CC BY
181
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
%
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
УДК 621.31+338 а. В. БУБНОВ
И. В. ФЁДОРОВ Л. Г. ПОЛЫНЦЕВ
Омский государственный технический университет
ЭНТРОПИЙНАЯ МОДЕЛЬ ВЗАИМОСВЯЗИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ И ЭКОНОМИКИ__________________________________________________
В статье рассматриваются вопросы создания концептуальной модели устойчивого развития электроэнергетики на основе теории саморганизации во взаимосвязи с экономикой. Предлагается энтропийная модель долгосрочного планирования производства, распределения и потребления мощности в электроэнергетической системе.
Ключевые слова: электроэнергетическая система, энтропийная модель, взаимосвязь энергетики и экономики.
Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения соглашения № 14S37.21.0332 от 27 июля 2012 г.
Постановка задачи. Развитие электроэнергетики и связанные с этим теоретические исследования электроэнергетических систем (ЭЭС) в нашей стране до последнего времени базировалось на использовании хорошо разработанной методологии системных исследований в энергетике (СИЭ), соответствующих методов прогнозирования, проектирования и планирования, которые были достаточно эффективными для централизованной планово-директивной системы управления [1].
Сегодня они во многом не адекватны существующей системе электроэнергетики, многоукладной по форме собственности и без вертикальной интеграции по виду организации. Однако в СИЭ заключен достаточно мощный потенциал, который может и должен быть использован при разработке современных систем управления развитием электроэнергетики. Необходимо признать, что проблема развития электроэнергетики во многом не решена и за рубежом, хотя в странах с либеральной экономикой она воз-
никла намного раньше. Ориентация на методы стратегического менеджмента, который предназначен решать задачи устойчивого развития компаний и обеспечивать высокий уровень организации во многом не дает желаемого результата.
Если рассматривать электроэнергетику в соответствии с Законом об электроэнергетике как систему экономических отношений составляющих ее субъектов, то ЭЭС сегодня стала системой их производственных отношений. Существующие недостатки в части построения системы производственных отношений проявляется снижением эффективности и надежности ЭЭС. Можно наблюдать противоречия интересов субъектов электроэнергетики, которые нарастают и обнажаются, что сопровождается отказами от решений, заложенных в «Генеральной схеме размещения объектов энергетики» и «Программе перспективного развития электроэнергетики» как основы проектирования развития ЭЭС, более того, отсутствует устойчивое развитие электроэнергетики [2].
Произошедшие преобразования электроэнергетики привели к ее превращению из производственной в социотехническую систему, принципиально отличающуюся тем, что развитие может осуществляться только на основе самоорганизации за счет внутренних сил, формирующихся под влиянием внешних условий, таким образом, имеет место смена парадигмы развития электроэнергетики. В рамках новой парадигмы предлагается концептуальная модель развития, построенная на основе теории самоорганизации, в соответствии с которой устойчивое развитие электроэнергетики обеспечивается непрерывным поддержанием в ней триединых процессов: стабилизации, упорядочивания и детерминированного хаоса, создающего многообразие и свободу выбора путей развития.
Управление изменениями и управление развитием — принципиально разные виды деятельности. Управление изменениями — «внутренний» процесс, который при определенных условиях может привести к развитию системы, а управление развитием — «внешний» процесс, который при определенных условиях может привести к изменению направления и хода развития.
Предлагаемые механизмы развития призваны обеспечить взаимосвязь и согласованность социальной, экономической и технической политики в электроэнергетике, кроме того, представлены их структура и состав задач, решение которых определяет появление синергетического эффекта. В связи с этим необходимо разработать модели и методы интегрального описания режимов работы ЭЭС, позволяющие определять:
— оптимальный размер и структуру резервов мощности и энергии в ЭЭС с учетом особенностей режимов гидроэлектростанций для компенсации пиковых нагрузок;
— размещение резервов мощности в ЭЭС с учетом ограничений пропускной способности межсис-темных связей;
— режимные характеристики ЭЭС в виде узловых небалансов по активной мощности для анализа ее устойчивоспособности;
— области допустимых режимов (ОДР) с учетом нелинейного характера их границ на основе необходимых и достаточных условий существования режимов.
В прикладном плане СИЭ были направлены на решение конкретных задач управления функционированием и развитием. На основе методологии СИЭ осуществлялось управление развитием энергетики
в СССР: разрабатывались стратегии развития энергетики, схемы развития электроэнергетики страны, отдельных регионов и т. д. В последний период существования СССР из-за предположения идеальности систем управления в энергетике и стране стал проявляться основной недостаток СИЭ — слабая реализуемость выработанных с помощью СИЭ решений. Причина этого заключалась в том, что СИЭ не учитывали социопсихологический аспект больших систем энергетики, в частности, реальные свойства систем управления. В менеджменте, к сожалению, нет методов и критериев, которые гарантировали бы то, что идет процесс развития, а не движение к краху организации. Видимо, это и является причиной того, что многие предприятия в результате такого «развития» через некоторое время исчезают с поля своей деятельности [3].
Примерно такое же положение имело место с понятием «развитие» в СИЭ. С одной стороны, утверждается, что задачей СИЭ является исследование тенденций и закономерностей развития систем энергетики, т. е. признается, что развитие присуще системам энергетики естественным образом и существует объективно, его можно исследовать. С другой стороны, управление в энергетическом хозяйстве, в том числе развитием, выступает основным предметом СИЭ.
Не лучше ситуация и с понятиями «управление» и «управление развитием». Под управлением понимается выработка управляющих решений (на основе прогнозирования, планирования, проектирования и т.д.) и их реализация путем воздействия управляющей подсистемы на управляемую систему, направленных на изменения ее параметров. Однако если развитие системы — объективный, естественный и закономерный процесс, то что означает управление этим процессом? Как это возможно? Может быть, все современные проблемы управления и заключаются в том, что мы вмешиваемся в естественный процесс развития и разрушаем его?
Наконец, о понятии «системная надежность». Сегодня оно тоже требует развития. Для электроэнергетики, представлявшей собой единый производственно-хозяйственный комплекс, системная надежность определяла надежность этого комплекса по отношению к потребителям электроэнергии и обеспечивалась единым управляющим субъектом — ЭЭС. Для электроэнергетики, представляющей собой множество хозяйствующих субъектов, ЭЭС уже не является таким субъектом. Исчез субъект, обеспечивающий системную надежность при развитии электроэнергетики.
