автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Исследование эффективности управления электрической нагрузкой при оптимизации развития электроэнергетических систем

На правах рукописи

Ханаев Вениамин Вениаминович

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ НАГРУЗКОЙ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Специальность 05 14 01 - Энергетические системы и комплексы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

иилБ7942

Иркутск - 2008

003167942

Работа выполнена в Институте систем энергетики им Л А Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН, г Иркутск

Научный руководитель -Официальные оппоненты -

кандидат технических наук Труфанов Виктор Васильевич доктор технических наук Ковалев Геннадий Федорович

кандидат технических наук, доцент Умнова Марина Олеговна

Ведущая организация - Институт энергетических исследований Российской академии наук (ИНЭИ РАН), г Москва

Защита состоится «10» июня 2008 года в 1330 часов в зале заседания ученого совета на заседании диссертационного совета Д 003 017 01 при Институте систем энергетики им JI А. Мелентьева СО РАН по адресу 664033, Иркутск-33, ул Лермонтова, 130, к 355

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им Л А Мелентьева СО РАН

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу 664033, Иркутск-33, ул Лермонтова, 130, на имя ученого секретаря диссертационного совета

Автореферат разослан «23» ал^лЛ 2008 г

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 003 017 01,

доктор технических наук, профессор

АМ Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Электросбережение и управление электрической нагрузкой являются важными факторами, влияющими на развитие электроэнергетики

Значимость электросбережения определяют такие предпосылки, как-общий рост потребности экономики страны в электрической энергии,

- ограниченность и не возобновляемый характер энергоресурсов,

- ужесточение экологических требований к процессам выработки электроэнергии.

Основные принципы, определяющие подход к реализации электросбережения сформулированы в работах Д М Воскобойникова, А А Макарова, Т В Анчаровой, С И Гамазина, В В Шевченко и др В обобщенном виде их можно представить следующим образом

1) на развитие электросбережения влияют два основных фактора -стоимость электроэнергии и технический прогресс (разработка новых и совершенствование существующих электропотребляющих технологий производства у потребителей),

2) сбережение электроэнергии следует рассматривать как экономическую категорию, оно должно осуществляться везде, где затраты на его проведение оказываются меньшими, чем затраты на добычу и переработку энергоресурсов, до той стадии, на которой осуществляется это сбережение;

3) политика, направленная на электросбережение должна рассматриваться как существенный фактор сбалансированного развития электроэнергетики и экономики на длительную перспективу

Известно множество путей повышения маневренности электроэнергетических систем (ЭЭС), исследованием эффективности которых занимались Л А Мелентьев, Ю Н Руденко, В А Ханаев, Е А Волкова, И М Волькенау и др Все они имеют различные масштабы применения, эффективность и сроки реализации и, в основном, касаются модернизации или замены генерирующего оборудования

- модернизация базисных блоков для повышения их маневренности,

- замена устаревшего оборудования тепловых электростанций (ТЭС) на пиковые газотурбинные установки (ГТУ) и полупиковые блоки,

- разгрузка атомных электростанций (АЭС),

- вводы гидроаккумулирующих и воздухоаккумулирующих электростанций (ГАЭС, ВАЭС) и др;

- сооружение новых маневренных электропередач (ЭП)

Однако, помимо повышения маневренных возможностей собственно электроэнергетических систем, существует путь искусственного уплотнения (выравнивания) графиков нагрузки за счет самих потребителей, с помощью потребителей-регуляторов электрической нагрузки (ПР)

ПР, как таковые, а также возможности их использования исследованы в работах С В Кукель-Краевского, В В Михайлова, Ю М Когана, А С Некрасова и др. Несмотря на наличие положительного зарубежного опыта привле-

чения потребителей к регулированию нагрузки с помощью дифференцированных тарифов на электроэнергию, в отечественных работах в основном предусматривался командно-административный метод использования ПР Прогнозные объемы применения ПР из-за отсутствия экономического стимула оказывались невелики и им не уделялось должное внимание

Для существующих исследований в областях электросбережения и управления нагрузкой характерным является рассмотрение этих вопросов раздельно от задачи исследования развития ЭЭС

Тем не менее, общность процессов производства и потребления электроэнергии требует согласованного рассмотрения ЭЭС и потребителей электроэнергии в вопросах покрытия графиков нагрузки Переход экономики России от плановых к рыночным условиям хозяйствования позволяет отказаться от директивных методов воздействия на уровни и режимы электропотребления и обозначить реальные перспективы применения как электросбережения, так и ПР, обеспечив распределение эффекта от этих мероприятий между потребителями электроэнергии и ЭЭС

В этих условиях повышается актуальность комплексной оптимизации развития электроэнергетики и потребителей электроэнергии для определения как направлений и способов повышения эффективности производства электроэнергии (оптимизация структуры генерирующих мощностей), так и ее использования в различных отраслях хозяйства

Целью работы является разработка эффективных методов и аппарата исследований развития электроэнергетических систем с учетом осуществляемых у потребителей электросбережения и регулирования режимов электропотребления, а также оценка потенциала электросбережения и регулирования режимов электропотребления Для достижения указанной цели в диссертации решены следующие задачи

1. Произведен аналитический обзор мероприятий по электросбережению и типов потребителей-регуляторов электрической нагрузки, дана оценка их потенциала и степени применимости на практике

2 Разработана методическая база (определена задача комплексной оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии, разработана математическая модель) для определения эффективности различных мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов, а также изучения оказываемого ими влияния на структуру генерирующих мощностей при оптимизации развития электроэнергетических систем

3 На основе методических разработок рассмотрены изменения перспективной структуры ЕЭЭС России в зависимости от воздействий, оказываемых со стороны потребителей электроэнергии, а также определена степень эффективности различных их видов

- модернизации источников электроосвещения (по предварительной оценке - одного из наиболее высокопотенциальных и малозатратных мероприятий по электросбережению),

- перевода в режим регулирования электрической нагрузки «обычных» производств (перспективного мероприятия по уплотнению графиков электрической нагрузки ЭЭС),

- применения в качестве ПР систем электроотопления с аккумулированием тепла (масштабного и малозатратного по предварительной оценке вида потребителей-регуляторов электрической нагрузки)

4 Рассмотрены возможности и перспективы элеюросбережения и потребителей-регуляторов при различных экономических взаимоотношениях между электроэнергетикой и потребителями электроэнергии (в условиях монополии, олигополии, дерегулирования электроэнергетики и т д)

Методы исследований. Для решения задач, поставленных в работе, были использованы методы системного анализа и математического программирования

Научная новизна работы заключается в следующем

1 Поставлена задача комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии

2 Разработана новая модификация оптимизационной математической модели «СОЮЗ»1, применяемой для выбора рациональной структуры генерирующих мощностей ЭЭС Модернизированная модель включает математические модели мероприятия по электросбережению и потребителя-регулятора, составляющие основу для практических исследований и решения задачи комплексной оптимизации развития потребителей электроэнергии и систем электроэнергетики,

3 С помощью этой модели дана оценка изменений перспективной структуры ЕЭЭС России в зависимости от влияний со стороны потребителей электроэнергии, а также эффективности и масштабов применения ряда перспективных и высокопотенциальных мероприятий по электросбережению и уплотнению графиков электрической нагрузки (потребителей-регуляторов)

- модернизация источников электроосвещения (мероприятие по электросбережению),

- перевод в режим регулирования уровней электрической нагрузки «обычных» производств (мероприятие по уплотнению графиков нагрузки),

- применение в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла (потребитель-регулятор).

Практическая ценность диссертационной работы заключается в том, что разработана методика оценки эффективности мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов, а также исследования воздействий, оказываемых ими на структуру генерирующих мощностей при оптимизации развития систем электроэнергетики Представленные в работе математические модели потребителя-регулятора и мероприятия по электросбережению могут использоваться как при проведении исследований в области оптимизации развития электроэнергетических систем, так и для получения оценки

1 Воропай Н И, Труфанов В В Математическое моделирование развития электроэнергетической системы в современных условиях//Электричество 2000, №10, стр 6-13

экономической эффективности собственно мероприятий по электросбережению и регулированию режимов электропотребления (при разработке энергетических стратегий и программ или программ энергосбережения, а также при внедрении новых технологий, модернизации или переориентировании существующих производств и т.д)

Положения, выносимые на защиту:

1 Постановка задачи комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии.

2 Оптимизационная математическая модель, включающая математические модели мероприятия по электросбережению и потребителя-регулятора для оценки эффективности мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов, а также для исследования оказываемого ими влияния на структуру генерирующих мощностей при оптимизации развития систем электроэнергетики

3 Оценка эффективности и масштабов применения в качестве мероприятия по электросбережению модернизации источников электроосвещения.

4 Оценка эффективности и масштабов применения в качестве мероприятия по уплотнению графиков электрической нагрузки перевода в режим регулирования «обычных» производств

5 Оценка эффективности и масштабов применения в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла

6. Исследования влияний оказываемых рассматриваемыми мероприятиями на перспективную структуру генерирующих мощностей ЕЭЭС России при оптимизации ее развития

Апробация работы. Результаты диссертации в настоящее время составляют важную часть методической и расчетной базы ИСЭМ СО РАН для проводимых исследований в области оптимизации развития электроэнергетических систем Разработанные в диссертации основные методические положения и практические наработки апробированы в работах ИСЭМ СО РАН, ОАО «Иркутскэнерго» и ОАО «ВСЖД» Наиболее важные положения вошли в отчет по хозяйственно-договорной работе «Принципы развития Единой национальной электрической сети напряжением 220 кВ и выше» с ОАО «ФСК ЕЭС» в 2005 г

По теме работы сделаны доклады на ряде научных конференций, в гом числе с международным участием

1 XXIX конференция научной молодежи ИСЭМ СО РАН (ИСЭМ СО РАН, г Иркутск, 1999 г.),

2 Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Электрификация-2000» (г Красноярск, 2000 г );

3. XXX конференция научной молодежи ИСЭМ СО РАН (ИСЭМ СО РАН, г Иркутск, 2000 г ),

4 Ежегодная Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» (ИрГТУ, г Иркутск, 2001 г ),

5 Межвузовская научно-практическая конференция «Россия и перспективы ее развития Социально-экономические интересы регионов» (Ир-ГТУ, г Иркутск, 2001 г),

6 ХХХП конференция научной молодежи ИСЭМ СО РАН (ИСЭМ СО РАН, г Иркутск, 2002 г )

Публикации. По теме диссертации опубликованы 9 печатных работ. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 146 страницах основного машинописного текста и состоит из введения, четырех основных разделов, заключения, списка литературы из 104 позиций и приложений В работе приведены 20 рисунков и 24 таблицы

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертационной работы, определяется научная новизна проведенных исследований, приводится структура работы

Во втором разделе приводится анализ возможностей применения мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов в качестве средств регулирования режимов электропотребления и работы ЭЭС

Россия к практическому решению вопросов электросбережения подошла примерно с двадцатилетним опозданием по отношению к развитым странам мирового сообщества и ряда стран бывшего СССР. В связи с этим валовый внутренний продукт (ВВП) страны отличается высокой электроемкостью, значительно превышающей их показатели, мало задействованы ресурсы популяризации экономии электроэнергии среди населения на государственном уровне и привлечения к решению вопросов электросбережения коммерческих структур, например, энергосервисных компаний

