Содержание к диссертации
Введение
2. Оценка электросбережения и потребителей-регуляторов как средств воздействия на уровни и режимы потребления электроэнергии 11
2.1. Электросбережение у потребителей: современное состояние и перспективы развития 11
2.1.1. Электросбережение. История вопроса. Стимулы и подходы 11
2.1.2. Общее состояние и потенциал электросбережения в России 14
2.1.3. Мероприятия по электросбережению 17
2.1.4. Развитие электросберегающих технологий в России 24
2.2. Регулирование электропотребления: возможности и перспективы применения 28
2.3. Влияние электросбережения и регулирования электропотребления на вопросы надежности 32
2.4. Выводы 34
3. Математическое моделирование потребителе электроэнергии при оптимизации развития электроэнергетических систем 3 5
3.1. Принципы и методы разработки моделей оптимизации развития электроэнергетики 35
3.2. Типы оптимизационных математических моделей и их применение в соответствии с иерархией задач управления развитием электроэнергетики 38
3.3. Обзор существующих математических моделей оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии 41
3.4. Комплекс «СОЮЗ» как перспективная модель для исследования потребителей электроэнергии при оптимизации развития ЭЭС 44
3.5. Выводы 47
4. Комплексная оптимизация развития систем электроэнергетики и потребителей электро энергии 48
4.1. Критерий экономической эффективности мероприятий по воздействию на уровни и режимы электропотребления в условиях задачи комплексной оптимизации 48
4.2. Адаптация математической модели «СОЮЗ» к задачам комплексной оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии 52
4.2.1. Общее описание математической модели 52
4.2.2. Математическая модель мероприятия по электросбережению 54
4.2.3. Математическая модель потребителя-регулятора 56
4.3. Оптимизация развития ЕЭЭС России с учетом мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов 58
4.3.1. Цели исследований и характеристики исходного варианта развития ЕЭЭС 58
4.3.2. Исследование эффективности модернизации источников освещения 60
4.3.3. Исследование эффективности применения в качестве потребителей-регуляторов «обычных» предприятий 64
4.3.4. Исследование эффективности применения в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла 69
4.4. Выводы 75
5. Условия развития электросбережения и регулирования электропотребления 77
5.1. Экономические взаимоотношения между энергокомпаниями и потребителями электроэнергии как предпосылки электросбережения, и* регулирования режимов электропотребления 77
5.1.1. Формы экономических взаимоотношений ' 77
5.1.2. Реформы электроэнергетики 80
5.2: Учет как база для электросбережения и регулирования режимов электропотребления , 85
5.2.1. Управление спросом на электроэнергию 85
5.2.2. АСУЭ: типы, состав, характеристики, реализация на действующих объектах 87
5.3. Выводы 94
6. Заключение 96
Литература
- Электросбережение. История вопроса. Стимулы и подходы
- Типы оптимизационных математических моделей и их применение в соответствии с иерархией задач управления развитием электроэнергетики
- Адаптация математической модели «СОЮЗ» к задачам комплексной оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии
- Исследование эффективности применения в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла
Введение к работе
Электросбережение является важным слагаемым технической и экономической политики при прогнозировании и планировании развития топливно-энергетического комплекса и электрификации. Его возрастающая значимость определяется рядом следующих факторов:
общий рост потребности экономики страны в электрической энергии;
- невозобновляемый характер, ограниченность и удорожание энергоресурсов;
- ужесточение экологических требований к процессам выработки электроэнергии.
Основные принципы, определяющие подход к реализации электросбережения сформулированы в работах Д.М. Воскобойникова, А.А. Макарова, Т.В. Анчаровой, СИ. Гамазина, В.В. Шевченко и др. В обобщенном виде их можно представить следующим образом:
1) на развитие электросбережения оказывают воздействие два основных фактора — стоимость электроэнергии и технический прогресс (разработка новых и совершенствование существующих электропотребляющих технологий производства у потребителей);
2) сбережение электроэнергии следует рассматривать как экономическую категорию, оно должно осуществляться везде, где затраты на его проведение оказываются меньшими, чем затраты на добычу и переработку энергоресурсов, до той стадии, на которой осуществляется это сбережение;
3) политика, направленная на электросбережение должна рассматриваться как существенный фактор сбалансированного развития электроэнергетики и экономики на длительную перспективу.