Развитие — естественный процесс, присущий самоорганизующимся объектам, которые, как системы, являются открытыми, неравновесными, диссипативными, но операционально-замкнутыми. Известно определение понятия «развитие» как «необратимого, направленного и закономерного изменения материальных и идеальных объектов», где только одновременное наличие триединых процессов, указанных ранее, выделяет процесс развития в среде других изменений. Исследование данного понятия позволило сформулировать следующие тезисы:
направленность — освоение «потенциала развития», которым обладает (наделяется) самоорганизующаяся система;
необратимость — наличие диссипации, которая определяет «невозможность» вернуться в исходное состояние, положение и т.д.;
закономерность — наличие механизма развития, который не познан в полной мере, но о котором
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
есть некоторое представление, в частности, что его работа определяется критерием невозрастания энтропии системы.
Не всегда изменения, происходящие в открытых, неравновесных, диссипативных и операциональнозамкнутых искусственных системах являются процессом развитая, хотя могут обеспечивать достижение определенной цели. Развитием они становятся, если в результате изменений расширяется пространство, и (или) увеличивается время существования системы, что проявляется в увеличении спроса на результаты ее работы, снижается объем потребляемых ею ограниченных ресурсов.
Структурно самоорганизующиеся системы могут быть двух типов:
— системы, включающие в себя организующий центр и организуемый объект (системы по Эшби);
— системы без организующего центра, где проявляется синергетический эффект (системы по Xакену).
С системных позиций развитие как процесс можно представить состоящим из трех подпроцессов: детерминированного хаоса, упорядочивания и стабилизации.
Детерминированный хаос определяет расширение конфигурационного пространства системы, обусловленного переходом к новому «странному» аттрактору, т.е. к новому состоянию. Хаос порождается изменением потенциала развития системы. Этот подпроцесс направлен на изменение системы, он повышает ее сложность и расширяет ее возможности.
Упорядочивание обеспечивает установление новых связей, порядка в системе на основе сложившейся в результате хаотического подпроцесса структуры отношений. Этот процесс ведет к росту организованности и возможностям выполнения новых функций.
Стабилизация обеспечивает повышение степени использования образовавшихся связей в рамках сложившейся структуры отношений и связей, проявляющихся в виде роста выполняемых системой функций [4].
С развитием рыночных механизмов в России резко возросла роль ценовых и финансовых взаимосвязей энергетики и экономики, принципиально изменились способы государственного управления отраслями ТЭК, усилились противоречия между интересами государства и отдельных энергетических предприятий и компаний. Перспективное планирование развития ТЭК по схеме: долгосрочный прогноз — комплексная программа НТП на 15 — 20 лет — предложения к основным направлениям плана — пятилетний план, сменились другой схемой: долгосрочный прогноз — энергетическая стратегия — энергетическая политика — конкретные программы, реализующие энергетическую политику — мониторинг реализации политики. При этом приходится учитывать необходимость и способы совмещения интересов государства, регионов и субъектов ТЭК (акционеров и персонала энергетических компаний и предприятий) и вносить коррективы в энергетическую политику.
В области системных исследований принципиально изменились представления об иерархии систем энергетики, роли их управляющих подсистем и особенно о значимости вертикальных (абсолютно доминировавших в плановой системе) и горизонтальных (преобладающих в рыночных условиях) взаимосвязей систем. Намного сложнее стали задачи информационного обеспечения перспективных энергетичес-
ких решении из-за отсутствия централизованных планов развития экономики.
Математические модели энергетических систем сделались практически обязательным инструментом обоснования государственных прогнозов и бизнес-планов развития компании и требования к ним резко повысились. Планы и прогнозы теперь приходится непосредственно увязывать с финансовыми показателями деятельности компаний и обусловленными ими возможностями аккумулирования собственных и привлечения внешних инвестиций. Все это принципиально усложнило проблему моделирования взаимосвязей энергетики и экономики.
Учитывая актуальность проблемы разработки современных математических моделей взаимосвязей энергетики и экономики, рассмотрим эволюцию подходов и методов их формирования. Важную роль в исследовании связей отраслей ТЭК с другими отраслями долгое время играли модели межотраслевого баланса. Развитие этих моделей шло путем включения механизмов обратной связи между первичными факторами (трудом, капиталом, энергией) и конечным потреблением, а также представления коэффициентов межотраслевых связей в виде неоклассической производственной функции.
Подавляющее большинство моделей, применяемых в странах с рыночной экономикой для оценки макроэкономических последствий ценовых и других изменений в энергетике, базируются на неоклассических принципах общего равновесия. Большие прикладные модели этого типа (CGE — Computable General Equilibrium models) — системы поведенческих уравнений, определяющих через изменение относительных цен экономическое равновесие между производством и потреблением товаров и услуг в условиях совершенной конкуренции. Потребители максимизируют прибыль через производственную функцию, описывающую связь между затратами ресурсов и выпуском продукции. Ресурсами являются капитал, труд и другие производственные факторы (в том числе и энергия); они обеспечиваются потребителями, максимизирующими свою полезность с учетом бюджетных ограничений. Точке пересечения кривых спроса и предложения соответствуют цены равновесия. В ней уравнения, описывающие поведение производителей и потребителей, являются эконометрическими и нелинейными.
Включение в модели экономического роста наряду с трудом и капиталом энергии, а в модели межотраслевого баланса дезагрегирование энергетики стало широко практиковаться при исследовании взаимосвязей энергетики и экономики. При этом происходило усложнение макроэкономических моделей, учет в них экологических и других факторов.
Наиболее сложная и интересная модель, учитывающая взаимосвязи между производством и потреблением энергоресурсов, была разработана в 1974 г. Федеральной энергетической администрацией США как инструмент оценки альтернативных стратегий достижения энергетической независимости. Модель, названная PAES [5], состоит из трех подмоделей. Первая — эконометрическая модель потребностей. Она описывает зависимость спроса на отдельные виды топлива и энергии от цен по девяти агрегированным районам США. Вторая — подмодель энергоснабжения используется для построения характеристик затрат на добычу и транспорт нефти, газа и угля в функции от размеров дополнительного вовлечения этих ресурсов в энергетический баланс страны и других факторов. Третья, интегрирующая, подмодель
с помощью специальной итеративнои процедуры ищет равновесное состояние рынка энергии.
