Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Развитие генерирующих мощностей электроэнергетики России: основные этапы и перспективы 10
1. Основные этапы развития генерирующих мощностей электроэнергетики России в 20 веке 10
2. Перспективы развития генерирующих мощностей отрасли в условиях ее реформирования 27
3. Специфика энергообеспечения энергодефицитных регионов и разработки инвестиционных программ развития их генерирующих мощностей 38
Глава 2. Математическое моделирование развития генерирующих мощностей 53
1. Общие проблемы математического моделирования развития электроэнергетики и пути их решения 53
2. Математические модели развития генерирующих мощностей на региональном уровне 64
3. Математические модели оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной электроэнергетики
4. Формирование стратегий энергообеспечения энергодефицитного региона на основе оптимизации развития его генерирующих мощностей 88
Глава 3. Оптимизационная математическая модель инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региона 96
1. Математическая модель оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей 96
2. Характеристики электроэнергетики Архангельской области и OAQ " Архэнерго" 111
3. Анализ результатов математического моделирования. 122
Заключение 133
Список литературы
- Перспективы развития генерирующих мощностей отрасли в условиях ее реформирования
- Специфика энергообеспечения энергодефицитных регионов и разработки инвестиционных программ развития их генерирующих мощностей
- Математические модели развития генерирующих мощностей на региональном уровне
- Характеристики электроэнергетики Архангельской области и OAQ " Архэнерго"
Введение к работе
Электроэнергетика - основополагающая отрасль экономики РФ, объединяющая множество хозяйственных субъектов, занимающихся производством, передачей и распределением электрической и тепловой энергии, и характеризующаяся высокой степенью централизации управления этими процессами. Основная проблема этой отрасли в настоящее время — критический износ основных фондов, что может привести не только к энергетическому кризису, но и, как следствие, замедлению темпов экономического роста страны.
Восстановление основных фондов электроэнергетики по мнению большинства специалистов сдерживается отсутствием достаточных инвестиционных ресурсов в отрасли и невозможностью их привлечения извне вследствие низкой инвестиционной привлекательности электроэнергетики, обусловленной государственным регулированием тарифов и высокой монополизацией рынка электрической энергии. В этих условиях рост цен на энергоресурсы, как правило, опережает рост административно регулируемого тарифа, рентабельность региональных энергоснабжающих организаций остается низкой и их собственных ресурсов крайне недостаточно для развития генерирующих мощностей. Выход из этой ситуации правительство и большинство специалистов видят в структурной реформе электроэнергетики, связанной с демонополизацией и реструктуризацией отрасли с целью создания
5 конкурентного рынка электроэнергии и решения в его рамках проблем развития
отрасли.
В рыночных условиях инвестиционная привлекательность объектов электроэнергетики зависит от обоснованности и эффективности инвестиционных программ развития генерирующих мощностей. Сложность разработки таких программ возрастает с увеличением числа вариантов их формирования и финансирования. Особенно усложняется формирование инвестиционных программ развития генерирующих мощностей для энергодефицитных регионов. В частности, принятие стратегических решений в таких регионах допускает возможность увеличения объема приобретаемой извне электрической энергии в качестве альтернативы строительству новых электростанций.
При обосновании стратегии энергообеспечения такого региона возникают специфические проблемы при развитии его генерирующих мощностей. С одной стороны, при выгодных условиях приобретения энергии на федеральном оптовом рынке энергии и мощности (ФОРЭМ) рост уровня энергодефицитности региона может быть предпочтительнее инвестирования в генерирующие мощности. С другой стороны, существенная энергетическая зависимость региона от поступления энергии извне может подорвать основы его устойчивого развития и стать угрозой энергетической безопасности.
Сложность разработки инвестиционных программ развития генерирующих мощностей с учетом указанных особенностей в условиях
большого числа альтернатив, неоднозначных взаимосвязей между рассматриваемыми процессами, наличия конкурирующих ограничений вызывает необходимость использования при их разработке экономико-математических методов и моделей.
Вопросы разработки инвестиционных программ как в общем виде, так и в электроэнергетике рассмотрены в трудах многих российских и зарубежных специалистов. К их числу относятся работы Г. Албаха, Д.А. Арзамасцева, Л.С. Беляева, Г. Вайгартнера, И.М. Волькенау, А.А. Макарова, Л.А. Мелентьева, Г. Якоба, К. Ферстнера, Р. Хенна, Г. Якоба и др. В работах зарубежных авторов накоплен и обобщен опыт математического моделирования и оптимизации инвестиционных программ в условиях, близких к совершенной рыночной конкуренции, а в работах отечественных специалистов - в условиях плановой экономики.