Большие возможности экономии энергоресурсов часто делают электросбережение, как составную часть энергосбережения, предметом государственной политики. Во многих странах мира, как экономически развитых, так и развивающихся, разрабатываются специальные программы, приводящие к значительным результатам, например энергетическая политика России [99] в качестве общегосударственной программы, направленной на электросбережение рассматривает совершенствование источников света, повышение эффективности электропривода и ряд других мероприятий.
Другим, не менее важным направлением эффективного развития электроэнергетики России является повышение маневренности электроэнергетических систем. Существуют различные подходы к решению этого вопроса, в основном касающиеся модернизации или замены генерирующего оборудования (исследованиями в этой области занимались Л.А. Мелентьев, Ю.Н. Ру-денко, В.А. Ханаев, Е.А. Волкова, И.М. Волькенау и др.) - модернизация базисных блоков для повышения их маневренности;
- замена устаревшего оборудования тепловых электростанций (ТЭС) на пиковые газотурбинные установки (ГТУ) и полупиковые блоки;
- разгрузка атомных электростанций (АЭС); - вводы гидроаккумулирующих и воздухоаккумулирующих электростанций (ГАЭС, ВАЭС) и др.;
- сооружение новых маневренных электропередач (ЭП).
Модернизация устаревших базисных блоков для повышения их маневренности производилась еще в 1970-1980 г.г. Это мероприятие служит определенным образом вынужденным решением проблемы напряженных балансов мощности и электроэнергии, поскольку даже модернизированное устаревшее оборудование является изношенным и требует замены в относительно короткий промежуток времени.
Замена изношенного оборудования ТЭС на пиковые ГТУ и полупиковые блоки — подход, позволяющий за счет использования действующих объектов и коммуникаций (площадки, здания, инженерные сети, водоподготовка и т.д.), избежать значительных затрат на реализацию. По сути такой процесс замены оборудования представляет собой относительно малозатратное техническое перевооружение ТЭС и является одним из наиболее эффективных мероприятий по повышению маневренности силами самой энергосистемы.
Разгрузка АЭС в основном предназначена для повышения маневренности энергосистемы в выходные дни. Регулярная разгрузка АЭС экономически мало эффективна, поскольку подобный режим работы ухудшает энергетические характеристики реакторов - увеличивается расход ядерного горючего.
Вводы ГАЭС, ВАЭС и других видов нового оборудования повышают маневренность электроэнергетических систем (ЭЭС) в основном в рабочие дни, поскольку накопители электроэнергии недельного регулирования имеют высокую стоимость и мало пригодны для массового внедрения. Ввиду большей плотности графиков нагрузки большинство накопителей не может эффективно работать в выходные дни, кроме того, многие из них не получат широкого применения в обозримом будущем, поскольку находятся в стадии опытно-промышленной эксплуатации или даже разработки, например сверхпроводящий индукционный накопитель (СПИН). Строительство же даже наиболее перспективных для решения задачи повышения маневренности накопителей (ГАЭС, ВАЭС) находится в сильной зависимости от конкретных местных и географических условий, что существенно снижает возможности их использования.
Сооружение новых маневренных ЭП, в частности для привлечения к покрытию перспективной нагрузки Европейской части России существующих и вновь вводимых гидроэлектростанций (ГЭС) Ангаро-Енисейского каскада - мероприятие, не способное получить широкого развития по ряду причин, в том числе из-за увеличения загрузки гидроэлектростанций непосредственно по месту их расположения и малых объемов строительства новых ГЭС.
Перечисленные способы повышения маневренности ЭЭС имеют различные масштабы применения, эффективность и сроки реализации и, в основном, касаются модернизации или замены генерирующего оборудования. Однако, помимо повышения маневренных возможностей собственно электроэнергетических систем, существует путь управления электрической нагрузкой или искусственного уплотнения (выравнивания) графиков нагрузки за счет самих потребителей, а также с помощью потребителей-регуляторов электрической нагрузки (ПР).
ПР, как таковые, а также возможности их использования исследованы в работах С.В; Кукель-Краевского, В;В: Михайлова, Ю.М. Когана, А.С. Некрасова и др. Несмотря на наличие положительного зарубежного опыта привлечения потребителей к регулированию нагрузки с помощью дифференцированных по зонам графика тарифов на электроэнергию, в отечественных работах в основном рассматривался командно-административный метод использования ПР; Прогнозные объемы применения ПР из-за отсутствия экономического стимула оказывались невелики и им не уделялось должное внимание.
