Содержание к диссертации
стр.
Введение 4
Глава 1. Характеристика электроэнергетических систем России,
как объекта управления и моделирования. 14
1.1. Анализ свойств и специфических особенностей электро
энергетических систем России как объекта управления
и моделирования. 14
1.2. Характеристика современной производственно-органи
зационной структуры и проблем управления развитием элек
троэнергетических систем России ЭЭС. 19
Глава 2. Разработка методов и механизмов согласования
проектных и плановых решений по развитию ЕЭС, ОЭС и
ерриториальных энергосистем в централизованной схеме
отраслевого управления. 31
2.1. Исходные положения 31
2.2 Методы и механизмы согласования проектных решений
по развитию ЭЭС на уровне отрасли (ЕЭС страны),
территориальных энергосистем и отдельных энергообъектов. 40
2.3. Методы согласования проектных и плановых решений
по развитию ЭЭС. 59
лава 3. Разработка и совершенствование методов, математи-
еских моделей и автоматизированных систем для экономи
ческого обоснования и анализа решений по развитию ЭЭС. 65
3.1. Общие принципы построения системы математичес
ких моделей для обоснования и анализа решений по
развитию ЭЭС. 65
3.2. Совершенствование математических моделей для
оптимизации структуры генерирующих мощностей ЕЭС
и ОЭС с использованием методов линейного программи
рования. 70
3.3. Разработка метода и математической модели для опти
мизации вутригодового распределения энергоотдачи ГЭС
в энергообъединениях страны. 75
3.4. Разработка специализированной математической
модели и программно-информационного комплекса для
оптимизации распределения ресурсов цветного металла
между электрическими сетями различных напряжений. 79
3.5. Разработка принципов построения, методов и техно
логии использования автоматизированных систем проек
тирования и планирования развития ЭЭС. 86
Глава 4 . Разработка общих принципов управления развитием
ЭЭС в условиях создания рынка электроэнергии в России. 96
4.1. Сравнительный анализ методов и механизмов управления
развитием ЭЭС за рубежом. 96
4.2. Характеристика общих принципов управления развитием
ЭЭС в специфических условиях организации электроэнергетики
и функционирования рынка электроэнергии России. 109
Глава 5. Разработка основных положений методов и механизмов
управления развитием ЭЭС в рыночных условиях 122
5.1. Методы организации разработки, обоснования и согласова
ния решений по развитию ЭЭС в рыночных условиях. 122
5.2. Разработка основных положений механизма управления
развитием электроэнергетики в рыночных условиях 140
Заключение 153
Литература 156
Приложение 1 Основные положения методики расчета необходи
мого оперативного резерва мощности и требуемой пропускной
способности межсистемных связей в ЕЭС. 166
Приложение 2. Анализ результатов расчетов структуры генери
рующих мощностей при различных способах описания режимов
работы электростанций в линейной модели ЭЭС. 180
Приложение 3. Анализ результатов оптимизации структуры
ВЛ по сечениям проводов на основе метода модифицированных
токовых интервалов и с использованием линейной математи
ческой модели. 187
Введение к работе
Электроэнергетические системы (ЭЭС), представляющие собой совокупность объектов производства, транспорта и распределения электрической и тепловой энергии, играют важнейшую роль в энергоснабжении народного хозяйства и, соответственно, в жизнеобеспечении экономики России.
В бывшем СССР с начала 70-х годов в условиях плановой
централизованной экономики параллельно с быстрым ростом
масштабов территориальных электроэнергетических систем, созданием
межрегиональных энергообъединений (ОЭС) и Единой
электроэнергетической системы страны (ЕЭС) шел интенсивный процесс формирования системы, методов и механизмов управления развитием ЭЭС, включая:
создание организационных структур отраслевого управления,
определение целей, принципов и методов централизованного
управления развитием ЭЭС ;
разработку критериев, методов и моделей для технико-экономического обоснования решений по развитию ЭЭС;
создание организационных и нормативно-методических основ перспективного проектирования развития ЭЭС;
разработку методов и системы принятия плановых решений по развитию ЭЭС и отдельных энергетических объектов в условиях ограниченности финансовых, энергетических и материальных ресурсов на развитие ЭЭС ;
разработку механизмов формирования и реализации инвестиционных программ развития ЭЭС.
