34525895 engineering economics notes

55
Page 1 of 55 By Prof. Amrit Nakarmi I/II MSREE 09 July 2008 Introduction to Economics of Energy Projects (EG854ES) What Is Economics? Scarcity All economic questions arise from a single and inescapable fact: you can't always get what you want. We live in a world of scarcity. Scarcity means that wants always exceed resources available to satisfy them. People get involved in Economic Activity to cope with Scarcity. Economics is the study of how people use their limited resources to try to satisfy unlimited wants. Faced with scarcity, we have to make choices because we can't have all what we want. Balancing the wants and the resources available is called economizing or optimizing. What Is Energy Economics? What is competition? Competition is the contest for command over scarce resources. For human life and the production processes, a sufficiently available of energy is the highest priority. Human beings can live without other things, but not without energy resources. Energy resources are also scarce and hence, needs its optimization and it is dealt by energy economics. What Is Economics of Energy Projects? Economics of Energy Projects deals with how economically an energy project can be established and operated. Cost structure, financing, capital budgeting (project evaluation), and financial performance analysis of the energy projects or firms are looked into. Types of Firms Three basic types of firm Sole proprietorship Partnership Corporation or limited company Sole proprietorship It is the oldest form of business organization. A single person owns the business, holds title to all its assets, and is responsible for all of its liabilities. Advantages Simplicity Quicker decisionmaking Easy to establish

Upload: renuucet

Post on 16-Oct-2014

247 views

Category:

Documents


6 download

TRANSCRIPT

Page 1: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 1 of 55  

By Prof. Amrit Nakarmi            I/II MSREE        09 July 2008 

 

Introduction to Economics of Energy Projects (EG854ES) 

 

What Is Economics? 

Scarcity 

All economic questions arise from a single and inescapable fact: you can't always get what you want. We live 

in a world of scarcity. 

Scarcity means that wants always exceed resources available to satisfy them. 

People get involved in Economic Activity to cope with Scarcity. 

Economics is the study of how people use their limited resources to try to satisfy unlimited wants. 

Faced with scarcity, we have to make choices because we can't have all what we want. Balancing the 

wants and the resources available is called economizing or optimizing. 

 

What Is Energy Economics? 

What is competition? 

  Competition is the contest for command over scarce resources. 

For human life and the production processes, a sufficiently available of energy is the highest priority. 

Human beings  can  live without other  things, but not without energy  resources. Energy  resources are also 

scarce and hence, needs its optimization and it is dealt by energy economics. 

 

What Is Economics of Energy Projects? 

Economics of Energy Projects deals with how economically an energy project can be established and 

operated. Cost structure, financing, capital budgeting (project evaluation), and financial performance analysis 

of the energy projects or firms are looked into.  

 

Types of Firms 

Three basic types of firm 

Sole proprietorship 

Partnership 

Corporation or limited company 

 

Sole proprietorship 

  It is the oldest form of business organization. A single person owns the business, holds title to all its 

assets, and is responsible for all of its liabilities. 

Advantages 

Simplicity 

Quicker decision‐making 

Easy to establish 

Page 2: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 2 of 55  

Disadvantages 

Good for small firms and not good for big firms such as energy Cos. 

Responsible for all liabilities 

Difficult to raise capital 

Cost of capital is high 

 Partnership 

A partnership is similar to a proprietorship in all aspects except that there is more than one owner. 

Advantages 

Decision made through consensus/agreement , hence low risk 

Can raise higher capital 

Easy to establish but more complex than single proprietorship 

Disadvantages 

Responsible for all liabilities 

Slower decision‐making process than single proprietorship 

Difficult to raise capital 

 

Corporation or Limited Company 

   A company is an impersonal entity created by law, which can own assets and liabilities. The main 

feature of this form is that the Co. is separate from its owners. A owner’s liability is limited to his/her 

shareholding only. 

Advantages 

Limited liability 

Can raise higher capital (a kind for energy Cos.) 

Lower cost of capital 

Decision‐making through consensus 

Disadvantages 

Slow decision‐making 

Difficult to set up 

 

 

 

 

 

 

 

Page 3: 34525895 Engineering Economics Notes

 

RAISING

 

 

 

 

Equity CEquity cap

 

Rights of

R

th

re

R

ev

G FINANCES

Capital pital represen

Authorized

memorand

Issued cap

Subscribed

Paid‐up ca

Par value –

Book valu

outstandin

Market Va

market. 

Initial Pub

Subsequen

Rights  Issu

existing sh

f equity shar

ight to incom

he debt obliga

etained earni

ight to contr

very resolutio

nts ownershi

d  capital  – 

dum of assoc

pital – the am

d capital – Th

apital – The a

– It is the valu

e – It is the s

ng shares. 

alue –  It  is  th

blic Offering (

nt offering is 

ue  –It  is  the

hareholders. 

reholders 

me – The equi

ation and pre

ngs or paid o

ol – Equity sh

on placed bef

p capital as e

The  amoun

iation. 

mount offered

he part of the

ctual amount

ue stated in t

um of the pa

he value of  t

(IPO) – The in

called Second

e  selling  of  th

ity sharehold

eferred share

ut as dividen

hareholders a

fore the Co. 

quity (comm

t  of  capital 

 by the Co. to

 issued capita

t paid up by t

he memoran

aid‐up capital 

the  share at 

nitial public is

dary public of

he  security  i

ers have resi

 dividends. Th

d. 

are the actual

on) sharehold

that  a  Co. 

o the shareho

al which has b

the investors.

dum and the

and retained

which  it  is  tr

ssue of the sh

ffering (SPO).

n  the  primar

dual claim to

he residual in

l owners of th

 

ders collectiv

can  potent

olders. 

been subscrib

 

 share certific

d earnings div

raded  in  the 

hares to the m

 

ry market  by

o the income 

ncome can be

he Co. and ha

Pa

ely own the c

ially  issue,  a

bed to the inv

cate. 

vided by the 

stock exchan

members of t

y  issuing  sha

of the firm af

e withheld by

ave the right 

age 3 of 55 

company. 

as  per  its 

vestors. 

number of 

nge or  the 

the public. 

res  to  the 

fter paying 

 the Co. as 

to vote on 

Page 4: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 4 of 55  

Pre‐emptive rights – It enables the existing shareholders to maintain their proportional ownership of 

the shares if the Co. issued additional shares in the market. 

 

 

Sources of Finance  

Preferential Capital (Preferred shares) 

Preferred  shares  are  hybrid  forms  of  capital.  They  have  the  characteristics  of  both  the  equity  (common 

shares) and the debt such as debentures. 

Main features are : 

1. preferred share dividend is payable after net income,  

2. it is cumulative (dividend if not paid in year, will be accumulated next year), and  

3. it is taxable and has no voting rights.  

 

Internal accumulation (retained earnings) 

  The  internal  accruals  consist  of  depreciation  and  retained  earnings.  Retained  earnings  are 

much more expensive than bank loans, because they are retained without paying out the dividend and cost 

of capital (interest rate) of equity is higher than that of the loan. 

 

Term Loans/debentures 

Terms are given by financial institutions such as banks and have term of less than 10 years. 

Debentures (bonds) are loans raised from the public and the interest (called here as coupon) is paid every six 

months. It can be secured and unsecured. Debentures can be convertible into common shares. 

 

Working capital advances (loans) 

Under a cash credit or overdraft arrangement, a company can borrow required amount if it is within its limit 

in the agreement with the financial institution or the bank. 

 

 

Weighted Average Cost of Capital (WACC) 

Cost of Debt 

A  firm  with  a  40%  tax  rate  issues  $1,000  bonds  at  a  face  value  with  coupon  rate  of  16%.  Ignoring 

underwriting and issuing expenses, 

Market yield (market rate of return) = rd =160/1000 = 16% 

  Cost of debt (to the company)=Rd=160*(1‐0.4)/1000 =9.6% 

 

If people invest in bonds for long‐term, then 

  Pb =Sum(I/(1+rb)t + F/(1+rb)

n  

   

 

 

Page 5: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 5 of 55  

Cost of debt (to the Co) 

  NPb =Sum(I*(1‐Tax)/(1+kb)t +   F/(1+kb)

n  

 

Cost of Preferred Share A corporation issues new $100 preferred shares that provide $12 in annual dividends. The firm has identical 

preferred shares outstanding that also trade at $100/share. Issuing and underwriting expenses are 5% of the 

issue price and assumed to be tax deductible. The firm’s tax rate is 40%. 

Net Proceeds of preferred share (to the Co.) =NPp=100‐(1‐0.4)*5 =$97 

rp= 12/100 = 12% 

kp=12/97 = 12.37% (cost of preferred share to the Co.)  

 

Cost of Preferred Share (for long‐term investment) 

Pp=Dp*Sum(1/(1+ rp)t)  

 

 

Cost of Equity A corporation  issues new $100 common shares that provide $16 in annual dividends. The firm has  identical 

common shares outstanding that also trade at $100/share. Issuing and underwriting expenses are 5% of the 

issue price and assumed to be tax deductible. The firm’s tax rate is 40%. 