Вместе с тем, в условиях рыночных отношений в сфере генерации электроэнергии и энергоснабжения возникают специфические проблемы разработки и согласования стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона и инвестиционной программы развития его генерирующих мощностей. Решение этих проблем требует разработки подхода к формированию инвестиционных программ развития генерирующих мощностей, позволяющего выбрать эффективную стратегию энергообеспечения региона.
7 Однако вопросы разработки таких подходов в научной литературе
исследованы недостаточно. Нерешенность этой проблемы и предопределила
цель и задачи диссертационного исследования.
Объект исследования - региональная энергоснабжающая организация, действующая в дефицитной энергосистеме.
Предмет исследования - математические методы и модели разработки инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации.
Целью диссертационного исследования является разработка подходов к формированию эффективной стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона в условиях реформируемого рынка электроэнергии на основе оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации.
В соответствии с сформулированной целью в работе последовательно решены следующие задачи диссертационного исследования:
разработана классификация стратегий энергообеспечения энергодефицитного региона в условиях реформируемого рынка электроэнергии;
сформулирована постановка задачи формирования рыночной стратегии энергообеспечения региона на основе оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей;
- разработаны и обоснованы критерий оптимальности инвестиционной
программы развития генерирующих мощностей и система технико-
экономических ограничений, включающая блоки технологических и
инвестиционно-финансовых ограничений;
разработаны экономико-математическая модель и численный алгоритм выбора оптимальной стратегии энергообеспечения региона и инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации;
проведена апробация разработанной экономико-математической модели и численных методов на информационной базе ОАО "Малая энергетика" и предложен набор вариантов эффективных стратегий энергообеспечения и инвестиционных программ развития генерирующих мощностей для ОАО "Архэнерго" Архангельской области в условиях возможных сценариев изменения рынков электроэнергии и энергоресурсов.
Теоретико-методологическую основу исследования составили трудьт отечественных и зарубежных специалистов, статьи в научных сборниках и периодической печати по проблемам математического моделирования развития электроэнергетики. Теоретическую базу рассматриваемой области исследования составили теория анализа и управления инвестиционными проектами, теория принятия решений. Информационную основу исследования составили справочные и статистические материалы, отражающие состояние отечественной электроэнергетики, федеральные законы и нормативные акты,
*
регулирующих функционирование и реформирование отрасли, а также
материалы ОАО "Малая энергетика" и ежегодные отчеты ОАО "Архэнерго".
Научная новизна результатов диссертационного исследования состоит в разработке комплексного подхода к формированию оптимальной стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона, включающего математическую модель оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации в условиях реформирования электроэнергетики РФ.
Перспективы развития генерирующих мощностей отрасли в условиях ее реформирования
В электроэнергетике РФ уровень износа основных фондов приобретает угрожающий характер. Основная часть действующих электростанций введена в эксплуатацию в 70-е гг. и по оценкам специалистов исчерпает ресурс к 2005 г. на 26%, а к 2015 г. - уже на 64%. Основная часть действующих электростанций введена в эксплуатацию в 70-х гг. ХХ-го столетия и по оценкам специалистов в ближайшие годы полностью исчерпает технический ресурс. При этом объем ввода новых генерирующих мощностей продолжает оставаться на недопустимо низком уровне. Выбытие генерирующих мощностей угрожает энергетически кризисом и снижает уровень энергетической безопасности России.
При рассмотрении динамики произведенной электрической энергии (рис. 1.2.) и электрической мощности электростанций (рис. 1.3.) сразу становиться ясно, что состояние электроэнергетики России неблагополучно: при росте производства электрической энергии наблюдается нестабильность объема Рис. 1.2. Динамика производства электрической энергии в 1996-2002 гг. Рис. 1.3. Динамика электрической мощности электростанций в 1996-2002 гг. генерирующих мощностей. Это неудивительно, если принять во внимание, что по данным
Госкомстата в 2002 г. степень износа основных фондов по электроэнергетике в целом резко выросла и составила 57,3%, что на 8,3% выше, чем 2001 г., на 11% выше, чем в 2000 г. - и является самым высоким показателем за всю историю российской электроэнергетики. Нарастающая динамика износа основных фондов в перспективе угрожает потребителям скорыми ресурсными ограничениями. Хотя оценка износа по парковому ресурсу условна и вернее оценивать износ по обследованию конкретных генерирующих мощностей, ресурс которых может; быть продлен. Однако степень риска аварий и отказов оборудования при такой степени износа резко повышается.1
Кроме того, в российской электроэнергетике производственная эффективность практически не повышается. Средний удельный расход топлива на один кВт-час выработанной электрической энергии в 2002 г. составил 337 г. условного топлива, что хотя и меньше примерно на 1%, чем было в 2001 г., но говорит о недостаточной заинтересованности в снижении потребления топлива.
