Принципы формирования эффективной региональной электроэнергетики

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УДК 620.92

ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

М.В. Грязев, В.М. Степанов

Рассмотрены принципы формирования эффективной региональной электроэнергетики, пути решения, направленные на повышение эффективности её функционирования в субъектах России, вопросы, связанные с расчётом и анализом режимов региональной электроэнергетической системы с целью прогноза потребления электроэнергии и мощности Единой энергетической системы России.

Ключевые слова: эффективная региональная электроэнергетика, Единая энергетическая система, скоординированность развития, модернизация, прогнозирование электропотребления, энергорайоны.

Основные принципы развития эффективной региональной электроэнергетики должны базироваться на развитии сетевой инфраструктуры и генерирующих мощностей, обеспечении удовлетворения долгосрочного и среднесрочного спроса на электрическую энергию и мощность, формировании стабильных и благоприятных условий для привлечения инвестиций в строительство объектов электроэнергетики [1, 2].

Основные принципы развития эффективной региональной электроэнергетики должны учитывать следующие особенности её формирования:

- обеспечение надёжного функционирования электроэнергетических систем субъектов России в составе Единой энергетической системы в долгосрочной перспективе;

- достижение требуемого баланса между производством и потреблением электроэнергии в энергосистеме, включая предотвращение возникновения локальных дефицитов производства электрической энергии и мощности и ограничения пропускной способности электрических сетей;

- эффективное планирование строительства и ввода в эксплуатацию объектов сетевой инфраструктуры и генерирующих мощностей;

- информационное обеспечение для эффективной деятельности органов государственной власти при формировании государственной политики для прогнозирования эффективного развития электроэнергетики и организации коммерческой и технологической инфраструктуры отрасли, субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии, инвесторов;

- скоординированные планы развития топливно-энергетического комплекса, транспортной инфраструктуры, программ (схем) территориального планирования, схем и программ перспективного развития электроэнергетики.

Основными принципами формирования эффективной региональной электроэнергетики должны быть:

- формирование эффективных экономических решений, основанных на оптимизации режимов работы энергосистемы;

- применение новых технологических и конструктивных решений при формировании долгосрочных схем и программ перспективного развития электроэнергетики;

- скоординированность развития эффективной региональной энергетики и инновационных программ субъектов электроэнергетики;

- скоординированное эффективное развитие магистральной и распределительной сетевой инфраструктуры;

- скоординированное эффективное развитие сетевой инфраструктуры и генерирующих мощностей;

- публичность и открытость государственных инвестиционных стратегий и решений в области развития эффективной энергетики субъектов России.

Формирование развития эффективной региональной электроэнергетики должно осуществляться на основании:

- схем и программ развития Единой энергетической системы России;

- прогноза спроса на электрическую энергию и мощность как объектов, так и основных крупных узлов нагрузки, распределенных на территории субъектов Российской Федерации;

- ежегодного отчета о функционировании Единой энергетической системы России и данных мониторинга для исполнения эффективных схем и программ перспективного развития электроэнергетики;

- информации о заявках на технологическое присоединение энер-гопринимающих устройств потребителей;

- предложений Единой энергетической системы России по эффективному развитию и формированию распределительных сетей и размещению объектов электроэнергетики, полученных на основе результатов использования перспективной расчётной модели эффективной энергосисте-

мы субъектов, а также предложений сетевых организаций и органов их исполнительной власти по эффективному развитию электрических сетей и объектов генерации;

- отчетной динамики потребления электроэнергии и изменения максимума нагрузки и основных показателей энерго- и электроэффективности субъектов Российской Федерации.

Основной целью развития региональной электроэнергетики является повышение эффективности энергетического комплекса субъектов России при безусловном обеспечении его энергетической безопасности и поддержании надлежащего уровня надёжности энергообеспеченности региона на перспективу.