По мере расширения состава задач и усложнения рассматриваемых энергетических проблем все четче вырисовывается тенденция к интеграции энергетических и экономических моделей. Это объясняется тем, что имеющиеся энергетические и экономические модели, исследуемые раздельно, дают неполную, а часто и неправильную оценку взаимосвязей между энергетикой и экономикой. С одной стороны, энергетические модели, реалистически учитывая взаимозаменяемость различных энергоносителей, принимают все связи с экономикой как заданные, фиксированные, с другой — макроэкономические модели и модели поведения потребителей энергии рассматривают энергетическую систему чрезмерно агрегиро-ванно. Поэтому естественно стремление связать энергетические и экономические модели в один вычислительный комплекс. Это можно сделать двумя принципиально разными способами. Первый — создание единой «супермодели» экономики, достаточно подробно описывающей внешние и внутренние связи энергетики. Второй способ — использование системы самостоятельных энергетических и экономических моделей, увязываемых с помощью итеративных (необязательно формальных) методов.
Хотя в настоящее время нет принципиальных математических и вычислительных ограничений на создание гигантских моделей, эффективность их практического применения вызывает сомнение. В самом деле, такие модели не только трудно отлаживать, но, что более важно, на них трудно анализировать роль отдельных факторов и интерпретировать получаемые результаты. Неформализованный подход, где информация, получаемая из одной модели, анализируется специалистами и служит входом в другую модель, существенно облегчает исследования долгосрочных проблем развития энергетики и экономики.
Обобщая краткий обзор состояния моделирования и исследований взаимосвязей энергетики и экономики за рубежом можно выделить следующие тенденции:
а) усиление внимания к оценке зависимости потребностей в топливе и энергии от их цены;
б) расширение круга анализируемых внешних связей ТЭК и стремление учесть комплексное влияние стратегий развития энергетики на экономику;
в) переход от использования отдельных экономических и энергетических моделей к их синтезу;
г) создание сложных модельно-компьютерных комплексов. Создание таких комплексов — длительный, поэтапный процесс, в ходе которого меняется приоритетность и состав решаемых задач, совершенствуются (по мере постижения изменяющейся реальности) способы описания взаимосвязей энергетики и экономики, включаются в систему новые модели, разрабатываются новые способы их взаимодействия.
В отличие от зарубежных стран, в СССР основным принципом функционирования экономики того периода на макроуровне являлось централизованное перспективное планирование и административное управление. Отсюда основной задачей моделирования взаимосвязи энергетики и экономики служила необходимость оптимизации и балансировки основных характеристик, под которыми понимались материально-вещественные аспекты экономики, без учета ценовых и финансовых факторов.
К прикладным моделям предъявляются достаточно строгие требования, основными из которых
являются: информационная обеспеченность модели, технологичность, пользовательская доступность. Поэтому из всего многообразия теоретических межотраслевых моделей к практическому использованию в планировании методическими указаниями к разработке народнохозяйственных планов были рекомендованы лишь две из них: модель натурально-стоимостного баланса и укрупненная стоимостная динамическая мо-дель.
Экономическое развитие России с 1990-х годов сопровождалось все более сильным влиянием товарно-денежных отношений на макроэкономические пропорции и динамику. Многократно возросла роль денег. Именно поэтому прежний модельный инструментарий не может в должной мере соответствовать экономической действительности. Кроме того, значительно расширился диапазон поведения экономических агентов. Это дает основания для построения и использования поведенческих регрессионных уравнений, что нашло отражение в разработанной в Институте экономического прогнозирования РАН межотраслевой модели RIM (Russian Interindustry Model) [6]. Строго говоря, модель RIM пока не является моделью общего равновесия — в ней отсутствует блок эндогенных расчетов равновесия на денежном рынке. Отчасти это объясняется информационными трудностями.
Формирование и развитие топливно-энергетического комплекса страны вызвали острую необходимость создания методологии и современных средств его изучения и управления. Базой для этого послужила методология системных исследований в энергетике [7, 8], являющаяся дальнейшим органическим развитием и практическим воплощением идей и методов, накопленных советской школой энергетиков и экономистов, начиная с работ плана ГОЭЛРО.
Разработка моделей для оптимизации развития ТЭК шла во взаимосвязи с уточнением задач исследования, планирования и прогнозирования. Цели перспективного планирования ТЭК и входящих в него подсистем на уровне Госплана СССР в общем виде сформированы в «Методических положениях оптимизации развития топливно-энергетического комплекса» [9], подготовленных сотрудниками СЭИ, ГВЦ Госплана СССР, ВГПИ и НИИ Энергосеть-проекта (ЭСП), ИВТАНа, Центрального научноисследовательского института экономики и научнотехнической информации (ЦНИЭИУголь), ВНИИ Нефтепереработки. Цели долгосрочного прогнозирования энергетики широко обсуждались в 1970-х годах, когда в ее развитии все четче начали проявляться новые тенденции. Эти цели нашли свое отражение в «Методических положениях долгосрочного прогнозирования топливно-энергетического комплекса» [8].
По мере расширения состава решаемых задач и усложнения рассматриваемых энергетических проблем все четче вырисовывались следующие направления и тенденции в развитии моделирования ТЭК:
1. Интегрирование моделей ТЭК с экономическими моделями для более полного учета внешних связей энергетики.
2. Построение систем моделей как иерархически соподчиненных в производственном и временном аспектах; все более широкое использование имитационного подхода.
Разработанная в СЭИ СО АН СССР в 1970-х годах прошлого века схема долгосрочного прогнозирования ТЭК [7], а затем и система моделей [8] (рис. 1) начали использоваться при исследовании проблем долгосрочного развития энергетики СССР.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Рис. 1. Система моделей СЭИ СО АН СССР долгосрочного прогнозирования энергетики СССР
Одним из подходов исследования вопросов развития многоотраслевых комплексов и отраслей во взаимодействии с народным хозяйством в целом являлся проект СОНАР (Согласование отраслевых и народнохозяйственных решений) и его составная часть — СОНАР-ТЭК [9]. Этот проект продолжает развиваться. В настоящее время в него входит агрегированная оптимизационная межотраслевая межрайонная модель (ОМММ), включающая равноправное описание всех основных отраслей промышленности и народного хозяйства, и специализированная модель с «акцентированным» описанием энергетических производств. Первая является одной из координирующих моделей во всей системе СОНАР: через нее осуществляются увязка и согласование разработок, проводимых в рамках данного проекта, с разработками, осуществляемыми в рамках другого системного проекта СИРЕНА (СИстема РЕгиональных и НАроднохозяйственных моделей), нацеленного на исследование межрегиональных и региональных аспектов общественного производства.