Проходившее в последние годы политическое и экономическое переустройство страны привело к кардинальному изменению условий развития и функционирования электроэнергетических систем.. Эти изменения проявляются в новых формах собственности в отрасли электроэнергетика, основой которой являются электроэнергетические системы, преобразовании ее производственно-организационной структуры на базе создания акционерных обществ энергетики (АО), формировании общероссийского оптового рынка электроэнергии, в принципиальном изменении структуры и источников финансирования развития и технического перевооружения электроэнергетики, трансформации структуры и функций органов отраслевого управления.
Проведенные в соответствии с известными Указами Президента РФ приватизация и акционирование в электроэнергетике были направлены не только на становление рыночных отношений , но и на сохранение в новых условиях преимуществ совместной работы субъектов рынка в составе Единой электроэнергетической системы (ЕЭС) России, создание условий эффективного антимонопольного регулирования при управлении развитием и функционированием отрасли. Однако: практическая реализация этих задач требует создания новых методов и механизмов отраслевого управления и технико-экономического обоснования решений по развитию ЭЭС
Все изложенное обуславливает актуальность и важность научных и
методических разработок проблем управления развитием
электроэнергетических систем в специфических условиях формирования рынка электроэнергии в России, в том числе с учетом преемственности опыта разработки методологии управления развитием электроэнергетики в централизованной экономике бывшего СССР.
. Цели и задачи исследования
Предметом исследования данной работы являются электроэнергетика России в период развития рыночных отношений, структуры управления и антимонопольного регулирования в электроэнергетических системах, экономические отношения между субъектами рынка электроэнергии, методы и механизмы разработки, обоснования и реализации решений по развитию и техническому перевооружению ЭЭС.
Цель и задачи исследования. Общей целью работы является
разработка принципов, методов и основных положений
организационно-экономического механизма управления развитием
электроэнергетических систем России в переходный период
формирования рыночных отношений в электроэнергетике страны с
учетом возможностей адаптации к рыночным условиям методологии
управления развитием электроэнергетики в условиях
централизованной экономики бывшего СССР.
В соответствии с поставленной целью в работе определены и решены следующие задачи:
1. Анализ и обобщение принципов и методов управления развитием ЭЭС в иерархической централизованной схеме управления электроэнергетикой бывшего СССР
2. Разработка, развитие и совершенствование применительно к
условиям централизованного управления электроэнергетикой:
методов и способов согласования проектных и плановых решений по развитию ЭЭС, принимаемых на разных иерархических уровнях управления, с условиям оптимальности развития отрасли в целом;
методов и математических моделей для решения на отраслевом уровне задач оптимизации развития генерирующих мощностей и основных электрических сетей, обоснования нормативов надежности для разработки перспективных энергобалансов ЭЭС;
принципов реализации адаптивной схемы учета неопределенности исходной информации при обосновании решений по развитию ЭЭС на базе использования автоматизированных систем проектирования и планирования развития энергосистем.
3. Обобщение опыта управления функционированием и развитием
электроэнергетики и рынков электроэнергии за рубежом.
Обоснование общих принципов управления развитием электроэнергетики России в новой производственно - организационной структуре отрасли, специфических условиях формирования и функционирования общероссийского рынка электроэнергии.
Определение критериев технико-экономического обоснования проектных решений по развитию электроэнергетических систем, подлежащих реализации с участием акционерных обществ энергетики и независимых инвесторов.
Разработка методов решения в рыночных условиях задач формирования экономически оптимальной структуры генерирующих мощностей энергосистем, обоснования рационального уровня надежности развития энергосистем и надежности поставок мощности и электроэнергии на оптовом рынке, развития основных электрических сетей ЕЭС и ОЭС страны.
Определение основных положений методов, экономического и организационного механизмов согласования и координации решений по развитию территориальных энергосистем в составе ЕЭС ОЭС России.
Разработка принципов экономических и договорных отношений между субъектами федерального оптового рынка электроэнергии, обеспечивающих экономическую заинтересованность субъектов рынка в реализации преимуществ совместной работы в составе ЕЭС и ОЭС России.
9.-Определение направлений совершенствования системы математических моделей и автоматизированных систем для прогнозирования и проектирования электроэнергетических систем в рыночных условиях.