Net Proceeds of common share (to the Co.) = NPe= 100‐(1‐0.4)*5 = $97 

re= 16/100 = 16% 

ke = 16/97 = 16.49% (cost of equity to the Co.)  

 

Cost of Equity (long‐term) 

Market capitalization rate 

  Pe= SUM(Dt/(1+ re)t) 

 

Cost of new shares 

   NPe = SUM(Dt/(1+ ke)t) 

 

Cost of Equity 

Usually cost of equity is not known, then we have to use Capital Asset Pricing Model (CAPM) to find 

out cost of equity. 

 

 

 

 

 

 

Page 6: 34525895 Engineering Economics Notes

 

Cost of 

 

 

 

 

Cost of 

 

 

 

 

 

In practice

• 

• 

• 

eq

 

WeightIf ‘I’ is the

I =

where  

Then,  

W

 

Example o

A firm pla

that rough

Lo

P

N

Equity (CA

Equity 

Cost

wher

 

       E

e, 

Short term g

Historical ris

Betas are es

quity is riskie

ed Average total investm

=B+P+E  

is borrowing

is preferred s

WACC =Rb(1‐T

on WACC 

ans on financ

hly correspon

ong –term de

referred shar

ew common 

APM) 

t of Equity (k

re,  

Rf = Risk fre

E(R m) = Expec

government s

k premiums a

stimated by  r

r than the ma

ge Cost of Cment, then 

g (loans and b

shares, and E

Tax)*B/I +kp*P

cing major ne

nds to its curr

ebt  $30

res  $10

shares  $40

ke) = Rf + Equ

ee rate 

cted Return o

ecurity rates 

are used for t

regressing  sto

arket) 

Capital (W

onds),  

E is equity. 

P/I + ke*E/I  

ew expansion

rent capital st

0 mil 

0 mil 

0 mil 

uity Beta * (

on the Market

are used as r

the risk premi

ock  returns a

WACC) 

n programs by

tructure: 

(E(Rm ) ‐ Rf)

t Index (Diver

risk free rates

ium 

against mark

y drawing on

rsified Portfo

et  returns  (it

n funds  in the

Pa

 

lio) 

t  shows how 

e following p

age 6 of 55 

much  the 

roportions 

Page 7: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 7 of 55  

Issuing  and underwriting  expenses  can be  ignored. Debt  can be  issued  at  a  coupon  rate of 12%,  and  the 

dividend  yield  on  preferred  shares would  be  9%.  Common  Shares  currently  trade  at  $45  per  share.  The 

current dividend yield on preferred shares would be $2.25 per share. Management feels that, over long run, 

growth  in dividend match  inflation rate, which  is anticipated to be 10% per year. The corporate tax  is 40%. 

What is the firm’s weighted average cost of capital (WACC) ? 

 

Example on WACC 

The current interest on government debt is 10%, and the return on the market is expected to exceed this 

rate by 7%. What value of beta do we have to assume for the firm if the cost of equity as derived from the 

CAPM is to match the Ke =15% calculated according to the dividend growth model under above example? 

kb = (1‐T) rb =0.6*12% =7.2% 

kp = rp =9% 

Ke =D1 / pe+g =2.25/45+0.1 = 0.15 or 15% 

Source   Proportion  Cost in %  Weighted Cost 

Debt    30/80 =0.375  7.2%      2.7%   

Preferred  10/80 =0.125  9%      1.13%   

Common  40/80 =0.50  15%      7.5%   

                      

    WACC = 2.7% +1.13% +7.5% =11.33% 

 

Example on WACC 

A firm plans on financing major new expansion programs by drawing on funds  in the following proportions 

that roughly corresponds to its current capital structure: 

Long –term debt  $30 mil 

Preferred shares  $10 mil 

New common shares  $40 mil 

Issuing  and underwriting  expenses  can be  ignored. Debt  can be  issued  at  a  coupon  rate of 12%,  and  the 

dividend  yield  on  preferred  shares would  be  9%.  Common  Shares  currently  trade  at  $45  per  share.  The 

current dividend yield on preferred shares would be $2.25 per share. Management feels that, over long run, 

growth  in dividend match  inflation rate, which  is anticipated to be 10% per year. The corporate tax  is 40%. 

What is the firm’s weighted average cost of capital (WACC) ? 

 

Example on WACC 

The current interest on government debt is 10%, and the return on the market is expected to exceed 

this rate by 7%. What value of beta do we have to assume for the firm if the cost of equity as derived from 

the CAPM is to match the Ke =15% calculated according to the dividend growth model under above example? 

 

 

 

 

 

 

Page 8: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 8 of 55  

Financial Statements These are statements of financial information to the managers and the shareholders. 

Income Statement (Profit and Loss Statement) 

Balance Sheet 

Cash  flow  statement  / Source and Use of Funds  Statement  (Statement of  changes  in  financial 

positions) 

Income Statement It shows the record of financial events between two points in time. It has revenue from sales and expenses 

incurred during the period. 

 

Net Worth 

The value of total assets minus total liabilities or the value of the owners' claim on the assets. 

 

Income Statements (P/L statement) 

Expenditures are all cash outflows 

Expenses are only those expenditures that affect net worth of the shareholders and appear  in the Income 

Statement. 

Receipts are all cash inflows. 

Revenues are only those receipts that affect net worth and thus appear in the income statement. 

 

 

Balance Sheet 

It gives snapshot summary of the firm's financial position at a single point in time. 

The  balance  sheet  shows  the  net  worth  of  shareholders  at  a  point  in  time,  whereas  income 

statement measures changes in net worth. 

Liabilities indicate what money has been made available to the firm. 

Assets show how the firm has used the money made available to it. 

Current Liabilities are the short  ‐term debt obligations of a firm, with maturities of  less than one 

year. 

Fixed liabilities are firm's long‐term finance such as long‐term debts from banks and the public. 

Shareholders' equity is the money invested by the shareholders and the retained earnings. 

Fixed  Assets  are  acquired  for  long‐term  uses  in  the  firm  such  as  plant,  building,  land,  and 

equipment. 

Current Assets are cash, accounts receivables, and inventories of finished goods and raw materials. 

Depreciation is the allocation of cost of an asset to different time periods. 

Working Capital is composed of firm's current assets. 

Net Working Capital is the difference between current assets and current liabilities. 

 

Page 9: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 9 of 55  

Some Items in the Financial Statements 

Profit is the excess of revenues over expenses during a given period of time. 

Cash flow is the actual cash flowing in and out of a firm over a particular time period. 

Operating cash  flow  is  the  flow of cash arising  from  the operation of a  firm and consists of net 

profit (profit after tax) plus non‐cash charges such as depreciation. 

 

Cash Flow Statement 

  Source‐  and  ‐use‐of‐funds  Statement  (cash  flow  statement)  is  a  summary  of  the  flow  of  the 

financial activity of the firm. It shows where the firm obtains cash and how it uses it. 

Sources of funds 

Increase in liabilities 

Increase net worth through retained earnings or capital contribution by the shareholders 

Reduction in assets through sales of assets 

Uses of funds 

reduction in liabilities 

reduction in net worth through payment of dividends or losses 

increase in assets 

Cash flow from operating activities 

Net profit 

Depreciation 

Decrease in account receivables 

Increase in accounts payables 

Cash flow from investing activities  

Sales of fixed assets 

Investment in new fixed assets 

Cash flow from financial activities 

Increase in debt (cash inflow) 

Issuance of new shares (cash inflow) 

Dividend payment (cash outflow) 

 

 

 

 

Page 10: 34525895 Engineering Economics Notes

 

Balanc 

 

 

 

 

 

 

Income S

R

C

G

Ex

N

 

 

 

ce Sheet  

Statement 

evenue 

osts of Good

Gross Profit 

xpenses 

Net Income  

ds Sold (COGGS) 

 

 

 

Pag

 

 

ge 10 of 55 

Page 11: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 11 of 55  

 

INTEREST AND INTEREST RATE 

• Interest is a rental amount charged by financial institutions for the use of money. 

• Interest rate, or the rate of capital growth, is the rate of gain received from an investment. 

• Usually this rate of gain is stated on a per‐year basis, and it represents the percentage gain realized on the 

money committed  to  the undertaking. Thus, an 11%  interest  rate  indicates  that  for every dollar of money 

used, an additional $0.11 must be returned as payment for the use of that money. 

 

THE TIME VALUE OF MONEY 

Because money  can  earn  at  a  certain  interest  rate  through  its  investment  for  a  period  of  time,  a  rupee 

received at some future date is not worth as much as a rupee in hand at present. This relationship between 

interest and time leads to the concept of the time value of money. 

 

• A rupee in hand now is worth more than a rupee received n years from now. Why? 

Because having the rupee now provides the opportunity for  investing that rupee for n years more than the 

rupee to be received n years hence. Since money has earning power, this opportunity will earn a return, so 

that after n years the original rupee plus its interest will be a larger amount than the rupee received at that 

time. Thus, the fact that money has a time value means that equal rupee amounts at different points in time 

have different value as long as the interest rate that can be earned exceeds zero. 

 

It  is also true that money has time value because the purchasing power of a rupee changes through time. 