Тем не менее, общность процессов производства и потребления электроэнергии требует согласованного рассмотрения ЭЭС и потребителей электроэнергии в вопросах покрытия графиков нагрузки. Переход экономики России от плановых к рыночным условиям хозяйствования позволяет отказаться от директивных методов воздействия на уровни и режимы электропотребления и обозначить, реальные перспективы применения как электросбережения, так и ПР, обеспечив распределение. эффекта от этих мероприятий между потребителями электроэнергии и ЭЭС.
В этих условиях повышается актуальность комплексной оптимизации развития электроэнергетики и потребителей электроэнергии для определения как направлений и способов повышения эффективности производства электроэнергии (оптимизация структуры генерирующих мощностей), так и ее использования в различных отраслях хозяйства.
Настоящая работа должна дополнить имеющиеся в данной области исследования и направлена на разработку принципов и методов математического моделирования № исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием электроэнергетических систем.
С учетом изложенного выше цель диссертации заключалась в разработке эффективных методов и аппарата исследований развития электроэнергетических систем с учетом осуществляемых у потребителей электросбережения и регулирования режимов электропотребления.
Для достижения указанной цели в диссертации, обобщающей исследования, выполненные автором в Институте систем энергетики им. Л.А. Ме-лентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН), решены следующие задачи:
1. Произведен аналитический обзор мероприятий по электросбережению и типов потребителей-регуляторов электрической нагрузки, дана оценка их потенциала и степени применимости на практике.
2. Разработана методическая база (определена задача комплексной оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии, разработана математическая модель) для определения эффективности различных мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов, а также изучения оказы ваемого ими влияния на структуру генерирующих мощностей при оптимизации развития электроэнергетических систем.
3. На основе методических разработок рассмотрены изменения перспективной структуры ЕЭЭС России в зависимости от воздействий, оказываемых со стороны потребителей электроэнергии, а также определена степень эффективности различных их видов:
- модернизации источников электроосвещения (по предварительной оценке - одного из наиболее высокопотенциальных и малозатратных мероприятий по электросбережению);
- перевода в режим регулирования электрической нагрузки «обычных» производств (перспективного мероприятия по уплотнению графиков электрической нагрузки ЭЭС);
- применения в качестве ПР систем электроотопления с аккумулированием тепла (масштабного и малозатратного по предварительной оценке вида потребителей-регуляторов электрической нагрузки).
4. Рассмотрены возможности и перспективы электросбережения и потребителей-регуляторов при различных экономических взаимоотношениях между электроэнергетикой и потребителями электроэнергии (в условиях монополии, олигополии, дерегулирования электроэнергетики и т.д.).
В ходе решения этих задач потребовалось:
- рассмотреть и систематизировать типы электросберегающих мероприятий и потребителей-регуляторов электрической нагрузки, как применяемые на практике, так и находящиеся на стадии прогнозных и проектных разработок, определить их степень готовности и потенциал применения;
- проанализировать существующие методы и схемы решения задачи управления развитием электроэнергетических систем и дополнить их с учетом применения мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов электрической нагрузки;
- изучить опыт математического моделирования развития электроэнергетических систем;
- создать универсальную математическую модель для исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием электроэнергетических систем, а также для оценки эффективности различных мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов электрической нагрузки;
- исследовать изменения перспективной структуры ЕЭЭС России в зависимости от воздействий, оказываемых со стороны потребителей электроэнергии;
- исследовать экономический эффект от применения ряда рациональных мероприятий по электросбережению и потребителей-регуляторов (модернизация источников электроосвещения, перевод в режим регулирования электрической нагрузки обычных производств, применение в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла);
- проанализировать возможности применения электросбережения и потребителей-регуляторов при различных формах экономических взаимоотношений в электроэнергетике;
- рассмотреть особенности применения автоматизированных систем учета и контроля электропотребления в качестве необходимой базы для определения эффекта от проведения электросбережения и использования потребителей-регуляторов электрической нагрузки.
Электросбережение. История вопроса. Стимулы и подходы
Непосредственная работа с населением по вопросам электросбережения, все больше и больше становится частью государственной политики целого ряда стран. Распространение получили мероприятия по электросбережению популистского характера, активно рекламируемые и проводимые непосредственно правительственными структурами. Так, например, в Японии среди государственных служащих широко пропагандируется снижение уровня использования писчей бумаги - электроемкой в производстве продукции, наиболее экономные поощряются денежными вознаграждениями. В ряде южных штатов США, где одним из главных потребителей электроэнергии являются системы кондиционирования и вентиляции, проводятся акции по добровольному отказу от их использования, в связи с чем офисным работникам разрешается отступать от принятого официального стиля и приходить на службу в свободной одежде. Не так давно в Калифорнии, при поддержке аппарата губернатора, развернулась широкомасштабная акция по внедрению в системы электрообеспечения зданий солнечных батарей, что по проектным расчетам позволит значительно снизить потребление электроэнергии от централизованных источников.