Для достижения указанной цели необходимо решение следующих

задач:

- модернизация генерирующих мощностей, работающих преимущественно на газе, путем замены паросиловых установок тепловых электростанций на парогазовые установки;

- модернизация генерирующих мощностей, работающих на угле, путем замены на установки, работающие с пониженными показателями удельного расхода топлива;

- оптимизация конфигурации и повышение пропускной способности системообразующих и распределительных электрических сетей;

- повышение конструкционной и функциональной надежности электрических сетей, в том числе за счет качественного обновления парка оборудования электрических подстанций;

- снижение потерь в электрических сетях и повышение эффективности канализации электроэнергии, в том числе за счет широкого внедрения проводников из новых композиционных материалов, позволяющих увеличить продолжительность срока их службы, а также создания систем автоматизированного учета и регулирования в электрических сетях;

- прогнозирование факторов для ликвидации существующих «узких мест» и ограничений на технологическое присоединение энергоустановок потребителей к электрическим сетям регионов России;

- экономически обоснованное эффективное использование местных источников топливно-энергетических ресурсов;

- повышение эффективности региональной энергетики за счет применения современных технологий и оборудования, в том числе, развитие эффективных малой и альтернативной энергетики, использование возобновляемых первичных энергоносителей;

- применение эффективных технологий реконструкции и модернизации централизованных систем теплоснабжения крупных населенных пунктов, эффективное развитие теплоснабжения на основе применения комбинированной выработки электрической и тепловой энергии.

8

Прогнозирование электропотребления и максимума нагрузки должно проводиться на основе решения основных задач развития региональной энергетики в соответствии с прогнозом потребления электроэнергии и мощности Единой энергетической системы России.

Одним из важных вопросов в этом случае являются расчет и анализ режимов региональной электроэнергетической системы, которые должны включать:

- анализ отчетного потокораспределения электрической сети 110 кВ и выше;

- расчет токов короткого замыкания в электрических сетях 110 кВ и выше на расчетный период;

- эффективное развитие генерации и тепловой энергии;

- эффективное развитие электросетевых объектов 110 кВ и предложения по корректировке ввода электросетевых объектов напряжением 220 кВ;

- основные технологические и конструктивные мероприятия по эффективному развитию сети 35.. .110 кВ;

- формирование энергорайонов в региональной электроэнергетике;

- мероприятия по присоединению технологических парков;

- обоснование строительства электрических подстанций напряжением 500 кВ на основе анализа прогнозного баланса мощности с учетом прогнозирования увеличения нагрузки в энергорайонах региональной электроэнергетической системы.

Выделение индустриальных парков и энергорайонов при оценке резервов мощности позволяет создать эффективную структуру региональной электроэнергетической системы и оптимизировать её конфигурацию и управление динамикой топологий, что позволяет повысить пропускную способность и снизить потери электрической энергии в системообразующих и распределительных сетях за счет интеллектуальных электрических сетей, включающих системы автоматизированного учета, регулирования и оперативного управления ими.

Развитие электрической сети на протяжении планируемого периода должно последовательно проводиться по следующим основным направлениям:

- повышение технического уровня и обеспечение высокого уровня надёжности функционирования электросетевых объектов в расчётный период. Обоснование оптимальных направлений эффективного развития распределительного электросетевого комплекса Распределительной сетевой компании для обеспечения надежного электроснабжения потребителей региона и эффективного функционирования РСК на проектный период;

9

- повышение эффективности функционирования электросетевых объектов, снижение затрат на эксплуатацию и потери электроэнергии в сетях;

- разработка эффективных технико-технологических мероприятий, обеспечивающих надежную работу энергосистемы в нормальных и по-слеаварийных режимах;

- создание условий для недискриминационного доступа на присоединение к электрическим сетям участников розничного рынка при обеспечении нормированной надежности.

Данные по развитию электрической сети напряжением 110 кВ и выше с выделением сводных данных для сети 35 кВ Тульской энергосистемы подтверждает правильность последовательности эффективного развития региональной электроэнергетики.

Вводы электросетевых объектов энергосистемы Тульской области в данной работе условно разделены на реализуемые и рекомендуемые.

На основе прогноза спроса на электрическую энергию по электроэнергетической системе Тульской области на период 2015-2019 г.г. (по варианту «а», представленному в табл. 1, и варианту «Ь» - в табл. 2, - структуры электропотребления Тульской области (табл. 3)) определяется требуемый уровень надёжности функционирования электросетевых объектов

где и - вероятности отказа электросетевых объектов существующих (с) и нового технического уровня (н); ку - коэффициент нового технического уровня, характеризующий уровень прогрессивности электросетевых объектов и технологии распределения электрической энергии за счёт повышения их надёжности и изменяющийся от 0,5 и выше, причём ¿/с<0,5.

