автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Разработка и применение методов имитационного моделирования в задачах формирования и развития систем электроснабжения районов Севера

Уральский государственный технический университет -УПИ

На правах рукописи

РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ЗАДАЧАХ

ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ РАЙОНОВ СЕВЕРА

Специальность 05.14.02- Электрические станции (электрическая частъХ сети, электроэнергетические системы и управление ими

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург 1994

Работа выполнена на кафедре " Автоматизированные электрические системы ' Уральского государственного технического университета (УПУ-УПИ) и в лаборатории общей энергетики Института физико-технических проблем Севера ЯНЦ СО РАН.

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РФ,

Официальные оппоненты -доктор технических наук,

профессор Криворуцкий П. Д; -кандидат технических наук' Мурашко НА

Ведущая организация - Комитет по энергетике и коммунальному хозяйству Республики Саха (Якутия)

Защита состоится4$ ' ешалГы1994 г. в № час. 00 мин, в аудитории 3-406 на заседании специализированного совета К063.1404 в Уральском государственном техническом университете- УПИ.

Отзывы на автореферат в одном экземпляре с подписью, заверенной гербовой печатью, просим направлять по адресу.

620002, Екатеринбург, К -2. уп. Мира 19. ученый совет УПУ -УП И.

г *

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Автореферат разослан * ' (А к' 1994 г.

доктор технических наук, профессор ДЛАрзамасцев

Ученый секретарь специализированного совета, доктор техн. наук, доцент, ел с.

ГК. Смолин

Актуальность Вопросам формирования и управления развитием энергетических систем высших иерархических уровней (объединенных электроэнерге, ических систем и Единой электроэнергегиче-ской системы) уделено значительное внимание и дано широкое освещение. В то же время задачам развития региональных электроэнергетических систем (ЭХ) уделяется значительно меньше внимз-ния.тем более системам электроснабжения (СЭС) северных территорий.

В новых условиях социально -экономического и политического развития, при переходе к рыночным методам регулирования возрастает роль регионального звена в системе управления электроэнергетикой. В связи с этим становится актуальным исследование развития региональных ЭЭС, в том числе зпектроснабжающих систем районов Севера.

Основой энергоснабжения постоянно проживающего населения и традиционных потребителей Севера на большей части территории региона являются малые формы энергоснабжения базирующиеся на децентрализованных источниках электрической энергии, э также начальные формы систем централ изовайного электроснабжения. Современное электроэнергетическое хозяйство большинства районов Севера характеризуется низким уровнем централизации, наличием множества форм электроснабжения различных уровней развития, высокой стоимостью объектсэ энергетики и их низкой надежностью. Данное положение вместе с объективными условиями з значительной мере объясняется также недостаточной изученностью формирования систем электроснабжения на низших уровнях развития; 8 части обоснования рациональных уровней централизации - неизученностью процесса развития СЭС из одной стадии з другую; недостаточным учетом региональных факторов. В связи с этим становится актуальна разработка научно -методической базы исследования условий формирования и развития систем электроснабжения районов Севера.

Основной целью диссертационной работы является разработка методов и моделей исследования условий формирования и развития систем электроснабжения районов Севера с учетом региональных факторов.

Для достижения поставленной цели решались задачи совершенствования и разработки методов;

-исследования условий формирования систем электроснабжения с учетом территориальных особенностей зоны; определения состава и структуры показателей, характеризующих особенности и условия их формиррвания и функционировании; классификации систем электроснабжения по степени их развития;

-прогнозирования уровней электропотребления различных территориально- энергетических образований с учетом региональных особенностей;

-определения рациональной степени централизации электроснабжения;

- определения эффективности использования электроэнергия для целей теплоснабжения.

Методы исследования. При выполнении работы ислсльзовгны методы системного анализа, математической статистики (планирование эксперимента методы кластерного и регрессионного

анализа)зкономико-математического и имитационного моделирования, экспертных оценок. Расчеты проводились с использованием IBM PC/AT.

Научная новизна. Разработаны методы, реализующие системную методологию применительно к исследованию формирования и развития энергетических систем районов Севера, на основе имитационного подхода. В диссертации впервые получены и выносятся на защиту следующие основные результаты:

-новая методическая постановка задачи централизации электроснабжения, заключающаяся а выявлении условий централизации; разработка методического подхода к обоснованию целесообразности централизации электроснабжения;

-классификация систем электроснабжения районов Севера и информационная база условий их формирования и развития;

-методы и комплекс моделей для анализа и прогнозирования эг.ектропотребления различных территориально-энергетических образований с применением современного аппарата методов классификации наблюдений и множественного регрессионного анализа.

Предложены методы определения сравнительной эффективности вариантов энергхнабжаю-щих систем районов Севера, основанные на принципах имитационного подхода;

-метод сопоставления вариантов развития систем электроснабжения на примере выявления условий объединения двух изолированных энергоузлоа;

-метод сопоставления вариантов энергоснабжения от огневой котельной и электротеплоснабжения (ЭТС) вусловиях районоз Северас разработкой модели граничной поверхности эффективности вариантов.

