автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Проблемы функционирования региональныхэлектроэнергетических систем и их решенияв системе ,,Ростовэнерго"

Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию

Новочеркасский государственный технический университет

рГ Б ОД — : -

6 / ИОЯ -1335

На правах рукописи КУШ НАР ЕВ Федор Андреевич

Проблемы функционирования региональных электроэнергетических систем и их решения в системе „Ростовэнерго"

Специальность 05.14.02 — «Электрические станции

(электрическая часть), сети, электроэнергетические системы и управление ими» !

Диссертация в виде научного доклада на соискание ученой степени кандидата технических наук

НОВОЧЕРКАССК 1995

/ Официальные, оппоненты:

'доктор технических наук, профессор Фигурнов Е. П.; кандидат технических наук Фадеев В. В.

Ведущая организация — Объединенное диспетчерское управление Северного Кавказа.

сов „.. - х , „ на заседании диссер-

тационного совета Д 063.30.01 Новочеркасского государственного технического университета (346428, г. Новочеркасск Ростовской обл., уд. Просвещения, 132).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новочеркасского государственного технического университета.

Диссертация в виде научного доклада разослана 10. 1995 года.

Ученый секретарь диссертационного Совета Д 063.30.01

__ к. т. н., доцент Золотарев Н. Л.

1995 года в ча-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В научном докладе кратко изложены и проанализированы проблемы функционирования региональных энергетических систем и показаны результаты их решения на основе хозяйственной деятельности руководимой автором энергосистемы "Ростовэнерго" за 1985-1994 годы и перспективы развития энергосистемы до 2010 года.

Актудпыюеть проблемы. Ростовская энергосистема входит в состав ОЭС Северного Кавказа и по объему производства и распределения электроэнергии была 15-й из 105 энергосистем в бывшем СССР.

Являясь средней по объему энергосистемой она обладает рядом типичных свойств, присущим многим энергосистемам России: выбору первичных источников энергии, замены изношенного оборудования, обеспечения надежности и экономичности работы, взаимоотношения с потребителями. Существенно также и то, что в стране идет перестройка основ хозяйственной деятельности, и поэтому опыт "Ростовэнерго" по работе в условиях рыночных отношений представляется полезным.

Из специфичных особенностей энергосистемы можно выделить две: то, что она расположена в энергодефицитном регионе и то, что является связующим звеном между энергетическими объединениями Украины и Северного Кавказа. Последнее обуславливает необходимость изучения ее работы как энергосистемы приграничной с ближним зарубежьем России.

Цепь работы. Обобщение научно-технической и организационной деятельности соискателя при руководстве энергосистемой "Ростовэнерго", анализ инвариантных и локальных характеристик се работы для повышения эффективности функционирования самой системы и тиражирования ее опыта на другие энергосистемы России.

Методы исследований. Поставленные в работе задачи решались методами статистического моделирования, теории оптимизации, многофакторного анализа, используя элементы теории надежности, на основе теории выбора и принятия решений, путем экстраполяции.

Основные научные положении, выносимые на защиту, их новизна.

1. Управление энергосистемой в условиях перехода к рыночным отношениям.

2. Адаптация программы "Интегрированное планирование энергетических ресурсов" для планирования развития "Ростовэнерго".

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов следуют из

опыта хозяйственной деятельности энергосистемы под руководством автора в 1985-1995 годах,

контроля работы энергосистемы со стороны РАО "ЕЭС Россия" и региональной энергетической комиссии,

проверкой разработанных статистических моделей на основе опыта эксплуатации.

Теоретическое значение работы состоит в комплексности подхода по управлению системой: принятию и реализации решений по ее функционированию, проведению тарифной политики, повышению ее энергоэффективности при производстве, распределении и потреблении электроэнергии, учету неопределенности при прогнозировании будущего системы.

Практическое значение работы заключается в том, что опираясь на теоретические предпосылки, несмотря на общий кризис экономики, энергосистема не ухудшила свои экономические показатели работы и обеспечила энергоснабжение Ростовской области и связанных с ней районов Северного Кавказа.

Реализация результатов работы осуществляется в системе "Ростовэнерго".

Апробация работы. Работа энергосистемы и принимаемые решения рассматривались 14.11.90 г. на Бюро Совета Министров СССР по топливно-энергетическому комплексу, в мае 1993 г. на заседании федеральной энергетической комиссии и регулярно на заседаниях региональной энергетической комиссии.

Основные научные положения автора заслушивались на XV и XVI сессиях семинара РАН "Кибернетика электрических систем" по тематикам "Электроснабжение промышленных предприятий" и "Диагностика электрооборудования".

Публикации. Основное содержание работы отражено в 15 печатных работах.

Основное содержание работы

1. Проблемы функционирования региональных энергетических систем.

В своей работе автор сосредоточил внимание на следующих проблемах функционирования энергосистем:

1. Сохранении надежного энергоснабжения региона в условиях распада ЕЭС СССР: разрыве связей, возникновении дополнительного энергодефицита, понижения частоты.

2. Обеспечении стабильности функционирования при переходе к рыночным отношениям: совершенствовании связей с потребителями и поставщиками первичной энергии, принятии решений на основе экспертных оценок, поиске и привлечении новых источников капиталовложений для модернизации энергосистемы, использовании новых технологий в энергетике.

3. Обосновании принципов тарифообразования: длительности временного интервала принятого тарифа, значений тарифа для населения и сельского хозяйства, двуста-вочности тарифов для всех потребителей, зависимости величины тарифа от надежности электроснабжения.

4. Повышении энергоэффективности производства и потребления электроэнергии и улучшения экологической ситуации: оптимизации транспортного расхода электроэнергии для энергосистемы, диверсификации угольного топлива на газ, работе с потребителем по энергосбережению.

5. Развитии энергосистемы: учету неопределенности при текущем прогнозировании электропотребления на основе анализа временных рядов, а при перспективном прогнозировании — используя сценарный подход; внедрению интегрированного планирования энергетических ресурсов.