Исходя из структуры схемных решений и взаимоувязанных как электросетевых объектов, так и электроэнергетического оборудования и равной вероятности отказов по общеизвестным зависимостям структурной надёжности устанавливается требуемая их вероятность отказов

и уровень показателей надёжности.

Коэффициент готовности в этом случае имеет вид

где /.„ - допустимая интенсивность отказов; - допустимое время про-

9нм = Чн(Фд,

стоя;

^дп Чн^вн >

Твн - требуемое среднее время восстановления.

Комплексный показатель эффективности использования электрической энергии, учитывающий коэффициенты эффективности и устанавливающий прямую взаимосвязь между функциональными возможностями электросетевых объектов, электроэнергетического оборудования и электроприёмников с помощью амплитудно-временных параметров потоков электрической энергии

, 1+АТ„

который не только является комплексным показателем эффективности использования электрической энергии в них, но и регулирующий её перераспределение.

Перечень реализуемых вводов электросетевых объектов составлен на основании действующих инвестиционных программ сетевых компаний. Данные мероприятия выполняются с целью повышения надежности электроснабжения существующих потребителей и создания возможности технологического присоединения новых потребителей.

Перечень рекомендуемых вводов электросетевых объектов составлен на основании расчетов электрических режимов и разделен в соответствии с вариантами прогнозного баланса «а» и «Ь».

С учетом этого сформирован перечень электросетевых объектов, намечаемых к реконструкции и строительству в 2015 - 2019 годах, а также данных о развитии электрической сети напряжением ниже 110 кВ, в табл. 4 и 5 приведены соответствующие сводные данные по реализуемым вводам электросетевых объектов, а также сводные данные по рекомендуемым вводам для прогнозных балансов по вариантам «а» и «Ь» соответственно.

Таблица 1

Прогноз развития по годам

Показатели Прогноз по годам Среднегодовой прирост за 2014-2019, %

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

Электропотребление, млрд кВт*ч 9,882 9,882 9,842 9,895 10,036 10,201 10,352

Среднегодовые темпы прироста электропотребления, % - -0,6 0,2 0,5 1,4 1,6 1,5 0,76

Таблица 2

Прогноз развития по годам

Показатели Прогноз по годам Среднегодовой прирост за 2014-2019, %

2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019

Электропотребление, млрд кВт*ч 9,882 10,231 11,229 14,011 15,404 16,324 17,285

Среднегодовые темпы прироста электропотребления, % - 3,5 9,75 24,8 9,9 5,97 5,9 9,97

Таблица 3

Прогноз развития по годам

Группа потребителей Потребление, млн кВт*ч

2015 2016 2017 2018 2019

Промышленное производство 5329,1 5358,3 5476,4 5616,9 5741,3

Производственные сельскохозяйственные потребители и лесное хозяйство 191,46 193,45 195,43 197,42 198,41

Транспорт и связь 185,21 186,12 187,13 189,1 190,07

Строительство 59,57 60,57 60,57 60,58 61,56

Жилищно-коммунальное хозяйство 438,58 439,95 441,43 444,11 445,7

Население 1415,1 1424,5 1434,02 1443,62 1454,18

Бюджетные потребители 305,08 305,85 307,64 309,42 311,3

Прочие виды экономической деятельности 959,26 965,16 969,56 974,74 981,06

Потери электрической энергии в распределительных сетях 840,31 840,93 841,82 841,71 843,51

Потери в сетях ЕНЭС 118,377 120,153 121,955 123,419 124,900

ИТОГО 9842,0 9895,0 10036,0 10201,0 10352,0

Таблица 4

Сводные данные по развитию сетей 0,4 кВ и выше по реализуемым вводам электросетевых объектов

Класс напряжения 2014 2015 2016 2017 2018 2019

км МВА км МВА км МВА км МВА км МВА км МВА

ВСЕГО, в т.ч. 558,4 65,6 507,4 110,1 508,6 90,1 598,1 277,6 616,2 438,9 440,2 39,5

220 кВ 0,0 0,0 0,0 0,0 2,6 0,0 0,0 200,0 0,0 400,0 0,0 0,0

110 кВ 1,5 0,0 13,3 72,0 27,6 40,0 68,9 40,0 0,0 0,0 0,0 0,0

35 кВ 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 16,0 0,0 0,0 13,0 0,0 0,0 0,0