Вторая модель, получившая название ОМММ-ТЭК, одна из основных в модельном комплексе СОНАР-ТЭК. Ее роль определяется двумя функциями. Во-первых, на ее основе происходит «включение» исследований в области энергетики в общую схему обоснований народнохозяйственного плана за счет взаимодействия ОМММ-ТЭК с агрегированной ОМММ, специализированными народнохозяйственными моделями других «ветвей» проекта СОНАР (машиностроительной, химической, лесопромышленной и др.). Во-вторых, она выполняет функции координирующей для моделей собственно энергетических систем. Таким образом, модели объектов и подсистем ТЭК обеспечивают выход на конечные народнохозяйственные показатели, осуществляют информационное наполнение ОМММ-ТЭК, повышая достоверность получаемых на ее основе результатов.
Оригинальная экономико-математическая модель разработана в ИНЭИ РАН — Модель энергетики в экономики (МЭНЭК) [10, 11]. Это динамическая модель межотраслевого баланса типа Неймана с более
подробным описанием отраслей ТЭК и топливноэнергетических ресурсов. Она может использоваться как для ретроспективного анализа на основе верификации по статистическим данным последних лет отчетного периода, так и для прогнозирования развития экономики на перспективу до 7—10 лет.
Структурной основой модели служат 23 баланса производства и распределения продуктов (в том числе 9 видов энергоносителей), 17 финансовых балансов отраслей, финансовые балансы государственных учреждений и двух групп домашних хозяйств (в зависимости от уровня доходов), баланс просроченных кредиторской и дебиторской задолженностей. Почти все эти балансы соответствуют требованиям системы национальных счетов. Кроме основных балансовых ограничений МЭНЭК содержит ряд специальных требований, отражающих рыночный характер функционирования экономики, а также группы целевых ограничений, которые гарантируют соблюдение на минимальном уровне интересов всего общества и каждого субъекта экономики в процессе поиска рациональных компромиссных решений. Для каждого расчетного года общее количество ограничений составляет 347 равенств и неравенств, не считая числовых диапазонных ограничений для большинства переменных модели. Кроме статических ограничений МЭНЭК содержит большую группу динамических ограничений, определяющих согласованность решений на соседних временных интервалах.
Искомыми в модели являются следующие группы показателей: интенсивности использования отраслевых производственных мощностей, объемы экспорта и импорта продуктов, объёмы изменения запасов готовых продуктов, индексы цен производителей на товары и услуги, ставки основных налогов и экспортных таможенных пошлин, среднеотраслевые уровни зарплаты, объемы государственных дотаций отраслям из числа социально опекаемых, объемы просроченных задолженностей отраслей и госучреждений, объемы убытков в составе сальдо распределяемой прибыли отраслей, объемы финансовых
остатков и эмиссии акции отраслей, отраслевые нормы дивидендов, объемы государственного и отраслевых займов. Всего 330 переменных.
Сценарный макроэкономический анализ краткосрочной перспективы проводится на основе решений модели, полученных с помощью последовательности взаимосогласованных статистических расчетов. При этом производственные мощности и параметры матриц выпуска и промежуточного потребления отраслей поставлены в зависимость от капиталовложений предыдущих периодов, а для топливно-энергетических отраслей принимаются согласно прогнозным расчетам, сделанным на соответствующих отраслевых моделях [12].
Модель может использоваться в оптимизационном и имитационном режимах. В оптимизационном режиме производится автоматический поиск переменных по разным критериям оптимальности с помощью оригинального метода полилинейного программирования. В рамках имитационного режима часть переменных может фиксироваться, а остальные — вычисляться по дополнительным алгоритмам при заданных возмущениях либо в рамках дополнительных ограничений. В частности, этот режим используется в процессе верификации модели по статистическим данным последнего отчетного года, а также при дезагрегировании внешних макроэкономических решений. Модель МЭНЭК является важным элементом модельно-компьютерного комплекса, разрабатываемого в ИНЭИ РАН для анализа стратегических и оперативных проблем развития энергетики России.
Таким образом, объективное моделирование взаимосвязей энергетики и экономики в современных условиях рынка требует применения модельнокомпьютерных комплексов (МКК). При этом, данные МКК не должны быть излишне требовательны к составу статистических данных, так как это усложняет применение моделей на практике. Последнее особенно актуально для моделирования взаимовлияния энергетики и экономики на региональном уровне.
Учитывая российскую специфику сбора статистической информации региональный МКК энергетики и экономики должен состоять из имитационных отраслевых моделей, учитывающих технологические, транспортные, человеческие, рыночные и другие территориальные ограничения, и сводной оптимизационной модели оценки влияния отраслевых сценариев на макроэкономику рассматриваемого региона в целом, которую целесообразно создавать на основе моделей межотраслевого баланса.
При этом входной информацией для МКК энергетики и экономики будут являться данные таблиц, сгруппированные в следующие блоки: «Энергоресурсы», Преобразование энергоресурсов», «Транспорт энергоресурсов и энергоносителей», «Потребность в конечных энергоносителях», «Экспорт и импорт энергоресурсов», «Экология» [13].
В блоке «Энергоресурсы» должны описываться технико-экономические и экологические показатели, а также ограничения на добычу (производство) первичных энергоресурсов по каждому из выделенных регионов.
Блок «Преобразование энергоресурсов» должен содержать технико-экономические и экологические показатели действующих и перспективных технологий и установок энергетических объектов (НПЗ, электростанций, котельных, углеперерабатывающих предприятий и т.д.), энергосберегающих и природоохранных мероприятий.
В блоке «Транспорт энергоресурсов и энергоносителей» должны описываться типы и направления действующих и вновь сооружаемых основных транспортных потоков первичных энергоресурсов (нефть, газ, уголь) и конечных энергоносителей (электроэнергия, централизованное тепло, моторное топливо, мазут, прочие нефтепродукты, уголь), а также задаваться ограничения на их развитие. Необходимо также задать технико-экономические показатели магистральных и распределительных нефте- и газопроводов, межрегиональных и внутрисистемных линий электропередач (ЛЭП), железнодорожного транспорта.