Сравнительно недавно появившийся институт энергосервисных компаний, непосредственно занимающихся разработкой энергосберегающих технологий и мероприятий для конкретных потребителей, стал за рубежом основой электросбережения и связующим звеном между банками, разработчиками и производителями электросберегающего или технически более совершенного и экономичного технологического оборудования, энергосистемами и собственно потребителями электроэнергии. Энергосервисные компании, как правило, имеющие большой опыт работы, репутацию и мощный инженерный потенциал, предлагают заказчику целый комплекс услуг, связанных с электросбережением: проектные, инженерные, технические, управленческие, финансовые. Схема их действий заключается в следующем: энергосервисная компания своими силами или с привлечением сторонних специалистов производит обследование (энергоаудит) конкретного потребителя электроэнергии. Результатом энергоаудита является определение наиболее перспективных путей реконструкции либо модернизации электропотребляющего оборудования. Выполнив экономические расчеты и определив эффективность намеченных мероприятий, энергосервисная компания получает банковский кредит и производит заказ, монтаж или контроль за монтажом электросберегающего либо электроэкономичного оборудования у потребителя. Как правило, надзор за эксплуатацией этого оборудования, порою и непосредственно его эксплуатация до момента погашения кредита осуществляется непосредственно энергосервисной компанией. В качестве оплаты компания получает определенный процент от экономии заказчика за счет снижения электропотребления. Первоначальное финансирование проекта может осуществляться несколькими способами: из собственных средств энергокомпании, за счет средств заказчика, с помощью банковского кредита или посредством лизинга. Состав работ, направленных на электросбережение может быть достаточно велик: от воздействия на какой-то конкретный электроприемник до полного изменения технологического процесса потребителя.
Нормативно-правовая регламентация и экономические предпосылки являются для потребителей основными стимулами электросбережения [2, 3]: 1) к нормативно-правовой регламентации можно отнести: - закон "Об энергосбережении"; - дополнения и поправки к налоговому законодательству, предусматривающие льготы на энергосберегающую деятельность; - стандартизацию и сертификацию наиболее электроемкого оборудования и массово применяемых электроприемников; - разработку и внедрение единых норм, регламентирующих включение в стоимость произведенной продукции затрат на электроэнергию, которые относятся к непроизводительным и являются сверхнормативными потерями; - повышение роли надзорных органов в контроле за рациональным использованием электроэнергии;
2) экономические предпосылки включают в себя: - формирование цены на электроэнергию, стимулирующей ее сбережение; -возможность льготного кредитования исследований, работ и инвестиций, направленных на электросбережение; - формирование различных фондов, создаваемых для содействия потребителям, использующим новые, менее электроемкие технологии и оборудование; - коммерциализацию энергосбережения, в том числе с привлечением частного и иностранного капитала.
Современное состояние топливно-энергетической отрасли России ха- . рактеризуется тем, что многие разработанные месторождения полезных ископаемых в обжитых местах близки к исчерпанию. По оценкам специалистов потенциала разведанных месторождений может хватить на ограниченный срок, новые же месторождения придется искать и обустраивать в труднодоступных районах, лишенных всякой инфраструктуры.
В электроэнергетике страны за последние пятнадцать лет наблюдаются, с одной стороны, малые вводы мощностей на электростанциях, с другой стороны, постоянный и ощутимый прирост электропотребления практически во всех отраслях экономики. Так рост генерирующих мощностей с 1990 г. по 2006 г. составил всего 3,4%, в то время как электропотребление, снизившись в 1990-1998 г.г. на 24,6%, в течение последующих восьми лет возросло на 20,6 % (рис. 2.2).
Имеющаяся тенденция приводит к дефициту и удорожанию электроэнергии. Экономия становится важнейшим фактором поддержания роста производства в условиях дефицита энергии и ограниченных капиталовложений в развитие электроэнергетики. Известно, что каждая единица денежных средств, истраченных на мероприятия, связанные с экономией электроэнергии, даёт больший эффект чем сумма, израсходованная на увеличение её производства. В то же время удельные показатели электроемкости российской экономики превышают показатели развитых стран в 3 — 4 раза и примерно 2/3 этого превышения приходится на сектор потребления, характеризуемый, особенно в непромышленной сфере экономики, отсутствием целенаправленной и организованной работы по сбережению электроэнергии и пока еще достаточно слабым действием рыночных стимулов.