За последние пятнадцать лет в электроэнергетике России наблюдаются, с одной стороны, малые вводы мощностей на электростанциях, с другой стороны, постоянный и ощутимый прирост электропотребления практически во всех отраслях хозяйства страны (рис 1) Например, по отношению к 1998 г рост потребления электроэнергии к 2006 г составил 20,6%

В этих условиях экономия становится важнейшим фактором поддержания роста производства в условиях дефицита энергии и ограниченных капиталовложений в развитие электроэнергетики

Однако рост электропотребления происходит в основном не за счет внедрения новых, электроэкономичных технологий, а за счет увеличения выпуска продукции действующими мощностями производств, характеризующимися высокой степенью изношенности и низкой энергоэффективностью Так, по данным Госкомстата России, в 1990-1999 гг с 29,4% до 3,9% сократилась доля нового оборудования (возраст до 5 лет) в структуре активной части производственных фондов промышленности С 15% до 34,9% возросла доля устаревшего производственного оборудования (возраст более 20 лет) Коэффициент обновления по промышленности в целом за десять лет снизил-

ся с 7,5% до 1,1%, то есть почти в 7 раз Тем самым увеличение электропотребления увеличивает и потенциал электросбережения

Электропотребление, млрд кВт ч "^—Установленная мощность электростанций, млн кВт

Рис 1 Установленная мощность электростанций и электропотребление России, 1990-2006 г г

Количественно определить потенциал электросбережения (разницу между фактическим и эталонным электропотреблением) можно лишь условно, например путем оценки возможных объемов электросбережения и их локализации по различным группам потребителей или отраслям хозяйства Наибольший потенциал электросбережения имеется в промышленном секторе и почти 20% потенциала приходится на коммунально-бытовое хозяйство, В целом же потенциал электросбережения составляет около 23% от потенциала общего энергосбережения.

По степени затратности малозатратные, капиталоемкие и сопутствующие техническому прогрессу мероприятия по электросбережению

Малозатратные мероприятия по существу сводятся к наведению порядка в использовании электроэнергии- устранение прямых потерь, своевременный ремонт и наладка технологического оборудования, соблюдение энергоэкономных технологических режимов, улучшение организации производства, сокращение времени работы оборудования на холостых режимах и т п

Капиталоемкие мероприятия требуют значительных инвестиций для их осуществления, причем повышение эффективности использования электроэнергии является здесь основной целью, а эффект от ее сбережения должен в приемлемые сроки окупать затраты на проведение мероприятия.

Сопутствующие мероприятия выполняются в процессе технического перевооружения потребителей, когда выделение затрат на электросбереже-

ние условно К сопутствующим мероприятиям относится также изменение структуры используемых материалов и конечных продуктов

Электросберегающие технологии и оборудование по-прежнему остаются слишком дорогими и малодоступными для массового внедрения Тем не менее огромный «пассивный» спрос на них будет удовлетворяться с помощью различных источников финансирования, в частности - банковского кредитования и через создание энергосервисных компаний по типу зарубежных Важность применения потребителей-регуляторов обусловлена следующим. Графики электрической нагрузки характеризуются большой неравномерностью оказывающей воздействие на режимы работы энергетического оборудования, приводя к его частым пускам и остановам и вызывая перерасход топлива Поэтому вопрос эффективного и рационального покрытия неравномерного графика нагрузки является одной из наиболее актуальных задач электроэнергетики Для его решения требуется ввод специализированного высокоманевренного оборудования, способного покрывать пики графиков нагрузки и отключаться на время их провалов, что зачастую связано со значительными капитальными затратами

В качестве альтернативы выступает искусственное уплотнение графика нагрузки - его выравнивание посредством привлечения потребителей к регулированию потребления электроэнергии Такие потребители, способные работать в согласованном с ЭЭС режиме, способствующем заполнению провалов и (или) снятию пиков графика электрических нагрузок (суточных, недельных, годовых) принято называть потребителями-регуляторами (ПР) Физически можно выделить два основных вида ПР

- специальные ПР, подразделяющиеся на системные и продуктовые,

- ПР на базе обычных производств, подразделяющиеся на осуществляющие регулирование на основе имеющихся резервов и требующие установки дополнительного оборудования.

К специальным потребителям-регуляторам относятся тепловые, электрические и другие виды накопителей энергии, а также промышленные, бытовые и сельскохозяйственные производства со спросом на электроэнергию только в периоды провалов графика нагрузки При этом системные ПР потребляют электроэнергию из ЭЭС в провалы графика и выдают ее обратно в часы максимума нагрузки (ГАЭС, ВАЭС, аккумуляторы тепла на АЭС, сверхпроводящие индукционные накопители), а продуктовые расходуют электроэнергию в провалы графика на производство собственной продукции без обратной выдачи К продуктовым ПР относятся аккумуляционные установки электроотопления, электролизные установки для производства водорода, электромобильный транспорт, установки для обессоливания морской воды, дублирующий электропривод компрессорных станций газопроводов, сельскохозяйственные аккумуляционные электрокотлы и электронагреватели для горячего водоснабжения и отопления, установки для кормоприготовле-яия и создания микроклимата

Наиболее перспективными для климатической зоны России являются системы преобразующие электроэнергию в тепловую энергию с последующим ее аккумулированием

В третьем разделе проведен обзор математических моделей (ММ) оптимизации развития электроэнергетики с целью определения возможностей юс использования для решения задачи комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии

Возрастающая актуальность проблем электросбережения и управления электропотреблением определяет потребность в соответствующем исследовательском аппарате - оптимизационных ММ Исследование потребителей электроэнергии при оптимизации развития систем электроэнергетики требует от ММ обязательного наличия таких возможностей, как

- гибкость, обеспечивающая построение дополнительных блоков (моделей), отличающихся степенью эквивалентирования ЭЭС и ее связей;

- способность учета изменений различных присущих потребителям электроэнергии особенностей и параметров,

- моделирование покрытия множества характерных суточных графиков электрической нагрузки ЭЭС в едином календарном времени

В соответствии с проведенным обзорным исследованием установлено, что наиболее полно поставленным требованиям соответствует разработанная в ИСЭМ СО РАН оптимизационная ММ «СОЮЗ», предназначенная для выбора рациональной структуры генерирующих мощностей Определено, что модель после проведения соответствующей модернизации может быть использована для исследования потребителей электроэнергии при оптимизации развития электроэнергетических систем.

В четвертом разделе:

- определен критерий экономической эффективности электросбережения и регулирования электропотребления в условиях задачи комплексной оптимизации,

- описана адаптация ММ «СОЮЗ» к задачам исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием ЭЭС,

- проведены исследование развития ЕЭЭС России с учетом влияния со стороны потребителей электроэнергии и определение эффективности некоторых потребителей-регуляторов и мероприятий по электросбережению

Критерием комплексной оптимизации систем электроэнергетики и потребителей электроэнергии является минимум суммарных затрат (1), включающих в себя затраты как на производство электроэнергии, так и на ее потребление (затраты на обеспечение технологических процессов, связанных с электропотреблением)

Зг = Зтэ + 3П min (1)

где 3s - суммарные затраты, связанные с производством и потреблением электроэнергии, Зппэ ~ затраты на производство и передачу электро-

энергии; Зп - затраты на потребление электроэнергии или технологии, связанные с электропотреблением (затраты потребителя)

Для оценки эффективности мероприятий по электросбережению и регулированию электропотребления, критерий оптимизации (1) можно представить в виде

где а= И'/И, (0 < а< 1) - коэффициент электросбережения (отношение величины нагрузки потребителя после проведения электросбережения к его исходному значению); Р = Ят(„ /]Ут(К1 (0<Р< 1)- коэффициент неравномерности графика нагрузки (отношение значений минимальной нагрузки и максимальной).

В задаче комплексной оптимизации коэффициенты а и /? являются искомыми оптимизационными параметрами, зависящими от масштабов реализации оцениваемых мероприятий

ЛЗппэ (<*> Р) и АЗп (а, Р) - изменения затрат на производство и передачу, а также потребление электроэнергии, связанные с реализацией мероприятий по электросбережению и регулированию уровней электропотребления, в свою очередь определяемые как

В выражениях (3) и (4) Зппэ, ЗцпЗ'ппэ, З'п- соответственно затраты на производство и передачу, а также потребление электроэнергии до и после проведения мероприятий по электросбережению и регулированию режимов электропотребления.

Постановка задачи комплексной оптимизации развития электроэнергетики и потребителей электроэнергии может найти свое применение для решения различных вопросов

- разработка государственных энергопрограмм, энергетических стратегий, программ энергосбережения,

- определение схем развития различных отраслей экономики, прямо или косвенно связанных с электроэнергетикой,

- разработка и оценка механизмов финансовых взаимоотношений между энергокомпаниями и потребителями электроэнергии в вопросах электросбережения и регулирования режимов электропотребления;

- поиск путей преодоления экологических проблем

Для адаптации модели «СОЮЗ» к задачам исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием электроэнергетических систем произведено ее дополнение соответствующими блоками математических моделей потребителей электроэнергии [1-4, 6, 8, 9]. Обобщенная математическая формулировка модели

АЗ (а, 0) = ЛЗппэ (а, Р) + АЗП (а, р) тах

(2)

ЛЗппэ (а> Р) - Зппэ —З'ппэ А3п(а,р)=3„-3'„

(3)

(4)

гпгп ХС„ДА„ +1С1Х], +1с;д; (5)

7ИГ /I Л II1

при = 0 (6)

Выражение (5) является минимизируемым при ограничениях (6) функционалом, в общем случае представленным суммарными приведенными затратами на развитие и функционирование электроэнергетических систем, исследуемых потребителей-регуляторов и энергосберегающих технологий

Здесь ] - номер группы однотипного генерирующего оборудования или потребителя электроэнергии; г - номер энергоузла; 5 - номер характерного суточного графика нагрузки, г- индекс (продолжительность) зоны нагрузки в суточном графике,

X]ат - нагрузка _/-го типа генерирующего оборудования в узле г в суточном режиме £ в зоне, продолжительностью г часов либо мощность (снижение нагрузки) потребителей-регуляторов или электросберегающих технологий, С}Ш — соответствующие удельные переменные затраты,

X*, X".. - выбираемые установленная мощность и новая (вводимая) мощностьу-го оборудования (потребителя) в узле г, С^,С™ - удельные постоянные ежегодные издержки и приведенные капиталовложения в это оборудование,

х: , - пропускная способность электрической связи между узлами г и I, - удельные ежегодные затраты на эту связь,

- новая (вводимая) пропускная способность межсистемной связи гиг', С" - соответствующие удельные приведенные капиталовложения

Первые две суммы в целевой функции определяют годовые переменные и постоянные издержки на электростанциях и у моделируемых потребителей, третья сумма соответствует приведенным капиталовложениям в их реализацию, последние две суммы определяют годовые постоянные издержки и приведенные капиталовложения в межсистемные электрические связи

Ограничения (6) включают в себя балансы мощности энергоузлов, технические ограничения на режимы работы генерирующего и электропотребляющего оборудования, ограничения по топливу и др

Годовой баланс энергии энергоузлов в модели описывается совокупностью балансов зон представительных суточных графиков электрической нагрузки с переходом к годовым показателям в функционале модели через коэффициенты «эквивалентного числа суток в году» При моделировании суточного режима используется принцип «позонной оптимизации» в соответствии с разбиением суточного графика нагрузки на горизонтальные зоны

продолжительностью гчасов, соответствующие приростам нагрузок в разные часы суток.