Практическая значимость работы. Основные положения диссертации нашли применение в работах ИФТПС ЯНЦ СО РАН по теме:

1.9.3.9 "Исследовать технические, экономические и экологические особенности районов Севера", в научно-исследовательских работах ИТФ УрО РАН: "Разработка методов оценки сравнительной эффективности знерпхнгбжающих систем районов Арктики", "Разработка нормативно-методической базы оценки эффективности формирования эпектроснабжающих систем в районах Арктики".

Результаты исследований и расчетов по разработанным методам и моделям использовались при анализе перспектив развития энер!етического хозяйства в концептуальных и программных работах "Энергетическая программа Якутской-Саха ССР на период до 2010 года.ТПрограмма развития знг-ргетики Азиатского Северо- ВостокаТРазработка концепции развития энергетики Республики Саха (Якутия) в рамках развития энергетики Сибири и Дальнего Востока";"Развитие энергетики Заполярного Севера Российской Федерации",раздел "Заполярные районы Республики Саха (Якутия )";"Программа социально-экономического развития Республики Саха (Якутия)".

Апробация работы Основные положения диссертации докладывались и были одобрены нэ VIII научно -практической конференции УПИ им. С.М. Кирова ( Свердловск, 1988г.), на IX юбилейной научно - технической конференции УПИ(СвердловскЛ990 г) на X научной конференции "Моделирование электроэнергетических систем" (Каунас 1991г.), на Всероссийском научно -техническом совещании "Энергетическая политика Российской Федерации и Республики Саха (Якутия) в новых экономических условиях' (Якутск, 1992г.); на научно - практической конференции молодых ученых и аспирантов Республики Саха (Якутия) (Якутск, 1993г.).

П^пикации По основным положениям исследований опубликовано 7 работ и выпущено 4 научных отчета.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глаз, заключения, изложенных на 2 ^страницах основного текста включающего ¿i рисунков таблиц списка литературы, содержащего 2.15 наименований, и Z- Ч приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается краткое обоснование актуальности исследуемой проблемы, состояние изученности вопроса, цель работы и ее научная новизна.

В первой главе определены специфические особенности зоны Севера, оказывающие существенное влияние на формирование, развитие и функционирование энергоснабжающих систем. Показано. что эти особенности обуатсачивают многообразие способов и форм электроснабжения. Выделены следующие характерные для зоны Севера условия энергоснабжения: -повышенный удельный вес территории децентрализованного сектора в производстве электрической и тепловой энергии;

-относительно невысокие концентрации электрических и тепловых нагрузок; -слабый охват территории высшими формами централи • ванного электроснабжения и теплоснабжения (от энергоснабжающих систем)

-низкий технический уровень энергетического хозяйства и, как следствие этого, низкое качество обеспечения потребителей электроэнергией и теплотой, особенно по децентрализованному сектору, -социальные и экологические предпхылки к углублению электрификации промышленности, сельского хозяйства и коммунально-бытового сектора, включая применение электроэнергии для цглей теплоснабжения; ' .

-необходимость комплексного анализа развития и размещения объектов энергетики с оценкой их экологической, социальной и экономической эф<^ективности с соблюдением интересов коренного населения Севера.

Для исследования процесса развития эпектроснабжающих систем районов Севера необходима разработка концепции формирования и развития ЗЭС, включающая следующие основные задачи;

]) прогнозирование уровней и режимов элгктролотребления и их согласование по уровням территориальной иерархии;

2) выбор рациональных типов эпектрогенерирующих источников и их основных характеристик

3) исследование эффективности развития систем централизованного энергоснабжения и формирование системообразующих электрических связей; определение уровней перехода от низшей ступени централизации к более высокой;

4) исследование альтернативных вариантов развития, размещения и концентрации мощности электрогенерирующих источников.

В соответствии с этими задачами выделен круг вопросов рассматриваемых в данной работе. Показано место решаемых задач в иерархии задач развития энергоснэбжающих систем районов Севера. Определена взаимосвязь поставленных задач:

-исследование условий формирования и развития систем электроснабжения;

-прогнозирование уровней электропотребления территориально-энергетических образований.

-исследование эффективности развития централизованного электроснабжения;

-исследование эффективности применения электроэнергии для целей теплоснабжения.

Несмотря на достаточно широкие исследования 8 области управления развитием электроэнергетики, вопросам исследования формирования и развития электроэнергетических систем районов Севера уделяется недостаточно внимания. В связи с этим большой интерес представляют исследования сороковых- пятидесятых годов (СЛ. Кукель-Краевский. В .И. Вейц, ВВ. Болотов и др.). касающиеся начального этапа формирования электроэнергетических систем.

Как показали исследования, степень развития ЭХ определяется условиями функционирования потребителей. Задачей исследований на первом этапе является изучение условий формирования систем электроснабжения различных уровней развития.