При проведении исследований автор опирался на работы А.Ф. Дьякова, В.В. Ер-шевича, В.Г. Китушина, Б.К. Максимова, Ю.Н. Руденко, М.Н. Розанова, В.А. Семенова, Т. Folley и других известных ученых.

2. Характеристика системы "Ростовэнерго", Ii, 7,8,13,15/.

Система "Ростовэнерго" обеспечивает энергоснабжение потребителей Ростовской области 99.7% электрической и 45% тепловой энергии. Установленная мощность электростанций системы на 1.01.95 г. составляла 3174 МВт и, в основном, сосредоточена на Новочеркасской ГРЭС (2245 МВт). Кроме этого в состав энергосистемы входит Цимлянская ГЭС мощностью 204 МВт и несколько ТЭЦ.

Энергосистема "Ростовэнерго" (рис.1) является связывающим звеном между двумя мощными энергетическими объединениями Украины и Северного Кавказа. Входящая в ОЭС Северного Кавказа система "Кубаньэнерго" дефицитна и требует приема мощности на уровне 900-1000 МВт. Передача электрической энергии из Ростовской системы в Краснодарскую осуществляется по одной линии 330 кВ, трем — 220 кВ, одной — 110 кВ (Рмакс= 1000 МВт), а прием из Донецкой по одной линии 500 кВ, одной — 330 кВ, четырем — 220 кВ, трем — ПО кВ (Р*„кс=2000 МВт). Кроме того, Ростовская энергосистема имеет относительно слабую связь с Волгоградэнерго — две линии 220 кВ и одна 110 кВ (Р„а«=300 МВт) и по линиям 220 и 110 кВ питает Калмэнерго (Рма„с=120 МВт). С Воронежэнерго связь осуществляется по одной линии 110 кВ, но в нормальном режиме она разомкнута.

Ростовская

энергосистема

&орс нчк»н!нъ

¿УПШвКЛП ОС/7.

На£оп

Донвлссзнв/уа грэс

сигогглл ашрго

__ Онмвург-ЗллллнЛЯ

ГРАНИЦ л

Волгогм*м»РГо

КрЛСНОДАРЗНЕРП

Условные Н-э/. станции #-ПС дООкЬ

• - ПС 2 20кЬ

• -ПС ИОкЬ

Т -Угольные Районы

СтцЛрополйЗнвр. кллмингрго

обозначения:

- ЗУ1 5ПОК&

- е>/1 ззо кЕ>

- В/1 220 нь

-ЬЛ 1 о нь

----строящиеся амнмн

:-газопро6оды

ЭЛЗКТРОПерЕДАЧИ

До 1992 года "Ростовэнерго" входило в состав ЕЭС СССР и проблемы, откуда получать необходимую для покрытия дефицита электроэнергию: от Украины или Центра, не существовало. Линии электропередач строились с учетом ближнего территориального размещения источников питания, и исторически сложилась жесткая связь между "Донбассэнерго" и "Ростовэнерго". После появления содружества независимых государств Северный Кавказ, являющийся дефицитным в целом на 12-15%, практически оказался отрезанным от Центра. Покрытие дефицита осуществлялось путем передачи энергии из "Курскэнерго" через линии Восточной Украины в "Ростовэнерго". Однако, из-за ухудшения топливного баланса на Украине задание по перетоку энергии не выполнялось. В связи с этим было принято решение о раздельной работе ОЭС Северного Кавказа и Центра и параллельной работе с ОЭС Украины. Переток из Украины зимой 1993-94 гг. доходил до 1600 МВт и компенсировался выделением "Харьковэнерго" и питанием его от ОЭС Центра. Собственный дефицит мощности "Ростовэнерго" поддерживался на уровне 300-600 МВт. Однако параллельная работа с ОЭС Украины привела к понижению частоты до 49.18 Гц в ОЭС Северного Кавказа, что вызвало работу АЧР. Поэтому было принято решение о восстановлении связи с Центром по линиям 220 кВ через "Волгоградэнерго", отделении ОЭС Северного Кавказа от Украины и островном питании части "Ростовэнерго" от Украины. Но пропускная способность связей с ОЭС Центра недостаточна для покрытия дефицита ОЭС Северного Кавказа, что обусловливает ограничение на потребление в "Ростовэнерго" от 140 до 230 МВт. При невыполнении ограничений проводятся прямые отключения. Кроме того, для снижения энергодефицита и повышения надежности энергоснабжения ведется строительство линий 500 кВ (рис. 1).

Наличие больших перетоков энергии обуславливает необходимость оптимизации транспортного расхода электроэнергии (ТРЭ) в системе "Ростовэнерго"/8/. В качестве исходной статистической модели была принята квадратичная функция режимных факторов. Коэффициенты модели определялись с помощью метода наименьших квадратов по расчетным значениям ТРЭ за 3 года. С учетом статистической значимости коэффициентов транспортный расход электроэнергии (тыс. кВт ч) определяется выражением:

ДИг = -4.17 3 • 104 + 84 4.7 • Нош - 850.4 • Пао + 95.55 • Мтс + 977 • Мдл + 1737 • Кдо - 833.8 • + 701.6 • Мвп - 787.5 • №во О -0.0893 • Мош ■ Идп - 2.13 • Моа • Мдо - 0.7309 • Яош ■ Икп

где: №п0 — полезный отпуск электроэнергии (здесь и далее в млн. кВт-ч);

Щ>ш—суммарный отпуск электроэнергии с шин тепловых станций "Ростовэнерго";

И^с — выработка электроэнергии ГЭС;

Мдп, Мдо — прием и выдача электроэнергии по связям с "Донбасэнерго";

№ко, {^л — отдача и прием электроэнергии по связям с "Краснодарэнерго";

№вп, Кво — прием и отдача энергии по связям с "Волгоградэнерго".