Типы оптимизационных математических моделей и их применение в соответствии с иерархией задач управления развитием электроэнергетики
Поскольку не существует единой задачи управления развитием электроэнергетики, а имеется иерархия задач обоснования отдельных решений, которые принимаются в определенной последовательности и с разной забла-говременностью, не может существовать и единой ММ, на которой можно было бы решать все возникающие вопросы. Большинство моделей развития электроэнергетики являются проблемно-ориентированными, т. е. предназначенными для решения конкретных задач, что обусловлено: - большим разнообразием задач развития, которые относятся к различным технологическим, территориальным и временным уровням и требуют рассмотрения электроэнергетики в разных аспектах; - сложностью рационального распределения решаемых задач между управляющими органами разных иерархических уровней разной межотраслевой, отраслевой и территориальной принадлежности; - специфическими особенностями электроэнергетики, главными из которых являются наличие жестких электрических связей между всеми элементами системы, неразрывность во времени процессов производства и потребления электроэнергии, а также неравномерность электропотребления в суточном, недельном и годовом разрезах.
Структурно оптимизационная ММ состоит из целевой функции, заданной с учетом характерных свойств исследуемой системы и, вместе с тем, учитывающей ее общие свойства для соответствующего класса задач, уравнений связи между параметрами системы, а также ограничений, указывающих на допустимые пределы изменения параметров или некоторых их функций (функциональных ограничений). Все переменные параметры подразделяются на две группы: зависимые и независимые. Число зависимых параметров равно числу независимых уравнений связи. Все остальные параметры образуют группу независимых переменных: их можно изменять в пределах заданных ограничений. Эти ограничения образуют так называемую допустимую область решения, в которой задана целевая функция.
Тип ММ (рис. 3.1) во многом определяется территориальным и временным признаками, присущими управлению развитием электроэнергетики.
Общепринято технологическое деление электроэнергетики на следующие уровни: единая электроэнергетическая система (ЕЭЭС), подразделяющаяся на объединенные электроэнергетические системы (ОЭЭС), в свою очередь состоящие из региональных энергосистем (РЭЭС), электростанций и сетевых районов.
Организационное деление осуществляется на оптовые и территориальные генерирующие компании (ОГК и ТГК), сетевые и сбытовые компании, не укладывающиеся в рамки технологического деления.
Временное деление сложилось исторически и включает следующие этапы исследования развития электроэнергетики [23]: до 15-20 лет; до 10-12 лет; до 5 лет и до 2 лет (этап оперативного хозяйственного управления).
Этап до 15-20 лет, когда погрешность исходной информации очень велика, предполагает рассмотрение высшего территориального уровня - ЕЭЭС, ОГК, ТГК (при этом отдельные ОЭЭС или крупные энергообъединения рассматриваются в виде концентрированных узлов, в которых сосредоточены потребители электроэнергии и генерирующие установки). Из-за значительной неопределенности исходной информации на данном этапе решаются только основные проблемы развития: в увязке с топливно-энергетическим хозяйством определяются оптимальные пропорции в развитии различных типов электрических станций; выявляются обоснованные требования к энергетическому оборудованию; разрабатываются основные принципы построения высоковольтной сети; определяются масштабы капиталовложений и материальных ресурсов. На этом этапе даются прогнозы об общем развитии потребителей электроэнергии, определяются основные направления научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ в области электроэнергетики и смежных отраслях, для чего используются оптимизационные модели, которые позволяют решать стратегические вопросы выбора направлений развития электроэнергетики в комплексе с другими отраслями [24-29]. С учетом большого количества возможных вариантов развития, погрешности информации и приближенного характера решения задач оптимизации на этой стадии часто используются простые и удобные линейные ММ, требующие уточнения результатов расчета, например, для уменьшения величины возможного изменения затрат на транзитные электрические сети их включают в экономические показатели значительно удаленных от центров потребления узлов генерации.