В блоке «Потребность в конечных энергоносителях» для рассматриваемого региона необходимо задать возможные размеры потребления (с разбивкой по крупным потребителям) основных энергоносителей: электро- и теплоэнергии, моторного топлива, прочих нефтепродуктов, котельнопечного топлива с выделением газа, мазута, кузнецкого, канско-ачин-ского, других каменных и бурых углей. Кроме того, необходимо описать технико-экономические и экологические показатели энергосберегающих мероприятий.
В блоке «Экспорт и импорт энергоресурсов» необходимо задать прогнозные экспортные (франко-граница) и импортные цены и ограничения на экспортируемые и импортируемые энергоносители региона.
В блоке «Экология» следует задать технико-экономические показатели технологий по сокращению выбросов и предельно допустимые выбросы вредных веществ в атмосферу региона.
Выходную информацию регионального МКК энергетики и экономики пользователь должен получать в виде балансовых и других таблиц и графиков в формате Microsoft Excel по выбранному для моделирования региону (рис. 2). В их числе — балансы производства и потребления первичных энергоресурсов, балансы электроэнергии и централизованного тепла, балансы нефти и нефтепродуктов, балансы котельно-печного топлива, межрегиональные поставки топлива и электроэнергии, потребность в инвестициях по секторам энергетики, замыкающие затраты на топливо и электроэнергию, объемы эмиссии вредных веществ и парниковых газов в атмосферу по регионам страны [14].
В качестве основного критерия оптимизации в модели автором рассматривается минимум суммарных дисконтированных затрат на добычу, переработку (преобразование), транспорт, снижение вредных выбросов и энергосбережение энергоносителей) за весь расчетный период с учетом выручки от экспорта энергоносителей.
Описываемый ММК энергетики и экономики будет позволять для рассматриваемого региона оценить:
— балансы первичных энергоресурсов, электроэнергии и централизованного тепла;
— перспективную технологическую и производственную структуру отраслей ТЭК в зависимости от сценариев демонтажа действующего оборудования в отраслях ТЭК;
— масштабы и темпы внедрения новых технологий в отраслях;
— масштабы и сферы влияния крупных топливноэнергетических баз;
— межрегиональные поставки топлива и энергии в зависимости от сценариев развития экономики региона (уровней энергопотребления), масштабов
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
Технико-экономические и экологические показатели
Рис. 2. Структура выходных результирующих таблиц динамической модели ТЭК России
развития местных топливных баз, затрат на добычу, производство и транспорт энергоносителей и т.д.;
— влияние экспорта и импорта топлива и электроэнергии на ТЭК;
— эмиссию парниковых газов и других вредных выбросов и набор мероприятий по их сокращению;
— ориентировочные объемы требуемых инвестиций на развитие энергетики региона.
Последовательность расчетов обусловлена решаемой задачей. Однако во всех случаях расчетам предшествует настройка всех моделей на базовый сценарий развития народного хозяйства региона. Он характеризуется прежде всего темпами экономического роста и уровнем жизни.
Настройка макроэкономической модели осуществляется главным образом путем изменения задаваемой динамики коэффициентов материало- и трудоемкости, норм выбытия производственных мощностей, а также некоторых ограничений.
Таким образом, выявленную тенденцию перехода от комплекса моделей к построению сложных интерактивных модельно-компьютерных комплексов, которые включают обширные базы данных и рассчитаны на использование мощной вычислительной техники и новейших информационных технологий, облегчающих обработку и анализ огромных массивов информации, автор предлагает использовать для исследования взаимосвязей энергетики и экономики на региональном уровне. Основу МКК должны составить имитационные отраслевые модели и сводная модель межотраслевого баланса, что позволит решить задачу определения рациональной региональной ценовой политики и тарифов энергетических компаний на основе оценки и учета негативных социально-экономических последствий от роста стоимости топлива и энергии и угрозы их дефицита при недостаточных ресурсах для инвестиций
Прогресс предполагает повышение эффективности системы и, следовательно, снижение ее диссипации и энтропии. В развивающейся системе увеличение энтропии из-за роста системы с избытком компенсируется снижением энтропии параллельно идущими подпроцессами детерминированного хаоса и упорядочивания. В совокупности энтропия развивающейся системы снижается.
Движущей силой развития является механизм развития, работающий только в определенных условиях. Человек может ускорять или замедлять ход развития, т. е. оказывать влияние на темпы развития во избежание кризиса, для обеспечения эволюционного развития социотехнических систем.
Управление развитием может осуществляться только через изменения среды существования самоорганизующихся систем. Это управление направлено на актуализацию нужного для внешней среды потенциала развития системы и таким образом оказывает влияние на направление развития самой системы.
Это может быть одним из инновационных путей решения проблемы надежности. При отсутствии субъекта надежности остается рассчитывать на использование традиционных, известных способов, на обострение противоречий субъектов электроэнергетики при разработке нормативов и технологических регламентов, на дополнительные затраты, в том числе на соответствующие контролирующие органы и прочее. В конечном итоге это ведет к повышению цены на электрическую мощность и энергию, что противоречит интересам потребителей и будет сдерживать развитие экономики страны. Таким образом, можно утверждать, что надежность ЭЭС, как технико-технологической системы, в рамках которой осуществляются производство и передача электроэнергии, обусловливается не только ненадежностью оборудования и управления, но и организационно-экономической сферой, где должен найти место специализированный субъект надежности.
Переходя к проектированию ЭЭС, имеем в виду проектирование изменений ЭЭС, которые должны обеспечить не только техническую надежность электроснабжения, но и надежность для производителей электроэнергии строить свои экономические отношения и связи в условиях расширяющегося оптового рынка, возможностей заключать прямые двухсторонние договоры. При складывающейся организации электроэнергетики здесь также возникают терминологические осложнения. Открытым остается вопрос — кто тот субъект, который обеспечивает проектирование развития ЭЭС в интересах всех действующих и новых субъектов элекроэнергетики?