+ 2 ~ = Ры (7)

В выражении (7) первая сумма - участие всех электростанций узла, ПР и мероприятий по электросбережению в покрытии зоны отдельного суточного графика, вторая и третья суммы - межузловые «входящие» и «выходящие» перетоки, а правая часть - мощности зон суточного графика

Поскольку определено два вида влияния на электропотребление изменение его уровня с помощью электросбережения и снижение неравномерности графиков нагрузки с помощью потребителей-регуляторов, именно их ММ предлагается использовать для решения задачи комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии

При проведении оптимизационных расчетов по выбору рациональной структуры электроэнергетической системы по типам электростанций и оборудования, мероприятия по электросбережению можно рассматривать как один из «способов» покрытия нагрузки, те. как альтернативу выработке электроэнергии на электростанциях. Математическую модель ¿-го потребителя электрической энергии, проводящего мероприятие или ряд мероприятий по электросбережению можно представить следующим образом

Хк-Як=Ш„ (8)

^АМЬт</Зь(Мк~К) (9)

Т

Рь=(1-Еь-РГ) (10)

кудк=Кк/(Мк-^к) (11)

АЗп~Зп-Зп (12)

АИк=АЗтк/Мк (13)

Здесь выражение (8) определяет эффект или величину электросбережения Д N к , являющийся разностью значения нагрузки потребителя до проведения мероприятия по электросбережению N к и после - N к

Поскольку часть электроприемников потребителя может не использоваться или находиться в ремонте, в соответствии с предложением о «покрытии» нагрузки с помощью мероприятий по электросбережению, выражение (8) можно записать в виде (9), где ЛЛ^Т является суммарной мощностью эффекта в области электросбережения к-то потребителя электроэнергии, участвующая в покрытии зоны продолжительностью Т часов графика нагрузки 5-ых расчетных суток Параметр Рь определяет максимальную долю мощ-

ности задействованных в работе электроприемников в их суммарной установленной мощности и определяется согласно зависимости (10)

В выражении (10) величиныgksи Р^" -коэффициенты соответственно

аварийного простоя и плановых текущих и капитальных ремонтов к-то потребителя для 5-ых расчетных суток

Смысл выражения (9) заключается в том, что суммарная мощность электросбережения ¿-го потребителя электроэнергии после проведения элек-тросберегающих мероприятий не может превышать суммарную установленную мощность используемого им технологического оборудования с учетом ремонтного, аварийного и технологического простоев

Капиталовложения и издержки на эксплуатацию, необходимые для проведения мероприятий по электросбережению, определяются согласно уравнениям (11), (12) и (13), смысл которых заключается в следующем

Допустим, что до проведения мероприятий по электросбережению технологический процесс к-то потребителя электроэнергии характеризовался текущими затратами Зп После проведения электросберегающих мероприятий, требующих на свое внедрение некоторых капитальных затрат Кк, технологический процесс будет характеризоваться текущими затратами Зп

Удельные капиталовложения, позволяющие реализовать электросбережение, в этом случае будут определяться согласно (11) и равняться отношению капитальных затрат Кк и эффекта в области электросбережения

В свою очередь ежегодные издержки, которыми сопровождается процесс эксплуатации оборудования или текущие затраты (денежные и материальные) характеризуются зависимостью (12) Если после проведения электросбережения текущие затраты потребителя электроэнергии снижаются, то величина А^. может быть отрицательной С учетом этого удельные эксплуатационные издержки, позволяющие обеспечить электросбережение можно записать в виде (13)

Зависимость издержек от режима работы потребителя не учитывается, поэтому переменные издержки включены в состав ежегодных.

При описании в модели электроэнергетической системы потребителя-регулятора следует учесть ряд следующих моментов

- как перевод в режим регулирования обычных потребителей электро-энер1."ч, так и создание новых ПР требуют капиталовложений,

- составляющая затрат на электроэнергию, используемую в режиме потребления, может быть учтена на электростанциях, обеспечивающих в результате оптимизации режим ЭЭС, а не в текущих затратах потребителя,

- при сдвиге мощности ПР из пиковой зоны графика нагрузки в зону провала высвобождается часть генерирующих мощностей электростанций, этот режим может быть представлен как «генерация» ПР,

- соответственно работа ПР в зоне провала будет рассматриваться как режим «потребления»

С учетом этого в математической модели ПР определение использования мощности основано на разделении режимов «генерации» и «потребления» В каждые расчетные сутки в режиме «генерации» ПР могут участвовать в покрытии верхних зон графика с общим числом часов использования, не превышающих заданную величину Мощность ПР в режиме «потребления» оптимизируется для периодов провала графика Специальные уравнения учитывают заданные соотношения между режимами заряда и генерации (по энергии и мощности).

г (14)

(15)

(16)

Т 1 (17)

(18)

Неравенства (14) и (15) определяют долевое участие электрической мощности к-то ПР в «генерирующем» и «потребляющем» режимах соответственно Здесь Nk - суммарная мощность электроприемников ПР, _ мощность «генерирующего» режима работы, продолжительностью т часов в 5-ые сутки, - мощность «потребляющего» режима в час 18-ых суток Ръ - коэффициент готовности мощности потребителя (доля мощности задействованных в работе электроприемников в их суммарной установленной мощности), определяемый согласно (16) В выражении (15) ук - коэффициент соотношения мощностей «генерирующего» и «потребляющего» режимов

Уравнение (14) является ограничением использования мощности потребителя-регулятора в режиме «генерации» и определяет, что она физически не может превышать суммарную мощность всех электроприемников с учетом коэффициента готовности В свою очередь зависимость (15) показывает, что мощность «потребляющего» режима также не может превышать суммарную мощность всех электроприемников с учетом коэффициента готовности

Выражения (14) и (15) для потребителей-регуляторов дополнены соотношением связи по энергии «генерирующего» и «потребляющего» режимов

(17) и ограничением среднесуточного числа часов использования (18)

Смысл неравенства (17) заключается в том, что физически энергия «генерирующего» режима не может превышать энергию «потребляющего» ре-

шах „

жима Здесь - длительность одного интервала, Чк - коэффициент полезного действия (КПД), определяющий энергетические потери на стадиях преобразований и промежуточного накопления электроэнергии

Ограничение на потребляемую энергию (18) для продуктовых ПР определяется объемами производства продукции, продолжительностью рабочей смены, для прочих ПР - емкостью аккумуляторов и накопителей

В целях определения возможностей применения для решения задач комплексной оптимизации ЭЭС и потребителей электроэнергии математической модели «СОЮЗ» с использованием блоков, моделирующих мероприятия по электросбережению и ПР, выполнены оптимизационные расчеты

Основной целью исследования являлось изучение оптимальной структуры ЕЭЭС России с учетом влияния на ее развитие со стороны потребителей электроэнергии, а также получение оценки эффективности мероприятий по электросбережению, использования обычных предприятий в качестве ПР и применения специальных ПР Финансово-экономические результаты расчетов получены в долларах США, и, для удобства восприятия, переведены в Российские рубли по курсу 26 Российских рублей равны 1 доллару США

Результаты проведенных исследований сопоставлялись с исходным вариантом оптимизации развития ЕЭЭС

В качестве мероприятия по электросбережению была рассмотрена модернизация источников освещения, подразумевающая замену традиционных ламп накаливания (0,15 кВт, 5,72 руб /шт; срок службы - 1 год) на люминесцентные лампы (0,05 кВт, 32,5 руб /шт, срок службы - 12 лет), идентичные по световому потоку В качестве объекта исследования эффективности модернизации электроосвещения выбраны предприятия легкой промышленности, доля осветительной нагрузки которых приблизительно равна 15% от суммарной мощности электропотребления При модернизации всех источников освещения, величина электросбережения составит 2/3 от исходной мощности осветительной нагрузки или 10% от суммарной мощности электропотребления предприятием Величина ограничений по максимальной мощности определена достаточно условно - по распределению предприятий по федеральным округам России, с учетом среднестатистической мощности одного предприятия 2 МВт и при величине электросбережения 10% от суммарной мощности электропотребления Тем не менее это не мешает оценить эффективность рассматриваемого мероприятия по электросбережению

В табл 1, с разбивкой по ОЭЭС, отображены оптимальные объемы модернизации электроосветительных установок и электросбережения с помощью этого мероприятия, полученные в результате расчетов

По ЕЭЭС в целом оптимальные объемы применения модернизации источников электроосвещения составили 4474 МВт. Видно, что во всех ОЭЭС оптимальные объемы модернизации электроосвещения выходят на заданные ограничения по максимальной мощности. Это говорит о высокой эффективности данного мероприятия по электросбережению и его конкурентоспособности по отношению к «традиционным» способам покрытия пиковой мощности электрической нагрузки.

Таблица 1

Электросбережение и снижение мощности электрической нагрузки

ОЭЭС Электросбережение, млн, кВт-ч Снижение мощности электрической нагрузки, МВт

Северо-Запад 1404 454

Центр 3541 1174

Северный Кавказ (Юг) 859 283

Волга 1436 454

Урал ЗОЮ 981

Сибирь 3034 959

Восток 535 169

ВСЕГО 13819 4474

Изменения вводов генерирующих мощностей по ОЭЭС, в сравнении с исходным вариантом развития ЕЭЭС, выглядят таким образом

- ОЭЭС Северо-Запада, Северного Кавказа (Юга), Волги - без изменений;

- ОЭЭС Центра - снижение вводов ПГУ на 975 МВт и ГАЭС на 127 МВт,

- ОЭЭС Урала - увеличение вводов КЭС на 800 МВт,

- ОЭЭС Сибири - снижение вводов КЭС на 1900 МВт,

- ОЭЭС Востока - снижение вводов КЭС на 200 МВт

В ОЭЭС Центра, энергосистеме с разреженным графиком электрической нагрузки, электросбережение снижает максимум электропотребления и тем самым «конкурирует» с ПГУ и ГАЭС ОЭЭС Сибири и Востока имеют относительно плотные графики нагрузки, поэтому электросбережение заменяет ввод новых генерирующих мощностей в этих энергосистемах Снижение выработки в ОЭЭС Сибири разгружает межсистемные связи Сибирь-Урал, но, вместе с тем, требует от ОЭЭС Урала, крупнейшего промышленного и электропотребляющего узла, увеличения собственной генерации Здесь наблюдается увеличение вводов генерирующего оборудования

В суммарном отношении вариант развития ЕЭЭС России с модернизацией источников освещения (заменой ламп накаливания на люминесцентные лампы) по приведенным затратам в развитие и функционирование ЕЭЭС и анализируемых потребителей на 18,4 млрд руб дешевле, чем исходный вариант, не предусматривающий подобных мероприятий В результате проведения данных мероприятий по электросбережению достигается экономия капиталовложений 77,1 млрд руб и годовая экономия топлива 3,73 млн тут или 5,8 млрд руб в денежном эквиваленте В общей сложности в целом по ЕЭЭС в результате проведения этого мероприятия на 4,5 ГВт снижается максимум нагрузки и на 3,2 ГВт снижается ввод новых генерирующих мощностей Меньшее снижение вводов мощностей (относительно снижения максимума) объясняется увеличением «неиспользуемой» мощности ГЭС из-за уплотнения графиков нагрузки в результате электросбережения

Для исследования возможностей применения в качестве потребителей-регуляторов «обычных» предприятий - потребителей электроэнергии были также выбраны предприятия легкой промышленности, характеризующиеся

достаточной гибкостью производственного процесса (относительной простотой и малыми затратами на его перенастройку) и определенной степенью свободы во взаимоотношениях с поставщиками сырья и потребителями продукции (возможностью работать «со склада» и «на склад»)

При подготовке исходных данных к оптимизационному расчету развития ЕЭЭС, рассматривающему перевод предприятий в режим работы потребителей-регуляторов предполагается, что удельные капиталовложения отсутствуют (предприятия способны изменить режим работы за счет собственных резервов). Принята двухсменная работа предприятия (суточная длительность режима «заряда» ПР составляет шестнадцать часов) с восьмичасовым перерывом в период максимума нагрузки (суточная длительность режима «генерации» ПР равна восьми часам).