Этап до 10-12 лет позволяет использовать относительно более точную исходную информацию. Поэтому здесь уже возникает необходимость учета более низкого территориального уровня и требуется обоснование рекомендаций по структуре, размещению и очередности развития основной сети ЭЭС; определение потребности в капиталовложениях, различных видах топлива и т.д. На этом уровне принимаются решения о размещении крупных потребителей электроэнергии, строительстве электростанций и основных ЛЭП, определяются основные направления проектно-конструкторских работ. При решении более конкретных (в значительной мере технических) вопросов, по-прежнему сохраняется необходимость использования оптимизационных моделей. В силу различных технических факторов (специфика электропотребления, регулировочные возможности оборудования электростанций в суточном, недельном и годовом разрезах, аварийность оборудования) на этом этапе становятся предпочтительными нелинейные оптимизационные ММ [28]. Для решения таких специальных вопросов, как выбор оборудования применяются оценочные модели. При этом взаимосвязь оценочных и оптимизационных моделей [29-32] осуществляется по следующей схеме: на основе ре шения оптимизационной модели находится область, внутри которой ведется поиск оптимального решения с помощью оценочной модели.
Этап до 5 лет подразумевает существенное уточнение структуры потребителей, их режимов работы и потребности в электроэнергии, определение различных энергетических и экономических характеристик оборудования электростанций и ЛЭП, а также различных ограничений на развитие электроэнергетических систем. Здесь рассматриваются вопросы конкретной реализации проектных решений: уточнение сроков ввода отдельных электростанций и основных ЛЭП; определение оптимальной схемы развития местной электрической сети, распределение капиталовложений между строящимися объектами. В связи с существенной детализацией решаемых задач на этом уровне в сочетании с оценочными используются нелинейные оптимизационные модели, например: - ММ прогнозирования нагрузок и режимов электропотребления ЭЭС [33]; - ММ формирования варианта структуры генерирующих мощностей [34-39]; - ММ оптимизации схемы развития электрических сетей [29, 40-45]; - ММ расчета располагаемых генерирующих мощностей системы; - ММ проверки допустимости нормальных и аварийных электрических режимов [46, 47]; - ММ оценки надежности электроснабжения в ЭЭС [46, 48]; - ММ оптимизации режимов ЭЭС; - ММ для исследования оптимальных параметров электростанций [32, 49-54].
На этапе до 2 лет корректируются календарные сроки ввода в эксплуатацию новых энергетических объектов и крупных потребителей электроэнергии и выполняется весь комплекс работ, связанных с обеспечением оптимального текущего управления развитием электроэнергетики [55-57].
Адаптация математической модели «СОЮЗ» к задачам комплексной оптимизации развития ЭЭС и потребителей электроэнергии
Для адаптации исходной модели к задачам исследования потребителей электроэнергии при управлении развитием электроэнергетических систем произведено ее дополнение соответствующими блоками математических моделей потребителей электроэнергии [73-77]. В результате модель может быть представлена в следующем обобщенном виде
Выражение (4.5) является минимизируемым при ограничениях (4.6) функционалом, в общем случае представленным суммарными приведенными затратами на развитие и функционирование электроэнергетических систем, исследуемых потребителей-регуляторов и энергосберегающих технологий.
Здесь j - номер группы однотипного генерирующего оборудования или потребителя электроэнергии; і - номер энергоузла; s - номер характерного суточного графика нагрузки; т- индекс (продолжительность) зоны нагрузки в суточном графике; XjiST - нагрузка у-го типа генерирующего оборудования в узле / в суточном режиме s в зоне, продолжительностью т часов либо мощность (снижение нагрузки) потребителей-регуляторов или электросберегающих технологий, CJlsT - соответствующие удельные переменные затраты; Xjj Xjt - выбираемые установленная мощность и новая (вводимая) мощностьу -го оборудования (потребителя) в узле і; С ,С.- удельные постоянные ежегодные издержки и приведенные капиталовложения в это оборудование; — пропускная способность электрической связи между узлами і и / ; Сц, - удельные ежегодные затраты на эту связь; X" - новая (вводимая) пропускная способность межсистемной связи і и і ; С"г — соответствующие удельные приведенные капиталовложения.
Первые две суммы в целевой функции определяют годовые переменные и постоянные издержки на электростанциях и у моделируемых потребителей, третья сумма соответствует приведенным капиталовложениям в их реализацию, последние две суммы определяют годовые постоянные издержки и приведенные капиталовложения в межсистемные электрические связи.
Ограничения (4.6) включают в себя: балансы мощности энергоузлов, технические ограничения на режимы работы генерирующего и электропотребляющего оборудования ЭЭС и потребителей электроэнергии, ограничения по топливу и др.