В 2002 г. суммарные потери в электрических сетях увеличились на 2,7% по сравнению с уровнем 2001 г. и составили 15,3% от отпуска электрической энергии, что свидетельствует о высокой степени износа основного оборудования электрических сетей.
В 2002 г. серьезно ухудшились финансово-экономические результаты деятельности энергоснабжающих организаций: при росте средних розничных тарифов на электрическую энергию на 24% издержки энергогенерирующих компаний выросли на 39,2%, при этом рентабельность продукции снизилась на 28%, а число убыточных энергопредприятий возросло на 16,9%.
Эти проблемы являются следствием неэффективной структуры электроэнергетики и, в частности, модели инвестиционного финансирования отрасли: основные потребности энергогенерирующих компаний в инвестициях покрываются за счет собственных средств, частные инвестиции в электроэнергетику практически не поступают.1 Ясно, что такое состояние электроэнергетики препятствует экономическому росту страны, и поэтому реформирование отрасли и ее реструктуризация в каком-либо варианте неизбежна.
Причин неудовлетворительного развития генерирующих мощностей несколько, основная из них - недостаточный приток инвестиций в электроэнергетику в условиях монополизированного рынка электрической энергии и государственного регулирования тарифов. В электроэнергетике в настоящее время инвестирование в основной капитал происходит во многом за счет амортизационных отчислений и включения инвестиционной составляющей прибыли в тарифы.
Специфика энергообеспечения энергодефицитных регионов и разработки инвестиционных программ развития их генерирующих мощностей
Оценка инвестиционных проектов строительства, расширения, реконструкции или технического перевооружения электроэнергетических объектов определяется технологическими особенностями этих объектов, а также системной спецификой совместной работы объектов электроэнергетической отрасли.
К этим системным особенностям электроэнергетики относятся непрерывность процессов производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Это дополняется практической невозможностью мгновенного аккумулирования электроэнергии в масштабах крупных энергообъединений. В результате, в каждый момент времени должен соблюдаться жесткий баланс производства и потребления электроэнергии с учетом потерь в пределах каждой замкнутой, в энергетическом смысле, части страны.
Для электроэнергетики характерна сильная технологическая зависимости функционирования и эффективной работы всех отраслей экономики страны от бесперебойного и полного удовлетворения их потребностей в энергии. При этом, сроки сооружения энергообъектов обычно дольше, чем у объектов потребителей энергии. Это предопределяет необходимость, в ряде случаев, заблаговременного сооружения энергообъектов под ожидаемые (прогнозируемые) объемы потребления энергии и мощности.
Системная специфика электроэнергетики требуют рассмотрения инвестиционных проектов в электроэнергетике одновременно с двух позиций: общесистемных - как элемента единой системы и индивидуальных - как самостоятельного конкурентоспособного проекта на рынке ЕЭС. Кроме того, энергообъекты осуществляют в процессе эксплуатации две функции: производственно-распределительную и резервную по обеспечению мгновенных изменений в потреблении энергии и взаимопомощи и аварийных ситуациях.1
Еще одна ключевая особенность объектов электроэнергетики заключается в том, что в связи со значительной длительностью инвестиционного цикла ввод новых генерирующих мощностей в энергосистеме определяется долгосрочными (10-15 лет) планами развития. Наиболее корректное решение о строительстве того или иного типа электростанций должно приниматься после системных исследований по их размещению и оптимизации режимов загрузки энергетического оборудования отдельных энергоблоков в течение жизненного цикла с учетом влияния всех сопутствующих затрат и прежде всего топливообеспечения и дополнительного сетевого строительства на сравнительную экономическую эффективность.
Покрытие определенной части графика нагрузки для каждой конкретной электростанции определяется ее технологическими особенностями и технико-экономическими параметрами, что, в свою очередь, связано с установлением тарифной планки для выработанной электроэнергии.
При этом существует два возможных варианта задания производственно программы сравниваемых электростанций при рассмотрении их как части энергосистемы.
Первый вариант связан с заданием графика нагрузки для энергообъекта в течение времени его эксплуатации, исходя из потребностей в мощности и энергии рассматриваемой энергосистемы.
Второй вариант не предполагает непосредственной увязки производительности отдельных электростанций с ростом нагрузки и энергопотребления. Такой случай возможен, когда общий прирост нагрузки больше мощности сравниваемых энергообъектов.