Качество модели оценивалось путем сопоставления отчетного и расчетного ТРЭ на исходной выборке данных. Отклонение суммарного годового расчетного ТРЭ от отчетного лежит в интервале — 0.15+0.16%. Максимальное отклонение месячного ТРЭ составило 3.78%. На основе модели (1) рассматривался ТРЭ для следующего года. Погрешность расчета годового ТРЭ составила 1.2%.

С помощью модели (1) было прогнозировано влияние режимных факторов на ТРЭ в "Ростовэнерго". Сокращение транзита электроэнергии "Донбассэнерго" — "Краснодарэнерго" на 10(20%) приводит к уменьшению ТРЭ на 1.5 (2.4%). К сокращению ТРЭ приводит снижение приема из "Донбассэнерго" и одновременном увеличении выработки электроэнергии тепловыми станциями системы.

Модель (1) была применена для оценки экономической эффективности приема электроэнергии из систем "Донбассэнерго" и "Волгоградэнерго". Для этого анализировалась переменная составляющая издержек энергосистемы, определяемая суммой затрат на топливо, используемое на электростанциях системы, и стоимостью покупной электроэнергии

3 = Зт ■ Иош + £ 3в1 ■ . (2)

.1-1

где: Зт — средняя топливная составляющая себестоимости выработки электроэнергии

3П2, — удельная стоимость и объем электрической энергии покупаемой у 1-й энергоситемы.

Добавляя к (2) уравнение баланса энергии и применяя к полученной системе метод неопределенных множителей Лагранжа для вычисления относительного экстремума, находим границу, при превышении которой прием электроэнергии из < - й энергоситемы становится экономически невыгодным.

После преобразований получим граничную удельную стоимость приема энергии из "Донбассэнерго"

(&023 + 3.93 • 10'

дгр ____V_____

Дп 0.1553 + 8.93 • 10~5

+ 2.13 ■ 10~3 • Мдо - 7.309 • 10"" • Ит

= (0.62 - 1.0) • 3Т

и "Волгогралэнерго"

эгр = _

0.2984 • Зт

ЕП 0.1553 + 8.93 • 10~5 • Мдп + 2.13 • 10~3 • - 7.309 ■ 10~" • = (1.15 - 1.61) • Зг

Так как Зд/ > Зт > , то выгодней покупать энергию из

"Волгоградэнерго", для чего необходимо максимально загрузить имеющиеся связи и расширить их. После использования связей с "Волгоградэнерго" целесообразно осуществить наиболее полную загрузку электростанций системы. И только после этого оставшийся дефицит покрывать приемом электроэнергии из системы "Донбассэнерго".

Это не противоречит принятой стратегии совместной работы с ОЭС Украины. Практическая проверка принятых решений подтверждает их правильность. Это следует из неуклонного снижения транспортного расхода энергии (Дй^.) за время руководства автором энергосистемой, что видно из данных таблицы 1.

Таблица 1.

Годы 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994

9.8 9.88 9.68 9.67 9.56 9.17' 9.38 9.4 9.17 9.4

Возрастание ДИ. в 1994 году вызвано изменением перетоков энергии и появлением островных нагрузок, о чем было сообщено выше.

Важнейшей производственной характеристикой энергосистемы является удельный расход топлива. Динамика изменения его показателей приведена в таблице 2.

Таблица 2

Показатель Годы

19X5 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994

Удельный расход топлива Ь, вг/кВт-ч 390.2 396.3 393.4 392.6 390.4 392.4 396.7 408.8 398.0 395

Удельный расход топлива по конденсационному циклу Ьк в г/кВт-ч 416.5 411.2 414.0 412.1 409.3 412.8 419.8 490.3 418.3 415

Доля теплофикационной выработки (X, % 8.62 «.39 10.01 9.81 9.7 10.0 11.2 10.2 10.1 9.73

Повышенный по сравнению с другими энергосистемами удельный расход топлива вызван увеличением зольности сжигаемых углей (Основной поставщик электроэнергии — Новочеркасская ГРЭС запроектирована на сжигание угля с зольностью 17.8%, а в 1994 г. зольность поступивших на станцию углей была равной 26.39%). Кроме того, Новочеркасская ГРЭС выработала свой ресурс (износ оборудования на 1.01.95 г. составил 72%).

Стабильная инвестиционная политика в энергосистеме (объем капиталовложений к стоимости производимой продукции за прошедшие 10 лет колебался в пределах 9.314.8%) позволила проводить своевременно капитальный ремонт, техническое перевооружение системы, обеспечивая надежное энергоснабжение потребителей. В частности, начато широкое внедрение вакуумных выключателей, обладающих повышенным быстродействием и надежностью. Для уменьшения отключений воздушных линий из-за пробоя изоляции применены изолирующие траверсы и полимерные изоляторы из крем-неорганической резины. Уменьшение объема повреждений КРУ 6-10 кВ способствует внедрение быстродействующей дуговой защиты, реагирующей на световой поток, а для безаварийной работы линий 6-10 кВ в восточной части системы с сильным гололедооб-разованием введено в эксплуатацию 100 ячеек автоматической плавки гололеда.

Большое внимание в системе уделяется техническим и программным средствам управления. Так за последние пять лет число каналов связи, отвечающих международным требованиям выросло вдвое, число телеизмерений на центральном диспетчерском пункте выросло с 300 до 653, число телесигналов с 247 до 666. Это позволило уже сегодня решать ряд оперативных задач в режиме реального времени, а в дальнейшем создать автоматическую систему регулирования оптимального режима энергосистемы как по качеству отпускаемой энергии, так и с минимальными затратами на ее производство и транспорт.

Эти и другие мероприятия технического и организационного характера, высокая квалификация и самоотверженная работа сотрудников энергосистемы обеспечивали выполнение плана выработки электроэнергии:

Годы 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994

Выполнение плана % 93.9 101.6 103.3 104.4 97.4 103.9 96.5 102.9 100.5 99.9

3. Реорганизация системы "Роснтнюрго" /3,4,5,6,7/.