During  periods  of  inflation  the  amount  of  goods  that  can  be  bought  for  a  particular  amount  of money 

decreases as the time value of money it is important to recognize both the earning power of money and the 

purchasing power of money. 

 

 

THE PURCHASING POWER OF MONEY 

Inflation (price rises) and deflation (depreciation, devaluation) are terms that describe changes in price levels 

in an economy. 

 

SIMPLE AND COMPUND INTEREST 

Simple Interest: 

Under simple  interest,  the  interest owed  (payable, billed) upon repayment of a  loan  is proportional  to  the 

length of  time  the principal  sum has been borrowed.  The  interest  earned may be  found  in  the  following 

Page 12: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 12 of 55  

manner. Let I represent the interest earned, P the principal amount, n the interest period, and i the interest 

rate. Then, 

I = P* n* i 

Suppose that NRS1, 000 is borrowed at a simple interest rate of 12% per annum. At the end of the year, the 

interest owed would be, 

I = NRS 1,000 *1*0.12 = NRS 120 

The  principal  plus  interest would  be  NRS  1,120  and would  be  due  at  the  end  of  the  year.  Interest  and 

principal become due (payable) only at the end of the time period. 

 

Compound Interest 

• When  loan  is made  for  several  interest  periods,  interest  is  calculated  and  payable  at  the  end  of  each 

interest period. There are number of loan repayment plans. 

• These range from paying the interest when it is due to accumulating the interest until the loan is due. 

• If the borrower does not pay the interest earned at the end of each period and is charged interest on the 

total amount owed (principal plus interest), the interest is said to be compounded. 

• The  interest owed  in the previous year becomes part of the total amount owed for this year. This year’s 

interest charge includes interest that has been earned on previous interest charges. 

 

 

CALCULATION OF COMPOUND INTEREST WHEN INTEREST IS PAID ANNUALLY 

 

  

CALCULATION OF COMPOUND INTEREST WHEN INTEREST IS PERMITTED TO COMPOUND 

 

 

Page 13: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 13 of 55  

 

 

 

INTEREST FORMULAS 

Let, 

I = the annual interest rate 

N = the number of annual interest periods; 

P = a present principal amount; 

A = a single payment, in a series of n equal payments, made at the end of each annual payments. 

F = a future amount in n annual interest periods. 

 

Assumptions: 

1. End of one year is the beginning of the next year 

2. P is at the beginning of a year from a time regarded as being the present 

3. F is at the end of the nth year from a time regarded as being the present. 

4. An  A  occurs  at  the  end  of  each  year  of  the  period  under  consideration. When  P  and  A  are 

involved, the first A of the series occurs one year after P. when F and A are involved, the last A of 

the series occurs simultaneously with F. 

 

 Single‐Payment Compound‐Amount Factor (F/P, i, n) 

If  an  amount  P  is  invested  now  and  earns  at  the  rate  i  per  year,  how much  principal  and  interest  are 

accumulated after n years? 

 

Derivation of Single‐payment Compound‐amount Factor 

 

• The resulting factor, (1 + i)n, is known as the single payment compound‐amount factor and is denoted by 

(F/P, i, n). 

• The future amount, F, of a present principal amount, P is given by: F = P(1 + i)n 

 

 

 

Page 14: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 14 of 55  

Example: 

If  $1,000  is  invested  at  16%  interest  compounded  annually  at  the  beginning  of  year  one,  the  compound 

amount at the end of the fourth year will be: F = $1,000(1 + 0.16)4 = $1,000(1.811) = $1,811 

 

Single‐Payment Present‐Worth Factor (P/F, i, n) 

Find the present worth P of a future amount, F received at the end of n periods if the interest rate is i. 

•The present worth in this case is given by:  P = F [1/ (1 + i)n] 

•The resulting factor, 1/ (1 + i) n, is known as the single payment present‐worth factor and is denoted by:  

(P/F, i, n). 

 

Example: 

How much must be invested now at 16% compounded annually so that $1,811, can be received 4 years? 

P= $1,811 [1/(1 + 0.16)4] = $1,811(0.5523) = $1,000 

 

Equal‐Payment‐Series Compound‐Amount Factor (F/A, i, n) 

To find the single future value that would accumulate from a series of equal payments occurring at the end 

of succeeding interest periods. 

If A represents a series of n equal payments 

F = A + A (1 +i) + ….. + A (1 + i)n‐2 + A(1 + i)n‐1 

F = A [(1+i)n – 1]/i 

The resulting factor, [(1 +  i)n  ‐1] /i,  is known as the equal payment‐ series compound‐amount factor and  is 

designated as (F/A,i,n). 

 

Example: 

The Compound Amount of a Series of Year‐End Payments of $100 of Annual Interest Rate Of 12% 

 

 

Equal‐Payment‐Series Sinking Fund Factor (A/F, i, n) 

Page 15: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 15 of 55  

The equal‐payment‐series compound‐amount relationship may be solved for A as follows: 

 

 The resulting factor, i/ [(1 +i)n – 1], is known as the equal‐payment series sinking‐fund factor 

 

Example: 

It  is  desired  to  accumulate  $635  by  making  a  series  of  five  equal  annual  payments  at  12%  interest 

compounded annually, the required amount of each payment will be 

 

 

Equal‐Payment‐Series Capital Recovery Factor (A/P, i, n) 

A  deposit  of  amount  P  is made  now  at  an  annual  interest  rate  i.  The  depositor wishes  to withdraw  the 

principal, plus earned  interest,  in a series of equal year‐end amounts over the next n years. When the  last 

withdrawal is made, there should be no funds left on deposit. The value of equal year‐end amount (annuity) 

is given by: 

 

The resulting factor i(1+i)n / [(1 + i) n 1] is known as the equal payment series capital‐recovery factor and is 

designated as (A/P, i, n). 

 

Example: 

$1,000 invested at 15% interest compounded annually will provide for eight equal year‐end payments of 

 

Equal‐Payment‐Series Present‐Worth Factor, (P/A, i, n) 

• To find what single amount must be deposited now so that equal end‐of‐period payments can be made, P 

must be found in terms of A  

 

Page 16: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 16 of 55  

The resulting factor, [(1 +  i)n‐1]/i (1 +i)n,  is known as the equal‐payment series present‐worth factor and  is 

designated as (P/A, i, n). 

 

Example: 

The present worth of a series of eight equal annual payments of $223 at an interest rate of 15% compounded 

annually will be 

 

 

Uniform‐Gradient‐Series Factor, (A/G, i, n) 

In  some  cases,  periodic  payments  do  not  occur  in  an  equal  series.They may  increase  or  decrease  by  a 

constant amount. 

Let 

G = annual change or gradient 

n = the number of years; 

A = the equal annual payment 

                                     

 

 

The resulting factor is called the uniform gradient series factor and is designated as (A/G, i, N) 

 

Geometric Gradient‐Series Factor, (A/G, i, n) 

In  some  situations,  annual payments  increase or decrease, not  by  a  constant  amount, but by  a  constant 

percentage. If g is used to designate the percentage change in the magnitude of the tth payment is related to 

payment A1 as 

 

Page 17: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 17 of 55  

  

               

 

             

 

 

Page 18: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 18 of 55  

Two types of linear gradient series as composites of a uniform series of N payments of A1 and the gradient 

series of increments of constant amount G 

 

 

Project Cash Flows 

Typically a capital project initially requires investment outlay and produces annual net cash inflows. 

 

Cash Outflows: 

Purchase of new equipment 

Working capital 

Manufacturing, operating, and maintenance costs 

Leasing expenses 

Interest and repayment of borrowed funds 

Income taxes and tax credits. 

 

Cash Inflows: 

• Borrowed funds 

• Operating revenues 

• Cost savings (or cost reductions) 

• Salvage value 

• Working capital release (cost recovery by liquidation) 

 

 

Elements of Cash Outflows 

 

Working Capital: 

It is an investment in non‐depreciable assets. 

Page 19: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 19 of 55  

Some projects require such investment so that more funds are available in order to increase firm’s revenues. 

In accounting, working  capital  is  the amount  carried  in  cash, accounts  receivable, and  inventory  (account, 

stock) that is available to meet day‐to‐day operating needs. 

 For  example,  if  a  company  is  going  to  a market  a  new  product,  inventories  of  the  product  and  larger 

inventories of raw materials will be needed. Accounts receivables from sales will increase, and management 

might also decide to carry more cash because of higher volume of activities. 

These are working capital but these have no tax effect and the cash flows always sum to zero over the life of 

a project but the inflows and outflows are shifted in time so, they do affect the net present worth.  

 

 

Overhead: 

The cost that occurs irrespective to the specific units of output of a firm is called as overhead cost. 

In manufacturing, all costs other than direct material and labors are treated as overhead costs. 

For example, costs to  indirect material and  labor, maintenance and repairs on production equipment; heat 

and light, property taxes, royalty, depreciation and insurance, overtime premiums. 

Depreciation of factory buildings  is unaffected by the amount of production during any particular period.  If 

however, a new building is required to meet any increased production, manufacturing overhead will certainly 

increase. 