Специфические условия Севера обусловливают многообразие форм электроснабжения по уровням территориально -производственной иерархии. В связи с этим территория Севера является уникальным "полигоном" исследования процесса развития электроэнергетических систем от ее малых форм до крупных районных электроэнергетических систем.

В ЭЭС выделяются два сектора - децентрализованный и централизованный. В децентрализованном секторе, в свою очередь, рассматриваются две группы потребителей - стационарные и мобильные. В централизованном секторе в общем случае выделяется шесть зон, соответствующих разным степеням развития электроэнергетической системы (рис. 1).

Исследование электроэнергетических систем районов Севера показала что на низшей ступени развития не наблюдается четкой границы между централизованным и децентрализованным секторами электроснабжения.

Электроэнергетические системы

ссчтор

РЛоЗняьииз тотребитега«

Стгциомарныо потребители

Цвктрьгеоозгнхьй саэтор

ПЗУ

ОЗУ

ИЭУ -изолированные энергоузлы

ОЗУ -объединенные знергоузлы

ЭР - онергорзйоны

РЭС - районные энергосистемы ОЭЭС - объединенные электроэнергетические системы

ЕЭЭС -Единая электроэнергетическая система

3(

РЗС

оззс

ЕЗЗС

Рис 1 Структура электроэмергёп^есхмх систе«

Это в значительной степени объясняется неопределенностью условий функционирования систем и, как следствие этого, неопределенностью способа электроснабжения.

К децентрализованному сектору электроснабжения относятся потребители со сравнительно небольшими электрическими нагрузками, получающие питание от собственных энергоисгочников (ДЗС, ЗЭС, ГТУ) без сильных электрических связей с распределением электроэнергии на напряжении 0,4-10 кВ.

К стационарным относятся, как правило, потребители с моноструктурной нагрузкой: жилищно-коммунальной (мелкие населенные пункты), производственной (животноводческие комплексы, нагрузка мелких потребителей геологоразведки,а также традиционные промыслы коренного населения и др.). 7

Мобильные потребители - потребители электрической и тепловой энергии, в основном связанные с характерной для Севера сезонность» работ, кочевым образом жизни коренного нзселения Севера, а также нуждами геологоразведки.

Изолированные энергоузлы формируются как совокупности потребителей электроэнергии, элек-трогенерирующих источников и электрических связей в пределах сравнительно небольших территориальных зон (как правило, отдельных населенных пунктов). По мере развития У1ЭУ объединяются на паратлельную работу в составе ОЗУ.

Последние образуются около очаговых производственных структур как промышленного характера, так и сельскохозяйственного. 3 общем случае (при больших терри гориальных зонах) могут также создаваться энергорайоны (ЗР) имеющие определенную единую народнохозяйственную значимость. ОЗУ и ЭР объединяются в районные электроэнергетические системы, которые в зависимости от условий развития электроэнергетики функционируют как изолированно, так и в составе энергообъединений (ОЭЭС и ЕЭЗС).

При рассмотрении вертикальных связей в ЭЭС районов Севера целесообразно исследование условий формирования и развития систем электроснабжения. Данное исследование рассматривается как основной этап в определении эффективности процесса централизации. Выделенные выше уровни развития СЗС характеризуются основными показателями, которые сформированы в информационную базу (И5) условий. Разработанная ИБ условий состоит из четырех блоков, выключающих 80-100 показателей: -

-экономико-географического; -энерго-экономического; -физико-географического; -инженерно-строительного.

По совокупности внешних и внутренних показателей, характеризующих степень развития СЭС районов Севералроведена классификация СЭС с применением методов кластерного анализа. Классификация СЭС осуществляется в целях

-изучения самого объекта исследования (электроснабжающей системы на различных уровнях развития);

-выяЕпения определенных классов СЭС однородных по условиям формирования и развития; -определения представительной совокупности факторов,количественных характеристик диапазонов варьирования фактороа характеризующих степень развития (ступень централизации) электроснабжающей системы.

Электроэнергетические системы Республики Саха (Якутия) представлены от уровня децентрализованного электроснабжения до уровня ЭР, 4

В результате исследования ЭЭС рассматриваемых территорий развиты и дополнены представления об иерархии существующих систем в электроэнергетике. Определена необходимость рассмотрения как единого целого централизованных и децентрализованных частей при решении задач перспективного развития ЗЭС районов Севера.

Во второй главе предлагается методический подход и практическая реализация методики оценки прогнозных уровней электропотребления применительно к условиям Севера.Основной целью данного этапа работ является отработка методики и повышение эффективности прогнозирования уровней электропотребления различных территориально-энергетических образований.