Увеличение удельных постоянных издержек, основной составляющей которых является заработная плата персонала переводимых в режим регулятора предприятий, принято равным 50%.

Перевод предприятий на ночную работу сопряжен с повышением требований к освещению Для легкой промышленности, по отношению к суммарной мощности, доли мощностей основного технологического процесса и электроосвещения составляют 85% и 15% соответственно За счет повышения требований к освещению рабочих мест в ночной период, необходимости освещения прилегающих территорий и подсобных помещений, доля электроосвещения может возрасти в два раза При неизменной технологической мощности, соотношение ее доли и доли мощности электроосвещения составит 85% и 30% соответственно, т е мощность предприятия при ночной работе (мощность «заряда» потребителя-регулятора) превысит мощность работы этого же предприятия в штатном режиме (мощность «генерации» потребителя-регулятора) в 1,15 раза. Обратная этому соотношению величина - коэффициент полезного действия (КПД) потребителя-регулятора равен 0,87

Максимальная величина применения мощности этих предприятий в качестве потребителей-регуляторов по каждой из ОЭЭС определяется по аналогии с исследованием эффективности модернизации источников освещения

Изменения вводов генерирующих мощностей по ОЭЭС, в сравнении с исходным вариантом развития ЕЭЭС, выглядят таким образом

- ОЭЭС Северо-Запада, Северного Кавказа (Юга), Волги, Урала, Сибири, Востока - без изменений,

- ОЭЭС Центра - снижение вводов ПГУ на 996 МВт и ГАЭС на 127 МВт

В соответствии с результатами расчетов, при использовании обычных предприятий в качестве потребителей-регуляторов, эффект достигается только в ОЭЭС Северного Кавказа (Юга) Оптимальная мощность применения ПР составляет 1035 МВт в режиме «генерации» и 1139 МВт в режиме «потребления» не выходя на ограничения по максимальной мощности (2,83 ГВт) Экономии топлива, по отношению к исходному варианту развития ЕЭЭС, в варианте развития с применением в качестве ПР «обычных» предприятий не наблюдается, поскольку эффект освобождения от покрытия пиковой

нагрузки менее экономичных генерирующих мощностей компенсируется низким КПД потребителя-регулятора, составляющим 87%

Одной из причин, определяющей малые объемы реализации рассматриваемого мероприятия, являются высокие постоянные издержки, не позволяющие такому типу ПР полноценно конкурировать с традиционными способами покрытия пиковых электрических нагрузок Несмотря на это, по отношению к исходному, рассматриваемый вариант развития ЕЭЭС требует капиталовложений и приведенных затрат на реализацию, соответственно на 79,5 млрд руб и 11,0 млрд руб. меньше

Анализ возможного варианта развития ЕЭЭС показывает, что режим ночной работы предприятий («заряда») используется в интересах ОЭЭС Центра, снижая электропотребление в пиковые часы в объеме 1702 млн кВт-ч, конкурируя с вводами ПТУ и ГАЭС в этой энергосистеме.

Исследование современного уровня развития ПР, выполненное во втором разделе диссертации показало, что максимальные возможности регулирования графика электрической нагрузки связаны с аккумулированием тепла для отопления и горячего водоснабжения.

Принцип действия этого, пока еще мало распространенного оборудования состоит в следующем В период провала электрической нагрузки электронагреватели вырабатывают тепло, одна часть которого расходуется на отопление помещений, а другая аккумулируется в теплонакопительных блоках В период пика электрической нагрузки электронагреватели автоматически отключаются от электросети Обогрев здания производится за счет аккумулированного тепла, съем которого осуществляется обдувом воздухом теплонакопительных блоков

Максимальная суточная длительность заряда теплового аккумулятора составляет семь часов, максимальная суточная длительность разряда - семнадцать часов Единичная мощность одного накопителя принята равной 0,002 МВт Паспортный КПД оборудования равен 87%.

В расчетах рассматривалось оборудование отечественного производства, стоимость которого в бытовом исполнении составляет 5200 руб /кВт, в промышленном исполнении - 6300 руб /кВт

Ежегодные издержки приняты равными нулю - считается, что новое оборудование не требует затрат на свое обслуживание больше, чем ранее использовавшиеся системы электроотопления Ограничения по максимальной мощности отсутствуют - расчеты носят оценочный характер с целью определения степени эффективности данного оборудования как ПР

Всего было рассмотрено три варианта возможного применения систем электроотопления с аккумулированием тепла в качестве ПР, отличающихся объемами применения этого оборудования - ограниченное применение для модернизации электрокотельных, массовое внедрение устройств на объектах жилья и объединение условий двух предыдущих вариантов Результаты проведенных расчетов по каждому из рассматриваемых вариантов представлены втабл 2

Изменения вводов новых генерирующих мощностей по ОЭЭС

- ОЭЭС Северо-Запада, Северного Кавказа (Юга), Волги, Урала, Сибири -без изменений для всех вариантов,

- ОЭЭС Центра - снижение вводов ГАЭС на 127 МВт для всех вариантов,

- ОЭЭС Востока - снижение вводов КЭС на 100 МВт и 150 МВт для второго и третьего вариантов соответственно

Рассматриваемые ПР используются в интересах ОЭЭС Центра, при этом они конкурентоспособны по отношению к ГАЭС, но менее эффективны чем 111 У Применение ПР в ОЭЭС Востока позволяет выровнять график электропотребления и снизить вводы конденсационного оборудования

Таблица 2

Объемы применения систем электроотопления с аккумулированием тепла в ___качестве потребителей-регуляторов _

ОЭЭС Мощность «генерации», МВт Мощность «потребления», МВт Снижение электропотребления в пиковые часы, млн. кВт-ч

1 2 3 1 2 3 1 2 3

Северо-Запад 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Центр 0 61 35 0 70 40 0 28 16

Северный Кавказ (Юг) 58 164 221 67 189 254 92 260 350

Волга 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Урал 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Сибирь 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Восток 21 59 80 24 68 92 7 28 38

ВСЕГО 79 284 336 91 327 386 99 316 404

Модернизация существующих электрокотельных и перевод их в режим ПР может быть использована в объемах 21 МВт для ОЭЭС Востока и 58 МВт для ОЭЭС Северного Кавказа, что позволит вьфовнять ночной провал мощности нагрузки в этих энергосистемах на 24 и 67 МВт Снижение электропотребления в пиковые часы оценивается в 7 и 90 млн кВт ч электроэнергии соответственно

Проведенное сравнение с исходным вариантом и полученные результаты расчетов показывают, что модернизация действующих систем электроотопления с применением аккумулирования тепловой энергии является достаточно результативным мероприятием. Подобные системы эффективны при использовании в объединенных энергосистемах Северного Кавказа (164 МВт), Востока (59 МВт) и Центра (61 МВт). Потребители-регуляторы способны обеспечить заполнение ночных провалов графиков нагрузки в размере 70, 189 и 68 Мвт или 260, 29 и 28 млн кВт ч для ОЭЭС Северного Кавказа, Востока и Центра соответственно

Результаты третьего варианта близки к суммарным результатам первого и второго вариантов расчета В целом показатели применения потребителей-регуляторов по ОЭЭС Центра, Северного Кавказа и Востока составляют

порядка 336 МВт в режиме «генерации», 386 МВт в режиме «потребления» и 400 млн кВт ч В сравнении со вторьм вариантом видна реализация системного эффекта большие объемы вводов потребителей-регуляторов в ОЭЭС Северного Кавказа оказываются более выгодными по отношению к их вводам в ОЭЭС Центра (164 / 61 МВт для второго варианта и 221 / 35 МВт для третьего варианта соответственно), т,е работа потребителей-регуляторов в ОЭЭС Северного Кавказа осуществляется в интересах ОЭЭС Центра

Применение систем электроотопления с аккумулированием тепла в качестве потребителей-регуляторов увеличивает расход топлива (от 0,3 до 0,44 тыс тут/год) и, соответственно, связанные с ним затраты (от 1,1 до 1,3 млрд руб в год) Это обусловлено относительно низким, около 87%, коэффициентом полезного действия (КПД) тепловых аккумуляторов, применяемых в составе исследуемых систем В дальнейшем использование современных материалов и тепловой изоляции позволит повысить КПД установки до 90-95% и снизить величину перерасхода топлива.

Конкуренцию применению систем электроотопления с аккумулированием тепла в качестве потребителей-регуляторов оказывают относительно недорогие источники пиковой мощности, в частности ПГУ, что делает применение данного вида потребителей-регуляторов неэффективным в остальных объединенных энергосистемах (Сибирь, Урал, Волга и Северо-Запад)

Варианты развития ЕЭЭС с применением систем электроотопления с аккумулированием тепла практически идентичны исходному варианту по суммарным приведенным затратам, во втором и третьем вариантах наблюдается небольшая экономия капиталовложений - 1,1 млрд руб и 2,9 млрд руб, соответственно

В пятом разделе рассмотрены условия развития электросбережения и регулирования электропотребления Даны заключения о влиянии на них различных форм экономических взаимоотношений между энергокомпаниями и потребителями электроэнергии

Степень заинтересованности потребителей в электросбережении, как одной из статей снижения своих затрат, определяется стоимостью электроэнергии Ценовая политика энергокомпаний во многом зависит от степени их влияния на рынок электроэнергии Крайние проявления этого влияния - монополия и монопсония Так монопольное положение позволяет энергокомпании диктовать потребителям свою, ориентированную на получение максимальной прибыли, ценовую политику, и таким образом косвенно стимулировать их к электросбережению. Монопсония же наоборот подразумевает сильные позиции потребителя и снижение его интереса к электросбережению

Так как при равномерном графике нагрузки производство электроэнергии всегда более выгодно, чем при неравномерном, интерес энергокомпаний к регулированию режимов электропотребления сохраняется всегда Лучшие условия привлечения потребителей к регулированию режимов электропотребления могут создаться либо «под принуждением» - при монополии в электроэнергетике, либо при наличии конкуренции среди энергокомпаний и, как следствие, при наличии выгодных тарифных предложений для потреби-

телей с их стороны Монопсония, как и в случае с электросбережением не гарантирует добровольного участия потребителей в регулировании режимов электропотребления.