Indirect materials  like solder used  to make electrical connections  in a computer circuit board and  the glue 

used to bind the books, these are treated as a part of manufacturing overhead. 

Typical  examples of  indirect  labor  include  the wages of  janitors,  supervisors, material handlers  and night 

security guards. 

 

 

Gains Tax: 

 It is a tax applicable to gains (or losses) occurred on the earning or loss as a result of difference in the book 

value and salvage value of an asset. If the salvage value is higher than the book value then the tax needs to 

be paid to incremental earning. Similarly, if the salvage value is less than the book value then tax needs to be 

adjusted to the loss. 

Page 20: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 20 of 55  

 

Income Statement Cash Flow Approach 

Once the cash flow elements (both inflows and outflows) are determined, these may be grouped into three 

categories: 

 

Operating activities 

• Cash flow from operations  (e.g., current sales revenues, the cost of goods sold, operating expenses  (also 

includes Interest payments) and income taxes) 

 

 Cash flow from operation = Net income + Depreciation 

 

Investing activities 

In general,  three  investment  flows are associated while buying equipment  they are: original  investment, 

salvage value and working capital investment or recovery. 

 

Financing activities 

• It includes: 

• The amount of borrowing, 

• The repayment of principal. 

 

The Net Cash Flow  for a given year  is  simply  the  sum of  the net cash  flows  from operating,  investing and 

financing activities. 

 

 

 

Page 21: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 21 of 55  

 

 

 

 

Generalized Cash Flow Approach  

• It is an approach in which net cash flow is obtained by aggregating individual items. 

E.g. A computerized machining center has been proposed for a small tool manufacturing company. If the new 

system, which  costs  $125,000  is  installed,  it will  generate  annual  revenues  of  $100,000  and will  require 

$20,000  in  annual  labor,  $12,000  in  annual material  expenses,  and  another  $8,000  in  annual  overhead 

(power and utility) expenses. The automation facility would be depreciated at the rate of 20%. 

 

• The company expects  to phase out  the  facility at  the end of  five years, at which  time  it will be  sold  for 

$10,000. Find the year‐by‐year after‐tax net cash flow for the project at a 30% marginal tax rate based on the 

net income and determine the after‐tax net present worth of the project at the company’s MARR of 15%. 

 

• Solve it using both Income Statement Cash Flow and Generalized Cash Flow Approach. 

Page 22: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 22 of 55  

 

 

 

Example with Financing (Borrowing) 

In  the previous example,  it  is  assumed  that $62,500 of  the $125,000 paid  for  the  investment  is obtained 

through debt financing (debt ratio =0.5). The loan is to be repaid in equal annual installments at 10% interest 

over five years. The remaining $62,500 will be provided by equity (e.g., from retained earnings). Find the net 

after‐tax cash flows. 

Solution 

 Computing the annual loan repayment installments:  

$62,500 (A/P, 10%,5) = $16,487. 

Page 23: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 23 of 55  

 Now, computing the component of interest and loan repayment installments for 5 years as below: 

 

  

For, n = 1, 

The interest due at n = 1 is $6,250 (10% of 62,500) 

 

Which leaves 16,487 ‐ 6,250 = 10,237 as left over for principal payment with loan balance as: 52,263. 

 

For, n = 2 is $5,226 (10% of 52,263) 

Which gives 16,487 – 5,226 = 11,261 as left over for principal payment and with loan balance as: 41,002 … 

 

 

Page 24: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 24 of 55  

  

 

 

Depreciation Definition 

• It is a loss in value over the time the property is being used. 

 

•  Depreciable  property  includes  buildings, machinery,  equipment  and  vehicles.  Exceptions  are  land  (no 

definite life) and collectible items/inventories (primary for sale) 

 

Economic Depreciation (ED) 

Example: A  car’s  reliability  and  appearance  usually  decline with  age.  The  vehicle  is worth  less with  each 

passing year. 

    ED accumulated = Purchase price – market value 

 

Accounting Depreciation (AD) 

is based on the idea of ED 

The systematic allocation of the initial cost of an asset in parts over a time, known as its depreciable 

life and the process is AD. 

Sometimes refer to it as “asset depreciation” 

AD concept is popular in engineering economic analysis because AD provides a basis for determining 

the income taxes associated with any project undertaken.  

 

Page 25: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 25 of 55  

  

What constitutes a depreciable property? 

• It must be used in business or held for production of income. 

• It must have definite service life and that life must be longer than 1 year. 

• It must be something that wears out, decays, gets used up, becomes obsolete, or loses value from 

natural causes. 

 

Claiming Depreciation 

• The tax payer must be the owner of the property for the claim 

 

•  In  the  case  of  leased  property,  lessee  is  not  entitled  to  depreciate  that  property  (e.g.,  leased 

automobiles) 

 

 

Accounting for the Depreciation of Capital Assets  

 

There are two aspects of depreciation: 

1. The actual lessening in value of an asset with use and the passage of time and 

2. The accounting for this lessening in value 

 

Depreciation views the cost of an asset as a prepaid expense that is to be charged against profits over some 

reasonable period of time. 

 

Rather  than  charging  the  entire  cost  as  an  expense  at  the  time  the  asset  is purchased, depreciation  is  a 

systematic way to spread the anticipated loss in value over the life of the asset. 

 

This is the concept of amortizing the cost of an asset so that the profit ad loss statement is a more accurate 

reflection of capital consumption which is basic to financial reporting and income tax calculation. 

 

 

 

 

Page 26: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 26 of 55  

 

Value time function and Book value 

• The value of an asset decreases yearly in accordance with one of several mathematical functions. 

 

• Selection of particular function involves decisions as to the life of the asset, its salvage value and the form 

of the mathematical function. A general value‐time function is shown below: 

 

 

  

 

Book value is the acquisition cost of an asset less its accumulated depreciation charges. A function similar 

to above can represent book value. 

 

 

Book Value Calculation 

The book value at the end of any year (Bt) is equal to the book value at the beginning of the year (initial cost, 

P) less the depreciation expenses charged during the year. 

 

Mathematically, 

  

 

  

 

 

 

Page 27: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 27 of 55  

Basic Depreciation Methods Three important methods will be discussed: 

1. Straight‐Line Methods 

2. Accelerated Methods 

3. Units‐of Production Method 

 

Straight‐Line (SL) Method 

 This model assumes that the value of an asset decreases at the constant rate. 

 

 The expression for depreciation charge in any year is: 

  

And the book value at end of year t is: 

  Where, 

P = initial cost of the asset, 

F = Salvage value and  

N = useful life 

 

 

 

Example 2: SL Depreciation 

Cost basis of the asset, P = $ 12,000 

Useful Life, N = 5 years, 

Salvage value, F =20% of the initial cost = $2400 

 

  

 

Page 28: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 28 of 55  

Accelerated Depreciation Methods 

•  The mechanical  efficiency  of  an  asset  tends  to  decline  with  age,  because maintenance  costs  tend  to 

increase  with  age,  or  because  of  the  increasing  likelihood  that  better/efficient  equipment  will  become 

available and make the original asset obsolete. 

 

• This reasoning leads to a method named “accelerated depreciation method “ that charges a larger fraction 

of the cost as an expense of the early years than that of the later years 

 

• The two most widely used accelerated methods are : 

a. Declining Balance 

b. Sum‐of‐the‐year‐digits 

 

Declining Balance Method (DB) 

• Calculation by DB depreciation method allocates a fixed fraction of the beginning book balance each year. 

The fraction, α, is obtained as follows: 

α = (1/N) . (Multiplier) 

 

• The most  commonly used multipliers are 1.5  (  i.e., 150% DB) and 2.0  (called 200% or double declining 

balance , DDB) 

 

• When “n” increases , α decreases. This results in a situation in which depreciation is highest in the first year 

and decreases over the asset’s depreciable life. 

 

• For a depreciation  rate  α  ,the depreciation  charge  in any year  for declining –balance  can be derived as 

follows: 

  

• Total DB (TDB) depreciation at the end of t years is computed as follows: 

 

  

• The book value, Bt, at the end of year t is the cost of the asset, minus the depreciation at the end of t years 

 

  

Page 29: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 29 of 55  

 

Example 3 : DB Method for example 2 

 

Here, α = (1/N) . (multiplier) = (1/5) . 200% = 40% (Double DB) 

 

  

Cases of DB Methods 

When final book value ≠ es mated salvage value, we must re‐adjust our analysis because either tax law does 

not  permit  us  to  depreciate  assets  below  their  salvage  value  or  one  have  not  taken  full  advantage  of 

depreciation’s tax‐deferring benefits. Hence, two cases will be discussed: 

Case 1 : When the final book value is less than the estimated salvage value. 

Case 2: When the final book value is greater than the estimated salvage value. 

 

Case 1: When Bt < F 

Example 4: The final book value $ 933 is less than the estimated salvage value of $2,400. 

 

  

To avoid deducting depreciation  charges  that would drop  the book value  (BV) below  the  salvage value F, 

adjust depreciation amounts such that Bt = F in the period when the implied BV is lower than F. 