Проводимая под руководством автора реорганизация системы "Ростовэнерго" является частью перестройки основ хозяйственной деятельности России. Общей чертой перестройки является смена формы собственности, а индивидуальной для энергетики — наличие государственного регулирования, которое необходимо для упорядочивания естественного монополизма энергетики. Последний вытекает как из экономических принципов функционирования энергетических систем (обществу невыгодно иметь две энергосистемы с параллельным обслуживанием потребителей), так и из условия надежности энергоснабжения, которая можс1 быть обеспечена только жесткой системой диспетчерского управления.

Для создания оптового рынка поставщиков электроэнергии и сохранения единой энергетической системы России как единого комплекса организовано Российское акционерное общество энергетики и электрификации "ЕЭС России" (РАО). В РАО вошли основные генерирующие источники и линии межсистемных связей. Из состава "Ростовэнсрго" в РАО переданы сети 330-500 кВ и Новочеркасская ГРЭС. Последняя взята "Ростовэнерго" в аренду.

После разделения государственной собственности между энергосистемой и РАО 13.03.93 г. ПОЭиЭ "Ростовэнерго" было преобразовано в акционерное общество "Ростовэнерго" с уставным капиталом 1633.26 млн. руб. и номинальной стоимостью акции 1000 руб. В процессе приватизации 23.1% от общего количества акций безвозмездно передано членам коллектив;! и пенсионерам АО (17271 человек) в виде привилегированных акций; 49% акций передано РАО. При проведении закрытой подписки 6.9% от общего количества размещено как обыкновенные среди членов коллектива (17271 человек) по льготной цене (70% от поминала). Должностным лицам администрации общества и его филиалов (125 человек) продано по номинальной стоимости 5% обыкновенных акций. На проведенных чековом и денежном аукционах 2817 акционеров приобрели 6% обыкновенных акций. Последним этапом в плане приватизации остался выкуп коллективом акций из ФАРП.

Для организации деятельности акционерного общества были назначены генеральный директор и главный бухгалтер, избран совет директоров и правление АО. На внеочередном собрании акционеров 2.03.93 г. рассмотрены некоторые структурные изменения АО и определен внешний аудитор — независимая компания "Аудит-энерго", г.

Москва. В настоящее время АО насчитывает 30 филиалов. На базе филиалов и части коллектива создано предприятие (филиал) — Ростовэнергоналадка.

В АО "Ростовэнерго" создан отдел ценных бумаг, где ведется реестр акционеров общества. Пока количество сделок с акциями незначительно, так как продолжается их первичное размещение, но в ближайшем будущем ожидается значительная активность по сделкам, так как часть акционеров желает переоформить акции на детей и родственников, часть акционеров из-за неустраивающего их уровня дивидендов захотят их продать. Уже сейчас некоторые организации хотят иметь акции "Ростовэнерго", например, энергомашиностроительная корпорация г. Москвы выкупила на чековом аукционе 3.2% обыкновенных акций.

Переход к новым экономическим структурам потребовал изменения стиля руководства энергосистемой: вместо волюнтаристкого к мотивационному, когда оптимизация решений проводится по нескольким аспектам. В качестве примера рассмотрим процедуру принятия решений при разработке новых устройств управления системы оперативного постоянного тока /5, 6/. Вначале было подготовлено исходное множество альтернатив. Выбор наилучших альтернатив и их ранжирование осуществлялся методом экспертного оценивания. В группу экспертов были включены квалифицированные специалисты, работающие на электростанциях, предприятиях электрических сетей, в управлении энергосистемой и ОКТБ, занимающейся технической реализацией. В качестве функции выбора использовался набор аспектов, существенных для оценки альтернатив: потребность предприятия; степень научной, конструкторской и технологической проработки; стоимость; требуемый уровень квалификации персонала для обслуживания устройства.

Результаты опроса экспертов представлены в виде суммы рангов. С учетом финансовых ограничений приняты к разработке в системе "Ростовэнерго" следующие устройства (в скобках указаны суммы рангов и через запятую номер альтернативы по рангу): система контроля изоляции и места его снижения (7, 1). выносная релейная защита вводов и резервного питания и централизованная защита щита постоянного тока (17, 2), нагрузочное устройство для калибровки автоматических выключателей (23,3);

Государственное регулирование в энергетике, в основном, проявляется через тарифы. Тарифы на электро и теплоэнергию в СССР не отражали затраты общества на производство энергии и обслуживание. Кроме затрат, в тарифах на электроэнергию в промышленно развитых странах с рыночной экономикой учитывается много дополни-

тельных факторов: платежеспособность потребителя, климат, энергосберегающие стимулы, угроза байпаса и т.д., т.е. в математическом плане это некоторый функционал.

Для упорядочивания работы по формированию тарифов на энергию в России при переходе страны к рыночной экономике автор предлагает следующую совокупность мероприятий:

1. Временной промежуток введения тарифов — год с поквартальной или полугодовой корректировкой исходя из ценовых дел на рынке; или же поквартальный, но тогда с фиксацией цен на продукцию базовых отраслей (топливно-энергетический комплекс, металлургия, нефтехимия и т.д.).

2. Тарифы для населения и сельского хозяйства должны устанавливаться исходя из общих затрат энергосистемы, а также особенностей региона на уровне себестоимости плюс 10% рентабельности.

В основу расчета тарифов следует положить стоимость тонны условного топлива, чтобы исключить зависимость тарифа от структуры первичного источника энергии.

4. Взимание платы за установленную мощность предлагается проводить независимо от ее величины на уровне 30% от предстоящей реализации за плановый месяц.

5. В связи с тем, что установки, обслуживаемые персоналом энергосистемы, относятся к особо опасным в расчет себестоимости электрической и тепловой энергии следует закладывать обязательное страхование от несчастных случаев.

6. Величина тарифа должна зависеть от качества электроснабжения.