Современная электроэнергетика во многих странах, в том числе и в России, подвержена глубоким преобразованиям, направленным на переход к рынку электроэнергии Несмотря на неоднозначные прогнозы и результаты подобных преобразований, очевидно, что тенденция реформирования электроэнергетики в дальнейшем сохранится и усилится В условиях рынка появляется понятие «управление спросом на электроэнергию», механизм которого приводится в действие через тарифы на электрическую энергию, возможности для развития электросбережения и регулирования режимов электропотребления при этом улучшаются

Поскольку эффект от регулирования уровней и режимов электропотребления проявляется у каждого участника этих мероприятий, возникает необходимость его точного определения [5,7] Решить эту задачу могут автоматизированные системы учета электроэнергии (АСУЭ)

Учет электроэнергии, зачастую ошибочно причисляемый к мероприятиям по электросбережению, на самом деле является базой для его проведения, а также и регулирования режимов электропотребления

Наличие учета оказывает косвенное влияние на электросбережение, позволяя выявить перерасход и неэффективное использование электроэнергии, а также дисциплинируя производственный персонал

В разделе выполнен обзор, в котором рассмотрены структура и типы АСУЭ, примеры их реализации на действующих объектах, особенности эксплуатации и перспективы дальнейшего развития

В заключении сформулированы наиболее важные выводы и рекомендации по результатам проведенной работы

В приложениях приведены дополнительные материалы, поясняющие отдельные положения из основных разделов работы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты проведенных в ходе диссертационной работы исследований состоят в следующем

1. Рассмотрены проблемы удовлетворения растущего спроса на электрическую энергию и покрытия переменной части графика электрической нагрузки В качестве дополнения и альтернативы существующим мероприятиям по повышению маневренности электроэнергетических систем определены возможности использования потребителей электроэнергии Определены характеристики и степень технической готовности основных мероприятий по электросбережению и различных типов потребителей-регуляторов электроэнергии, установлены их существенный потенциал и способность оказывать значительное воздействие на развитие систем электроэнергетики.

Показано, что электросбережение и регулирование режимов электропотребления повышают надежность электроснабжения, обеспечивают устойчивость электроэнергетических систем и потребителей к авариям

2. Поставлена задача комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии.

3 Определены требования к оптимизационным математическим моделям, касающиеся исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием электроэнергетических систем.

4 Выполнен аналитический обзор существующих математических моделей оптимизации развития электроэнергетики с целью определения их соответствия задаче комплексной оптимизации потребителей электроэнергии и электроэнергетических систем

5 В результате проведенного обзорного исследования установлено, что наиболее полно установленным требованиям отвечает оптимизационная математическая модель «СОЮЗ», разработанная в ИСЭМ СО РАН Данная модель выбрана в качестве базовой для проведения исследований в области комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии

6 На базе модели «СОЮЗ» разработана новая математическая модель, позволяющая проводить исследование долгосрочного развития электроэнергетических систем с учетом оказываемого на них влияния со стороны потребителей электрической энергии Разработаны и включены в модель дополнительные блоки, моделирующие основные влияния на электроэнергетические системы со стороны потребителей электроэнергии и позволяющие проводить совместное исследование их долгосрочного развития

- математическая модель мероприятия по электросбережению,

- математическая модель потребителя-регулятора

7 В целях проверки и демонстрации возможностей разработанной математической модели произведен ряд расчетов, направленных на исследование развития ЕЭЭС России с учетом оказываемого на нее влияния со стороны потребителей электроэнергии В ходе проведенного исследования определена степень эффективности ряда мероприятий по регулированию уровней и режимов электропотребления, а также исследованы изменения перспективной структуры ЕЭЭС России с учетом этих мероприятий

8 Дано заключение о влиянии различных форм экономических взаимоотношений между потребителями электроэнергии и электроэнергетическими системами на такие, связанные с электросбережением и регулированием электропотребления вопросы, как стимулы к проведению этих мероприятий и степень интересов сторон-участников процесса производства и потребления электроэнергии

9 Сделан анализ вопросов построения автоматизированных систем учета электроэнергии (АСУЭ), служащих средствами определения эффекта от электросбережения и регулирования электропотребления и являющихся необходимой базой для проведения таких мероприятий Для этого произведена классификация АСУЭ по основным признакам и выполнен обзор наи-

более известных разработок в этой области Также представлен собственный опыт проектирования и внедрения автоматизированных систем учета электроэнергии, приведены конкретные примеры реализации АСУЭ на действующих объектах, определены особенности их текущей эксплуатации и перспективы дальнейшего развития

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ханаев В В О комплексной оптимизации развития электроэнергетической системы и потребителей энергии / В сб: Системные исследования в энергетике - Иркутск ИСЭМ СО РАН, 1999. - (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН Вып 29) - стр 66-73

2. Ханаев В В Вопросы комплексной оптимизации развития систем электроэнергетики и потребителей электроэнергии с учетом воздействия на электропотребление / В сб Электрификация металлургических предприятий Сибири. Вып. 9 Томск, изд-во Томского университета, 2000 - стр, 153-162

3 Ханаев В В Особенности оценки эффективности воздействия на режимы потребления электрической энергии / В сб Системные исследования в энергетике. - Иркутск ИСЭМ СО РАН, 2000 - (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН Вып 30) - стр 94 -101

4 Ханаев В В Мероприятия и средства воздействия на режимы потребления электрической энергии / В сб • Россия и перспективы ее развития Социально-экономические интересы регионов Выпуск 2. - Иркутск- ИрГТУ, 2001 -(Материалы научно-практической конференции) - стр 80 - 85.

5. Ханаев В В Коммерческий учет энергоносителей как база для проведения энергосбережения / В сб Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири - Иркутск- ИрГТУ, 2001 - (Материалы всероссийской научно-технической конференции с международным участием) - стр 117-119

6 Ханаев В В Аннотация курса лекций по энергосбережению / Сборник аннотаций лекций - Иркутск ИрГТУ. Региональный центр «Энергосбережение», 2001 г

7 Ханаев В В. Информационно-измерительная система как база для проведения энергосбережения и анализа эффективности использования электрической энергии / В сб: Системные исследования в энергетике. - Иркутск ИСЭМ СО РАН, 2002 - (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН. Вып 32) -стр 151-155

8 Труфанов В В, Ханаев В В. Математическое моделирование потребителей электроэнергии при оптимизации развития электроэнергетических систем // Электричество 2008, в печати.

9 Ханаев В.В Потребители-регуляторы, возможности и перспективы применения // Научно-технические ведомости СПбГПУ """" " * 59-64

Заказ № ЮЧ Тираж ¡00 экз Отпечатано в ИСЭМ СО РАН 664033, Иркутск, ул Лермонтова, 130

1. ВВЕДЕНИЕ

2. ОЦЕНКА ЭЛЕКТРОСБЕРЕЖЕНИЯ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ-РЕГУЛЯТОРОВ КАК СРЕДСТВ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА УРОВНИ

И РЕЖИМЫ ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

2.1. Электросбережение у потребителей: современное состояние и перспективы развития

2.1.1. Электросбережение. История вопроса. Стимулы и подхо

2.1.2. Общее состояние и потенциал электросбережения в Рос

2.1.3. Мероприятия по электросбережению

2.1.4. Развитие электросберегающих технологий в России

2.2. Регулирование электропотребления: возможности и перспективы применения

2.3. Влияние электросбережения и регулирования электропотребления на вопросы надежности

2.4. Выводы

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ПРИ ОПТИМИЗАЦИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

3.1. Принципы и методы разработки моделей оптимизации развития электроэнергетики

3.2. Типы оптимизационных математических моделей и их применение в соответствии с иерархией задач управления развитием электроэнергетики

3.3. Обзор существующих математических моделей оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии

3.4. Комплекс «СОЮЗ» как перспективная модель для исследования потребителей электроэнергии при оптимизации развития ЭЭС

3.5. Выводы

4. КОМПЛЕКСНАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ И ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

4.1. Критерий экономической эффективности мероприятий по воздействию на уровни и режимы электропотребления в условиях задачи комплексной оптимизации

4.2. Адаптация математической модели «СОЮЗ» к задачам комплексной оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии

4.2.1. Общее описание математической модели

4.2.2. Математическая модель мероприятия по электросбережению

4.2.3. Математическая модель потребителя-регулятора

4.3. Оптимизация развития ЕЭЭС России с учетом мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов

4.3.1. Цели исследований и характеристики исходного варианта развития ЕЭЭС

4.3.2. Исследование эффективности модернизации источников освещения

4.3.3. Исследование эффективности применения в качестве потребителей-регуляторов «обычных» предприятий

4.3.4. Исследование эффективности применения в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла

4.4. Выводы

5. УСЛОВИЯ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОСБЕРЕЖЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ 77 5.Г. Экономические взаимоотношения между энергокомпаниями* и потребителями электроэнергии как предпосылки электросбережения. и* регулирования режимов электропотребления

5.1.1. Формы экономических взаимоотношений

5.1.2. Реформы электроэнергетики 80 5.2; Учет как база для электросбережения и регулирования режимов электропотребления

5.2.1. Управление спросом на электроэнергию

5.2.2. АСУЭ: типы, состав, характеристики, реализация на действующих объектах

5.3. Выводы

Электросбережение является важным слагаемым технической и экономической политики при прогнозировании и планировании развития топливно-энергетического комплекса и электрификации. Его возрастающая значимость определяется рядом следующих факторов: общий рост потребности экономики страны в электрической энергии; невозобновляемый характер, ограниченность и удорожание энергоресурсов;

- ужесточение экологических требований к процессам выработки электроэнергии.

Основные принципы, определяющие подход к реализации электросбережения сформулированы в работах Д.М. Воскобойникова, А.А. Макарова, Т.В. Анчаровой, С.И. Гамазина, В.В. Шевченко и др. В обобщенном виде их можно представить следующим образом:

1) на развитие электросбережения оказывают воздействие два основных фактора — стоимость электроэнергии и технический прогресс (разработка новых и совершенствование существующих электропотребляющих технологий производства у потребителей);

2) сбережение электроэнергии следует рассматривать как экономическую категорию, оно должно осуществляться везде, где затраты на его проведение оказываются меньшими, чем затраты на добычу и переработку энергоресурсов, до той стадии, на которой осуществляется это сбережение;

3) политика, направленная на электросбережение должна рассматриваться как существенный фактор сбалансированного развития электроэнергетики и экономики на длительную перспективу.

Большие возможности экономии энергоресурсов часто делают электросбережение, как составную часть энергосбережения, предметом государственной политики. Во многих странах мира, как экономически развитых, так и развивающихся, разрабатываются специальные программы, приводящие к значительным результатам, например энергетическая политика России [99] в качестве общегосударственной программы, направленной на электросбережение рассматривает совершенствование источников света, повышение эффективности электропривода и ряд других мероприятий.