Page 30: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 30 of 55  

  

Note that B4 would be less than F = $ 2,400, if the full deduction ( $1,037) had been taken. We adjusted D4 

to $ 192 , making B4 = $ 2,400. 

 

Case 2: When Bt > F 

Example 5: The final book value $ 933 is greater than the estimated salvage value of $ 0 (assume) 

 

  

To  reduce  the  book  value  (BV)  of  an  asset  to  its  salvage  value  as  quickly  as  possible,  it  can  be  done  by 

switching from DB to SL whenever SL depreciation results in larger depreciation charges i.e., switch from DB 

to SL if depreciation by DB in any year is less than ( or equal to ) it would be by SL. 

 

  

Note  that  , switching takes place at year 4 as DB depreciation  is  less than SL depreciation  .The resulting 

depreciation schedule is : 

 

Page 31: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 31 of 55  

 

 

  

 

 

Sum‐of‐the‐year‐digits (SOYD) Method of Depreciation 

• As compared to SL‐depreciation, SOYD also results in larger depreciation charges during the early years of 

an asset’s life and smaller charges as the asset reaches the end of its estimated useful life. 

 

• Here, if N is the estimated years of useful life, the numbers 1, 2, 3,…,N are summed: 

SOYD = 1 + 2 + 3 +…….+ N = N (N+1) / 2 

 

•  Depreciation  rate  Dn  is  computed  here  as  a  fraction  in which  the  denominator  is  the  SOYD  and  the 

numerator is, for the first year, N; for the second year, N‐1 and so on. Each year the depreciation 

charge is computed by dividing the remaining useful life by the SOYD and by multiplying this ratio by the total 

amount to be depreciated (P‐F). Mathematically expressing: 

 

 

 

 

 

 

Page 32: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 32 of 55  

Example 6 : SOYD Depreciation 

 

 

Units‐of‐Production Method 

• SL method can be applicable only if the machine/asset be used for exactly the same amount of time each 

year. What happens when a machine is run 2000 hours one year and 800 hours the next? 

 

•  The units‐of‐production method  takes  care of  such  situation where depreciation  charge  for  a period  is 

related  to  the  number  of  service  units  consumed  in  that  period  i.e.,  depreciation  varies with  production 

volume. 

 

• This method gives more accurate picture of machine usage. 

 

• By this method, the depreciation in any year is given by: 

 

• A disadvantage of this method  is that the collecting of data on machine use and the accounting methods 

are somewhat tedious. 

 

Example 6: Units‐of‐Production Method 

A truck for hauling coal has an estimated cost of $55,000 and  is expected to give service for 250,000 miles, 

resulting  is  a  $5,000  salvage  value. Compute  the  allowed depreciation  amount  for  truck  usage of  30,000 

miles. 

Solution : 

 

Page 33: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 33 of 55  

 

Tax Depreciation 

• It  is a depreciation method by which a company depreciates a fixed asset for tax purposes. This  is one of 

the many tax incentive options that increases cash flows for reinvestment. 

 

• The depreciation methods are country specific and these are formulated by Tax Authority for estimating 

depreciation for Tax purpose. 

 

• Usually in depreciation, the asset is expected to be fully depreciated at approximately the end of its useful 

life. However, for tax purpose, it is not necessary. 

 

• Simple methods are established which defines several classes of assets with allocated rate of depreciation. 

 

 

Book Depreciation vs Tax Depreciation 

  

 

Some of the Tax Depreciation Methods  

Modified Accelerated Cost Recovery System (MACRS) Method: 

• MACRS is a method for tax depreciation practiced in developed countries e.g. US. 

 

• MACRS scheme formulated simpler guidelines with eight classes of assets/properties, each with a more or 

less arbitrary  life called a recovery period. The recovery period do not necessarily bear any relationship to 

expected useful lives. The salvage value of property is always treated as zero. 

 

 

 

Page 34: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 34 of 55  

MACRS Property Classifications 

  

Note: 

• ADR = Asset Depreciation range; guidelines published by the IRS. 

• Automobiles have a midpoint  life of 3 years  in the ADR guidelines, but are classified  into a 5 yr property 

class. 

 

MACRS Depreciation Schedules : 

MACRS recovery percentage as shown is according to Half Year‐Convention (HYC), 

 

Declining Balance Method 

• HYC assumes that all assets are placed in service at midyear and they will have zero salvage value. 

 

• Half  of  one  year’s  depreciation  in  the  first  year,  full  year’s  depreciation  in  each  remaining  years  and 

remaining half‐year’s depreciation in the year following the end of recovery period is taken. 

(See table  in book) 

 

 

MACRS Depreciation: An Example 

# A taxpayer wants to place in service a $10,000 asset that is assigned to the 5‐yr class. Compute the MACRS 

% and the depreciation amounts for the asset. 

Solution:   

Given: 5‐yr asset, ½ yr convention 

We compute, α = 40% (200%DB), and S = 0 

Since, 

Straight‐line rate = 1/5 = 0.20 

200% DB rate = 2(0.20) = 40% 

Under MACRS, salvage value (S) = 0 

Find: MACRS depreciation % Dn for $10,000 asset. 

Page 35: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 35 of 55  

Then, beginning with the first taxable year and ending with the sixth year, MACRS deduction % is computed 

as follows: 

 

  

Depreciation Amounts (Dn): 

Yr 1: 20% x $10,000 = $ 2,000; Yr 4: 11.52% x $10,000 = $ 1,152 

Yr 2: 32% x $10,000 = $ 3,200. Yr 5: 11.52% x $10,000 = $ 1,152 

Yr 3: 19.20% x $10,000 = $ 1,920; Yr 6: 5.76% x $10,000 = $ 576 

 

Other Tax Depreciation Methods 

Maximum Tax Depreciation rate classification in Thailand 

• Based on acquisition price (SL method?) 

– The purchaser will depreciate the asset as if it is acquired new. 

 

–  In  the case of a second hand asset, depreciation of  the asset, while with  the previous owner, would not 

affect  the minimum depreciation period  for the asset to  the new owner.  It will be treated as  if  it  is a new 

asset (using the asset price paid by the new owner). 

 

  

Corporate Taxes 

Corporate rate is How are the taxes reflected in Cash Flow? 

Tax applied to the taxable income of a corporation. 

Page 36: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 36 of 55  

 

Tax Rates in Thailand 

The maximum corporate income tax rate in Thailand is 30% on net profit. 

However, the rates vary depending on types of tax payers. 

 

Cash Flow vs Net Income 

Depreciation = Expense or Income ? 

A company buys a numerically controlled NC machine for 

Baht 3 million (year 0) and uses it for 5 years, after which it is scrapped. 

Page 37: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 37 of 55  

The allowed depreciation rate is 20% in the acquisition price. Suppose the company estimates the following 

revenues and expenses, including depreciation, for the first operating year: 

Gross income = Baht 4 million 

Cost of goods sold = Baht 2 million 

Operating Expenses = Baht 1 million 

a) If the company pays taxes at the rate of Thai Tax rates, what is its net income from the project? 

b) Assume that 

1) all sales are cash sales and 

2) operating expenses will drop to 80% of that in Year 1 in subsequent years. Show the net cash flow. 

 

 

 

Cost and Time value of Money 

Classifications of Cost 

A number of cost classifications have come into use to serve as a basis for economic analysis. 

 First Cost 

• First cost  is the  initial cost of capitalized property,  including transportation,  installation, and other related 

initial expenditures. 

 

• First cost is usually made up of a number of cost elements that do not recur after an activity is initiated. For 

purchased equipment, these include engineering design and development cost, test and evaluation cost, and 

construction or production cost as well as shipping, installation, and training costs. 

 

Page 38: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 38 of 55  

• Many activities that otherwise may be profitable cannot be undertaken because their associated first cost 

represents  too high  a  level of  investment. Many  engineering proposals  that  are otherwise  sound  are not 

initiated because the first cost involved is beyond the reach of the controlling organization. 

 

Operation and Maintenance Cost 

• Whereas first cost occurs only once in getting an activity started, 

• Operation and maintenance cost is that group of costs experienced continually over the useful life of the 

activity. 

 

 Fixed Cost 

• Fixed cost is that group of costs involved in an on going activity whose total will remain relatively constant 

throughout the range of operational activity. 

• Fixed costs are made up of such cost  items as depreciation, maintenance, taxes,  insurance,  lease rentals, 

interest on invested capital, sales programs, certain administrative expense, and research. 

 

Variable Cost 

• Variable Cost is that group of costs that vary in some relationship to the level of operational activity. 

•  In general, all costs such as direct  labor, direct material, direct power, and the  like, which can readily be 

allocated to each unit produced, are considered to constitute variable costs, and the balance of the costs of 

the enterprise are regarded as fixed. 

 

Incremental and Marginal Cost 

• The terms  incremental cost and marginal cost refer to essentially the same concept. The word  increment 

means increase. 

• Incremental cost is the additional cost that will be incurred as the result of increasing output by one more 

unit. 

 

 

 

Cost Behaviors 

Fixed cost and variable costs are the two most common cost behavior patterns. 