В частности, автором решены задачи учета надежности электроснабжения при формировании тарифов на электроэнергию /3/. Сущность ее заключается в следующем: для базового значения тарифа за заявленную мощность тмб ищется дополнительная составляющая тарифа Д т.,, зависящая от показателей надежности и классификации потребителей в отношении надежности по классам электроэнергии. Условием корректировки является максимизация целевой функции, представляющей собой часть прибыли от реализации электроэнергии

п = X к, ■ (я,) ■ р] + тэ • (|- - х ьг • ы? -X щ ■ щ, о)

з 1 з

где: Г^Я^— плата потребителей, подключенных к ^-му узлу сети за 1 кВт мощности , участвующей в максимуме нагрузки энергосистемы, в зависимости от уровня надежности Р-^ ;

Р)3, И" — заявленная мощность и отпущенная электроэнергия в^м узле;

тэ — плата потребителей за 1 кВт-ч отпущенной электроэнергии;

ЬТ, Ц!эс — удельные затраты на выработку (стоимость покупки) и выработка (покупка) электроэнергии г'-й электростанцией;

Ж, — штраф за недоотпуск энергии в узле;

Д^ — математическое ожидание недоотпуска энергии в ;-м узле.

Зависимость ) апроксимировалась экспоненциальной функцией математического ожидания относительной величины дефицита мощности в узле АР,:

= Г„(>с) = [а + В • ехр (-к • ДР.)] ■ тыб, (4)

где: А, В, к — коэффициенты функции для потребителей заданного класса электроэнергии

Поиск максимума (3) при некотором фиксированном значении тарифа можно рассматривать как задачу оптимального распределения дефицита мощности в послеава-рийных режимах. Имитируя различные аварийные ситуации, находим математическое ожидание дефицита мощности Ар в узле сети при прохождении максимума нагрузки системы.

По формуле (4) определяют граничное значение тарифа . Фактическое значение тарифов < Чу - тшах находят из сохранения объема реализации элек-•троэнергии:

£тад • р/ = 1т;- • р/,

минимизируя невязку

* = X (т«7 -

Вычисленные таким образом тарифы Гщ вновь используются в (3), пока не завершится стабилизация значений ДPj для каждого узла.

Для имитации аварийной ситуации используется метод Монте-Карло. Оптимизация распределения дефицита мощности в узлах проводится в результате решения следующей задачи линейного программирования:

Фх = X bf • Nf - X [fflj + • (ДР.,) + Тэ] • м; min,

j j

- X wf - Z < = 0/ NT S < 5 Щрел,0 Z Wf ^ Wf™*, (5) -Wjnp < X CÜ ■ КГ -I C?J ■ N" *

i J

где: iVfc, и"—генерация мощности i'-rt электростанции и покрытие нагрузки в ]- м узле;

, Ы]Рел — нагрузка аварийной брони и предельная нагрузка узла;

cfj, с;; — коэффициент потокораспределения для узлов нагрузки и генерации.

Для решения задачи (3)-(5), совместно с В.К. Хлебниковым, разработана программа для ПЭВМ. Ее блок-схема показана на рис. 2.

Блок схема программы корректировки тарифа.

Рнс.2

Программа находится в опытной эксплуатации для накопления опыта и промышленного внедрения после утверждения соответствующей нормативной базы.

4, Перспективы развития Ростовской энергосистемы /2,'),10,11,12,13,14/

Ранее планирование перспектив развития Ростовской энергосистемы осуществлялось в рамках развития Единой энергетической системы IЕвропейской части СССР. В

связи с дефицитностью электроэнергии в регионе велось строительство Ростовской АЭС мощностью 4000 МВт. Ввод первого блока АЭС планировался в 1985 году. Однако строительство затянулось и после Чернобыльской аварии по требованию общественности оно было прекращено. Из-за этого были отменены более 4500 ранее выданных технических условий на электроснабжение объектов производственной и социальной сферы общей мощностью 3000 МВт.

При государственном управлении энергетикой планирование развития основывалось на экстраполяции прежних результатов. Переход к рыночной экономике требует использования новых принципов планирования, адекватных сложившейся экономической ситуации. Исходя из этого требования под руководством автора в Ростовской области началось внедрение программы перспективного планирования развития энергосистем в странах с рыночной экономикой, известной под названием "Integrated Resource Planning" (IRP). IRP — это оптимальный по критерию минимальных затрат план энергообеспечения общества с рыночной экономикой на основании выполнения следующего комплекса ¡спектов /2,12/:

1. Для энергообеспечения должны использоваться разнообразные источники первичной энергии. Энергосбережение рассматривается как один из источников первичной энергии.

2. Прогнозировани. развития должно исходить из неопределенности будущего.

3. Принятие решег ия является компромиссом по энергообеспечению между обществом и личностью, Э1 ергосистемой и потребителем.

4. Энергопотребле те должно не только прогнозироваться, но им следует управлять.

Основным источн!? <ом первичной энергии в Ростовской области является каменный уголь. Его разведан! ые запасы составляют 9167 млн. т. и добычей 19662 тыс. тонн в 1994 г. Через территорию области проходят два магистральных газопровода: Оренбург— Западная границ;! и Ставрополь — Москва. Имеется ряд месторождений газа местного значения с балансными запасами газа 36.55 млрд. куб. м. Собственных нефтяных месторождений в области нет.

Выше отмечалось повышенная зольность углей против расчетной. Для улучшения экологической обстановки в области, а также с целью продления срока службы Новочеркасской ГРЭС в энергосистеме под руководством автора проводится диверсификация видов топлива. Ее результаты и планы в соответствии с первым аспектом программы IRP представлены в та(>л. 3.

Таблица 3.

Потребность в топливе ты с. тут Годы

19К5 1990 1994 2000 2005 2010

Уголь 3411.2 3610.7 3730.4 2710 2710

Газ 767.2 1138.7 1426.4 7915 7414 7431

Мазут 2118.5 2470.3 1369.4 1238 ИЗО ИЗО

Эквивалентная выработка ГЭС 56.8 62.5 112.0 61.4 61.4 6Н4

Энергосбережения - 11.2 65.7 32.1 278 560 790

Итого 6430.9 7348.0 6670.3 9492.4 11815.4 12121.4

Кроме того, в соответствии с планом внедрения ШР начиная с 1997 г. будет активно стимулироваться энергосбережение.