Другим, не менее важным направлением эффективного развития электроэнергетики России является повышение маневренности электроэнергетических систем. Существуют различные подходы к решению этого вопроса, в основном касающиеся модернизации или замены генерирующего оборудования (исследованиями в этой области занимались JI.A. Мелентьев, Ю.Н. Ру-денко, В.А. Ханаев, Е.А. Волкова, И.М. Волькенау и др.):

- модернизация базисных блоков для повышения их маневренности;

- замена устаревшего оборудования тепловых электростанций (ТЭС) на пиковые газотурбинные установки (ГТУ) и полупиковые блоки;

- разгрузка атомных электростанций (АЭС);

- вводы гидроаккумулирующих и воздухоаккумулирующих электростанций (ГАЭС, ВАЭС) и др.;

- сооружение новых маневренных электропередач (ЭП).

Модернизация устаревших базисных блоков для повышения их маневренности производилась еще в 1970-1980 г.г. Это мероприятие служит определенным образом вынужденным решением проблемы напряженных балансов мощности и электроэнергии, поскольку даже модернизированное устаревшее оборудование является изношенным и требует замены в относительно короткий промежуток времени.

Замена изношенного оборудования ТЭС на пиковые ГТУ и полупиковые блоки — подход, позволяющий за счет использования действующих объектов и коммуникаций (площадки, здания, инженерные сети, водоподготовка и т.д.), избежать значительных затрат на реализацию. По сути такой процесс замены оборудования- представляет собой относительно малозатратное техническое перевооружение ТЭС и является одним из наиболее эффективных мероприятий по повышению маневренности силами самой энергосистемы.

Разгрузка АЭС в основном предназначена для повышения маневренности энергосистемы в выходные дни. Регулярная разгрузка АЭС экономически мало эффективна, поскольку подобный режим работы ухудшает энергетические характеристики реакторов - увеличивается расход ядерного горючего.

Вводы ГАЭС, ВАЭС и других видов нового оборудования повышают маневренность электроэнергетических систем (ЭЭС) в основном в рабочие дни, поскольку накопители электроэнергии недельного регулирования имеют высокую стоимость и мало пригодны для массового внедрения. Ввиду большей плотности графиков нагрузки большинство накопителей не может эффективно работать в выходные дни, кроме того, многие из них не получат широкого применения в обозримом будущем, поскольку находятся в стадии опытно-промышленной эксплуатации или даже разработки, например сверхпроводящий индукционный накопитель (СПИН). Строительство же даже наиболее перспективных для решения задачи повышения маневренности накопителей (ГАЭС, ВАЭС) находится в сильной зависимости от конкретных местных и географических условий, что существенно снижает возможности их использования.

Сооружение новых маневренных ЭП, в частности для привлечения к покрытию перспективной нагрузки Европейской части России существующих и вновь вводимых гидроэлектростанций (ГЭС) Ангаро-Енисейского каскада - мероприятие, не способное получить широкого развития по ряду причин, в том числе из-за увеличения загрузки гидроэлектростанций непосредственно по месту их расположения и малых объемов строительства новых ГЭС.

Перечисленные способы повышения маневренности ЭЭС имеют различные масштабы применения, эффективность и сроки реализации и, в основном, касаются модернизации или замены генерирующего оборудования.

Однако, помимо повышения маневренных возможностей собственно электроэнергетических систем, существует путь управления электрической нагрузкой или искусственного уплотнения (выравнивания) графиков нагрузки за счет самих потребителей, а также с помощью потребителей-регуляторов электрической нагрузки (ПР).

ПР, как таковые, а также возможности их использования исследованы в работах С.В; Кукель-Краевского, ВВ. Михайлова, Ю.М. Когана, А.С. Некрасова и др. Несмотря на наличие положительного зарубежного опыта привлечения потребителей к регулированию нагрузки с помощью дифференцированных по зонам графика тарифов на электроэнергию, в отечественных работах в основном рассматривался командно-административный метод использования ПР; Прогнозные объемы применения ПР из-за отсутствия экономического стимула оказывались невелики и им не уделялось должное внимание.

Тем не менее, общность процессов производства и потребления электроэнергии требует согласованного рассмотрения ЭЭС и потребителей электроэнергии в вопросах покрытия графиков нагрузки. Переход экономики России от плановых к рыночным условиям хозяйствования позволяет отказаться от директивных методов воздействия на уровни и режимы электропотребления и обозначить, реальные перспективы применения как электросбережения, так и ПР, обеспечив распределение, эффекта от этих мероприятий между потребителями электроэнергии и ЭЭС.

В этих условиях повышается актуальность комплексной оптимизации развития электроэнергетики и потребителей электроэнергии для определения как направлений и способов повышения эффективности производства электроэнергии (оптимизация структуры генерирующих мощностей), так и ее использования в различных отраслях хозяйства.

Настоящая работа должна дополнить имеющиеся в данной области исследования и направлена на разработку принципов и методов математического моделирования и исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием электроэнергетических систем/

С учетом изложенного выше цель диссертации заключалась в разработке эффективных методов и аппарата исследований развития электроэнергетических систем с учетом осуществляемых у потребителей электросбережения и регулирования режимов электропотребления.

Для достижения указанной цели в диссертации, обобщающей исследования, выполненные автором в Институте систем энергетики им. JI.A. Ме-лентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН), решены следующие задачи:

1. Произведен аналитический обзор мероприятий по электросбережению и типов потребителей-регуляторов электрической нагрузки, дана оценка их потенциала и степени применимости на практике.

2. Разработана методическая база (определена задача комплексной оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии, разработана математическая модель) для определения эффективности различных мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов, а также изучения оказываемого ими влияния на структуру генерирующих мощностей при оптимизации развития электроэнергетических систем.

3. На основе методических разработок рассмотрены изменения перспективной структуры ЕЭЭС России в зависимости от воздействий, оказываемых со стороны потребителей электроэнергии, а также определена степень эффективности различных их видов:

- модернизации источников электроосвещения (по предварительной оценке - одного из наиболее высокопотенциальных и малозатратных мероприятий по электросбережению);

- перевода в режим регулирования электрической нагрузки «обычных» производств (перспективного мероприятия по уплотнению графиков электрической нагрузки ЭЭС);

- применения в качестве ЕЛ5 систем электроотопления с аккумулированием тепла (масштабного и малозатратного по предварительной оценке вида потребителей-регуляторов электрической нагрузки).

4. Рассмотрены возможности и перспективы электросбережения и потребителей-регуляторов при различных экономических взаимоотношениях между электроэнергетикой и потребителями электроэнергии (в условиях монополии, олигополии, дерегулирования электроэнергетики и т.д.).

В ходе решения этих задач потребовалось:

- рассмотреть и систематизировать типы электросберегающих мероприятий и потребителей-регуляторов электрической нагрузки, как применяемые на практике, так и находящиеся на стадии прогнозных и проектных разработок, определить их степень готовности и потенциал применения;

- проанализировать существующие методы и схемы решения задачи управления развитием электроэнергетических систем и дополнить их с учетом применения мероприятий по электросбережению и потребителей-ре1уляторов электрической нагрузки;

- изучить опыт математического моделирования развития электроэнергетических систем;

- создать универсальную математическую модель для исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием электроэнергетических систем, а также для оценки эффективности различных мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов электрической нагрузки;

- исследовать изменения перспективной структуры ЕЭЭС России в зависимости от воздействий, оказываемых со стороны потребителей электроэнергии;

- исследовать экономический эффект от применения ряда рациональных мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов (модернизация источников электроосвещения, перевод в режим регулирования электрической нагрузки обычных производств, применение в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла);

I p

- проанализировать возможности применения электросбережения и потребителей-регуляторов при различных формах экономических взаимоотношений в электроэнергетике;

- рассмотреть особенности применения автоматизированных систем учета и контроля электропотребления в качестве необходимой базы для определения эффекта от проведения электросбережения и использования потребителей-регуляторов электрической нагрузки.

В диссертации впервые получены и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты:

1. Постановка задачи комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии.

2. Модификация математической модели «СОЮЗ», включающая математические модели мероприятия по электросбережению и потребителя-регулятора, составляющие основу для практических исследований и решения задачи комплексной оптимизации развития потребителей электроэнергии и систем электроэнергетики.

3. Оценка с помощью новой модификации модели «СОЮЗ» изменений перспективной структуры ЕЭЭС России в зависимости от влияний, оказываемых со стороны потребителей электроэнергии, а также эффективности и масштабов применения следующих перспективных и высокопотенциальных мероприятий по электросбережению и уплотнению графиков электрической нагрузки (потребителей-регуляторов) :

- модернизация источников электроосвещения (мероприятие по электросбережению);

- перевод в режим регулирования уровней электрической нагрузки «обычных» производств (мероприятие по уплотнению графиков электрической нагрузки);

- применение в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла (потребитель-регулятор).

Результаты диссертации в настоящее время составляют важную часть методической и расчетной базы Института систем энергетики им. JI.A. Ме-лентьева СО РАН (ИСЭМ СО РАН) для проводимых исследований в области оптимизации развития электроэнергетических систем. Разработанные в диссертации основные методические положения и практические наработки апробированы в работах ИСЭМ СО РАН, ОАО «Иркутскэнерго» и ОАО «ВСЖД». Наиболее важные положения вошли в отчет по хозяйственно-договорной работе «Принципы развития Единой национальной электрической сети напряжением 220 кВ и выше» с ОАО «ФСК ЕЭС» в 2005 г.

Работа прошла апробацию на ряде научных конференций, в том числе с международным участием:

1. XXIX конференция научной молодежи ИСЭМ СО РАН (ИСЭМ СО

РАН, г. Иркутск, 1999 г.);

2. Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Электрификация-2000» (г. Красноярск, 2000 г.);

3. XXX конференция научной молодежи ИСЭМ СО РАН (ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, 2000 г.)

4. Ежегодная Всероссийская научно-техническая конференция с международным участием «Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири» (ИрГТУ, г. Иркутск, 2001 г.);

5. Межвузовская научно-практическая конференция «Россия и перспективы ее развития. Социально-экономические интересы регионов» (ИрГТУ, г. Иркутск, 2001 г.);

6. XXXII конференция научной молодежи ИСЭМ СО РАН (ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, 2002 г.).

По теме диссертации опубликованы девять печатных работ:

1. Ханаев В.В. О комплексной оптимизации развития электроэнергетической системы и потребителей энергии / В сб.: Системные исследования в энергетике. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1999. - (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН: Вып. 29) - стр. 66-73.

2. Ханаев В.В. Вопросы комплексной оптимизации развития систем электроэнергетики и потребителей электроэнергии с учетом воздействия на электропотребление / В сб.: Электрификация металлургических предприятий Сибири. Вып. 9. Томск, изд-во Томского университета, 2000 - стр. 153 — 162.

3. Ханаев В.В. Особенности оценки эффективности воздействия на режимы потребления электрической энергии / В сб.: Системные исследования в энергетике. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. - (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН: Вып. 30) - стр. 94 - 101.

4. Ханаев В.В. Мероприятия и средства воздействия на режимы потребления электрической энергии / В сб.: Россия и перспективы ее развития. Социально-экономические интересы регионов. Выпуск 2. - Иркутск: ИрГТУ, 2001. -(Материалы научно-практической конференции) - стр. 80 - 85.

5. Ханаев В.В. Коммерческий учет энергоносителей как база для проведения энергосбережения / В сб.: Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири. - Иркутск: ИрГТУ, 2001 - (Материалы всероссийской научно-технической конференции с международным участием) - стр. 117-119.

