.rser.2008.09.017.
40. Maxim A. Sustainability assessment of electricity generation technologies using weighted multi-criteria decision analysis // Energy Policy. 2013. Vol. 65. Pp. 284–297. DOI: 10.1016/j.enpol.2013.09.059.
41. Mekonnen M.M., Hoekstra A.Y. The green, blue and grey water footprint of crops and derived crop products // Hydrology and Earth System Sciences. 2011. Vol. 15, Issue 5. Pp. 1577–1600. DOI: 10.5194/hess-15-1577-2011.
42. Родькин О.И. Экологическая оценка и потенциал использования соломы зерновых культур в качестве биотоплива // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Экономика и экологический менеджмент. 2013. № 3. С. 15.
43. Hijazi O., Munro S., Zerhusen B., Effenberger M. Review of life cycle assessment for biogas production in Europe // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 54. Pp. 1291–1300. DOI: 10.1016/j.rser.2015.10.013.
44. Buchholz T., Luzadis V.A., Volk T.A. Sustainability criteria for bioenergy systems: results from an expert survey // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 17. Pp. S86–S98. DOI: 10.1016/j.jclepro.2009.04.015.
45. Wu X., Wu F., Tong X., Wu J., Sun L., Peng X. Emergy and greenhouse gas assessment of a sustainable, integrated agricultural model (SIAM) for plant, animal and biogas production: Analysis of the ecological recycle of wastes, Resources // Conservation and Recycling. 2015. Vol. 96. Pp. 40–50. DOI: 10.1016/j.resconrec.2015.01.010.
46. Khishtandar S., Zandieh M., Dorri B. A multi criteria decision making framework for sustainability assessment of bioenergy production technologies with hesitant fuzzy linguistic term sets: The case of Iran // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2017. Vol. 77. Pp. 1130–1145. DOI: 10.1016/j.rser.2016.11.212.
47. Afgan N.H., Carvalho M.G., Hovanov N.V. Energy system assessment with sustainability indicators // Energy Policy. 2000. Vol. 28. Pp. 603–612 DOI: 10.1016/S0301-4215(00)00045-8.
48. Chong Y.T., Teo K.M., Tang L.C. A lifecycle-based sustainability indicator framework for waste-to-energy systems and a proposed metric of sustainability // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2016. Vol. 56. Pp. 797–809. DOI: 10.1016/j.rser.2015.11.036.
49. Rovere E.L., Soares J.B., Oliveira L.B., Lauria T. Sustainable expansion of electricity sector: sustainability indicators as an instrument to support decision making // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2010. Vol. 14, Issue 1. Pp. 422–429. DOI: 10.1016/j.rser.2009.07.033.
50. Potting J., Hekkert M., Worrell E., Hanemaaijeret A. Circular Economy: Measuring Innovation in the Product Chain. Netherlands Environmental Assessment Agency, 2017. 46 р.
51. Валько Д.В. Циркулярная экономика: понятийный аппарат и диффузия концепции в отечественных исследованиях // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия Экономика и экологический менеджмент. 2019. № 2. С. 42–49.
52. Гительман Л.Д., Ратников Б.Е., Семериков А.С., Семериков М.А. Региональная электроэнергетика. Противокризисная концепция. М.: Дело, 2006. 52 с.
53. Соломин В.А. Переход на возобновляемые источники энергии как политическая задача // Независимая газета. 01.10.2017. URL: www.ng.ru/ng_energiya/2017-01-10/11_6897_sources.html.
54. Huertas J.I., Giraldo N., Izquierdo S. Removal of H2S and CO2 from Biogas by Amine Absorption // In: Mass Transfer in Chemical Engineering Processes. Edited by J. Markoš. IntechOpen, 2011. Pp. 133–150. DOI: 10.5772/20039.
55. Mass Transfer in Chemical Engineering Processes. Edited by J. Markoš. IntechOpen, 2011. 320 р. DOI: 10.5772/659.
56. Chen X.Y., Vinh-Thang H., Ramirez A.A., Rodrigue D., Kaliaguine S. Membrane gas separation technologies for biogas upgrading // RSC Advances. 2015. Vol. 5. Pp. 24399–24448. DOI: 10.1039/C5RA00666J.
57. Комина Г.П., Сауц А.В. Получение и использование биогаза в решении задач энергосбережения и экологической безопасности. СПбГАСУ, 2017. 95 с.
58. Cuellar A.D., Webber M.E. Cow power: the energy and emissions benefits of converting manure to biogas // Environmental Research Letters. 2008. Vol. 3, Issue 3. Р. 034002. DOI: 10.1088/1748-9326/3/3/034002.
59. Колганов Д. Является ли утилизация свалочного газа рентабельным проектом СО? // Русдем-Энергоэффект. 2007-2010. URL: www.methanetomarkets.ru/goods/mater13/.
60. Антушевич А.А., Минакова П.С., Зязя А.В., Поддубный А.М. Оценка энергетического потенциала полигона твердых коммунальных отходов // Вопросы безопасности. 2020. № 5. DOI: 10.25136/2409-7543.2020.5.34738.
61. Kiselev A., Magaril E., Magaril R., Panepinto D., Ravina M., Zanetti M.C. Towards circular economy: evaluation of sewage sludge biogas solutions // Resources. 2019. Vol. 8, Issue 2. Р. 91. DOI: 10.3390/resources8020091.
