Система оценки экономической целесообразности производства топливной щепы из порубочных остатков
Суханов Ю.В. (ПетрГУ, г. Петрозаводск, РФ)
The article describes the program for estimation of economic efficiency of wood chip production from forest slash.
При решении вопроса о целесообразности сбора отходов и переработки их в щепу, необходимо учитывать возможность и расстояние доставки щепы до потребителя биотоплива, технические характеристики техники для сбора порубочных остатков и переработки их в щепу, характеристики древостоя, цены на продукцию лесной отрасли в регионе.
Для сбора порубочных остатков на лесосеке и переработке их в щепу необходима специализированная дорогостоящая техника. Расчет себестоимости плотного кубического метра щепы и сравнение с ценами на щепу, установившимися в регионе, может быть обоснованием при принятии решения о производстве топливной щепы из порубочных остатков.
Для решения вопроса о целесообразности производства топливной щепы из порубочных остатков, предлагается применить систему поддержки принятия решения, которая позволит, в зависимости от введенных исходных данных, рассмотреть несколько вариантов систем машин и технологий получения щепы, сравнить эти варианты, выявить слабые стороны каждого из вариантов и границы их применения. При сравнении результатов работы системы, пользователь сможет найти оптимальную технологию для производства топливной щепы в конкретных условиях, а также рассчитать минимальную цену за плотный кубометр щепы, при которой сбор порубочных остатков и производство щепы могут быть экономически выгодным мероприятием.
Система поддержки принятия решения состоит из следующих частей: ─ имитационная модель лесосеки и природно-климатических условий работы;
─ имитационные модели работы лесных машин, позволяющие рассчитать производительность харвестеров, форвардеров, мобильных рубительных машин и пакетирующих машин;
─ программа расчета экономической эффективности, позволяющая оценить целесообразность сбора порубочных остатков и переработки их в щепу, в заданных пользователем условиях. В программе учитываются расходы на транспортировку древесного сырья до потребителя и затраты на переработку порубочных остатков в щепу.
Отличительной особенностью системы является то, что сбор порубочных остатков рассматривается совместно с рубками деловой древесины. Это позволяет учитывать возможность отвлечения лесной техники, занятой на рубках деловой древесины, для выполнения работ, связанных со сбором порубочных остатков.
Основными исходными данными для программы расчета экономической эффективности являются результаты имитационного моделирования работы лесных машин при сборе и переработке порубочных остатков. Программа учитывает объем собранных порубочных остатков и дров, а также время работы машины в часах. Кроме этого, пользователь должен ввести данные, необходимые для расчета постоянных и переменных затрат на работу машины, задать цены на продукцию лесной отрасли, указать затраты на уборку делянки. Варьируя исходными данными, пользователь может найти границы применения того или иного варианта (например, предельную цену за щепу, ниже которой производство щепы будет не целесообразно), определить слабые стороны технологий и систем машин.
Программа расчета экономической эффективности и имитационные модели работы лесной техники позволяют произвести расчеты для четырех вариантов:
─ В качестве базового предлагается вариант без сбора лесосечных отходов. При этом расходы на очистку лесосек, вместе с затратами на валку с трелевкой и вывозку, будут влиять на рентабельность лесозаготовок. Доход лесозаготовитель может получить от реализации деловой и дровяной древесины.
─ Первый вариант это сбор порубочных остатков и трелевка их на погрузочную площадку с помощью форвардера, рубка лесосечных отходов в щепу передвижной рубительной машиной и вывозка щепы автощеповозом до потребителя. При этом, в качестве расходов рассматриваются затраты на валку деревьев, трелевку сортиментов, вывозку сортиментов, сбор порубочных остатков и их трелевку, переработку в щепу рубительной машиной, транспортировку щепы к потребителю. Доход складывается из реализации деловой древесины, топливной щепы и уменьшения расходов на очистку лесосеки после рубок деловой древесины.
─ Второй вариант рассматривает применение при сборе порубочных остатков специальной пакетирующей машины типа John Deere 1490D. В этом варианте потребителю доставляется не щепа, а плотно обвязанные пакеты отходов лесозаготовок. При этом, в качестве расходов рассматриваются затраты на валку деревьев, трелевку сортиментов, вывозку сортиментов, затраты на работу пакетирующей машины, вывозку пакетов форвардером и затраты на доставку пакетов лесовозным транспортом до потребителя. Доход складывается из реализации деловой древесины, пакетов порубочных остатков и уменьшения расходов на очистку лесосеки после рубок деловой древесины.
─ Третий вариант базируется на применении мобильной рубительной машины на базе форвардера с контейнером, типа Амкодор 2902. При этом, в качестве расходов рассматриваются затраты на валку деревьев, трелевку сортиментов, вывозку сортиментов, затраты на работу передвижной рубительной машины, затраты на перегрузку щепы из контейнера и затраты на транспортировку щепы с помощью автощеповозов до потребителя. Доход складывается из реализации деловой древесины, топливной щепы и уменьшения расходов на очистку лесосеки после рубок деловой древесины.