6. Ханаев В.В. Аннотация курса лекций по энергосбережению / Сборник аннотаций лекций. - Иркутск: ИрГТУ. Региональный центр «Энергосбережение», 2001 г.

7. Ханаев В.В. Информационно-измерительная система как база для проведения энергосбережения и анализа эффективности использования электрической энергии / В сб.: Системные исследования в энергетике. — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002. - (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН: Вып. 32) -стр. 151 -155.

8. Труфанов В.В., Ханаев В.В. Математическое моделирование потребителей электроэнергии при оптимизации развития электроэнергетических систем // Электричество. 2008, в печати.

9. Ханаев В.В. Потребители-регуляторы: возможности и перспективы применения // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2008, №1, - стр. 59-64.

Диссертация состоит из введения, четырех основных разделов, заключения, списка литературы и приложений.

Основные результаты проведенных в ходе диссертационной работы исследований состоят в следующем:

1. Рассмотрены проблемы удовлетворения растущего спроса на электрическую энергию и покрытия переменной части графика электрической нагрузки. В качестве дополнения и альтернативы существующим мероприятиям по повышению маневренности электроэнергетических систем определены возможности использования потребителей электроэнергии. Определены характеристики и степень технической готовности основных мероприятий по электросбережению и различных типов потребителей-регуляторов электроэнергии, установлены их существенный потенциал и способность оказывать значительное воздействие на развитие систем электроэнергетики.

Установлено, что в условиях России наиболее перспективны малозатратные мероприятия, перспективная доля которых в общем объеме электросбережения может составить 90%. К ним относятся:

- модернизация источников электроосвещения (замена традиционных ламп накаливания на люминесцентные);

- применение регулируемого электропривода;

- оптимизация использования электроэнергии в быту.

Внедрение подобных мероприятий может осуществляться с помощью специализированных энергосервисных компаний.

В качестве потребителей-регуляторов актуальны системы электроотопления с аккумулированием тепла. Такое оборудование может эффективно использоваться в часы ночного минимума нагрузок, а замена или дооснаще-ние им существующих систем электроотопления позволит снизить пиковые уровни электрической нагрузки.

Показано, что электросбережение и регулирование режимов электропотребления повышают надежность электроснабжения, обеспечивают устойчивость электроэнергетических систем и потребителей к авариям.

2. Поставлена задача комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии.

3. Определены требования к оптимизационным математическим моделям, касающиеся исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием электроэнергетических систем:

- гибкость, обеспечивающая построение дополнительных блоков (моделей), отличающихся степенью эквивалентирования электроэнергетической системы и ее связей;

- способность учета и изменения различных, присущих потребителям электроэнергии особенностей и параметров;

- моделирование покрытия множества характерных суточных графиков электрической нагрузки в едином календарном времени.

Выполнен аналитический обзор существующих математических моделей оптимизации развития электроэнергетики с целью определения их соответствия задаче комплексной оптимизации потребителей электроэнергии и электроэнергетических систем.

В результате проведенного обзорного исследования установлено, что наиболее полно указанным требованиям отвечает оптимизационная математическая модель «СОЮЗ», разработанная в Институте систем энергетики им. JI.A. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН). Данная модель выбрана в качестве базовой для проведения исследований в области комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии.

4. На базе модели «СОЮЗ» разработана новая математическая модель, позволяющая проводить исследование долгосрочного развития электроэнергетических систем с учетом оказываемого на них влияния со стороны потребителей электрической энергии. Разработаны и включены в модель дополнительные блоки, моделирующие основные влияния на электроэнергетические системы со стороны потребителей электроэнергии и позволяющие проводить совместное исследование их долгосрочного развития:

- математическая модель мероприятия по электросбережению;

- математическая модель потребителя-регулятора.

5. В целях проверки и демонстрации возможностей разработанной математической модели был произведен ряд расчетов, направленных на исследование развития ЕЭЭС России с учетом оказываемого на нее влияния со стороны потребителей электроэнергии. В ходе проведенного исследования определена степень эффективности ряда мероприятий по регулированию уровней и режимов электропотребления, а также исследованы изменения перспективной структуры ЕЭЭС России с учетом этих мероприятий.

Замена традиционных ламп накаливания люминесцентными лампами является эффективным и возможным к широкому применению мероприятием по электросбережению, конкурирующим в разных ОЭЭС с вводами КЭС, ПГУ и ГАЭС. Реализация этого мероприятия в разрезе долгосрочного развития ЕЭЭС позволяет снизить на 77,1 млрд. руб. (2965 млн. долл.) капитальные затраты, на 3,73 млн. тут расход топлива и на 18,4 млрд. руб. (707 млн. долл.) эксплуатационные издержки.

Перевод «обычных» предприятий в режим потребителей-регуляторов не является результативным мероприятием по регулированию режимов электропотребления и может применяться в ограниченных объемах (около 1 ГВт при заданном максимальном уровне вводов 2,8 ГВт) только в ОЭЭС Северного Кавказа (Юга).

Использование в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла имеет хорошую перспективу и может оказать положительное влияние на развитие ЕЭЭС России, приведя к снижению капитальных затрат на 1,1-2,9 млрд. руб. (39-108 млн. долл.). Использование этих потребителей-регуляторов наиболее эффективно в ОЭЭС Центра, Северного Кавказа (Юга) и Востока. Суммарная мощность их вводов может достичь 336 МВт.

6. Дано заключение о влиянии различных форм экономических взаимоотношений между потребителями электроэнергии и электроэнергетическими системами на такие, связанные с электросбережением и регулированием электропотребления вопросы, как стимулы к проведению этих мероприятий и степень интересов сторон-участников процесса производства и потребления электроэнергии.

Степень заинтересованности потребителей в электросбережении, как в одной из статей снижения своих затрат, определяется стоимостью электроэнергии. Ценовая политика энергокомпаний во многом зависит от степени их влияния на рынок электроэнергии. Крайние проявления этого влияния - монополия и монопсония. Так монопольное положение позволяет энергокомпании диктовать потребителям свою, ориентированную на получение максимальной прибыли, ценовую политику, и таким образом косвенно стимулировать их к электросбережению. Монопсония же наоборот подразумевает сильные позиции потребителя и снижение его интереса к электросбережению.

Для генерирующей компании внутреннее электросбережение также служит одним из главных средств снижения издержек и повышения своей конкурентоспособности.

Так как при равномерном графике нагрузки производство электроэнергии всегда более выгодно, чем при неравномерном, интерес энергокомпаний к регулированию режимов электропотребления сохраняется всегда. Лучшие условия привлечения потребителей к регулированию режимов электропотребления могут создаться либо «под принуждением» — при монополии в электроэнергетике, либо при наличии конкуренции среди энергокомпаний и, как следствие, при наличии выгодных тарифных предложений для потребителей с их стороны. Монопсония, как и в случае с электросбережением не гарантирует добровольного участия потребителей в регулировании режимов электропотребления.

7. Сделан анализ вопросов построения автоматизированных систем учета электроэнергии (АСУЭ), служащих средствами определения эффекта от электросбережения и регулирования электропотребления и являющихся необходимой базой для проведения таких мероприятий. Для этого произведена классификация АСУЭ по основным признакам и выполнен обзор наиболее известных разработок в этой области. Также представлен собственный опыт проектирования и внедрения автоматизированных систем учета электроэнергии, приведены конкретные примеры реализации АСУЭ на действующих объектах, определены особенности их текущей эксплуатации и перспективы дальнейшего развития.

Наиболее важные результаты проведенных исследований освещены на научных конференциях, в том числе с международным участием и в печатных работах по теме диссертационной работы, а также применены на практике в ряде, в том числе совместных с другими организациями, научных отчетов и работ.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Коган Ю.М., Агеева Е.В. Прогнозирование потребления электроэнергии на современном этапе (проблемы и результаты) / Электроэнергетика России: современное состояние, проблемы и перспективы: Сб. научн. тр. -М.: Энергоатомиздат, 2002. 520 с.

2. Концепция ФЦП «Энергосбережение России» / Энергетическая политика России на рубеже веков: в 2 т. М.: «Папирус ПРО»; 2001.т.2: Приоритеты Энергетической политики: от энергетической безопасности — к энергетической дипломатии, 2001. 792 с.

3. Российский статистический ежегодник. 2006: Стат.сб. / Статистика России. М., 2006. - 806 с.

4. Макаров А.А., Чупятов В.П. Энергоэфективность и энергосбережение в России // Журнал ЮНЕСКО «International Jornal of Global Energy Issues», vol. 16, 2000 г., №1-3.

5. Макаров A.A. Ценовая политика в энергетике и возможности экономии электроэнергии и тепла / Сб. трудов Конференции «Проблемы энергетики региона», Изд. Казань ЭИ, 1998 г.

6. Анчарова Т.В., Гамазин С.И., Шевченко В.В. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях. М.: «Высшая школа», 1990. - 144 с.

7. Поздеев Д.А. Применение преобразователей частоты в целях энергосбережения / Энергосбережение, сертификация и лицензирование -2000. Материалы VI Всероссийского семинара. — Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2001 198 с.

8. Авдеева Н.Л., Исадская Т.Б. и др. Проблемы сбережения энергоресурсов и оценка его масштабов в сфере конечного потребления / Электроэнергетика России: современное состояние, проблемы и перспективы: Сб. научн. тр. М.: Энергоатомиздат, 2002. - 520 с.

9. Тимофеев И.А. Инновационная энергосберегающая технология для изготовления магнитных систем / Энергосбережение, сертификация и лицензирование 2000. Материалы VI Всероссийского семинара. -Чебоксары: Изд-во Чувашского университета, 2001. - 198 с.

10. Энергосбережение в Европе: применение энергоэфективных распределительных трансформаторов. Пер. с английского // Энергосбережение. 2003. - №6. - с. 66-71; 2004. - №1. - с. 61-65.

11. Степанов А.В., Корягин О.Г. Осветленные асфальтобетонные покрытия и возможности энергосбережения в наружном освещении // Энергосбережение. 2001. - №2. - с. 10-11.

12. Кукель-Краевский С.А. Электроэнергетическая система. М.: Л.: ГОНТИ НКТП. Ред. Энерг. Литературы, 1938. — 206 с.

13. Ханаев В.А. Пути повышения маневренности Единой электроэнергетической системы СССР. Новосибирск: Наука. Сиб. отделение, 1991. - 145 с.

14. Гитман М.И. Относительная эффективность потребителей-регуляторов при различных режимах работы // Электрические станции. 1987. - №9. -с. 33-35.

15. Морган М. Г., Талукдар С.Н. Регулирование электрической нагрузки: технические, экономические, административно-правовые и социальные вопросы // ТИИЭР: Пер. с англ., 1979. т. 67, №2. - с. 60-144.

16. Бесчинский А.А., Коган Ю.М. Экономические проблемы электрификации. 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1983. -432 с.

17. Кудряшов В.В. Региональная энергетическая комиссия на службе энергосбережения // Энергосбережение. 1999. - №2. - с. 31-34.

18. Дубинский Е.В. Многотарифный учет электроэнергии важная предпосылка ее экономии и оптимизации работы энергосистемы // Энергосбережение. - 1999. - №6. - с. 8-10.