 

 

 

Page 39: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 39 of 55  

Fixed Costs 

The costs of providing a company’s basic operating capacity are known as fixed cost or capacity cost. For a 

cost item to be classified as fixed, it must have a relatively wide span of output where costs are expected to 

remain constant. This span  is called the relevant range.  In other words, fixed costs do not change within a 

given  time  period  although  volume  may  change.  For  our  automobile  example,  the  annual  insurance 

premium, property  tax and  license  fee are  fixed costs  since  they are  independent of  the number of miles 

driven  per  year.  Some  typical  examples  would  be  building  rents,  depreciation  buildings, machinery  and 

equipment, and salaries of administrative and production personnel. 

 

Variable Costs 

In contrast to fixed operating costs, variable operating costs have a close relationship to the level of volume. 

If, for example, volume increases 10%, a total variable cost will also increase by approximately 10%. Gasoline 

is  a  good  example  of  a  variable  automobile  cost,  as  fuel  consumption  is  directly  related  to miles  driven. 

Similarly, the tire replacement cost will also  increase as a vehicle  is driven more. In a typical manufacturing 

environment, direct labor and material costs are major variable costs. 

 

Mixed Costs 

Some costs do not fall precisely into either the fixed or the variable category, but contain elements of both. 

We refer to these as mixed costs (or semi‐variable costs). In our automobile example, depreciation (loss of 

value) is a mixed cost. Some depreciation occurs simply from passage of time, regardless of how many miles 

a car  is driven, and this represents the fixed portion of depreciation. On the other hand, the more miles an 

automobile  is driven a year, the faster  it  losses  its market value, and this represents the variable portion of 

depreciation.  A  typical  example  of  a  mixed  cost  in  manufacturing  is  the  cost  of  electric  power.  Some 

components of power consumption, such as  lighting are  independent of operating volume  (e.g. number of 

machine‐hours operated). 

 

Sunk Cost 

A sunk cost is a past cost that cannot be altered by future action and is therefore irrelevant. 

 

 

Life‐cycle Cost 

Life‐cycle cost is defined as all costs, both nonrecurring and recurring, that occur over the life cycle. 

 

Many systems and products are planned, designed, produced and operated with very  little concern of their 

life‐cycle  cost.  In  generation,  the  elements  of  life‐cycle  cost  fall  into  categories  that  are  based  on 

organizational activity over the life cycle. These are described in the following list: 

 

o  Research  and  development  cost:  initial  planning; market  analysis;  feasibility  studies;  product  research; 

requirements analysis; engineering design; design data and documentation; software; test and evaluation of 

engineering models; and associated management functions. 

 

o Production and construction cost: manufacturing;  facility construction; process development; production 

operations; quality control  

Page 40: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 40 of 55  

o Operation and support cost: consumer or user operations of the system or product  in the  field; product 

distribution; and sustaining maintenance and logistics support throughout the system or product life cycle 

 

o Retirement and disposal cost: disposal of non repairable  items throughout the  life cycle; system/product 

retirement; material recycling; and applicable logistic support requirements. 

•  Experience has  indicated  that  a  large portion of  the  total  cost  for many  systems  is  the direct  result of 

activities associated with their operation and support. 

•  Throughout  the  system/product  life  cycle,  there  are many  actions  required,  both  technical  and  non‐

technical. 

• The majority of the actions, particularly those at the earlier stages, has life‐cycle implications and definitely 

affects life‐cycle cost. 

 

 

 

Financial and Economic Evaluation of Projects Financial vs. Economic Analysis 

• Both financial and economic analyzes appraise the profit/return of an investment, but from differing 

perspectives: 

– Financial analysis estimates the profit  accruing to the project from the points of view of the 

operating entity (the utility and the firm) 

– Economic  analysis measures  economic  benefits  and  returns  from  the  national  economic 

point of view and assesses the effect of the project on the overall economy of the country. 

 

• Both types of analysis are conducted  in monetary terms, but have different definitions of costs and 

benefits. 

 

• For a project  to be economically viable,  it must be  financially  sustainable, as well as economically 

efficient.  If a project  is not  financially sustainable, economic benefits will not be  realized. Financial 

analysis and economic analysis are therefore two sides of the same coin and complementary.  

 

 

Financial Evaluation of Projects 

Financial evaluation of projects is necessary to: 

• evaluate the commercial viability and financial sustainability of a project from the viewpoint of the 

project operating entity; 

• assess  the  degree  to  which  a  project  will  generate  sufficient  revenues  to  meet  its  financial 

obligations;  

• assess incentives for producers;  

• take into account all expenditures and revenues (costs and benefits) resulting from the project 

 

Financial evaluation of costs and benefits of large projects 

It is carried out on three levels: 

• Owner’s evaluation 

• Banker’s evaluation 

Page 41: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 41 of 55  

• Economic evaluation 

Owner’s Evaluation:  

The owner  is concerned only with the return to  investment (equity) and thus would be more  interested to 

know net benefits and their net present value in comparison with the value of the investment. 

 

Banker’s Evaluation: 

The banker evaluates the return on the total investment (equity + loans) of the project applied for the  loan 

and considers its profitability i.e., the banker will consider the NPV of the whole investment and not just the 

investors’ equity. 

 

Economic Evaluation: 

This  includes all  the economic costs and benefits  i.e.,  social and environmental/external costs  that can be 

evaluated .Such evaluation is carried out specifically by development banks and similar institutions and also 

by the concerned planning departments in the government. 

 

 

Project Financial Cost The three main types are: 

1.  Investment costs: 

– Initial  Cost  (construction  and  commissioning  including  land,  civil  works,    equipment  and 

installations) 

– Replacement cost  

– Residual values (value of the investment items at the end of the project’s useful life)  

2. Operating costs  

– Fixed costs:  ‐ remuneration and benefits, administrative costs,  insurance payments, part of 

the maintenance cost, etc. 

– Variable cost (depends upon the level of production):‐ fuel and energy, water, lubricants and 

part of the maintenance cost, raw materials (for industrial projects) 

3. Working capital: 

– Capital  required  for  the  stock  (spare  parts  ,fuel,  raw  materials)  to  ensure  continuous 

production 

4. Financial Evaluation of Projects: 

Some Methods  

5. Financial Evaluation of Projects: 

Some Methods  

6. Least Cost Solution 

– Present Value method 

– Annual Cost Method 

7. Measuring worth of the investment 

– Internal Rate of Return 

– Net Present Value 

– Benefit/Cost Ratio 

– Payback Period 

8. Least Cost Solution: 

Page 42: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 42 of 55  

– The  least  cost  solution  aims  at  evaluating  all  realistic  alternatives  (candidates)  financially  and  

economically before deciding the alternative that can achieve the project benefits at the  least cost 

i.e.,  least  discounted  overall  cost  over  the  useful  life  span  of  the  project  or  over  the  specified 

planning horizon. 

–  In  the case of energy supply  industry, when  there are many alternatives  for meeting  the need  for 

increased  electricity  demand,  the  least  cost  solution  aims  at  finding  out  the  alternative  technical 

arrangement that meets the requirement of electrical energy with the least cost to the utility, its site 

and timing. 

– In choosing the least cost solution we compare the present value of the cost of the alternatives and 

or discounted energy cost (US¢ /kWh) depending upon the costs and technical characteristics of the 

alternatives. 

9. The most popular methods for financial evaluation and comparing alternatives: 

Present Value method 

– Here all costs and benefits of the project or net benefits (Cash flows) are discounted to the base year. 

The net present value (NPV)  is nothing but the difference between the discounted benefits and the 

discounted costs. 

 

 

 

Here, benefits represent the income or the revenue produced by the project (financial flows only) 

 

Example 1:  

A company is considering buying an efficient boiler for its manufacturing process. It would cost $ 40,000 

immediately but would save $7500 each year for the next 10 years. However at then end of the fifth year a 

one time maintenance expense of $ 5000 would be incurred .If the owner’s opportunity cost of capital is 

8%, should the company buy the boiler? 

Solution: 

 

The machine is a good investment; it produces a discounted savings of $ 6922.2 . 

Year Benfits,$ Cost,$ Benfits,$ Cost,$0 0 40000 0.0 40000.01 7500 0 6944.4 0.02 7500 0 6430.0 0.03 7500 5953.7 0.04 7500 0 5512.7 0.05 7500 5,000 5104.4 3402.96 7500 0 4726.3 0.07 7500 0 4376.2 0.08 7500 0 4052.0 0.09 7500 0 3751.9 0.010 7500 0 3474.0 0.0

Total 50325.61 43402.92NPV, $ 6922.7

Discounted Values

0 0(1 ) (1 )

n nt t

t tt t

C B

r r

Page 43: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 43 of 55  

Example 3:  

Financial evaluation of energy efficient motor over a 20 year life time and at 10% discount factor 

Good Motor (GM) 

Cost: $700 

Input Power : 7.9 kW 

Running hours: 1600 h/year 

Electricity cost : $ 0.095 / kWh 

Energy Efficient Motor (EEM) 

Cost: $846 

Input Power : 7.5 kW 

Running hours: 1600 h/year 

Electricity cost : $ 0.095 / kWh 

 

Solution : 

The annual electricity cost (AEC) for the two motors is: 

GM : 7.9kW x 1600h/yr x $ 0.095/kWh = $1201/yr 

EEM: 7.5kW x 1600h/yr x $ 0.095/kWh = $1140/yr 

NPV = Discounted benefits – Discounted costs 

 

Here,  

discounted benefits = present value of future fuel/energy savings  

              = ΔAEC x PVF(@10%,20yrs) = (1201‐1140)/yr x 8.5/yr = $518.5  

and discounted cost = incremental cost of better product (initial cost) 

              = ($846‐$700)= $146 

Therefore, NPVEEM = $518.5 ‐ $ 146 = $372.5 :> The EEM is the better investment !  