Методологической основой исследований в настоящей работе явились теоретические положения и принципы системного подхода к формированию и управлению больших систем энергетики и Единой электроэнергетической системы бывшего СССР, сформулированные в работах Л.А. Мелентьева, Ю.Н. Руденко, А.А. Макарова, В.А. Веникова, А.Н. Зейлигера и развитые ведущими специалистами СЭИ СО РАН, ИНЭИ РАН, ЭНИН и ряда других организаций.
В работе широко использованы основные положения теории
организации иерархических производственных систем, методы
экономико— математического моделирования и информационного
анализа, принципы и методы принятия решений и оптимального
управления в условиях неопределенности исходной информации. В
этом плане в работе учтены результаты исследований в области
метотодов технико-экономических обоснования решений и
моделирования развития энергосистем, проводившихся ДА.
Арзамасцевым, Л.С. Беляевым, Г.Л. Багиевым, Ю.С. Васильевым, Н.И, Воропаем, П.В. Горюновым, Я.Б. Данилевичем, П.П. Долговым, В.И. Денисовым, В.Г. Журавлевым, ВТ. Китушиным, Ю.М Коганом, Л.А. Кощеевым, А.И. Лазебником, Т.В. Лисочкиной, В.А. Непомнящим, В.Р. Окороковым, А.Ш. Резниковским, В.А. Ханаевым, B.C. Шарыгиным, Д.С. Щавелевым и др.
Существенное влияние на направленность и рекомендации научных исследований оказало изучение методологических и нормативных основ организации функционирования, регулирования и управления развитием рынков электроэнергии за рубежом, в частности в США и Великобритании.
При анализе и разработке методов и механизмов управления развитием электроэнергетических систем в рыночных условиях наряду с зарубежным опытом использованы концептуальные положения и действующие методические и нормативные документы по формированию и организации функционирования общероссийского оптового рынка электроэнергии, разработанные специалистами РАО "ЕЭС России", Федеральной энергетической комиссии, НИИЭЭ, ИНЭИ РАН под руководством А.Ф Дьякова, Н.Д. Бойко, Г.П. Кутового, В.И. Эйдельмана, В.В. Кузьмина и др. .
Наконец, В работе ь ^иачшсльмий мере паилел отражение практический опыт разработки и совершенствования методов и технологии проектирования и планирования развития ЭЭС и создания средств моделирования и автоматизации обоснования решений по развитию ЭЭС, накопленный автором в ходе многолетних научных и проектных работ в институте Севзапэнергосетьпроект. В этом плане на результаты работы существенное влияние оказали совместные исследования и разработки автора со специалистами института Энергосетьпроект (Москва), ИНЭИ РАН, ЭНИН - И.М. Волькенау, Е.А. Волковой, А.С. Макаровой, Д.Л. Файбисовичем, П.А. Малкиным, О.Н.Кузнецовой, М.А. Черниным и другими. Научная новизна работы характеризуется следующим:
Разработкой методов и способов согласования решений по развитию ЭЭС в составе региональных и межрегиональных энергетических объединений, обеспечивающих при использовании общих принципов согласования решений по развитию вертикальных, иерархически организованных производственных систем комплексный учет специфических технологических особенностей и требований надежности совместного функционирования и развития объектов энергетики и территориальных ЭЭС;
Разработкой и совершенствованием методов и моделей обоснования решений по развитию ЭЭС, обеспечивающих возможность:
выбора рациональной степени детализации описания годовых
режимов работы генерирующих источников в моделях для
оптимизации структуры генерирующих мощностей ЭЭС;
решения принципиально новых задач обоснования требований к внутригодовому распределению гарантированной энергоотдачи ГЭС, работающих в составе крупных энергообъединений, дифференциации уровней плотности тока в электрических сетях различных напряжений при наличии суммарных ограничений на ресурсы цветного металла для электросетевого строительства.
Определением принципов построения и функционирования автоматизированных систем проектирования и планирования развития ЭЭС в соответствии с адаптивной схемой обоснования решений по развитию ЭЭС в условиях неопределенности и целесообразностью использования критериев Парето-оптимальности при принятии решений по развитию отрасли в целом.