В работе предложен методический подход сочетающий методы статистического анализа,нормативный метод и экономите- математическое моделирование с применением IBM PC/AT. Предложенная методика прогнозирования базируется на синтезированном подходе к оценкеуровней электропотребления территориально-энергетических образований, включающем три группы методов прогнозирования:

-анализ временных рядов уровней годового электропотребления; -разработка агрегированных производственных функции на народнохозяйственном уровне; -разработка территориальных моделей. _ '

Среди статистических методов анализа временных рядов, отнесенных к первой группе, наиболее приемлемым признан прогноз на основе экспоненциального сглаживания ряда по методу Хопта

. В новых условиях развития экономики значительно увеличивается роль методов, учитывающих прямые связи между показателями электропотребления и определяющими их показателями развития производительных сил.

Методы второй группы прогнозирования уровней электропотребления оснозаны на выявлении йаимосвязей между величиной потребления электроэнергии и основными показателями народнохозяйственного развития. В процессе прогнозирования разрабатывается производственная функ-

циягде переменными б модели являются показатели объемов производства продукции в народном хозяйстве'

Эпотр» АЧ»1 + ВФ2 + СЧ<3 +... + Z4<n .

Здесь Эпотр _ величина злектропотреблен ия,

Чп -величины значений продуктов-представителей;

А, В, _ Z -коэффициенты при переменных.

Особенностью моделирования при таком подходе является использование натуральных пока-зателей.Отказ от стоимостных показателей (национальный доходкапиталыные вложения.валовая продукция отраслей в рублях) объясняется, во-первых, высокой инфляцией,отслеживание которой фактически означает переход к натуральным показателям; во-вторых.ненадежностью имеющейся статистики в стоимостном выражении.

Проведенный анализ состава показателей, учитывающих специфику северных территорий,по-казал, что в основу классификации должен быть положен отраслевой подход Для сокращения размерности задачи и исключения стоимостных показателей выбирались продукты- лредставите-пиявпякщиеся конечным продуктом той или иной отрасли или группы производств. Их отбор осуществлялся таким образом,чтобы нз долю производств, обеспечивающих в каждой отрасли выпуск определенного вида продукции, приходилась большая часть электропотребпения. Параллельно проводился отбор показателей-представителей посредством оценки доли отрасли в общем эпектролот-ребпении региона с использованием нормативного метода оценки величины электропотребпения и элементов экспертного анализа.

Для прогнозирования уровней электропотребпения формируется информационная база по сценариям развития отраслей народного хозяйства региона, которая является составной частью информационно- вычислительного блока (ИВБ). ИВБ основан на базе данных при использовании и стыковке современных вычислительных методов, реализованных в статистических системах "Stadia 45"," Statgraphics" и электронной таблице 'Sypertalc 4(5)".

Применение методики алробировалось-для прогнозирования уровней электропотребпения Республики Саха (Якутия)Лолучена модельтоторая проходит по критериям оценки качества модели-рованияЗкспериментальные расчеты показали хорошую сходимость полученных по модели показателей с фактическими данными развития народного хозяйства республики за 1950-1992 годыЛри этом погрешность моделирования в среднем составила 1,43%. Прогнозирование значений переменных (продуктов-представителей) осуществлялось по методу Холта, с использованием элементов экспертных оценок и прогнозов развития отраслей.

Методы территориального прогнозирования основаны на районировании удельных расходов электроэнергии по зонам действия энергоснабжающих систем с выделением централизованного и децентрализованного сектора. Технологическая схема прогнозирования проводится на рис. 2.

□ □ □

■ территориальная зона действия систем электроснабжения.

- зона подверженная влиянию централизованного электроснабжения

Рис 2 Технологическая схема исследований по методу территориального прогнозирования

Для удобства представления рассмотрим формирование ме годики и ее применение для территории Республики Саха (Якутия)

Исследование территориальной структуры потребителей республики показало ее неоднородность по условиям формирования и развития СЭС В связи с этим лровадено районирование территории по условиям формирования электроснэбжающих систем с применением методов кластерного анализа.Как показали исследования необходимо выделение грех зон централизованной, децентрализованной и промежуточной зоны, подверженной влиянию централизованного злектрэснабже-нияНа основе расчетов выделено четырнадцать территориальных ячеек (кластеров} однородных по условиям формирования и развития систем электроснабжения Для централизованной зоны предложено проводить прогнозирование уровней электропотребления по потребителям распотоженным в территориальной зоне действия СЭС (по территориально- энергетическим образованиям) В децентрализованной зоне выделяются две группы потребителей концентрированные узлы (КУ) и остальные потребители. Концентрация электропотребления наблюдается в основном вокруг промышленных зонкрупных населенных пунктоврайонных центров Исследование территории республики показа-лачто очаги развития концентрируют до 60-95% общего эпектропотребления района Для КУ разрабатываются локальные прогнозы на основе сбора информации по конкретным объектам (потребителям) при этом применяется нормативный метод с использованием дифференцированных в технологическом и производственном разрезе удельных норм расхода электроэнергии В КУ все потребители делятся на промышленные и коммунально-бытовые. Потребители вне зоны смага развития считаются равномерно распределенной нагрузкой с преобладающей долей коммунально-бытового потребления.