Годовой баланс энергии энергоузлов в модели описывается совокупностью балансов зон представительных суточных графиков электрической нагрузки с переходом к годовым показателям в функционале модели через коэффициенты «эквивалентного числа суток в году». При моделировании суточного режима используется принцип «позонной оптимизации» в соответствии с разбие ниєм суточного графика нагрузки на горизонтальные зоны продолжительностью т часов, соответствующие приростам нагрузок в разные Часы суток:
В выражении (4.7) первая сумма - участие всех электростанций узла, потребителей-регуляторов и мероприятий по электросбережению в покрытии зоны отдельного суточного графика, вторая и третья суммы - межузловые «входящие» и «выходящие» перетоки, а правая часть - мощности зон суточного графика.
Поскольку по степени влияния потребителей на электропотребление определено два вида воздействий: изменение уровня электропотребления путем проведения различных мероприятий, направленных на электросбережение и снижение неравномерности графиков нагрузки (потребители-регуляторы), именно их ММ предлагается использовать для решения задачи комплексной оптимизации развития электроэнергетических систем и потребителей электроэнергии.
При проведении оптимизационных расчетов по выбору рациональной структуры электроэнергетической системы по типам электростанций и оборудования, мероприятия по электросбережению можно рассматривать как один из «способов» покрытия нагрузки, т.е. как альтернативу выработке электроэнергии на электростанциях. Подобные мероприятия характеризуются следующими основными параметрами: - эффектом в области экономии электроэнергии или собственно электросбережением; - капиталовложениями на реконструкцию или замену электроприемников (производственного и вспомогательного оборудования, осветительных приборов и т.д.); - издержками на эксплуатацию и текущее обслуживание подвергшегося реконструкции или замене оборудования (содержание обслуживающего персонала, ремонт, запасные части и другое).
Пусть &-ый потребитель электрической энергии проводит мероприятие или ряд мероприятий, направленных на повышение эффективности использования электрической энергии (электросбережение). Здесь выражение (4.8) определяет энергетический эффект или величину электросбережения А N к , являющийся разностью значения нагрузки потребителя до проведения В обычном режиме работы часть электроприемников, принадлежащих потребителю, может не использоваться, либо находиться в ремонте. Тогда, в соответствии с предложением о «покрытии» нагрузки с помощью мероприятий по электросбережению, выражение (4.8) можно записать в виде (4.9), где AAffar является суммарной мощностью эффекта в области электросбережения к-то потребителя электроэнергии, участвующая в покрытии зоны продолжительностью Т часов графика нагрузки S-ътх расчетных суток. мероприятия по электросбережению N к и после - N к .
Параметр /Зь определяет максимальную долю мощности задействованных в работе электроприемников в их суммарной установленной мощности, по своей сути является коэффициентом «готовности» мощности потребителя и определяется согласно зависимости (4.10). При относительно небольших прогнозируемых изменениях мощности или при высокой надежности и ремонтопригодности электроприемников, например - электроосвещения, требующего постоянной полной и, в то же время, легко осуществляемой подготовленности к эксплуатации, величина Р может быть принята равной единице.
В выражении (4.10) величины g u JS " - коэффициенты соответственно аварийного простоя и плановых текущих и капитальных ремонтов к-го потребителя для 5-ых расчетных суток. Коэффициент g , определяется в соответствии с заводской документацией на электроприемник (паспортные характеристики, данные сертификации и т.д.). Величина /?" определяется в соответствии с планами ремонтов электрооборудования потребителя, либо на основании экспертных оценок.
Исследование эффективности применения в качестве потребителей-регуляторов систем электроотопления с аккумулированием тепла
Совершенная конкуренция - не встречающаяся на практике идеальная (теоретическая) форма взаимоотношений, при которой, как продавцы, так и покупатели конкурируют между собой, но никто из них не контролирует рынок. Существующие конкурентные формы взаимоотношений относятся к так называемой «несовершенной» конкуренции, при которой отдельные участники обладают в той или иной степени рыночной властью, позволяющей влиять на рыночную цену. Крайними проявлениями «несовершенной» конкуренции служат монопсония (обеспечение всего спроса одним покупателем) и монополия (обеспечение всего предложения одним поставщиком).
Совершенная конкуренция подразумевает снижение издержек для увеличения прибыли продавцов и повышение эффективности использования потребляемых ресурсов для снижения затрат покупателей. Эта форма отношений является одной из наиболее предпочтительных для взаимного решения вопросов регулирования режимов электропотребления, обеспечивая прямую заинтересованность в них и потребителей и энергокомпаний, поскольку выравнивание графика электропотребления способно привести к удешевлению производства электроэнергии и, как следствие - снижению ее стоимости для потребителя.