Учет неопределенности будущего при перспективном планировании, автором проводился путем сценарного подхода, а при текущем планировании — на основании регрессионных зависимостей потребления. В соответствии с принятым балансом по топливу (табл. 3), в табл. 4 приводится наиболее вероятный (назовем его реалистическим, первым) вариант развития системы:

Таблица 4.

Наименование объектов Годы

1995 1996 1997 1998 1999 2000 20012005 20062010

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Демонтаж (МВт)

Волгодонская ТЭЦ-1 6.0

Новочеркасская ГРЭС 267 267

Несветай ГРЭС 105

Каменская ТЭЦ 10.0 12.0 12.0

Ввод мощностей

Шахтинская ТЭЦ-реконстр. на базе ГТУ 31.6 31.6 50 50 74

Каменская ТЭЦ-реконстр. на базе ГТУ 31.6 31.6 31.6 32 180 50 150

Ростовская ТЭЦ-2-расш. энергоблок. 115 115

Волгодоская ТЭЦ-2 расш. энергоблок 185

Новая (Ростовская) ГРЭС на угле 1280

Парогазовая эл. станция в С.Троицком 80

Парогазовая эл.станция на Марковском месторождении газа 80

Ростовская ТЭЦ-3 16 32 25 50

ТЭС на отвальных породах угольных шихт 120

При его реализации в соответствии с (ЯР предпочтение отдается газо-турбинньгм технологиям (ГТУ). Их приоритетность определяется экологическими требованиями, хорошим технико-экономическими показателями и относительно небольшими сроками сооружения, что позволит несколько смягчить дефицит электрической мощности и энергии до ввода новых мощностей на других электростанциях, инвестиционный цикл сооружения которых значительно превышает сроки установки ГГУ.

Реализация первого сценария дает следующие значения балансов электрической мощности и энергии в области, сведенные в табл. 5.

Таблица 5.

Баланс мощности (МВт) 1991 г. 1994 г. 1995 г. 2000 г. 2005 г. 2010 г.

Максимальная нагрузка 3380 3008 3000 3590 4060 4480

Ремонтный резерв 338 129 330 460 610 670

Установленная мощность 3180 3180 3212 3792 4899 4917

Располагаемая мощность 2883 2830 2859 3424 4449 4466

Дефицит (—),Избыток (+) -835 -307 -471 -626 -221 -684

Баланс электроэнергии (млрд. кВт-ч)

Электропотребление 20.1 16.0 16.8 20.8 23.5 25.9

Выработка 15.8 16.8 16.1 19.0 25.5 26.1

Дефицит (—),Избьлок (+) -4.3 +0.1 -0.7 -1.8 +2.0 +0.2

Как видно из табл. 5, п cnciеме будет иметь место дефицит мощности и баланс по энергии. Однако первый сценарий предполагает относительно замедленный выход экономики региона из кризиса. При оптимистичном варианте развития экономики в будущем, в системе будет наблюдаться как дефицит мощности, так и энергии. Для увеличения выработки энергии рассматривались следующие варианты развитая: строительство второй очереди Новой Ростовском ГРЭС (доведение се мощности до 2560 МВт) — II вариант развития, и ввод в денет вис двух блоков Ростовской АЭС — III вариант. Капитальные за граты всех варнанюи рашшия п ценах 1991 г. показаны на рнс.З.

Рис.3

Однако второй вариант не подкреплен балансом по топливу. Третий вариант ориентирован на гарантированный первичный источник энергии и обеспечивает к 2000 г. выход области из дефицита по энергии (с учетом возобновления работы промышленности), а также снижения стоимости электрической энергии на 10-15%.

Говоря о преимуществах III варианта развития следует учитывать, что АЭС не входят в состав (не являются собственностью) энергосистемы. Поэтому пуск Ростовской АЭС может вызвать определенные экономические затруднения для "Ростовэнерго" как акционерного общества из-за уменьшения количества обслуживаемых потребителей. Несмотря на это, автор поддерживает этот вариант, так как он повышает надежность электроснабжения всех потребителей.

В вариантах развития нетрадиционные источники не упоминались, так как их энергетический потенциал не превышает 1% от необходимого. Тем не менее принято решение о приобретении и вводе в эксплуатацию 10 ветроэлектрических установок производства Германии общей мощностью 300 кВт для накопления опыта по энергоснабжению автономных сельских потребителей.

Для прогнозирования потребления первичных ресурсов автором была исследована динамика энергопотребления в системе "Ростовэнерго" 19, 10, 11/. Анализ показал, что временные ряды электропотребления таких групп, как сельское хозяйство, транспорт,

бытовое потребление обладает устойчивым трендом и их можно прогнозировать используя метод экспоненциального сглаживания. Снижение электропотребления происходит в энергосистеме, в основном, за счет промышленности, будущее потребление которой предлагается прогнозировать, используя нечеткие множества и экспертные оценки. Для 1994 г. прогноз спада энергопотребления по промышленности по нечеткой модели был получен в виде (в %): \У=[5:0.1, 7.5:1, 12.5:1, 15:0.1] для 1995 года по отноше-ниюк 1994 году он равен >^=[3:0.1,6:1,9:1, 12:0.1].