Проведенные исследования являются основой для разработки удельных уровней электропотребления на одного человека по ым классам территориально-энергетических образований. Расчет и обработка результатов по удельным уровням эпектропотребления и прогнозам численности населения территориально-энергетических образований Республики Саха (Якутия) проводились в математической среде "Бурегса1с 4(5)". На основе данных расчетов получены прогнозы уровней электропогребления по территориально -энергетическим образованиям

Следует отметить,что предложенный методический подход включающий три способа прогнозирования, и разработанный информационно -вычислительный блок позволяют с достаточной степенью достоверности и довольно быстро получать прогнозы уровней злектрспотребления.

Третья глава посвящена разработке метода бценки сравнительной эффективности применения ап~. троэнергии для цепей теплоснабжения, основанного на имитационном подходе.

Задача исследования эффективности применения злестрознергии для целей теплоснабжения относится к региональным проблемам развития энергетики. С одной стороны, применение злектротеппоснабжения (ЭТС) приводит к дополнительному увеличению электропотребления, что обусловливает необходимость учета ЭТС при прогнозировании уровней эпектропотребления.

яругой - использование электроэнергии 8 тепловых процессах приводит к необходимости суще-венного развития систем централизованного электроснабжения. Поэтому исследование эффектив-эсти ЭТС в условиях Севера является связующим звеном задач прогнозирования уровней электро-отребпения и исследования эффективности централизации электроснабжающих систем.

Вследствие многообразия влияющих факторов и существенной неопределенности (неоднознач-юсти) информации об условиях развития энергоснабжающих систем возникает необходимость доведения многовзриантных расчетов.что делает эффективным применение имитационного под-<ода (ИП) ЦП обеспечивает более адекватное отражение процессов формирования и'развития систем (электроснабжения, что достигается за счет сочетания формальных методов с неформальными процедурами При этом отображение реального процесса (процесса развития злектроснабжающих систем районов Севера) и его исследование выполняется с помощью чеповеко- машинного эксперимента и применения специально разработанных моделей.

Целью исследований данного раздела является разработка методики и получение обобщенных модепейлозволяощих с достаточной степенью достоверности оценить эффективность ЭТС по сравнению с традиционной схемой теплоснабжения от огневых котельных. Для этих целей предложен методический подходосновакный на имитации условий формирования систем ЭТС, использующий методы планирования эксперимента (полный фэкторнь/й эксперимент - ПФЭ. дробный факторный эксперимент - ДФЭ) и множественного регрессионного анализа. Алгоритм и зтзпы предлагаемого подхода представлены на рисЗ.

Существо предлагаемого метода основано на получении модели граничной поверхности эффективности вариантов ЭТС и теплоснабжения от огневой котельной, при котором выявляются условия эффективности той или иной схемы теплоснабжения. На рисД условно представлена граничная поверхность эффективности вариантов теплоснабжения в гиперкубе пространства факторов (условий).

Основой для исследования эффективности вариантов является определение расчетных условий формирования и развитие схем теплоснабжения. Для этих целей выделены семь влияющих факторов: максимальная тепловая нагрузка ( Q ) удельные затраты на органическое топливо ( 3,). удельные эксплуатационные издержки на производство электроэнергии ( Зэ); удельные капиталовложения в электрогенерирующие источники ( К*} территориальный коэффициент удорожания строительно-монтажных работ (Кгерр ¡1 дачьность транспортировки топлива (I, г); протяженность питающих пиний

электропередач (!_пзп)

Расчетные условия вариантов систем теплоснабжения районоз Севера сформированы на основе выделенных факторов при использовании ДФЭ с варьированием параметров на двух уровняхВ данной работе оценка эффектизности той или иной схемы теплоснабжения проведена на основе расчета затрат по вариантам: злектротеплоснабженкя и теплоснабжения от котельных на органическом топливе (OK).

Ан&лиэ условии функционирования потребителей

Выбор представительном совокупности факторов

Техиико-экономические расчеты по оценочной моде/ы

Получение значений предикторов

Формирование совокупности услоздм. Плл^-матрш^ эксперимента

ПФЭ ДФЗ

Получение регрессионных моделей

3Эгс-'М)

Андпйэ рвзультатоа модетачэсззшя. Проверка критер'леа и ошибок.

Проверка воспроизводимости результатов моделирования

Оценка погрешностей модбг*фО&а>до 1

Получекде модели разделяющей поверхности

Аиадоэ областей лолучен»ых решений

РисЗ. Схема исследования зон эффективности ЭТС

Для этого использована оценочная модель, в которой применен прямой учет затрат по всему снологическому циклу сравниваемых схем получения тепла". Полученные значения затрат по риантам при расчете по оценочной модели обрабатывались в статистической среде "^егарЬ'кз". результате регрессионного анализа значений затрат от указанных выше факторов по вариантам плоснабжения (ЭТС и ОК) получены модели вида:

* Разработка оценочной модели и расчеты по ней прсзедены в СЗИ СО РАН СМ. Баутиным, ВМЛодкорытозым. Т.Ф.Тугузоэойидр.