62. Kravchenko M., Pigosso D., McAloone T. Towards the ex-ante sustainability screening of circular economy initiatives in manufacturing companies: Consolidation of leading sustainability-related performance indicators // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 241. Р. 118318. DOI:10.1016/j.jclepro.2019.118318.
63. Bakker C., den Hollander M., van Hinte E., Zijlstra Y. Products that Last: Product Design for Circular Business Models. TU Delft Library, 2014. 112 р.
64. Bocken N.M.P., de Pauw I., Bakker C., van der Grinten B. Product design and business model strategies for a circular economy // Journal of Industrial and Production Engineering. 2016. Vol. 33. Pp. 308–320. DOI: 10.1080/21681015.2016.1172124.
65. Lieder M., Rashid A. Towards circular economy implementation: a comprehensive review in context of manufacturing industry // Journal of Cleaner Production. 2016. Vol. 115. Pp. 36–51. DOI: 10.1016/j.jclepro.2015.12.042.
66. Parkinson H.J., Thompson G. Analysis and taxonomy of remanufacturing industry practice // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part E: Journal of Process Mechanical Engineering. 2003. Vol. 217. Pp. 243–256. DOI: 10.1243/095440803322328890.
67. Thierry M., Salomon M., Van Nunen J. Strategic issues in product recovery management // California Management Review. 1995. Vol. 37. DOI: 10.1016/0024-6301(95)91628-8.
68. Allwood J.M., Ashby M.F., Gutowski T.G., Worrell E. Material efficiency: A white paper // Resources, Conservation and Recycling. 2011. Vol. 55. Pp. 362–381. DOI: 10.1016/jresconrec.2010.11.002.
69. Reike D., Vermeulen W.J.V., Witjes S. The circular economy: new or refurbished as CE 3.0? – exploring controversies in the conceptualization of the circular economy through a focus on history and resource value retention options // Resources, Conservation and Recycling. 2018. Vol. 135. Pp. 246–264. DOI: 10.1016/jresconrec.2017.08.027.
70. Гительман Л.Д., Ратников Б.Е. Энергетический бизнес. 2-е изд., испр. М. :Дело, 2006. 600 с.
71. Гительман Л.Д, Ратников Б.Е. Экономика и бизнес в электроэнергетике. М.: Экономика, 2013. 432 с.
72. Майсюк Е.П. Принципы и методы оценки эффективности природоохранных мероприятий в энергетике // Энергетика и климат. 2017. № 4. С. 92–98.
73. Чеботарева Г.С., Двинянинов А.А. Экономическая альтернатива замены централизованного газоснабжения автономными биогазовыми установками в городах России // Journal of Applied Economic Research. 2021. Т. 20, №. 3. С. 582–612. DOI: 10.15826/vestnik.2021.20.3.023.
74. Караева А.П., Магарил Е.Р. Показатели природоемкости производства энергии как инструмент оценки эффективности проектов в энергетике // Journal of Applied Economic Research. 2020. Т. 19, № 2. C. 166–179. DOI: 10.15826/vestnik.2020.19.2.009.
Благодарности
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-28-01740, rscf.ru/project/22-28-01740/
Информация об авторах
Магарил Елена Роменовна
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой экономики природопользования Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19); ORCID 0000-0003-3034-9978; e-mail: magaril67@mail.ru.
Гительман Леонид Давыдович
Доктор экономических наук, профессор, заведующий кафедрой систем управления энергетикой и промышленными предприятиями Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19); ORCID 0000-0002-5943-7659; e-mail: ldgitelman@gmail.com.
Караева Анжелика Пирмамедовна
Аспирант кафедры экономики природопользования Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19); ORCID 0000-0003-3367-7678; e-mail: anzhelika.karaeva@gmail.com.
Киселев Андрей Владимирович
Аспирант, младший научный сотрудник кафедры экономики природопользования Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19); ORCID 0000-0002-4199-2582; e-mail: ipkiselyov@mail.ru.
Кожевников Михаил Викторович
Кандидат экономических наук, доцент кафедры систем управления энергетикой и промышленными предприятиями Уральского федерального университета имени первого Президента России Б.Н. Ельцина, г. Екатеринбург, Россия (620002, г. Екатеринбург, ул. Мира, 19); ORCID 0000-0003-4463-5625; e-mail: m.v.kozhevnikov@urfu.ru.
Для цитирования
Магарил Е.Р., Гительман Л.Д., Караева А.П., Киселев А.В., Кожевников М.В. Методический подход к эколого-экономической оценке проектов биогазовой энергетики // Journal of Applied Economic Research. 2022. Т. 21, № 2. С. 217-256. DOI: 10.15826/vestnik.2022.21.2.009.
Информация о статье
Дата поступления 26 февраля 2022 г.; дата поступления после рецензирования 8 апреля 2022 г.; дата принятия к печати 5 мая 2022 г.
DOI: http://dx.doi.org/10.15826/vestnik.2022.21.2.009
Скачать полный текст статьи:
~4 МБ, *.pdf
(Размещен
03.07.2022)
Создано / Изменено: 18 августа 2015 / 20 сентября 2021
© ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»
Увидели ошибку?
выделите фрагмент и нажмите:
Ctrl + Enter
Дизайн портала: Artsofte