Проверка разрабатываемой методики показала, что при суммарном прогнозе потребления на 1994г. на основании данных 1990-1993гг. в 14.475 Гвт-ч фактическое энергопотребление за 1994 год составило 14.004 Гвт • ч. Относительная погрешность прогноза равнялась = ((14.475 - 14.004) / 14.004) • 100 = 3.8%

Для энергосистемы важен не только прогноз энергопотребления, но и прогноз запасов топлива. Исследования показывают, что в наибольшей степени график отпуска электроэнергии \У повторяет график расхода угля В« . Это следует также из значений г-коэффициентов корреляционных связей (для угля г=0.945, мазута г=0.842, газа г=0.668) между отпуском электроэнергии и расходом угля в ¡-и месяц /14/:

Используя месячные данные за 1990-93 г. значений расхода топлива (В тыс. т.у.т.), отпуска электроэнергии млн. кВт ч) и теплоэнергия (<3 тыс. Гкал.) с помощью метода наименьших квадратов бьищ получены регресионные зависимости между В, С>:

В„ = 106.15 + 0.308 ■ N В = 3.043 + 0.1814 • О

Учет сезонной составляющей расхода топлива на выработку электроэнергии и тепла проводился автором по методу индексов сезонности. Прогнозные значения отпуска тепла и топлива могут быть скорректированы с помощью экспертных оценок. В результате, совместно с И.И. Надтокой, разработана программа расчета на ПЭВМ расхода запасов топлива. Ее структурная схема показана на рис.4. Программа принята к опытной эксплуатации в системе "Ростовэнерго".

Блок-схема программы для прогнозирования расхода топлива

Рис.4

Исходными данными для прогноза являются временные ряды потребления электроэнергии К(€), тепла 0^), расходы топлива на выработку электроэнергии £!„((;) и

тепла вд(ь) с интервалом в 1 месяц, начиная с 1990 г. По временным рядам Цс) и 0(р) вычисляются их треиды и 0Т(€), индексы сезонности 1СУ,0), ¡са0) и ряды и , очищенные от сезонности. Для рядов и С0(ь) по методу экспоненциального сглаживания вычисляются прогнозы 0с(в) которые уточняются методом экспертных оценок. После этого с помощью индексов сезонности определяются прогнозные значения исходных рядов , ¿(е) на время N+1, ...ЛЧ-Л^. Подстановка

, в уравнение регрессии (6), дает прогнозные значения расходов топлива на выработку электроэнергии, В„(£) и тепла Ве(с) и суммарного расхода топлива. Результаты прогнозирования полученных рядов корректируются и уточняются экспертами.

В таблице 6 приведены данные прогнозных значений за первое полугодие 1995 г. (прогноз осуществлялся перед началом квартала, и сравнивался с фактическим расходом после его завершения).

Таблица 6.

Интервал Прогноз отпуска электро- Прогноз отпуска тепла и рас- Прогноз суммарного расхода

прогноза энергии и расхода топлива хода топлива на его выработ- топлива

на ее выработку ку

W Индекс Bw Q Индекс Во В= В» + Фактич. Относит.

млн. сезон- тыс. тыс. сезон- тыс. Ву В<* погреш-

кВт-ч ности т.у.т. Гкал ности т.у.т. тыс. т.у.т. тыс. т.у.т. ность %

Январь 1480.5 1.25 562.3 1020.6 1.77 188 750.4 741.8 1.2

Февраль 1383,3 1,19 532,2 987,8 1,80 182,2 714,4 595,7 19.9

Март 1420,6 1,22 543,6 882,2 1,62 163,0 706,6 652,7 8,3

1 квартал — — 1683.1 2890,6 — 533,2 2171,4 1990,2 9,1

Апрель 1136,6 0,99 456,1 462.8 0,89 87,0 543,1 535,7 1.4

Май 996.4 0.87 413.1 224.4 0.51 43.7 456.8 419.1 9.0

Июнь 952.0 0.85 399.4 172.2 0.41 34.2 433.6 373.7 16.8

II квартал — — 1268.6 869.4 — 164.9 1433.5 1328.7 7.9

Повышенная погрешность прогноза в феврале месяце 1995 г. обусловлена социальным конфликтом на угледобывающих шахтах и неотгрузкой топлива на Новочер-

Kaech'yio ГРЭС, n результате чего в течении 7 дней Новочеркасская ГРЭС была частично остановлена. Потребление электроэнергии за сутки в эти дни было снижено до 47-48 млн. кВт-ч в отличие от 57-58 млн. кВт-ч в обычные рабочие дни. Можно говорить, что в координатах среднего значения мощности Р за сутки и ее дисперсии — DP появился новый кластер суточного графика нагрузки — кластер забастовок.

Учет интересов личности и общества при принятии решений по энергообеспечению является предметом повседневной деятельности автора. Он регулярно выступает на региональной энергетической комиссии области, встречается с представителями общественности, выступает в печати /15/ н на телевидении. Автор не поддерживает популистах тенденций по заниженному против себестоимости обеспечению населения электроэнергией и теплом. Это привело к удорожанию тарифов для промышленности, сказалось на ее частичной остановке, потерн рабочих мест для населения и резком повышении цен на промышленные товары, за которые, в конечном счете, расплачивается то же население. Вместе с тем, забота о комфорте для личности является первейшей задачей автора, и это практически продемонстрировали суровая февральская ситуация 1995 г., когда кризис в топливно-энергетическом хозяйстве области вошел в дома людей на экранах телевизоров, а не ввнде массовых отключений.

Для повышения объективности оценок деятельности энергосистем автор предлагает скорректировать состав Федеральной энергетической комиссии путем увеличения представителен территорий за счет уменьшения их от энергоснабжающих организаций и потребителей с включением в состав комиссий представителей юридических органов Правительства и государства и независимых экспертов. В положении о Федеральной комиссии предусмотреть методическое руководство с ее стороны в части прогнозирования индекса цен на составляющие затрат (топливо, материалы и др.), осуществление которого на территориальном уровне невозможно. Необходимо, чтобы решения Федеральной комиссии были окончательными .

Управление электропотреблеппем в области (четвертый аспект программы IRP) ведется, в основном, традиционным способом. Широко применяется выравнивание графиков нафузкн, оптимизация потокораспределения с целью снижения транспортного расхода, о котором говорилось выше. Совместно энергосистемой и предприятиями проводится несколько тысяч в год организационно-технических мероприятий, дающих экономию порядка 100-200 млн. кВт ч/год и 100-300 тыс. Гкал. В качестве новых форм работы с потребителем и снижения энергозатрат при производстве является приведенный по инициативе автора в 1994 году эиергоаудит промышленных предприятий. Он

показал возможность сокращения энергозатрат при производстве того же объема продукции не меньше, чем на 10%. Для снижения энергопотребления на крупных производствах рекомендуется структурная перестройка деятельности, а на всех, особенно малых и средних, повышение производственной дисциплины, введение экономических стимулов для работников предприятия по снижению энергозатрат и повышения квалификации обслуживающего персонала.