Зок = (129 ± 0.19) ЗД + (115.8± 8.70) Куд Q + (0.53*: 0.06)LnQ +<9.79i 2.80)10~43Il.ITQ

Зпс = (0.013± 0.001 ^L^ + (52± O.i l)33Q +(28.15 г 4.72)KyflQ + (0.19 i 0.003)КиКудО

Эти модели полностью удовлетворяют критериям оценки качества моделирования. Доверительные интервалы для коэффициентов определены с уровнем значимости 0.95. Средняя погрешность моделирования по контрольной выборке для ОК составила 3.72%, для ЭТС - 2,4 %. Модели действительны на диапазоне: тепловых нагрузок от 1 до 60 Гкал/ч; затрат на топливо от 30 до 400 руб/т у.т; затрат на электроэнергию от 20 до 200 руб/МВтч удельных капиталовложений от 200 до 2000 руб/квт; коэффициентов удорожания СМР от 2 до 5 ое; дальности транспортировки топлива от 100 до 1000 км; длины ЛЭП от 20 до 200 км.

На основе моделей затрат по вариантам получена модель разделяющей поверхности эффективности вариантов (при Зж = Ззтс)

(1,2» ± 0,19)3,0 + (°-53 г СООбХпО + (9.792 2.SOHО""4 X З^пО + (S7.69± 3.9S)Kyfl0 --(0.013 ± O.OOl&L-a. " (5.2 £ 0ll)33Q -(0,19 г 0,003>КудКиО = 0

При использовании этой модели распознавание вариантов эффективного теплоснабжения от ОК и ЭТС происходит таким образом, что отрицательные значения разности затрат по вариантам свидетельствуют об эффективности варианта теплоснабжения от ОК (вариант с ОК имеет меньшие затраты) а положительные - об эффективности ЭТС. Полученная модель предназначена для сугубо качественных оценок и поэтому, учитывая значительные погрешности исходной информации, не следует добиваться очень высокой точности моделирования. Проверка модели разделяющей поверхности на воспроизводимость результатов моделироания по контрольной выборке показала что средняя погрешность распознаваемости вариантов составляет 127%.

Проведенные расчеты для условий Республики Саха (Якутия) показали, что ЭТС эффективно при малых значениях тепловых нагрузок (до 10 Гкал/ч) и относительно небольших длинах ЛЭП (20-50 км).

При больших значениях тепловых нагрузок (40-60 Гкап/ч) эффективность ЭТС определяется в основном удельной величиной капиталовложений на источник энергии и коэффициентом удорожания СМР.

Таким образом, получена обобщенная качественная модель, которая позволяет определить эффективность того или иного варианта теплоснабжения при определенных условиях формирования

О

систем энергоснабжения.

Четвертая глава посвящена разработке методики исследования эффективности централизации электроснабжения на примере выявления условий эффективности объединения изолированных энергоузлов.

D работе предложена новая постановка задачи исследования централизации, основанная на том-то при низкой плотности нагрузок и очень неравномерном размещении потребителей в условиях электроэнергетического хозяйства Севера границы влияния определенной ЭЭС нельзя оценить некоторым условным радиусомЛоэтому необходимо исследовать эффективность (целесообразность) присоединения потребителей к системам (узлам); объединения систем (узлов) строительства энергоисточников в системах (узлах) при укрупнении СЭС и переходе системы на более высокий уровень развития(централизации)

Методический подход к задаче оценки эффективности централизации разработан для двухуз-повой схемы.. Разработана методика исследования эффективности объединения двух изолированных энергоузлов.

Оценка эффективности вариантов электроснабжения проводится на основе сопоставления эффектоз централизации по выделенным группам критериев. Наряду с экономическими критериями (экономический функционал затрат и его составляющие -капиталовложения К и годовые эксплуатационные издержки И; расчетная стоимость производства энергии С; доход от реализации электроэнергии Д прибыль от реализации электроэнергия П; объемы строительно-монтажных работ Ксмр) целесообразно применять такие критерии, как критерий надежности, учитываемый в предлагаемой методике как заданный индекс надежности; социачьные критерии (критерий удовлетворения социальных потребностей населения) экологические критерии. В новых условиях развития экономики возрастает роль критериеа учитывающих особенности современных условий хозяйствования, к таким критериям относится единая совокупность критериев

П->-тах, 3 —> min. Ц —>min, где П - прибыль от реализации электроэнергии, 3 - затраты по вариантам энергоснабжения, Ц - цзна производимой продукции (электроэнергии).