Анализом принципов организации и функционирования моделей рынков электроэнергии, используемых за рубежом, и обоснованием
ограничений на возможности их реализации в специфических условиях формирования и функционирования оптового рынка электроэнергии и мощности в России
Обоснованием необходимости использования методов и механизмов управления развитием ЭЭС на начальном этапе организации и функционирования оптового рынка электроэнергии в России, основывающихся на следующих принципах:
сохранение иерархической схемы согласования решений по развитию ЭЭС на уровнях территориальных энергосистем, ОЭС и ЕЭС страны;
обеспечение сильного государственного регулирования и централи
зованной координации инвестиционных программ развития
субъектов рынка (организаций электроэнергетики) в составе ЕЭС
страны;
поддержка рыночной среды в электроэнергетике на основе обеспечения свободного доступа независимых энергопроизводителей на рынки электроэнергии, возможности выхода крупных потребителей на федеральный оптовый рынок электроэнергии.
Определением возможности адаптации разработанных для условий централизованного управления развитием электроэнергетики методов обоснования решений по развитию генерирующих источников и основной электрической сети ЭЭС и принципов обеспечения надежности энергоснабжения потребителей к условиям управления развитием ЭЭС, сложившимся в результате рыночных преобразований в отрасли.
Практическая значимость работы заключается в решении важной
народнохозяйственной проблемы формирования методологических
основ и механизмов управления развитием электроэнергетических
систем в условиях создания новой производственно-организационной
структуры электроэнергетики России, функционирования
общероссийского рынка электроэнергии.
Конкретными результатами работы, подлежащими непосредственному
использованию в практике работы акционерных обществ энергетики,
органов антимонопольного регулирования в отрасли,
специализированных подразделений проектных и научных институтов отрасли, осуществляющих работы по прогнозированию и проектированию развития ЕЭС, ОЭС и территориальных энергосистем и энергетических программ территорий, являются рекомендации:
пи методам іиїлашьанім решении чи разшіхию іерриіириальныл ЭЭС в составе ЕЭС и ОЭС страны;
по принципам построения и методам использования автоматизированной системы проектирования энергосистем (САПР) и входящих в ее состав математических моделей для оптимизации и технико -экономического обоснования решений по развитию генерирующих источников и основных электрических сетей.
по методам , технологии и организации выполнения работ по проектированию развития электроэнергетических систем в рыночных условиях;
по областям и условиям применения критериев экономического обоснования решений по развитию электроэнергетических систем в увязке с источниками и способами инвестирования;
по методам решения задач обоснования развития генерирующих источников и основных электрических сетей энергосисистем, подлежащих сооружению акционерными обществами энергетики;
по методам учета требований надежности работы энергосистем и обеспечения надежности поставок для субъектов рынка при разработке перспективных энергобалансов территориальных энергосистем и энергообъединений и балансов поставок мощности и электроэнергии на федеральном оптовом рынке электроэнергии.
по механизму взаимодействия организаций электроэнергетики, субъектов рынка электроэнергии, территориальных органов управления и регулирования в энергетике в разработке, обосновании и реализации решений по развитию электроэнергетических систем в составе ЕЭС и ОЭС России;
Реализация результатов работы. Полученные непосредственно автором и под его руководством результаты научных исследований в области методологии развития электроэнергетики и моделирования развития электроэнергетических систем нашли широкое применение как в прежней централизованной системе управления электроэнергетикой, так и в новой структуре отрасли в органах отраслевого управления, в производственных организациях отрасли, в энергетических проектных и научных институтах, в региональных органах управления энергетикой в следующих направлениях:
1) при разработке и внедрении нормативно-методического обеспечения выполнения проектов развития энергосистем бывшего СССР, России и зарубежных стран, включая:
Руководящие указания по проектированию энергосистем в условиях создания рынка электроэнергии в России, 1996 г. (находятся на утверждении в РАО "ЕЭС России" и Федеральной энергетической комиссии);
Методические положения по разработке схем развития ЕЭС и ОЭС бывшего СССР (задания Минэнерго СССР, 1973,1978,1982 г.г;
Методические положения по разработке схем развития ЕЭС и ОЭС России в рыночных условиях (задание РАО "ЕЭС России", 1996 г.);
Методические указания по разработке схем развития территориальных энергосистем России (задание РАО "ЕЭС России", 1996 г.);
Методические рекомендации по технико-экономическому
обоснованию проектных решений в энергетике при неоднозначности исходной информации, АН СССР, Комплексный Совет по проблемам энергетики, 1987 г.;
Нормативы резервов мощности в энергосистемах СССР (задание Минэнерго СССР, 1985 г., проект );
Нормативы плотности тока в электрических сетях 110 -750 кВ (задание Минэнерго СССР, 1986 г., проект)
Рекомендации по рациональным способам покрытия переменной части графиков нагрузки энергосистем стран-членов СЭВ. Постоянная Комиссия СЭВ по электроэнергии, 1984 г.