В существующей организации развивать ее могут лишь субъекты в рамках своей собственности. ЭЭС, в частности ЕЭС России, не является субъектом и поэтому целенаправленно развиваться не может. Она лишь меняется в зависимости от развития субъектов электроэнергетики. В этом плане ЭЭС уже не является синонимом электроэнергетики. В то же время такая система, состоящая из отдельных самостоятельно развивающихся субъектов, является потенциально самоорганизующейся. В ней имеются синергетические силы, обеспечивающие развитие энергетики в целом и соответствующие изменения ЭЭС. Такими силами являются рыночные силы, формирующие и запускающие в работу различные механизмы и институты. Очевидно, что на этапе реформирования заблуждением была вера в достижение баланса этих сил, а тем более в их консолидацию в интересах развития электроэнергетики. Однако опыт показывает, что отсутствие этих сил, перенос ответственности и обязанностей по развитию электроэнергетики на государство ведет к росту затрат и доминированию аппаратной формы управления, что обуславливает снижение эффективности и темпов развития, росту бюрократизации.
С другой стороны, имеется и внешняя, достаточно жесткая потребность в развитии электроэнергетики. Роль электроэнергии в современной жизни также велика и существенна, как роль Солнца, воздуха, воды и прочих составляющих биосферы. Понимание и законодательное закрепление за электроэнергетикой роли жизнеобеспечивающей системы предопределяет отношение к ней как к самоорганизующейся системе, следовательно, основой ее развития является соответствующий механизм «естественного» развития.
В итоге можно сформулировать тезис. Современная электроэнергетика является потенциально самоорганизующейся, развивающейся системой, а после произошедшего ее реформирования — самоорганизующейся системой без организующего центра, т. е. развивающейся на основе синергетики в поведении ее элементов, другими словами, самоорганизующейся системой по Хакену [2].
Развитие осуществляется за счет освоения потенциала развития. Чем больше он освоен, тем менее интенсивно идет развитие. При его исчерпании возникает кризис. Сам же потенциал развития может наращиваться исключительно за счет внешней среды, в данном случае для электроэнергетики — за счет освоения научно-технических достижений в области организации и управления электроэнергетикой (организованность), в области производства и передачи электроэнергии (инновационность), ростом энерговооруженности экономики и жизнедеятельности. Если система полезна обществу, то общество в лице государства наращивает потенциал развития системы, т. е. осуществляет управление развитием, что в конечном итоге оборачивается ее инвестиционной привлекательностью. Для этого государство берет на себя функции гаранта по отношению к инвесторам.
Метод решения. Электроэнергетика как отрасль народного хозяйства характеризуется большой инерционностью развития. Строительство основных электроэнергетических объектов продолжается в среднем 10—15 лет, и поэтому крупные структурные сдвиги в электроэнергетике — создание новых электрических станции (ЭС), мощных линий электропередач (ЛЭП), потребителей электрической энергии (ПЭЭ) — необходимо планировать за 12— 17 лет.
Динамика производства и потребления электрической энергии определяется объективными тенденциями развития как энергопроизводящего комплекса, так и отраслей народного хозяйства [15]. Под объективными тенденциями развития понимается, например, создание тепловых ЭС вблизи залежей угля, атомных ЭС в местности, не имеющей энергетического сырья, пропорциональность развития электроэнергетики и отраслей народного хозяйства, создание ПЭЭ в густонаселенных центрах и т.д.
На объективные тенденции развития оказывает влияние множество неопределенных и случайных факторов. Неопределенные факторы отражают неполноту информации в данное время о развитии в будущем потребностей в электрической энергии по отраслям народного хозяйства. Случайные —характеризуют, например, случайные колебания количества и качества электрической энергии.
При долгосрочном планировании производства, распределения и потребления электрической энергии приходится учитывать воздействие неопределенных факторов, а случайные факторы не столь существенны. Образно говоря, долгосрочное планирование играет роль «советника», рекомендующего проводить определенную политику в формировании электроэнергетического баланса будущего.
Электроэнергетика представляет собой некоторую сложную энергетическую систему с фиксированным пространственным распределением ЭС, ПЭЭ и соединяющими их ЛЭП. Для того чтобы описать состояние такой системы по планируемому производству, распределению и потреблению электрической энергии, необходимо указать для каждой группы ЭС свою группу ПЭЭ. Иными словами, следует указать величину прогнозируемой мощности Шу, передаваемой из 1-й зоны ее производства в ]-ю зону потребления, 1 = 1, к; ] = 1,т. Распределением мощности в системе будем называть матрицу Б = [Ш^], 1 = 1,к; ] = 1,т . Распределение Б= [Ш1;] характеризует макросостояние энергетической системы.
Энтропийный подход позволяет предсказать определенное макросостояние энергетической системы с нужной точностью, не изучая поведение каждой отдельной ЭС и каждого отдельного ПЭЭ, т. е. микросостояния энергетической системы. Энтропия связывает между собой микро- и макросостояния энергетической системы, при этом наиболее вероятным макросостоянием является то, к которому приводит наибольшее число микросостояний. Следовательно, в основе энтропийного подхода в определении макросостояния энергетической системы лежит принцип максимизации энтропии.
В статье рассматривается задача долгосрочного планирования наиболее вероятного распределения потоков энергии в энергетической системе, что позволит дать рекомендации при решении сложных технико-экономических проблем. Коротко поясним суть этих проблем. Динамика развития народного хозяйства приводит к быстрому увеличению ПЭЭ. Следовательно, необходимо создавать новые или реконструировать действующие ЭС. Какое число и какой мощности создавать ЭС, сколько, какой мощности и какого напряжения возводить ЛЭП, в каком районе страны создавать новую зону производства электрической энергии, и т. д. — вот те проблемы, которые возникают в долгосрочном планировании. При этом подготовка структурных сдвигов должна проводиться с учетом полученного прогноза наиболее вероятного распределения потоков энергии в системе.
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
176
Таким образом, содержательная постановка задачи включает создание энтропийной модели долгосрочного планирования производства, распределения и потребления мощности в электрической системе, которая бы корректно в зависимости от горизонта рассматриваемой перспективы описывала динамику потребления электрической энергии для всей системы в целом с учетом влияния неопределенных факторов и таких тенденций развития электроэнергетики, как инерционность, пропорциональность и т.д.
Предполагается, что известны статистические нормированные характеристики выборки потоков мощности между 1-й и рй зонами для каждого года в предшествующий долгосрочному планированию период.