На предварительном этапе анализа и для концептуальных оценок целесообразно применение второго варианта задания производственной программы. На практике значительно чаще приходится иметь дело с первым вариантом загрузки планируемых к строительству генерирующих мощностей. КИГ,ЛИО"Г=!СЛ Учет особенностей работы энергообъекта в покрытии графика нагрузки учитывается заданием числа часов использования установленной мощности электростанций.
В методологическом отношении наиболее сложным является прогнозирование цены на электроэнергию, от величины которой в значительной мере зависит коммерческая эффективность вариантов инвестиционного проектирования. При этом рекомендуется использовать уровни цен в рамках федерального оптового рынка электроэнергии и мощности (ФОРЭМ), исходя из технических и экономических особенностей функционирования АЭС, а также крупномасштабной тепловой энергетики в покрытии базовой части графика электрической нагрузки. Оценка эффективности инвестиционного проекта по строительству нового энергообъекта должна быть увязана с прогнозным развитием оптового рынка электроэнергии и мощности.
Математические модели развития генерирующих мощностей на региональном уровне
Экономически оптимальная структура генерирующих мощностей в иерархии задач развития ЭЭС может формироваться с различной степенью детализации технологической специфики отрасли. Так, задача формирования экономически оптимальной структуры генерирующих мощностей по типам электростанций и оборудования (задача 5 на рис. 2.1. и в табл. 2.1.) полностью учитывает технологические особенности и включает в себя следующие подзадачи: уточнение структуры базисного генерирующего оборудования, а также размещения его по ОЭЭС с учетом пропускных способностей межсистемных электрических связей и технических ограничений на режимы использования оборудования; выбор структуры маневренного (полупикового и пикового) оборудования; определение необходимых резервов генерирующих мощностей и размещения их по ОЭЭС и др.
Для этого требуется достаточно детально учитывать режимы работы ЕЭЭС, затраты в межсистемные линии ЭП и эффект от объединения систем, аварийность и маневренность оборудования и т.д. В связи с этим должны применяться достаточно детальные математические модели ЭЭС
Такая постановка слишком узка и не вполне отвечает задачам данного исследования, поэтому далее рассмотрена менее детализированная задача формирования экономически оптимальной структуры генерирующих мощностей по видам энергоресурсов и укрупненным типам электростанций (задача 4 на рис. 2.1. и в табл. 2.1.). Математические модели для решения этой задачи, как пишет Л.С. Беляев и др., по существу являются блоками математических моделей ЭК страны. Они представляют собой различный модификации линейных динамических математических моделей.
Действительно, в "Методических положениях оптимизации развития топливно-энергетического комплекса" приведена математическая модель перспективного развития ТЭК, состоящая из нескольких самостоятельных блоков, один из которых - блок электроэнергетики.
Первая группа ограничений данного блока (электроэнергетическая) включает уравнения и неравенства, описывающие условия развития и функционирования электроэнергетики региона. Вторая группа (топливо-энергетическая) отражает условия, налагаемые внешними связями с ЕЭЭС и сопряженными отраслями. Третья группа (региональная) учитывает ограничения по использованию природных и народнохозяйственных ресурсов региона. Искомые переменные - установленные мощности электростанции каждого типа, расчетные пропускные способности новых линий электропередач, а также обменные потоки мощности в энергосистеме. Критерий - суммарные приведенные затраты.
В первой группе уравнений в данной модели в силу специфики электроэнергетики традиционно построены два баланса - мощности и энергии. Баланс энергии отличается от баланса мощности введением коэффициентов годового числа часов использования установленной мощности электростанций определенного типа.
При этом для каждого типа электростанций рассматриваются варианты их использования. Состав вариантов определяется, во-первых, числом зон графика нагрузки- Во-вторых, в каждой зоне рассматривается возможность работы электростанции с минимальным и максимальным (для данной зоны) числом часов использования установленной мощности Данная математическая модель рассмотрена далее в сокращенном и упрощенном виде, поскольку для задачи данного исследования наиболее важны проблемы развития ЭЭС, а не ТЭК в целом. Экзогенные переменные: sT akij , - доля, с которой искомая установленная мощность электростанций i того типа, работающих в режиме j на топливе Т, участвует в балансе мощности зоны s k-того района данной энергосистемы; —sT akij - доля, с которой искомая установленная мощность электростанций і-того типа, работающих в режиме j на топливе Т, участвует в балансе энергии зоны s k-того района данной энергосистемы; hs um mj - коэффициент потерь при перетоке электроэнергии с учетом режима работы j в зоне s из энергосистемы #? в данную энергосистему ш; hs umm j - коэффициент потерь при перетоке электроэнергии с учетом режима t работы j в зоне s из данной энергосистемы m в энергосистему W ;