Методические указания по проектированию развития энергосистемы Республики Кубы. Министерство промышленности Р. Куба, 1989 г.
2) при выполнении в 1970-1997 г.г.в Северо Западном и Московском институтах Энергосетьпроект разделов проектов ЕЭС бывшего СССР и России, ОЭС Северо-Запада, энергосистем Монголии, Кубы Вьетнама по технико-экономическому обоснованию оптимальной перспективной структуры и развитию генерирующих мощностей, уровней резервирования и требований к пропускной способности основной сети энергосистем; с 1993 года - разработка разделов схем ЕЭС России, ОЭС и территориальных энергосистем Северо-Запада РФ, связанных с прогнозированием объемов и анализом экономики долгосрочных поставок мощности и электроэнергии для субъектов рынка;
3) при выполнении в 1993- 1996 годах по заданию Минтопэнерго России, администрации Санкт-Петербурга и Ленинградской области разделов Энергетических программ Северо-Запада РФ и Санкт-Петербургского региона ( в том числе по программе TACIS
ERU92/001), содержащих рекомендациии по формированию региональной системы управления развитием и регулирования в энергетике в условиях функционирования федерального и региональных рынков электроэнергии и энергоресурсов, существенного расширения прав субъектов РФ.
4) при разработке и внедрении, начиная с 1970-года, в Московском и региональных институтах Энергосетьпроект, в отраслевых органах управления средств моделирования и автоматизации проектирования и планирования развития энергосистем, включая:
математические модели для оптимизации структуры и режимов
использования генерирующих мощностей в суточных и годовом
графиках нагрузки ЕЭС и ОЭС Северо-Запада, расчета резервов
мощности, оценки надежности энергобаланса и обоснования
требований к пропускной способности основной сети ЕЭС и ОЭС, оптимизации внутригодового распределения гарантированной энергоотдачи гидроэлектростанций Волжско-Камского: Днепровского и Ангаро-Енисейского каскадов, выбора рациональной структуры вводов вводов линий электропередачи 110-750 кВ по сечениям проводов в европейской, сибирской и дальневосточной зонах страны;
автоматизированную систему проектирования энергосистем (САПР) института Энергосетьпроект, подсистему перспективного развития отрасли (ППРО) ОАСУ "Энергия Минэнерго СССР, блок "Производства" автоматизированной системы плановых расчетов отдела энергетики Госплана СССР.
5) при выполнении в 1994-1997 годах по заданию Минтопэнерго РФ, РАО "ЕЭС России", Федеральной энергетической комиссии научных работ по обоснованию принципов управления развитием ЭЭС и рынка электроэнергии в России.
Результаты научных и методических разработок автора
используются в учебной работе при подготовке и преподавании с 1980
года по настоящее время курсов лекций "Проектирование
электроэнергетических систем" и " Стратегическое управление и планирование в энергетике" в Санкт-Петербургском Государственном Техническом Университете.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на симпозиумах Европейской экономической комиссии по моделированию в энергетике (Алма-Ата, 1973 г., Москва , 1987 г.), сессии CIGRE (37 комитет по электроэнергетическим системам, Париж, 1986 г.), международных семинарах по интеграции
европейских энергосистем (Санкт-Петербург, 1991 г., Шопрон, Венгрия, 1992 г.), на конференции международного общества экономистов-энергетиков (Ставангер, Норвегия, 1994 г.), на семинарах TACIS по региональной энергетической политике (Санкт-Петербург, 1995,1996 г.г.) а также на более 25 всесоюзных и всероссийских симпозиумах, конференциях и совещаниях по системным исследованиям, моделированию, автоматизированным системам управления и методам технико-экономических обоснований в энергетике.
Публикации. Содержание работы отражено в 3 монографиях, более чем в 35 статьях в центральных научно-технических журналах, 2 учебных пособиях для студентов СПбТТУ, свыше 25 публикациях в сборниках материалов симпозиумов, конференций и совещаний.