Для отыскания планируемого наиболее вероятного распределения потоков мощности в системе введем в рассмотрение, помимо Ш..; следующие переменные: А1 — величина мощности, планируемая к производству во всей 1-й зоне; В. —величина мощности, планируемая к потреблению во всей рй зоне; г.. — планируемые затраты на передачу единичной мощности в зависимости от расстояния из 1-й зоны в рю зону; Я — планируемые полные затраты на передачу мощности во всей энергетической системе. Тогда ограничения на имеют вид
£ Ши
.=1
£
1=1
А., 1 = 1,к;
: В., I = 1,т;
к т
££гч Ш = Я.
1=1 .=1
(1)
(2)
(3)
1=1 .=1
.=1
Определим
(4)
Црш
р12 , р1,,...,Рк1
)к т
= -££Р 1пр,
(5)
Доказательство положения, что выражение (5) есть единственная однозначная мера энтропии, приведено в [4]. ___
Для получения набора, Р., 1 = 1,к; ] = 1, т , максимизирующего Н (р11, р12 р , ... ркт) при ограничениях (1) — (3), необходимо максимизировать лагранжиан Ь [3].
+ £NЬ-£Р 1 + у|с-££гчрч |,
I=1 V 1=1 0 V 1=1]=1
где а1, Р., У — множители Лагранжа
(6)
31 = Ь,= -В1; с = С
Значения Р., которые максимизируют лагранжиан Ь и, следовательно, являются наиболее вероятным распределением мощности в энергетической системе, представляют собой решение системы уравнений
ЭЬ — ------
= 0, 1 = 1, к ; I = 1, т .
ЭР,
(7)
С учетом (6) получим
— 1пР-. — 1— а — В. — уг. = 0.
5 1 П 1 5
Откуда
Р^ = ехр( — (1+а1+ р. +уг.). (8)
Теперь определим множители а1, Р., у. Для этого подставим (8) в (1) и (2). Получим, что
Ехр(-а 1) = 0-;ехр(-Р.) = ^Ь-; 1 = 1,к; ' = 1,т, (9)
Пока не получено наиболее вероятного распределения потоков мощности в энергетической системе, будем полагать, что технологические расходы на передачу электрической энергии, зависящие от величины передаваемой мощности, учитываются по каждой зоне потребления и входят составной частью в величины В., ] = 1, т. Поэтому естественно, что
к т к т
££Ш. = £ А1 = £ в. = ш,
о
где
°1 = £ ехр[-(р] + Угч +1)];
I=1
к
Б. = £ ехр[-(а1 + уг1. + 1)].
1=1
В более простой форме записи выражения и
Б. имеют вид
где Ш — величина суммарной мощности, потребляемой во всей энергетической системе.
Теперь необходимо найти матрицу 8=[Ш\.], с которой связано наибольшее число микросостояний энергетической системы при ограничениях (1) — (3).
В такой постановке методика получения матрицы Б аналогична методике определения максимальной энтропии газовой системы, используемой в статистической механике
т Ь'
01 = £ -Ь'ехр[-(уг1] + 1)]; 1=1 Б
= £7^ ехр[-(уг1] + 1)].
1=1 О
Тогда
а1Ь.
0Б|
Р = 7ГТТ ехр[-(угч + 1)].
(10)
(10')
(11)
где Р. — доля от Ш, распределенная между 1-й зоной производства и рй зоной потребления. Тогда энтропия энергетической системы представляет собой функционал
Коэффициенты О., и Б. определяются из выражений (10), (10') путем совместного их решения методом итераций.
Множитель у находится из очевидного соотношения
к т ££р1] =1.
1=11=1
(12)
1=1'=1
Множитель у можно было бы определить, подставляя Р. в (3). Однако величина Я обычно неизвестна и поэтому (3) не решается относительно у.
кт
1=1
А теперь, определив Р.. и, зная значения г., появляется возможность найти величину Я, при этом найденные Р. минимизируют планируемые полные затраты Я.
Теперь, когда получено распределение потоков мощности по энергетической системе, появляется возможность в явном виде определить технологические расходы на передачу электроэнергии (потери мощности) из каждой 1-й зоны производства в каждую .-ю зону потребления.
Полученное наиболее вероятное распределение потоков мощности соответствует основной тенденции долгосрочного планирования, на которую накладываются флуктуации, обусловленные неравномерностью, сезонной и кратковременной цикличностью электропотребления и т. д. Как следует из [9], флуктуации потоков мощности можно считать гауссовским стационарным процессом, полагая его числовые характеристики равными статистическим нормированным характеристикам выборок по току и мощности.
Предлагаемая методика отыскания Р. в своих существенных положениях опирается на прогнозирование значений А., В., г.. в долгосрочном планировании. Ограниченные рамки статьи не позволяют изложить аналогичные рассмотренной энтропийные модели прогнозирования А., В., г. Возможность использования для этих целей энтропийных моделей не вызывает сомнений. Например, долгосрочное планирование А. включает рациональное и экономное использование природных энергетических ресурсов, при этом приходится учитывать конечный энергетический запас .-й зоны и невозможность освоения энергетического запаса за короткое время. Отсюда следует, что существует наиболее вероятная планируемая величина А. на любой промежуток времени.
Путем сопоставления полученного значения = = Р..Ш с тем значением Ш.., что имеется в настоящее
.. .. время, определяется дополнительный поток мощности из 1-и зоны в .-ю зону и, следовательно, число и мощность необходимых ЛЭП, величины напряжений ЛЭП, потери электрической энергии и т.д.
Найденные значения Ш.., А., В. по каждой зоне производства и потребления электроэнергии, отмечая основные тенденции развития электроэнергетики и способствуя решению актуальной научной проблемы улучшения электроэнергетического баланса, в то же время указывают на возможные структурные изменения электрических сетей и генерирующих мощностей. Такие структурные изменения необходимо проводить на основе оптимизационных моделей с целевой функцией в виде минимальных экономических затрат.
В заключение рассмотрим поясняющий пример, касающийся решения основной задачи — отыскания распределения потоков мощности. Долгосрочное планирование предусматривает создание электроэнергетической системы с двумя зонами производства и тремя зонами потребления электрической энергии [16].
На рис. 3 в масштабе указано расположение зон производства (заштрихованные кружки) и зон потребления. Долгосрочный прогноз показал, что:
а) производство мощности в зонах производства составляет в 1-й зоне а1 = 0,4, во 2-й — а2 = 0,6;
б) потребление мощности в зонах потребления составляет в 1-й зоне Ь1 = 0,3, во 2-й — Ь2 = 0,5, в 3-й — Ьз = а2.