Особенно актуально применение критериез, использующих натуральные показатели, в частности критерия минимума энергетических затрат. Основой для определения энергетических затрат является ееличина расходов материальных и трудовых ресурсов по сравниваемым вариантам электроснаб-■ жения. а также величина норм расходов топливно -энергетических ресурсовэнергоносителейдопли-вадлектрической и тепловой энергии на единицу продукции (материалаработы) Сопоставление вариантов электроснабжения производится го натуральному показателю - удельным энергетическим затратам которые можно представить как;

L

2(Э„Р + ЭКС ),

>Э /=1

'центр Г1центр

гр.э Э3 -энергетические затраты на централизацию,т у.т. /кВтч; ЭПр,Экс-соответственно прямые и косвенные затраты;

-объем продукции (электрическая энергиа мощность и тд)

/-индекс вида потребленного ресурса: 1 -количество видов потребленных ресурсов. Особое место должна занимать при сравнении схем электроснабжения в условиях Севера групп; экологических критериев. Для районов Севера учет зхологических последствий и оценка варианте: по экологическим критериям очень важны, так как рекреационные свойства природной среды в это районах очень слабы. Экологические требования, выдвигаемые к вариантам электроснабжения выражаются в виде критериальных ограничений по экологическим условиям:

2 2 ЬщРрь ■ Ыу, <. % .. к. г -любое число I '

где Ь,„- удельный рзсход топлива на электростанции / использующий технологический способ производства / (вариант электроснабжения); - удельные выбросы вредных веществ для электростанции / варианты энергоснабжения / по ингредиенту к. Ми- дополнительная экологическая емкость территории региона по условиям размещения объектов.

Многообразие влияющих факторов на эффективность централизации,высокая степень неопределенности внешних условий развития СЭС.низкая достоверность показателей сооружения и эксплуатации энергетических объектов 8 районах Севераа также необходимость в проведении многоаари-антных расчетов обусловливают применение имитационного подхода.

Суть подхода заключается в тоичто сопоставляются варианты электроснабжения двух изолиро ванных энергоузпов при раздельной (вариант ИЭУ) и объединенной (вариант ОЗУ) схемах функци онированияЗадача исследований сводится к определению условий, при которых эффективна цент рализация (объединенная работа энергоузлов)В такой постановке вопроса вариаь электроснабжения от ОЗУ предполагает снабжение от системы более высокой степени централкза ции, чем при изолированной работе энергоузлов.

Структурная схема исследования условий объединения двух изолированных энергоузлседснс ванная на имитационном подходе, состоит из следующих этапов:

-формирование совокупности сравниваемых вариантов электроснабжения на базе изoлиpoвз^ ной и объединенной работы энергоузлов при обеспечении сопоставимости вариантов,

-составление методики определения критериальных величин,еыяаление основных факторе влияющих на эффективность вариантов,

-определение диапазонов варьирования факторов и расчетных условий формирования и ра вития СЭС

-проведение базовых расчетов по методике определения критериальных величин;» -определение расчетных условий для имитационных расчетов;

-проведение имитационных расчетов по определению сравнительной эффективности вариан-ов изолированной и объединенной работы энергоузлов;

-анализ областей полученных решений,определение условий эффективного функционирования яссматриваемых вариантов.

Анализ опыта проектирования ЭХ в условиях Севера позволил выявить систему независимых Дикторов, характеризующих внешние условия централизации СЭС и диапазоны их варьирования.Оп-ределенная совокупность факторов включает следующие показатели: электрическая нагрузка,соот-ношение нагрузок энергоузлов,число часов использования максимума нагрузкцудельныэ затраты на толливатерриториальный коэффициент,расстояние между энергоузлами.

В основу методики определения критериальных величин положен метод технико-экономического сравнения вариантоахде в качестве функционала приняты приведенные затраты по вариантам.

Расчетные условия для сопоставления вариантов определены при использовании методов планирования экслериментаДля отработки методики сопоставления вариантов рассмотрен реальный пример выявления условий объединения двух изолированных энергоузлов полуострова Ямал.Технико-Экономические расчеты базового варианта и имитационные расчеты выполнялись с использованием программы автоматизированного расчета технико-экономических показателей. При этом совокупность условий для имитационных расчетов сформирована при использовании ДФЭ с шестью факторами, имеющими три уровня варьирования.План -матрица эксперимента включает 25 планов, из которых 7 планов - со звездными точками.

В результате имитационных расчетов выявлены условия, при которых эффективна та или иная схема электроснабжения.Выполненные имитационные расчеты лети в основу обоснования стратегии формирования систем централизованного электроснабжения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Особенности и специфические условия Севера обусловливают многообразие форм электроснабжения различных уровней развития. Для исследования СЭС рзйонов Севера разработана информационная базахарактеризующая условия формирования и развития систем. Проведена классификация СЭС зоны Севера по ступеням централизации, учитывающая условия их формирования и развития. Разработаны методы территориальной дифференциации зоны по условиям развития и размещения электроэнергетики, базирующиеся нз применении кластерного анализа (таксономии).