Энергосистеме следует играть более активную роль при проведении энергоэффективной политики в регионе, но на сегодня ее сдерживает ограниченность финансовых средств и отсутствие законодательной базы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Энергосистема "Ростовэнерго" является типичной средней системой со следующими чертами: относительно устаревшим оборудованием и работой в условиях социально-экономического кризиса, и характерными чертами: остро дефицитностью, более сильными связями с ближним зарубежьем, чем с Россией.

2. На протяжении десяти лет (с1985 по 1995 г.) под руководством автора решались проблемы функционирования системы в нормальных и чрезвычайных ситуациях, развития системы и обеспечения Ростовского региона электрической и тепловой энергией.

3. Разработаны математические модели и решены задачи оптимизации транспортного расхода электроэнергии в системе (максимальная погрешность расчета месячного ТРЭ составила 3.78%) и формирования тарифа на электроэнергию в функции надежности электроснабжения.

Реализация решений первой задачи заключается в переориентации связей на Вол-гоградэнерго, а второй — в теоретическом обосновании управления потреблением путем отключения потребителя.

4. С целью повышения эффективности производства проведена реорганизация энергосистемы из государственного предприятия в акционерное со сменой собственности на коллективно долевую.

5. При принятии решения, например, обосновании разработки и внедрения новой техники, внедрены научно обоснованные процедуры выбора и экспертных оценок.

6. Разработана методика учета неопределенности будущего при краткосрочном прогнозировании электропотребления и запасов топлива, основанный на использова-

нии регрессионых зависимостей и аппарата теории нечетких множеств. Средняя годовая погрешность прогноза 4-8%.

7. Для перспективного планирования развития энергетики впервые в России под руководством автора и при его непосредственном активном участии в энергосистеме начал внедряться метод интегрированного планирования энергетических ресурсов, оптимизирующий затраты общества на энергосбрежение в странах с рыночной экономикой.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кушнарев Ф.А., Ростовской энергосистеме 70 лет. // Электрические станции, — 1991. _ №8, _с. 83-87.

2. Кушнарев Ф.А., Федорченко Г.С., Внедрение интегрированного планирования в практику развития энергетики России. // Изв. вузов.Элеюромеханика, — 1993. — №5, — с. 108-110.

3. Кушнарев Ф.А., Хлебников В.К., Расчет надежности электрической сети для определения поправок к тарифам на электроэнергию. // Изв. вузов.Электромеханика, — 1993, —№6,— с. 30-33.

4. Кушнарев Ф.А., Концепция реорганизации системы "Ростовэнерго" И Изв. вузов.Электромеханика, — 1993, — №6, — с. 61.

5. Кушнарев Ф.А., Засыпкин A.C., Белохвастов В.А., Разработка комплекса средств управления системой оперативного тока станций и подстанций. // Изв. вузов.Электромеханика, — 1993. — №6, — с. 79-80.

6. Кушнарев Ф.А., Засыпкин A.C., Белохвастов В.А., Повышение надежности систем оперативного постоянного тока. Н Электрические станции, — 1994. —№4, — с. 4547.

7. Кушнарев Ф.А., Аспекты реорганизации системы "Ростовэнерго". // Электрические станции, — 1994. — №6, — с. 16.

8. Кушнарев Ф.А., Хлебников В.К., Применение статистической модели транспортного расхода электроэнергии для анализа режимов электрических сетей энергосистемы. // Изв. вузов.Электромеханика, — 1994. — №1-2, — с. 65-68.

9. Демура A.B., Кушнарев Ф.А., Надтока И.И., Седов A.B., Прогнозирование электропотребления в системе "Ростовэнерго". // Изв. вузов.Электромеханика, — 1994. — №4-5, —с. 102-110.

10. Кушнарев Ф.А., Морхов А.В, Надтока И.И., Прогнозирование электропотребления на основе нечетких моделей.// Изв. вузов/Электромеханика, — 1994. — №6, — с. 75.

11. Кушнарев Ф.А., Исаев А.В, Надтока И.И., Моделирование структурных изменений электропотребления в энергосистеме-// Изв. вузов.Элехтромеханика, — 1994. — №6, —с. 75.

12. Кушнарев ФА., Платонов В.В, Подгорный Э.В., Семинар "Региональный энергетический план для Северного Кавказа" (г. Пятигорск, 28-29 июня 1994 г.).// Изв. вузов.Электромеханика,— 1994. — №6, — с. 114-116.

13. Кушнарев Ф.А., Стратегия развития энергетики Ростовской области и ее связь с научными исследованиями.// Улучшение экологии и повышение надежности энергетики Ростовской области.,— г. Ростов н/д. —1995. — с. 6-14.

14. Кушнарев Ф.А., Прогнозирование потребления топлива на электростанциях в системе "Ростовэнерго" // Изв. вузов.Электромеханика, — 1995. — — с.57-64

15. Кушнарев ФА., Энергегетика: проблемы и решения / Молот. 1994.28 мая.

Личный вклад Кушнарева Ф.А. в совместно опубликованных работах. В /2/, /11/

анализ существенных характеристик ШР для адаптации программы в условиях России, в IV, /8/ — постановка задачи, алгоритм расчета, использование регрессионных зависимостей для расчета транспортного расхода и нахождения условного экстремума с помощью множителей Лагранжа, в 151, /6/ — использование теории выбора и принятия решений обоснования первоочередности разработки комплекса средств управления системой оперативного тока, в 191, /10/, /И/ — анализ структуры динамики электропотребления в системе "Ростовэнерго" и предложения об использовании аппарата теории нечетных множеств для краткосрочного прогнозирования.