Пофидерный баланс – будущее электроэнергетики
Как зарабатывать, теряя
Все организации, которые занимаются торговлей электричеством, знают, что его нельзя складировать в одном месте про запас. Важен баланс между генерацией и конечным потребителем. Генератор работает по простой схеме — производит столько, сколько нужно потребителю и сколько потеряется электричества «по дороге». Естественно, потери так же участвуют в процессе торговли в качестве товара. Но кто же за них несет ответственность? Тот, кто обеспечивает доставку от генераторов до конечных потребителей — сетевая организация. Она «покупает» каждый потерянный Квт*ч по специальному тарифу у сбытовой организации — продавца электрической энергии. Теперь представим простую ситуацию: вместо 10% от потерянной электроэнергии сеть теряет 9%. Эта разница в 1% и является по сути эффектом от снижения потерь, легко пересчитываемым в деньги. Но теперь возникает вопрос, как добиться этого снижения и какими данными нужно для этого обладать?
Экономия и энергоэффективность
Электросеть — сложный и постоянно меняющий свою структуру организм. На языке математики она лучше всего описывается графом. Структура этого графа может быть практически произвольной, начиная от простейшего дерева, заканчивая сложным циклическим графом. Постоянно меняющаяся структура графа связана со спецификой электроэнергетики — ежедневными переключениями между ее режимами работы. Противоаварийная автоматика, устройства релейной защиты, различные выключатели и переключатели могут радикально менять структуру сети, переходя от одной ее конфигурации к другой. Каждое такое переключение сопровождается расчетом надежности работы сети, но очень редко ее экономической выгодой.
Эту выгоду получить не просто. Просчитывать приходится одновременно несколько сценариев развития, используя огромный перечень данных. Для этого необходима и оцифрованная модель сети, с занесенными данными по физическим параметрам оборудованию, необходимы и приборы учета, считывающие показатели проходящей электрической энергии в реальном времени. Необходимы и расчетные модели для описания датчиков, по которым считывают интегральные ежемесячные показания. Но даже на этом проблемы не заканчиваются. Нужны физическая модель описания распределения электроэнергии по сети и экономическая модель описания повышения ее эффективности. Первая должна учитывать физику процесса передачи электрической энергии — правила Киркхгофа, переменный ток и его специфику, потери активной и реактивной мощности при ее передаче. Вторая — процессы амортизации оборудования, цену за каждый кВт*ч, стоимости инвестиционных проектов по новому строительству и реконструкции.
В результате мы сможем выявить участки сети (фидеры), на которых рассчитанный объем потерь ниже фактического уровня, полученного нами на основании реальных данных с приборов учета. Таких участков может быть от десятков до нескольких тысяч в зависимости от размеров и оснащенности сети приборами учета. Каждый участок может состоять из одной трансформаторной подстанции или из нескольких подстанций, соединенных линиями электропередачи. Сравнить полученные результаты друг с другом без наличия специализированного программного обеспечения достаточно сложно.
Выбрав участки с наибольшим расхождением фактических и расчетных потерь, мы начинаем анализировать причины их расхождения. Первый тип причин связан больше с человеческим фактором — это несанкционированные подключения к сети, неучтенное потребление. Второй — это чисто технические причины — нерациональное использование или поломка оборудования, нехватка дополнительных мощностей или компенсация реактивной составляющей. После выявления таких участков необходимо просчитать выгоду от уменьшения потерь на каждом из них при выборе того или иного решения. За дело берется экономика. На одну чашу весов ложатся деньги, которые получит сеть при снижении потерь, на другую стоимость проведения необходимых работ. Например, при анализе одной сетевой организации был выявлен участок с напряжением 110 кВ, потери на котором почти в два раза превышают потери на аналогичных участках. При сравнении факта с расчетом сильных расхождений найдено не было. Причина оказалась очень простой. Данный участок занимал почти всю границу региона, а электрическая энергия поступала на него всего лишь с одного генератора. Анализ сетевой инфраструктуры показал 5 вариантов снижения потерь: от строительства новой электростанции, до соединения данного участка с другими для осуществления перетоков.
Прогноз и развитие
Проекты в электроэнергетике обычно имеют срок окупаемости гораздо больше года. Соответственно и планировать развитие сети приходится на несколько лет вперед. При таком планировании обычные регрессионные модели прогнозирования объемов электроэнергии не справляются. Метод должен учитывать и сложную структуру сети, и специфику потребления отдельных групп потребителей, и внешние погодные факторы. Решать такие задачи успешно умеют лишь самообучающиеся алгоритмы прогнозирования, которые предварительно проходят длительный процесс проверки качества прогноза на реальных исторических данных.
Когда построен прогноз по энергопотреблению и учтен график уже запланированных работ в сети, прямой расчет покажет объем средств, который может быть сэкономлен на данном участке сети за весь промежуток времени. Под эти деньги уже может быть подобран инвестиционный проект по развитию сети. Таким образом, деньги вкладываются в сеть с известным сроком окупаемости и под определенные проекты. Вернемся к нашему примеру с пятью полученными вариантами развития событий. Оказалось, что строительства новой электростанции не понадобится, так как неподалеку от предполагаемого места строительства через полгода уже завершится строительство одной электростанции. Связать наш участок с ней — означало построить всего лишь порядка 1 км линий электропередачи. Реализованный проект помог снизить потери электрической энергии на 1,5%. Мало, скажете вы? А теперь представьте, сколько сэкономлено денег, если через этот участок проходило около 20% всей электроэнергии региона.
Чем более прозрачным и обоснованным будет становиться процесс осуществления инвестиционных проектов, тем больший объем инвестиций будет привлечен в данную сферу бизнеса. Поэтому могу смело сказать, что за формированием баланса по участкам и фидерам сети, а также связью между физикой и экономикой, лежит будущее мировой энергетики.