 

 

Annual Cost method 

This is a useful and quick method that gives rapid results and allows the attention of the evaluator to focus 

on a few alternatives supposing that certain assumptions and approximations  are possible.  

Example 4: Comparing alternative projects by evaluating cost of production and prices: 

Discount factor ( r ) 

Cost 

Expected life ( n ) 

Fixed and running cost 

Full load operating hrs 

Calculation: 

Annuity factor (r%, n) 

Cost of production = 

Combined Cycle Steam Turbine 

10%  

$ 1000/kW 

30 yrs 

0.02 $/kWh 

8000 

9.427 

($1000/9.427)/8000+  $0.02  =  3.33 

¢/kWh 

Combined Cycle Gas Turbine 

10% 

$ 500/ kW 

20 yrs 

0.024 $/kWh 

7000 

8.514 

($500/8.514)/7000+ $0.024 = 3.24 ¢/kWh 

Page 44: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 44 of 55  

Example 5:  

Comparison of cost of energy production from Wind Turbine,  Photovoltaic ,and small Gas Turbine system 

  Photovoltaic  Wind Turbine  Gas Turbine 

Owner discount rate 

Installation Cost (P) 

Capacity (kW) 

Capacity factor 

Heat rate 

Fuel Cost  

Variable O&M Cost 

Annual O&M 

Annual loan payment @ 

Annual operating hours 

The cost of electricity 

10% 

$ 10,000 

3.0 

0.25 

‐ 

‐ 

‐ 

‐ 

(6% interest, 20 yr loan)  

P x CRF = $ 872/yr 

8760 x 0.25 =2190 h 

=872/(2190 x 3)  

= 13.3 ¢/kWh 

10% 

$ 2500 

0.90 

0.385 

‐ 

‐ 

‐ 

$100/yr 

(7% interest,15 yr loan) 

P x CRF = $ 275/yr 

8760 x 0.385 = 3373h 

(275+100) / (0.9 x 3373)  

=12.4 ¢/kWh 

10% 

$850/kW 

0.70 

12500 Btu/kWh 

 $ 7 /106 Btu 

$ 0.002/kWh 

‐ 

(10% interest, 20 yr loan) 

P x CRF =$99.8/yr 

8760 x 0.7 = 6132  h 

Fuel + O&M + Fixed Cost 

=(12500*  7  /106)  + 

0.002/kWh+($99.8/6132) 

 =10.6 ¢/kWh 

Measuring worth of the investment for financial decision making : 

• The important criterion are : 

– Internal rate of return 

– NPV of the project 

– Benefit/Cost ratio 

– Other criteria (pay back, profit/investment ratio ,commercial return on equity capital) 

Note: 

All the above criteria except for the last, involve discounting 

Page 45: 34525895 Engineering Economics Notes

 

 

ExamWhat wis this

As a firs

Spreadshvalues)

Since th

RepeatiOCC of cost of

mple 6 onwould be the project desi

The c

st estimate, le

heet could be u

he sum is positi

ing this iteratif 11%, the projborrowing. Th

n IRRIRR ,if the o

rable ?

condition requi

et IRR = 10%,

used to compute

ive, let IRR = 1

ive process yiject will generhis is an attrac

 

 

opportunity c

red is :

e IRR more eas

2%, this would

elds an IRR orate more thanctive investme

cost of capita

sily using the sy

d give :

f 17.5%.Sincen enough incoent.

al (OCC) is 11

yntax: IRR(cash

e this exceedsome to cover t

Pag

1%t,

h-flow

the he

 

ge 45 of 55 

Page 46: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 46 of 55  

Capital Cost

O&M

Costa

Volume of crude

oilPrice of crude oil

Cost of

crude oilb

Product sales /

revenuecNet

BenefitsYear $ million $ million b/d $/bl $ million $ million $ million

0 6 0 0 0 0 0 -6.01 45 0 0 0 0 0 -45.02 55 0 0 0 0 0 -55.03 52 0 0 0 0 0 -52.04 0 18 500 65.0 10.7 27 -1.95 0 35 2500 66.6 55.0 139 49.56 0 35 2000 68.3 45.1 116 35.97 0 35 2500 70.0 57.7 151 58.18 0 35 2800 71.7 66.3 141 39.29 0 2800 73.5 68.0 146 78.210 0 3000 75.4 74.6 163 88.211 0 3000 77.3 76.5 169 92.912 0 3000 79.2 78.4 176 97.713 0 3000 81.2 80.4 183 102.814 0 3000 83.2 82.4 191 108.115 0 3000 85.3 84.4 198 113.7

PV@10% $119.48 $88.07 $12,341 $302.02 $704.21 $166.08

Notes: IRR 23%

b/d: barrels per daya O&M include the cost of fuel used by the refineryb based on 330 days per yearcbased on the yield of various products (gasoline,jet fuel,gasoil,fuel oil and butane) from the refinery and the market prices of theses products

Financial Analysis of a Petroleum Refining Project

Example 7 (IRR)

   

Benefit-Cost RatioThis method compares the discounted total benefits of the project to its discounted costs:

0

0

(1 )/

(1 )

nt

ttn

t

tt

Br

B CC

r

Only projects of B/C > 1.0 are adopted. The criteria is useful in capital constraint situation e.g., utility has a lot of feasible projects but limited investment budget. In this case, projects are ranked in accordance with their B/C ratio and are adopted accordingly until their combined costs equal the capital investment budget.

Example 8:

B/C of example-1 = 1.15 

 

Page 47: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 47 of 55  

Payback period 

It is the time required for a project's total benefits to exceed its total cost. At that time project can be said to 

have “paid back” its initial cost. 

 

The most common applications is in the analysis of energy conservation programs. 

 

Example 9: 

Energy efficiency retrofit of  large building reduces the annual electricity demand  for heating and cooling 

from 2.3 GWh to 0.8 GWh and the peak demand for power by 150 kW. Electricity costs $ 0.06/kWh and 

demand charges are $7/kW‐month.If the project costs $ 500,00,what would be the payback period of the 

investment ? 

Energy Savings (A) 

= (2.3‐0.8) x 106 kWh/yr x $ 0.06/kWh = $ 90,000/yr 

Demand Savings (B) 

 = 150 kW x $ 7/kW‐month x 12 months/yr = $ 12,600/yr 

Total Annual Savings:  (A ) + (B) = $ 102,600/yr 

Simple payback period  = Initial Investment / Annual Savings 

          = $500,000/$102,600/yr 

          = 4.87 yr. 

 

 

 

An Overview of Renewable Energy Project Financing through CDM 

Brief Background  

Formulation of the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC) in 1992.  

UNFCC sets an “ultimate objective” of stabilizing atmospheric concentrations of greenhouse gases at 

safe levels.  

Categorization of countries into two groups: Annex I Parties i.e. the industrialized countries who have 

historically  contributed  the  most  to  climate  change,  and  non‐Annex  I  Parties,  i.e.  developing 

countries.  

 Conference of Parties (COP) 

United Nations Framework Convention on Climate Change‐ As the Precursor of Clean Development 

Mechanism 

 

Kyoto Protocol  

The Protocol was adopted in December 1997. 

It creates legally binding obligations on Annex I countries to reduce their emissions of GHGs.  

Page 48: 34525895 Engineering Economics Notes

 

A

in

Th

Kyoto pro

below to t

 

 

C

C

de

 

What ar

En

fl

A

de

In

H

de

 

What do

Dual Obje

• lo

• w

 

 

 

 

s of 27 Febru

nstruments of

he protocol e

otocol  requir

the level of 1

DM is one of 

DM  allows 

eveloping cou

re the aspe

nables Annex

exible and co

ssist  develop

evelopment o

nvestors bene

ost Countries

evelopment. 

oes CDM ai

ectives: 

ower the over

while also sup

uary 2006, 16

f ratifications

entered into f

es developed

990 by 2012 

the Kyoto me

emission  re

untries to gen

cts of CDM

x‐1 countries 

ost‐effective m

ping  countrie

objectives. 

efit by obtaini

s benefit in t

im to achie

rall cost of red

porting susta

62 states and

s, accessions, 

force on 16 Fe

d  countries  t

(the first com

echanisms  to

duction  proj

nerate “certif

M ?  