19. Коган М.Ю. Потребители электроэнергии регуляторы нагрузки в энергосистемах // Теплоэнергетика. - 1985. - №12. - с. 45-49.

20. Ханаев В.А. Разработка методов управления развитием единой ЭЭС СССР / Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Иркутск, 1984 450 с.

21. Тбилиси: АН СССР Научный совет по комплексным проблемам энергетики, 1970. - с. 62-78.

22. Кохов В.И., Крюков А.А. Оптимизационные модели. Общая постановка задачи / Экономико-математические модели оптимизации развития энергосистем и их объединений. М.: Изд-во ЭНИНа, 1973. - с. 36-43.

23. Маркович И.М., Рокотян С.С., Хаинсон Я.И. Экономико-математические модели для оптимизации развития энергосистем / Труды В111И и НИИ "Энергосетьпроект". Выпуск 1. М.: Энергия, 1970. - с. 29-41.

24. Математические модели для анализа и экономической оценки вариантов развития электроэнергетических систем. Сборник. — Иркутск: АН СССР СО СЭИ, 1971.

25. Дерзкий В.Г., Поляков В.Б. Метод долгосрочного предсказания на ЭВМ тенденций развития процессов электропотребления // Электрические станции. 1972. №2 - с. 4-7.

26. Гук Ю.Б., Окороков В.Р., Папин А.А. и др. Многоцелевая оптимизация структуры электроэнергетических систем при планировании их развития // Электрические станции. 1973. - №3. - с. 9-13.

27. Чернин М.А., Шарыгин B.C. Усовершенствование линейной модели для выбора структуры энергосистемы на основе позонной оптимизации конечных значений искомых параметров / Труды ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект". Выпуск 3. М.: Энергия, 1972. - с. 73-82.

28. Чернин М.А., Шарыгин B.C. Оптимизация с помощью ЭЦВМ структуры пиковых мощностей энергосистемы / Тезисы докладов к симпозиуму "Применение методов математического моделирования в энергетике". — Иркутск: АН СССР СО СЭИ, 1966.

29. Тайц А.А., Падалко Л.П., Рощеня А.Ф. Анализ методов оптимизации схем электрических сетей // Электрические станции. — 1973. №3. - с. 42-45.

30. Падалко Л.П. Математическое моделирование в некоторых задачах оптимального проектирования электрических сетей / Материалы 2-ой республиканской научно-технической конференции по применению вычислительной техники в энергетике. Минск, 1968.

31. Мирковская Р.Е., Хаинсон Я.И. Оптимизация схемы электрической сети // Электрические станции. 1967. - №4. - с. 8-13.

32. Лялик Г.Н. Резерв мощности и методы его определения при перспективном проектировании / Труды ВГПИ и НИИ "Энергосеть-проект". Выпуск 4. М.: Энергия, 1974. - с. 3-15.

33. Чернин М.А. Оптимизация аварийного резерва в линейной математической модели для выбора оптимальной структуры энергосистемы / Труды ВГПИ и НИИ "Энергосетьпроект". Выпуск 4. М.: Энергия, 1974. - с. 49-54.

34. Волков Г. А., Лялик Г.Н., Трусова Л. А. Блоки надежности электроснабжения потребителей энергосистем и их применение / Экономико-математические модели оптимизации развития энергосистем и их объединений. М.: Изд. ЭНИНа, 1973. - с. 135-145.

35. Арзамасцев Д.А., Ананичева С.С., Мардер Л.И., Мызин А.Л. Иерархия задач и моделей прогнозирования развития и размещенияконденсационных электростанций / Иерархия в больших системах энергетики, т.1. Иркутск: АН СССР СО СЭИ, - 278 с.

36. Беленький В.З., Белостоцкий A.M. Математическое моделирование развития ядерной энергетики. М.: Наука, 1979. - 160 с.

37. Сб. Методы математического моделирования и оптимизации параметров, вида технологической схемы и профиля оборудования атомных конденсационных и теплофикационных электростанций. Иркутск: АН СССР СО СЭИ, 1977.

38. Наумов Ю.В., Лашин А.Ф., Малевский А.Л. и др. Программно-вычислительный комплекс для исследования ядерных энергетических установок / Системные исследования в энергетике. Ленинград-Иркутск, 1984. - с. 128-146.

39. Малевский А.Л., Наумов Ю.В., Попырин Л.С. Математическая модель для технико-экономических исследований одноконтурной АЭС с газоохлаждаемым реактором на перспективных рабочих телах / Изв. АН СССР, серия физико-энергетических наук. 1983. - №3. - с. 3-9.

40. Фазылов Х.Ф., Глейзер Д.М. и др. Оптимизация суточного режима ОЭС Средней Азии // Электрические станции. — 1975. №3. - с. 24-27.

41. Арзамасцев Д.А., Бартоломей^ П.И., Холян A.M. АСУ и оптимизация режимов энергосистем. М.: Высшая школа, 1983. - 208 с.

42. Кохов В.И. Блок выбора вариантов развития электростанций / Экономико-математические модели оптимизации развития энергосистем и их объединений. М.: Изд. ЭНИНа, 1973. - с. 44-60.

43. Валевичене Ю.-Т.П., Зейлигер А.Н., Каплан В.А. и др. Оптимизация схемы развития основных электрических сетей с применением программы покоординатной оптимизации / Материалы конференции "Применение вычислительной техники в электроэнергетике" сб.2. 1970.

44. Хаинсон Я.И. Элементы расчетной модели оптимизации структуры энергосистемы // Электрические станции. — 1967. №2. - с. 5-10.

45. Макарова А.С., Макаров А.А. Математическая модель для перспективного планирования развития энергосистемы / Электрические станции. 1964. -№5. - с. 55-60.

46. Сыров Ю.П., Макаров А.С., Зейлигер А.Н., Хабачев Л.Д. Линейная математическая модель для оптимизации структуры энергетических систем с применением ЭЦВМ // Теплоэнергетика. 1966. - №10. - с. 15-22.

47. Войцеховская Г.В., Гуреев В.Д. и др. Нелинейная математическая модель для оптимизации развития энергетических систем / Методы математического моделирования в энергетике. Иркутск: ВосточноСибирское книжное издательство, 1966.

48. Сыров Ю.П., Войцеховская Г.В. Нелинейная математическая модель оптимизации развития электроэнергетических систем / Применение вычислительной техники в электроэнергетике, т.2. М., 1970.

49. Ершевич В.В., Зейлигер А.Н., Каплинский Э.М. и др. Автоматизация технического анализа и оперативной корректировки вариантов развития энергосистем // Электрические станции. 1977. - №10. - с. 52-56.

50. Курилов А.Е. Имитационная система развития энергетики "СТРАТЭК М" / Системные исследования в энергетике. Ленинград-Иркутск, 1984. -с. 23-45.

51. Арзамасцев Д.А., Липес А.В., Мызин А.Л. Модели оптимизации развития энергосистем. М.: Высшая школа, 1987. - 272 с.

52. Арзамасцев Д.А., Липес А.В., Мызин А.Л. Модели и методы оптимизации развития энергосистем Учебное пособие по курсу "Модели оптимального развития энергосистем". - Свердловск: Изд. УПИ им. С.М. Кирова, 1976. - 148 с.

53. Труфанов В.В., Ханаев В.А. Выбор рациональной структуры генерирующих мощностей ЕЭЭС по типам оборудования с формализованным учетом неоднозначности исходной информации // Электронное моделирование. 1985. - №5. - с. 72-77.

54. Труфанов В.В. Оптимизация перспективной структуры оборудования электростанций ЕЭЭС СССР с применением математического моделирования / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Иркутск, 1981. - 239 с.

55. Ханаев В.А., Труфанов В.В., Тришечкин A.M. Автоматизация системных исследований развития ЕЭЭС СССР // Электронное моделирование. -1986.-№6. с. 59-64.

56. Воропай Н.И., Труфанов В.В. Математическое моделирование развития электроэнергетической системы в современных условиях // Электричество. 2000. - №10. - с. 6-13.

57. Ханаев В.В. О комплексной оптимизации развития электроэнергетической системы и потребителей энергии / В сб.: Системные исследования в энергетике. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 1999. -(Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН: Вып. 29) - стр. 66-73.

58. Ханаев В.В. Особенности оценки эффективности воздействия на режимы потребления электрической энергии / В сб.: Системные исследования в энергетике. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. - (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН: Вып. 30) - стр. 94-101.

59. Тукенов А.А. Рынок электроэнергии. М.: Энергоатомиздат, 2005. - 414 с.

60. Подковальников С.В., Сендеров С.М., Стенников В.А. и др. Энергетика XXI века: системы энергетики и управление ими. Новосибирск: Наука, 2004.-364 с.

61. Постановление Правительства РФ от 24 октября 2003 г. № 643 «О правилах оптового рынка электрической энергии (мощности) переходного периода».

62. Правила оптового рынка электрической энергии (мощности) переходного периода. Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 24 октября 2003 г. № 643.

63. Правила функционирования розничных рынков электрической энергии в переходный период реформирования электроэнергетики. Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации от 31 августа 2006 г. №530.

64. Ханаев В.В. Аннотация курса лекций по энергосбережению / Сборник аннотаций лекций. — Иркутск: ИрГТУ. Региональный центр «Энергосбережение», 2001 г.

65. Ханаев В.В. Информационно-измерительная система как база для проведения энергосбережения и анализа эффективности использования электрической энергии / В сб.: Системные исследования в энергетике. —

66. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002. (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН: Вып. 32) - стр. 151 - 155.

67. РД 153-34.0-11.209-99 Рекомендации. Автоматизированные системы контроля и учета электроэнергии и мощности. Типовая методика выполнения измерений электроэнергии и мощности.

68. РД 34.09.101-94 (с изменениями 1998 г.) Типовая инструкция по учету электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении.

69. РД 34.11.333-97 Типовая методика выполнения измерений количества электрической энергии.

70. РД 34.11.334-97 Типовая методика выполнения измерений электрической мощности.

71. ГОСТ 19431-84 Энергетика и электрификация. Термины и определения.

72. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения

73. ГОСТ 34.320-96 Информационные технологии. Система стандартов по базам данных. Концепции и терминология для концептуальной схемы и информационной базы.

74. ГОСТ Р 50922-96 Защита информации. Основные термины и определения.

75. ГОСТ Р 8.000-2000 Государственная система обеспечения единства измерений. Основные положения

76. ГОСТ Р 8.596-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Метрологическое обеспечение измерительных систем. Основные положения.

77. РД 153-34.0-03-150-00 Межотраслевые правила по охране труда (правила безопасности) при эксплуатации электроустановок. Минтопэнерго РФ и Минтруда РФ.

78. РМГ 29-99 Государственная система обеспечения единства измерений. Метрология. Основные термины и определения

79. Носов Е.Ю. «Модульный принцип построения АСКУЭ» / Энергетик. — 2002.-№12.

80. Телеметрия в коммунальном хозяйстве. Шаги в будущее. М.: Фирма РКК, 1999. - 60 с.

81. Лаевский С.Г., Демченко Н.П., Бацежев Ю.Г. Автоматизация управления электроснабжением шахт. М.: Недра, 1992. - 296 с.