Прогноз затрат на передачу единичной мощности с учетом расстояний ги = 0,1; гп = 0,2; гп = 0,15; Г21 = 0,2; г22 = 0,1; ^ = 0,15 (исходные величины даны
Рис. 3. ЭЭС с двумя зонами производства и тремя зонами потребления электроэнергии
в относительных единицах) показал, что наиболее вероятное распределение потоков мощности между зонами производства и потребления, определяемое по (11), получается равным Pu = 0,24; P12 = 0,05; Pn = = 0,11; P21 = 0,06; P22 = 0,45; P23 = 0,09.
Библиографический список
1. Мелентьев, Л. А. Системные исследования в энергетике / Л. А. Мелентьев. — М. : Наука, 1979. — 415 с.
2. Карпов, М. В. Подходы к моделированию взаимосвязей экономики и энергетики / М. В. Карпов // Развитие социальной, экономической и промышленной сфер регионов России : сб. науч. тр. — Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. — С. 85 — 98
3. Кушнир, Ю. Е. Статистическая оценка потребностей в основных энергетических ресурсах / Ю. Е. Кушнир // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. — 1981. — № 5. — С. 96-101.
4. Вильсон, А. Энтропийные методы моделирования сложных систем / А. Вильсон. — М. : Наука, 1978. — 245 с.
5. Almon, С. The 1NFOPUM Approach to Interindustry Modeling / С. Almon // Economic Systems Research. — 1991. —
№ 3.
6. West, G. Comparison of Input-Output, Input-Output + Econometric and Computable General Equilibrium Impact Models at the Regional Level / G. West // Economic Systems Research. — 1995. — N 2.
7. Серебряков, Г. Р. Опыт построения динамической межотраслевой равновесной модели российской экономики / Г. Р. Серебряков // Экономика и математические методы. — 2000. — № 2. — С. 45 — 52.
8. Методические положения оптимизации развития топливно-энергетического комплекса. — М. : Наука, 1975. — 460 с.
9. Мелентьев, Л. А. Системные исследования в энергетике / Л. А. Мелентьев. — 2-е изд., доп. — М. : Наука, 1983. — 458 с.
10. Методические положения долгосрочного прогнозирования топливно-энергетического комплекса. — Иркутск : СЭИ СО АН СССР, 1977. — 128 с.
11. Иерархия моделей для управления развитием энергетики
и методы согласования их решений / А. А. Макаров [и др.]. — Иркутск : СЭИ СО АН СССР, 1984. — 184 с.
12. Кулешов, В. В. Многоотраслевые комплексы: современные тенденции моделирования / В. В. Кулешов, А. А. Чернышов // Экономика и математические методы. — 1987. — №6. — С. 33 — 39.
13. Народнохозяйственная межрегиональная модель в исследовании взаимосвязей энергетики / А. А. Чернышов [и др.]. — Новосибирск : ИОиОПП, 1988. — 390 с.
14. Малахов, В. А. Методика оценки взаимовлияния топливно-энергетического комплекса в экономики / В. А. Мала-
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013 ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА. ЭНЕРГЕТИКА ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 2 (120) 2013
хов // Проблемы и методы исследования роли ТЭК / под ред. Д. В. Шапота. - М. : ИНЭИ РАН, 2001. - 320 с.
15. Инструментальные средства для количественного измерения взоаимосвязей энергетики и экономики / А. А. Макаров [и др.] // Экономика и математические методы. - 2002. -№ 1. - С. 25-33.
16. Фёдоров, В. К. Энтропийная модель долгосрочного развития элетроэнергетических систем, призванная обеспечить согласование технической и экономической политики в сфере электроэнергетики / В. К. Фёдоров, И. В. Фёдоров // Энергетика и энергосбережение : межвуз. сб. науч. тр. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2011. - С. 274-286.
БУБНОВ Алексей Владимирович, доктор технических наук, доцент (Россия), заведующий секцией
«Промышленная электроника» кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» Омского государственного технического университета (ОмГТУ).
ФЁДОРОВ Игорь Владимирович, старший преподаватель кафедры «Математические методы и информационные технологии в экономике» ОмГТУ. ПОЛЫНЦЕВ Леонид Геннадьевич, соискатель по кафедре «Электроснабжение промышленных предприятий» ОмГТУ, начальник отдела ООО «Сандимакс».
Адрес для переписки: omsk2010@bk.ra
Статья поступила в редакцию 27.02.2013 г.
© А. В. Бубнов, И. В. Фёдоров, Л. Г. Полынцев
УДК С. Ю. ДОЛИНГЕР
A. Г. ЛЮТАРЕВИЧ В. Н. ГОРЮНОВ Д. Г. САФОНОВ
B. Т. ЧЕРЕМИСИН
Омский государственный технический университет
Омский государственный университет путей сообщения
ОЦЕНКА ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ ОТ СНИЖЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕМЕНТАХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ_______________________________________
Данная статья посвящена оценке дополнительных потерь мощности в основных элементах систем электроснабжения от снижения качества электрической энергии. В статье делается анализ существующих методов определения потерь мощности от снижения качества электрической энергии. В заключение приводится алгоритм работы программы, позволяющей оценить величину потерь от снижения качества электрической энергии, и ее возможности.
Ключевые слова: потери мощности, снижение качества электроэнергии, программа для расчета потерь.
Работа проводилась при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках выполнения соглашения № 14В37210332 от 27 июля 2012 г.
В современных условиях одним из показателей развития электроэнергетики является качество электрической энергии, которое обуславливает нормальное функционирование электрооборудования, приборов и аппаратов [1]. К тому же в последнее время появляется все больше электриприемников и потребителей, которые предъявляют повышенные требования к качеству электрической энергии [2 -4].
Снижение качества электроэнергии приводит к различным отрицательным последствиям [5]. Среди которых следует выделить:
— снижение эффективности процессов производства, передачи, распределения и потребле-
ния электроэнергии вследствие дополнительных потерь;
— создание дополнительных потерь электроэнергии в основных элементах систем электроснабжения;
— ускоренное старение изоляции электрооборудования;
— ложная работа устройств релейной защиты и автоматики;
— функциональные нарушения, связанные с отказами, сокращением срока службы, выходом из строя оборудования, браком продукции и авариями;
— увеличение погрешности электроизмерительных приборов;
