срок окупаемости инвестиций

Срок окупаемости инвестиций в шахтную вентиляцию показывает, за какое время экономический эффект от модернизации перекроет капитальные затраты. Наибольший вклад в возврат средств даёт энергосбережение от внедрения частотного привода, повышения КПД проточной части и устранения аэродинамических потерь. Также учитываются снижение простоев, расходы на обслуживание и продление ресурса ключевых узлов.

Методика включает расчёт исходного энергопотребления и сценариев «после» с учётом требуемого статического напора и расхода. В модель закладываются стоимость электричества, графики нагрузки по сезонам, нормативы охраны труда и расходы на ремонт. Важна оценка рисков: вариативность добычи, изменение тарифов, технологические ограничения и доступность запчастей.

KPI проекта — удельная энергия на м³/с, интегральный КПД установки, доля времени в оптимальной зоне, снижение акустической нагрузки и вибраций. Для достоверности результатов организуют пилотный участок с мониторингом параметров и сравнением «до/после». Итоги пилота масштабируются на весь узел, уточняются бюджет и график внедрения.

Корректно рассчитанный срок окупаемости инвестиций позволяет принять обоснованное решение, распределить бюджет, снизить эксплуатационные риски и обеспечить устойчивую экономию на горизонте жизненного цикла вентиляционной установки.

Срок окупаемости инвестиций в шахтную вентиляцию

(методика, формулы в текстовом виде, числовой пример)

1. Зачем считать окупаемость

Срок окупаемости (Payback) показывает, за какое время экономический эффект модернизации перекроет капитальные затраты. Основные источники эффекта:

• энергосбережение за счёт частотного привода, повышения КПД проточной части и снижения аэродинамических потерь;

• уменьшение простоев, снижение затрат на обслуживание и ремонт;

• продление ресурса ключевых узлов (подшипники, уплотнения, электродвигатель).

Корректный расчёт позволяет принять обоснованное инвестиционное решение, распределить бюджет и снизить эксплуатационные риски.

2. Подход к расчёту и исходные данные

Сравниваются два состояния: «как есть» и «после модернизации» при соблюдении требуемых расхода воздуха и статического напора. В модель вносятся:

• стоимость электроэнергии (возможны тарифы “пик/полупик/ночь” и сезонные графики);

• режимы работы по сменам/сезонам (часы в год для каждого режима);

• КПД проточной части, КПД электродвигателя, КПД привода/муфты;

• затраты на обслуживание и ремонт, стоимость простоев;

• требования по охране труда, шуму и взрывозащите;

• риски: колебания добычи, изменение тарифов, технологические ограничения, доступность запчастей.

3. Рабочие формулы (в текстовом виде)

1. Валовая аэродинамическая мощность:
   Pвал = (Q * Δp) / ηаэр
   где Q — расход, м³/с; Δp — статический напор, Па; ηаэр — КПД проточной части.

2. Электрическая мощность на клеммах:
   Pэл = Pвал / (ηдв * ηприв)
   где ηдв — КПД двигателя; ηприв — КПД передачи/муфты.

3. Годовое электропотребление по каждому режиму i:
   E0 = Σ( Pэл,0,i * h_i ) — до модернизации
   E1 = Σ( Pэл,1,i * h_i ) — после модернизации
   где h_i — часы работы в году в режиме i.

4. Годовая экономия на электроэнергии:
   Sэн = (E0 − E1) * cэл,
   где cэл — тариф, руб/кВт·ч.

5. Экономия на обслуживании и простоях (если применимо):
   SОиМ = (CОиМ,0 − CОиМ,1) + (Cпростой,0 − Cпростой,1).

6. Совокупный годовой денежный поток:
   CFгод = Sэн + SОиМ.

Частотное регулирование (оценка эффекта)

При близкой аэродинамической схеме сети:
Q примерно пропорционален n;
Δp примерно пропорционален n²;
мощность примерно пропорциональна n³.
Если средняя частота меняется с f0 на f, то ориентировочно:
Pэл,1 ≈ Pэл,0 * (f / f0)³.
(Допускается поправка на изменение КПД при иных рабочих точках.)

4. Показатели эффективности проекта

• Простая окупаемость (PB):
  PB = CAPEX / CFгод.