2. Проведена структуризация задач исследования энергоснгбжающих систем районов Севера среди которых центральное место занимает задача исследования централизации электроэнергетических систем на Севере.

3. Основным фактором, определяющим расширение сферы централизованного электроснабжения, является углубление электрификации технологических процессов, обусловливающее рост потребности в энергии. В связи с этим разработана * злробярованз методика прогнозирования

уровней эпектропотребления территориально -энергетических образований, базирующаяся на синтезированном подходе. Предложен комплекс моделей по оценке и прогнозированию злектропотреб-ленияиспользующий аппарат кластерного и множественного регрессионного анализа. Разработан прогноз уровней эпектропотребления Республики Саха (Якутия) и входящих в нее территориально -энергетических образований на период до 2010 года

4. Предложен методический подход к задаче оценки эффективности эпектротеплоснабжения (ЭТС) в условиях Северадснованный на принципах имитации условий развития и функционирования систем энергоснабжения. Разработаны модели территориальной дифференциации зоны Севера по условиям эффективности ЭТС, предназначенные для стадии прогнозирования.

Методика оценки эффективности основана на сопоставлении затрат по вариантам теплоснабжения от огневой котельной и ЭТС. а также определении условий, при которых эффективна схема ЭТС. Определены расчетные условия и проведены имитационные расчеты по исследованию оценки эффективности вариантов теплоснабжения.Построены обобщенные регрессионные модели оценки затрат по вариантам теплоснабжения. Построена качественная модель разделяющей поверхности эффективности вариантов.позволяющая определить эффективность рассматриваемых альтернативных вариантов.

5. Предложена постановка задачи исследования эффективности централизации электроснабжения для районов с низкой плотностью нагрузок и очень неравномерным размещением потребителей, характерных для условий Севера

6. Предложен методический подход к задаче оценки эффективности централизации, основанный на исследовании условий эффективности объединения двух изолированных энергоузлов. Применен имитационный подход при котором выявляются условия эффективности вариантов при изолированной и объединенной работе энергоузловЛроведены имитационные расчеты позволяющие обосновать стратегии формирования систем централизованного электроснабжения в зоне Севера

7. Показана эффективность применения современных вычислительных методов математической статистики (планирования эксперимента методов кластерного и регрессионного анализа) экономико -математического и имитационного моделирования в задачах исследования условий формирования и развития СЭС в районах Сееера.Сформирозэн информационно-вычислительный блок, объединяющий разработанные информационные массивы и вычислительные системы (применительно к условиям Республики Саха (Якутия).

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

Шардер Л И, Кожов КБ, Корякин АК. Оптимизация ТЭК с учетом региональных особенностей // У11 научно-техническая конференция УПИ им. С.МКирова Тезисы докладов. Свердловск, 1533.

2.Баутин С.И, Мгрдер Л.И, Подкорытов В.И., Корякин А.К. Методы исследования элект-роснабжающих систем районов Севера// IX юбилейная научно-практическая конференция УПИ им. С.М. Кирова. Тезисы докладов электротехнического факультета. Свердловск, 1990.

З.Мардер Л.И, Мызин АЛ, Корякин А.К. Моделирование условий централизации электроснабжения в районах Севера // X научн. конф. "Моделирование электроэнергетических систем": Тезисы докладов. 3-4 секции, Каунас 1991. С. 93-94.

4 .Основные проблемы рззвития энергетики Республики Саха (Якутия)/ НА Петров, Н.Н. Петрова Е.М. Бурцев, А.К. Корякин //Надежность, живучесть энергетических систем Сибири и Дальнего Востока. Улан-Уд» 1992.-С.76.

5.Корякин А.К, Попова ЕГ. Исследование условий функционирования злектроснабжающих систем Якутии //Тезисы докладов научно-практической конференции молодых ученых и аспирантов. Якутск: изд ЯНЦ СО РЖ 1993. С.5.

бХсряхин АК. Методы определения уровней электропотрсбления территориально-энергетических образований районов Севера /Институт физико-технических проблем Севера ЯНЦ СО РАН. Якутсх. 1993.31 с. Дел. в ВИНИТИ 29.11.93, N 2943-В93.

7.Корякин АК. Методический подход к исследованию эффективности применения электроэнергии для целей теплоснабжения /Институт физи;;о- технических проблем Севера ЯНЦ СО РАН. Якутск, 1993.19 с. Деп. в ВИНИТИ 09.1233. N 3042-В93.

СИ.

С. 72.

Бумага

Уч.-издл. 1,17

Подписано в печать 22.06.94

Плоская печать Тираж 120

Формат 60X34 1/16 Усл. п. т. 1,16 Заказ 439 Бесплатно

Редакцикционно -издательский отдел УПИ 620002, Екатеринбург. УПИ, 8-учебный корпус Компьютерная всрсга - РЦ УралНИТ. УПИ гея (3432) 44-64-08, Ротапринт УПИ. 620002 Екатеринбург. УПИ, 8-уче5ный хорпус