Потребители заинтересованы в электросбережении как в способе снижения своих затрат. Для генерирующей компании внутреннее электросбережение также служит одним из главных средств снижения издержек и повышения своей конкурентоспособности.
Монополистическая конкуренция позволяет каждому производителю (поставщику) обладать определенной властью над рынком: имея своих постоянных покупателей, он, без риска потерять их, достаточно свободно устанавливает цену своей продукции. Конкурентная борьба осуществляется только за «пограничных» потребителей. Монополистическая конкуренция свойственна рынкам с дифференцированным товаром. Рынок же электроэнергии является рынком унифицированной продукции, поэтому конкретно для него данная форма взаимоотношений не характерна. Косвенное проявление монополистической конкуренции может происходить при соперничестве поставщиков альтернативных товаров или услуг, например электроснаб-жающей и газовой компаний, предлагающих соответственно электроэнергию и газ для целей отопления, горячего водоснабжения и приготовления пищи.
В таком своем проявлении монополистическая конкуренция не способствует стимулированию электросбережения и регулирования режимов электропотребления, поскольку подразумевает «борьбу» за потребителя, основным средством которой служит предоставление ему льготных условий использования предлагаемой продукции.
Олигополия подразумевает наличие нескольких крупных поставщиков и фактически является симбиозом совершенной и монополистической конкуренции. Формами ее проявления служат: - картель - соглашение группы поставщиков о разделе рынка и согласованных действиях в отношении объемов производства и цен с целью получения монопольной прибыли; - легальный картель - добровольное соглашение поставщиков с государственным регулирующим органом и между собой о разделе рынка продаж и одновременно о принципах ценообразования и контроля за ним; - ценовое лидерство - неявная форма согласования поставщиками своей ценовой политики, когда наиболее крупный и эффективный из них меняет цену, а остальные следуют за ним; - ценовые войны - сознательная борьба за увеличение доли продаж на рынке за счет снижения цены. При таком соперничестве конкуренты не реагируют на повышение цены, но адекватно отвечают на ее снижение.
Основной проблемой олигополии является возможность сговора поставщиков, при котором цена электроэнергии необоснованно вырастает. Так в Калифорнии, после введения оптового рынка электроэнергии тарифы выросли в несколько раз, повсеместно были введены веерные отключения потребителей. При этом антимонопольное законодательство и принудительное государственное регулирование цен оказались неприменимы в соответствии с законом о конкуренции, подразумевающем государственное вмешательство только при числе независимых энергокомпаний менее трех. Для преодоления создавшегося энергетического кризиса власти отказались от конкурентного рынка электроэнергии со свободными ценами и вернулись к регулированию тарифов. Похожая ситуация наблюдалась в 1999 г.-2001 г. в Англии и Уэльсе, где государство вынуждено было противостоять сговору энергокомпаний. В настоящее время системный оператор Англии и Уэльса имеет резервные мощности с фиксированной ценой электроэнергии. Эти мощности включаются в работу, как только конкурентная цена на рынке превышает установленный уровень. Во избежание рассмотренных ситуаций государство вынуждено осуществлять постоянный надзор за рынком электроэнергии и, при необходимости, оказывать на него воздействие через регулирование цен, лицензирование, нормативно-правовую базу, меры по защите и поощрению конкуренции, налоги и субсидии и т.д.
Олигополистические сговоры энергокомпаний, приводящие к повышению цен на электроэнергию, вынуждают потребителей обращать внимание на поиск альтернативных источников энергии и электросбережение. В той же Калифорнии, после указанных событий, произошел всплеск интереса к «умному» энергоэффективному жилью. При этом упор был сделан не столько на электросбережение, сколько на развитие индивидуальной электроэнергетики (использование солнечных батарей, ветряков) и применение малогабаритных тепловых насосов. Однако, в силу климатических особенностей (высокая среднегодовая температура, большое количество солнечных дней и т.п.), Калифорния служит скорее исключением из правил — для большинства остальных регионов из схожей ситуации с электроэнергетикой практически единственным выходом, помимо вмешательства властей, может служить только электросбережение.
Возможные ценовые войны олигополистов теоретически могут приводить к снижению цен на электроэнергию и, как следствие - к временной потере у потребителей интереса к электросбережению.
Похожие диссертации на Исследование эффективности управления электрической нагрузкой при оптимизации развития электроэнергетических систем