• NPV (чистый дисконтированный доход):
  NPV = − CAPEX + Σ[ CF_t / (1 + r)^t ], t = 1…N,
  где r — ставка дисконтирования, N — горизонт расчёта (лет).

• IRR (внутренняя норма доходности): ставка r*, при которой NPV = 0.

• Дисконтированный срок окупаемости (DPB): первый год, когда накопленный дисконтированный поток становится ≥ 0.

5. KPI для эксплуатации

• Удельная энергия на единицу расхода за год:
  kсп = E / (Qср * Hоп), единицы измерения: кВт·ч на (м³/с).
  Где Qср — средний расход, Hоп — часы работы.

• Интегральный КПД системы:
  ηsys = (Q * Δp) / (ρ * Pэл), где ρ — плотность воздуха, кг/м³.

• Доля времени в оптимальной зоне по карте вентилятора:
  %Opt = (сумма часов, когда рабочая точка в зоне макс. КПД) / (общие часы) * 100%.

• Снижение шума (дБА) и вибрации (мм/с) — фиксируется замерами «до/после».

6. Мини-пример (один режим для наглядности)

Исходные данные (до модернизации):
Расход Q = 60 м³/с
Статический напор Δp = 2200 Па
КПД проточной части ηаэр = 0,78
КПД электродвигателя ηдв = 0,95
КПД привода ηприв = 0,98
Время работы h = 7000 ч/год
Тариф cэл = 6,0 руб/кВт·ч

Модернизация:

• новая проточная часть с ηаэр = 0,84;

• частотный привод, средняя частота 45 Гц вместо 50 Гц (отношение 0,9).

Расчёт:

1. До модернизации:
   Pвал,0 = (60 * 2200) / 0,78 = 169,2 кВт
   Pэл,0 = 169,2 / (0,95 * 0,98) = 181,3 кВт
   E0 = 181,3 * 7000 = 1 269 100 кВт·ч/год

2. Только рост КПД проточной части:
   Pвал,1a = (60 * 2200) / 0,84 = 157,1 кВт
   Pэл,1a = 157,1 / (0,95 * 0,98) = 168,8 кВт

3. Дополнительно эффект частотного привода (0,9 в кубе):
   Pэл,1 ≈ 168,8 * 0,9³ = 123,3 кВт
   E1 = 123,3 * 7000 = 863 100 кВт·ч/год

4. Годовая экономия на электроэнергии:
   Sэн = (1 269 100 − 863 100) * 6,0 = 2 436 000 руб/год

5. Предположим дополнительная экономия O&M:
   SОиМ = 300 000 руб/год
   Тогда CFгод = 2 436 000 + 300 000 = 2 736 000 руб/год

6. Окупаемость при CAPEX = 9 000 000 руб:
   PB = 9 000 000 / 2 736 000 ≈ 3,29 года
   NPV и IRR рассчитываются по годовым CF_t в Excel (функции NPV и IRR) при выбранной ставке r и горизонте N.

7. Как быстро собрать расчёт в Excel

Вводные столбцы:
Q; Δp; ηаэр (до/после); ηдв; ηприв; f0 и f (если есть ЧП); тарифы (пик/полупик/ночь); h по режимам; CAPEX; ставка r; горизонт N; экономия O&M/простоев.

Расчётные столбцы:
Pвал; Pэл; E0; E1; Sэн; SОиМ; CFгод и/или CF_t по годам; PB; NPV; IRR; DPB; KPI (kсп, ηsys, %Opt).

Советы:

• Разбейте год на реальные режимы нагрузки (смены/сезоны).

• При ЧП используйте отношение f/f0 и зависимость мощности примерно как куб отношения частот.

• Для чувствительности сделайте таблицу данных по тарифам, часам работы и КПД.

8. Пилот и масштабирование

Рекомендуется пилотный участок: установка датчиков (давление, расход, температура, вибрация), подключение ЧП/новой проточной части, мониторинг «до/после». Результаты пилота масштабируются на весь узел, уточняются бюджет и график внедрения.

9. Вывод

Системный расчёт окупаемости на базе энергобаланса, КПД и реальных режимов работы даёт прозрачную картину экономического эффекта, снижает риски и обеспечивает устойчивую экономию на всём жизненном цикле вентиляционной установки.