(developed c

manner. 

es  (non‐Ann

ing Certificat

he form of in

ve? 

ducing GHG e

inable develo

d regional eco

approvals or 

ebruary 2005

o  reduce  the

mmitment per

o achieve the

jects  that  a

fied emission 

countries) to 

ex  I  or  the 

es of Emissio

nvestment, ac

emissions 

opment initia

onomic  integr

acceptances

5. 

eir GHG emis

riod :2008‐20

 objective of 

ssist  in  crea

reductions (C

meet their em

host  count

ons Reduction

ccess to bette

tives within d

ration organi

ssions  ( CO2 e

012). 

reducing GHG

ating  sustain

CER)” for use 

mission reduc

ries)  in  mee

ns (CER). 

er technology

developing co

Pag

zations have 

equivalent) a

G emissions.

nable  develo

by the invest

ction commit

eting  their  s

y, and local s

ountries. 

ge 48 of 55 

deposited 

t  least 5% 

 

opment  in 

tor. 

ments in a 

sustainable 

sustainable 

Page 49: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 49 of 55  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Benefits of CDM for developing countries 

• Attract foreign investment to countries engaged in the trading of CERs  

• Increase the profitability of cleaner and more efficient technology in energy, industry, and transport 

sectors. 

• Help in waste management operations. 

• Contribute to sustainable development of the host country. 

 

 

 

Project Sustainability Screening  

 

 

 

Establishment of Sustainable Development criteria  

Should reflect economic, social, and environmental sustainability dimensions.  

The assessment of SD aspect of a project will involve a set of indicators.  

A transfer of finances and contribution to sustainable development in the Host Country

Host Country

Flow of Finances

Flow of Credits

Annex I Country

Page 50: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 50 of 55  

The indicators should be :  

Complete: adequate to  indicate the degree to which the overall objective of sustainability has been 

met.  

Operational: can be used in a meaningful way in the analysis.  

Decomposable: the decisions can be broken down into parts involving a smaller no. of indicators.  

Non‐redundant: The indicators should be defined to avoid double counting of consequences.  

Minimal:  It  is desirable  to  keep  the  set of  indicators  as  small  as possible.  For  instance  it may be 

possible to combine indicators to reduce the dimensionality of the decision problem.  

 

Distribution of Registered CDM Projects  by Host Countries 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Distribution of Registered CDM Projects According to the Sectoral Scopes 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Others, 16.31%Sri

Lanka, 2.13%Guatemala, 2.13%

Ecuador, 2.13%

Argentina, 2.13%

Republic of Moldova, 2.13%Panama, 2.1

3%

China, 4.26%

Chile, 4.96%

Honduras, 6.38%

Mexico, 9.22%

India, 19.86%

Brazil, 26.24%

Energy Demand, (2.96%)Fugitive emissions from fuels (solid, oil and gas), (1.18%)

Fugitive emissions from production and consumption of halocarbons and sulphur hexafluoride, (2.96%)Waste handling and disposal, (23.67%)

Chemical industries, (1.18%)

Manufacturing industries, (1.78%)

Agriculture, (10.65%)

Energy industries (renewable - / non-renewable sources), (55.62%)

Page 51: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 51 of 55  

  

According to the Sectoral Scopes 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CDM Project Requirements 

Baseline study for emissions 

Emissions additionality & financial additionality  

Host country government approval 

Meets the sustainable development criteria  

Demand for CERs ‐ price of CERs 

 

 

Additionality and Baseline 

 

Additionality  

  GHG reduced below what would have occurred without the project activity 

 

Baseline scenario 

  Representing anthropogenic emissions by sources of GHGs that would occur without  the proposed 

project activity Additionality and Baseline 

 

 

 

 

 

 

 

 

Energy in dustries24%

Energy d d9%

Energy distribution2%

Manufacturing industries12%

Chemical industries5%

Fugitive emissions from fuels 6%

Fugit ive emiss ions from halocarbons and sulphur

hexafluorid2%

Waste handling and 25%

Afforestat ion and reforestatio

3% Agriculture

8%

Transport2%

Mining2%

Page 52: 34525895 Engineering Economics Notes

 

 

Identify B

 

Base line/

t0

E0

EC

C

= ton of e

 

 

Examples

 Impact o

Baseline Em

/CER concept

0 = starting ye

0t =Total emis

CDMt =Total em

ER = E0t – ECDM

equivalent CO

s: 

f CERs price o

mission Meth

ts 

ear of CDM 

ssion without 

mission with C

Mt  

O2 reduction 

on the projec

hodology 

CDM project

CDM 

(traded in th

cts’ IRR 

e internationnal market: e.g., 5 $ to 25$

 

Pag

$/tC ) 

ge 52 of 55 

 

Page 53: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 53 of 55  

 

The substantial improvement in IRR observed in Biomass and Solid Waste management projects. 

 

Case Study Presentation Financial Analysis of a Small Hydro Project with and without CDM Benefits 

Characteristics of the proposed CDM Project 

Type     : Run‐of‐the river hydro project 

Installed Capacity: 3.5 MW 

Category     : Renewable Energy project (<15 MW) 

Load type    : National grid 

Developer    : Private 

Country’s Power Development Scenario 

• The project is situated in a country where diesel and fuel oil based generation system supply 70% of 

electricity and the remaining is supplied by hydro sources. 

• In the last 5 years, all the new capacity added is based on diesel and fuel oil.  

• LCGEP shows that   future additions to power generation capacity will be based on fuel oil or diesel 

though some exploitable hydro capacity is available.  

• The  baseline  emission  factor  is  the  emission  factor  of  the  diesel  based  generation  system  of 

appropriate capacity and load factor. (Method I) 

Estimation of Base‐line CER‐Method I 

 

Estimation of Base‐line CER‐Method II 

The emission factor is the weighted average emissions (in kg CO2e/kWh) of all the generation units in the 

system. The emission coefficient  is calculated as sum of total emission from each of the generation units 

divided by the sum of their generation in that year.  

Country ProjectIRR without

Carbon finance (%)

IRR with Carbon finance

(%)

Change in IRR

(%)Costa Rica Wind power 9.7 10.6 0.9Jamaica Wind power 17 18 1.0Chile Hydro 9.2 10.4 1.2Costa Rice Hydro 7.1 9.7 2.6Gyana Bagasse 7.2 7.7 0.5Brazil Biomass 8.3 13.5 5.2India Solid Waste 13.8 18.7 4.9

Hydo Power Thermal power plant (Diesel)

Capacity 10 MW Input (1) 181,081 MWh/aOutput 67 GWh/a Emission factor (2) 0.202 tC/MWh

Emissions 0 t CO2/a Emissions (3)=(1)*(2) 36,506 tC/a

Efficiency 0.37Output 67 GWh/a

CER price (4) 10 US$/tC

CERs (3)*(4) 365,059 US$/a

CDM Paramters

Page 54: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 54 of 55  

 

Identification of Additionality of the Proposed CDM Project 

• GHG emissions from this project activities is  lower than that in the baseline  

• Proposed CDM project activities is not a baseline scenario project. 

• The  project  activity  is  not  expected  to  get  implemented  in  the  absence  of  the  CDM    due  to  the 

investment barrier and financial analysis is used to demonstrate this: 

24

Detail Cash-flow analysiswithout CDM Credit

Detail Cash-flow analysis with CDM Credit

Compute FIRR and FNPV

Compute FIRR and FNPV

Is financiallyattractive ?

Not a CDM ProjectYES

NO

Is financiallyattractive ?

Consideration for CDM Project

YESNOInfeasible project

Financial Analysis

 

 

 

 

 

 

 

 

F u e l

N e t G e n e r a t io n

( G W h )

F u e l C o n s u m e d

( 1 0 3 to n n e s ) ( A )

N e t C a lo r i f ic V a lu e ( T J /1 0 3 to n n e s ) - ( B )

C a r b o n E m is s io n *

F a c to r ( I P C C ;

tC /T J ) - ( C )

E m is s io n tC O 2 ( D ) =

( A ) x ( B ) x ( C ) x 4 4 /1 2

C o a l 7 2 5 6 3 5 0 7 7 6 1 6 .2 2 2 5 .8 7 7 9 1 1 3 0 1 L ig n i t e 1 6 3 6 8 1 1 4 5 4 1 6 .2 2 2 7 .6 1 8 8 0 1 3 2 8 G a s 1 8 8 2 6 3 7 4 3 4 3 .3 3 1 5 .3 9 1 1 6 3 7 3 H y d r o 1 6 5 8 7 0 0 N u c le a r 4 1 2 2 0 0 T o ta l 1 2 8 4 6 6 1 0 5 8 2 9 0 0 2

( tC O 2 /M W h )o r tC /M W h

0 .8 2 40 .2 2 5

B a s e l in e e m is s io n f a c t o r

Page 55: 34525895 Engineering Economics Notes

Page 55 of 55  

CER vs. FIRR 

 

 

Example : Break‐even 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

4

8

12

16

20

24

0 (BaseCase)

3 5 10 15 25

CER, $/tC

FIR

R, %

Break-even CER

MARR

$0

$50,000

$100,000

$150,000

$200,000

$250,000

$300,000

$350,000

0 500 1000 1500 2000 2500

Annual Sales units

Pre

se

nt

Wo

rth

PV Benefits PV Costs

Loss

Profit

Break even- volume