Имитационная модель лесосеки выполнена на языках С++ и MapBasic из пакета MapInfo. Результатом работы программы являются таблицы с данными по каждому дереву в древостое, с координатами волоков, с данными по рельефу и климату.
Для имитационного моделирования техники применяются две программы. Первая позволяет рассчитать работу колесных харвестеров и харвестеров на безе экскаваторов. Вторая включает в себя модели работы мобильной рубительной машины, пакетирующей машины и форвардера на следующих работах: сбор и вывозка с лесосеки сортиментов; сбор и вывозка на погрузочную площадку порубочных остатков; подбор тюков порубочных остатков за пакетирующей машиной и вывозка их на погрузочную площадку. Модели выполнены на языке С++. В результате работы программ, создаются и заполняются таблицы, по которым можно определить производительность машин, время затраченное на каждую операцию, время на передвижение по волокам, воздействие на почву.
Исходными данными, для программы расчета экономической эффективности, являются выходные данные имитационных моделей работы лесных машин на модельной лесосеке. Программа позволяет рассчитать затраты на вывозку сортиментов, щепы или пакетов порубочных остатков автомобильным транспортом, а также затраты на производство щепы рубительной машиной. Пользователю программы требуется ввести недостающие исходные данные, такие как цена за деловую (в зависимости от диаметра) и дровяную древесину, цена на щепу. Кроме этого пользователь должен ввести данные для расчета постоянной составляющей затрат на работу лесных машин, а также переменные затраты для каждого типа техники, задействованного в системе машин. Постоянные затраты можно рассчитать в том числе для условия взятия техники в лизинг или покупки в кредит. Переменные затраты вводятся на один час работы. По итогам работы программ, на экран выводятся результаты расчетов. Опираясь на полученные цифры, пользователь системы может оценить, является ли экономически целесообразным сбор порубочных остатков и переработка их в щепу при текущих ценах и затратах, а также объем топливной щепы, который можно получить с лесосеки. Программа расчета экономической эффективности выполнена на языке С++.
При выборе системы машин необходимо проанализировать слабые и сильные стороны каждого из вариантов.
При реализации сбора и переработки порубочных остатков в щепу по первому варианту, положительной стороной является необходимость приобретения сравнительно недорогой специализированной техники. Стоимость рубительной машины с приводом от вала отбора мощности и сельскохозяйственного трактора в несколько раз ниже стоимости специализированных пакетирующих машин и мобильных рубительных машин на базе форвардера. При этом сбор порубочных остатков на лесосеке может производится тем же форвардером, что и на трелевке сортиментов. При этом необходимо учитывать, что на Северо-западе России ярко выражена сезонность лесозаготовок. Основной объем лесозаготовок приходится на зимние месяцы, а летом коэффициент использования лесных машин падает. Возможность использования форвардеров в летние месяцы на сборе порубочных остатков может, с одной стороны, увеличить коэффициент использования техники, а с другой стороны, значительно снизить себестоимость заготовки щепы за счет снижения постоянной составляющей затрат на работу машины. Также этот вариант достаточно гибок ─ при снижении цен на щепу или при увеличении затрат на переработку порубочных остатков в щепу, форвардеры можно задействовать на рубках деловой древесины, а рубительную машину использовать только на переработке в щепу дровяной древесины.
Во втором варианте применяется дорогостоящая и производительная машина для пакетирования порубочных остатков. Для того чтобы пакетирующая машина окупилась и приносила доход, необходимо максимально полно использовать возможности машины, а значит необходимы большие объемы заготовки древесины. Кроме этого, необходим постоянный спрос на пакеты порубочных остатков со стороны потребителей. Положительным моментом данной технологии является возможность транспортировки пакетов обычным лесовозным транспортом, что значительно дешевле транспортировки щепы в щеповозах, кроме этого, возможность применения лесовозов повышенной проходимости может позволить вывести пакеты по дорогам, недоступным средним и тяжелым щеповозам.
Отличительной особенностью третьего варианта также является применение дорогостоящей специализированной машины, для эффективного использования которой необходим постоянный спрос на щепу и большие объемы заготовки древесины. Положительной стороной применения данного варианта является минимизация единиц техники в цепочке: необходима только мобильная рубительная машина, погрузчик и щеповоз. С учетом небольших объемов контейнеров на машине, при рубке в щепу дровяной древесины, более эффективным следует признать трелевку дров форвардером совместно с деловой древесиной, с последующей переработкой дров мобильной рубительной машиной в щепу уже на погрузочной площадке.
Работа выполняется в рамках проекта «Лесозаготовки и логистика в России», финансируемого Европейским Союзом через финское Агентство по развитию технологий и инноваций (TEKES).