6.10 кВ 87,8 37,1 171,2 25,8 141,4 25,6 145,7 25,1 216,2 25,9 132,7 27,0

0,4 кВ 469,1 28,5 322,9 12,2 337,0 8,5 383,5 12,4 387,1 13,0 307,5 12,5

Мвар, всего 0,0 0,0 104,0 0,0 0,0 20,0 0,0 0,0 0,0 6,0 0,0 0,0

110 кВ 104 20

6...10 кВ 6,0

Таблица 5

Сводные данные по развитию сетей 0,4 кВ и выше в соответствии с прогнозным балансом по вариантам «а» и «Ь»

Класс 2015 2016 2017 2018 2019

напряжение км МВА км МВА км МВА км МВА км МВА

Вариант «а» прогнозного баланса

220 кВ 0 0 0 0 0 0 2 125 2 250

110 кВ 0 0 0 0 0 0 4 0 154 50

ВСЕГО 0 0 0 0 0 0 6 125 156 300

Вариант «b» прогнозного баланса

500 кВ 0 0 0 0 20 1602 0 0 0 0

220 кВ 0 0 17,5 400 0 0 0 0 80 250

110 кВ 0 0 79,0 0 20 0 0 0 154 0

ВСЕГО 0 0 96,5 400 40 1602 0 0 234 250

В соответствии с рассматриваемым прогнозным балансом мощности предполагается увеличение нагрузки в энергосистеме на 1188 МВт до 2019 года, что существенно скажется на загрузке ЛЭП 220 кВ и другого электросетевого оборудования. Расчеты при полной располагаемой генерирующей мощности на электростанциях Тульской энергосистемы выявили необходимость строительства электрических подстанций 500 кВ в конкретном тульском энергорайоне.

Список литературы

1. Грязев М.В. Основные направления развития региональной электроэнергетики // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 8. С. 6 - 10.

2. Степанов В.М. Основные направления развития электроэнергетики Тульской области // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Тула: Изд-во ТулГУ, 2014. Вып. 8. С. 10 - 24.

Грязев Михаил Васильевич, д-р техн. наук, проф., ректор, rector@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Степанов Владимир Михайлович, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, ener-gy@tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

MAIN DIRECTIONS OF DEVELOPMENT OF REGIONELECTRIC POWER INDUSTRY

M. V. Gryazev, V.M. Stepanov 13

The principles of formation of effective regional electric power are considered, the solutions, directed on increase of efficiency of a power complex of subjects of Russia and the questions connected with calculation and the analysis of modes of regional electrical power system for the purpose of the forecast of electricity consumption and power of the Integrated power grid of Russia are also offered. Priority investment platforms for creation of large industrial parks are considered, the assessment of reserves of the centers of food of 220 kV of the Tula power supply system is given, the forecast of demandfor electric energy and balance of power by different options, and also data on development of an electric network is submitted.

Key words: effective regional power industry, Integrated power grid, coordination of development, modernization, forecasting of electric consumption, power areas.

Gryazev Mikhail Vasilyevich, doctor of technical sciences, professor, the Rector, rec-toratsu. tula.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Stepanov Vladimir Mikhailovich, doctor of technical sciences, professor, the head of chair, director of the training center «Energy efficiency», eneegytya,tsu.tula.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.3

ОЦЕНКА РИСКА ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ПРОЕКТИРУЕМЫХ И ЭКСПЛУАТИРУЕМЫХ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Ю.И. Горелов

Рассмотрены вопросы оценки риска возникновения аварийных ситуаций в электроэнергетических системах в условиях неопределенности.

Ключевые слова: электроэнергетическая система, неопределенность, опасность, уязвимость, коэффициент риска.

При проектировании или эксплуатации конкретной электроэнергетической системы желательно знать уровень опасности возникновения анормальных режимов работы, который зависит как от степени уязвимости конкретной электроэнергетической системы к различным эндогенным или экзогенным воздействиям, так и от степени опасности возникновения этих воздействий.

Обоснование уровня опасности возникновения эндогенных или экзогенных воздействий производится на основании экспертных оценок статистической обработки данных эксплуатации электроэнергетической системы. При этом желательно, чтобы возникающая опасность была охарактеризована как качественно, так и количественно.