CC BY
10
Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. Серия: (Социальные науки, 2019, № 3 (55), с. 33-42
33
УДК 332.1 + 338.4
РАЗВИТИЕ ИНСТРУМЕНТОВ ЦЕНОЗАВИСИМОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ
НА ТЕРРИТОРИЯХ РОССИИ
© 2019 г. А.П. Дзюба
Дзюба Анатолий Петрович, к.э.н.; старший научный сотрудник кафедры финансов, денежного обращения и кредита Южно-Уральского государственного университета, Челябинск
dzyuba-a@yandex. ru
Статья поступила в редакцию 08.05.2019 Статья принята к публикации 26.07.2019
Целью настоящего исследования является выполнение анализа и оценки экономической эффективности применения систем промышленного хранения электроэнергии в рамках территорий различных федеральных округов России. Проводится анализ параметров средневзвешенных цен на закупку электроэнергии для двух вариантов графиков электропотребления: графиков с базовой нагрузкой электропотребления и графика с учетом применения системы промышленного хранения электроэнергии. На основе двух вариантов графиков для регионов, в которых расположены административные центры федеральных округов РФ, выполнено моделирование показателей средневзвешенной стоимости закупки электроэнергии. Моделирование выполнялось для двух вариантов почасового графика электропотребления, в категоризации по различным вариантам тарифов на поставку электроэнергии, которые прежде всего отличаются уровнями расчетного напряжения -ВН, СН1, СН2, НН. В результате исследования полученных ценовых параметров было выявлено различие цен на закупку электроэнергии, как в рамках различных федеральных округов, так и в рамках единых регионов, но для различных типов потребителей, подключенных к различным уровням расчетного напряжения, что позволило сделать вывод о различии параметров экономической эффективности применения систем промышленных накопителей электроэнергии. Оценка параметров общей экономии от применения систем промышленного хранения позволила выявить положительный экономический эффект для всех исследованных федеральных округов и категорий тарифов на закупку электроэнергии. Выполненный расчет простых сроков окупаемости инвестиций в создание систем хранения электроэнергии позволил выявить, что средний срок окупаемости вложений составляет 2.1 года, а максимальное значение из рассматриваемых категорий - 2.95 года, что подчеркивает эффективность применения систем промышленного хранения электроэнергии в качестве инструментов ценозависимого электропотребления для потребителей электроэнергии, действующих во всех федеральных округах России.
Ключевые слова: промышленные системы хранения электроэнергии, управление спросом на электропотребление, ценозависимое электропотребление, энергоэффективность, региональные энерготарифы, средневзвешенные цены на закупку электроэнергии, управление затратами на закупку электроэнергии, промышленная энергетика.
Введение
Одним из ключевых технологических трендов последнего десятилетия, наблюдающихся в странах мира, не обеспеченных собственными запасами энергетического сырья, является развитие технологий возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Возобновляемую энергетику называют «регенеративной» или «зеленой», энергия вырабатывается из источников, которые формируются из процессов, постоянно происходящих в окружающей среде, и по человеческим масштабам являются неисчерпаемыми. Среди наиболее распространенных технологий возобновляемой энергетики - гидро-, ветро-и солнечная энергетика. Внедрение технологий возобновляемой энергетики показывает существенную динамику: так, по данным International Energy Agency, по состоянию на 2018 год доля возобновляемой энергетики в строительстве новых мощностей составляет 60% [1], а по
оценкам различных прогнозов, уже к 2030 году более трети объемов потребляемых энергоресурсов будут производиться из ВИЭ [2].
Развитие технологий возобновляемой энергетики привлекает значительное количество инвестиций в исследования как основных, так и смежных технологий. Так, по данным Bloomberg, в 2018 году объем глобальных инвестиций, направленных в «чистую энергию», составил более 332 млрд долларов [3]. Одними из ключевых смежных технологий ВИЭ являются технологии промышленного хранения электроэнергии, которые используются в едином комплексе с ветроэнергетическими и солнечными электростанциями и предназначены для аккумулирования больших объемов электроэнергии, вырабатываемой в периоды низкого суточного спроса на электропотребление, с последующей выдачей электроэнергии в сеть в периоды возрастания спроса [4, 5].
Традиционно технологии промышленного хранения электроэнергии используются в нескольких направлениях:
- применение в качестве бесперебойных источников электроснабжения на период краткосрочного ограничения подачи электроэнергии [6];
- обеспечение баланса активной и реактивной мощности в системах электроснабжения [7];
- регулирование частоты и напряжения в системах электроснабжения;
- повышение устойчивости работы сети электроснабжения в случае работы электроприемников с резкопеременной нагрузкой [8].
Постановка задачи
В условиях развития концепции «умных сетей» [9] (англ. Smart Grid), также называемых активно-адаптивными системами электроснабжения [10], у промышленных накопителей электроэнергии появилось новое свойство, позволяющее использование систем промышленного хранения электроэнергии в качестве устройств управления спросом на потребление электрической энергии. Управление спросом на потребление электрической энергии представляет собой инициативную форму экономического взаимодействия между электроэнергетической системой и потребителями электроэнергии в части искусственного выравнивания графиков электрической нагрузки на уровне энергосистемы с целью снижения предельных издержек на покрытие пиков неравномерности спроса и тарифов на поставку электроэнергии всем потребителям, действующим в рамках электроэнергетической системы.
Управление спросом на электропотребление реализуется посредством экономического стимулирования либо принудительного нормирования потребителей электроэнергии к изменению формы собственного графика спроса в конфигурации, наиболее оптимальной для энергосистемы [11]. Наиболее распространенным методом управления спросом является метод экономического стимулирования, отличающийся прежде всего низкими затратами на управление, а также позволяющий одновременно охватить большое количество объектов управления. Экономическое стимулирование потребителей к управлению спросом реализуется посредством формирования особенностей ценообразования в механизмах рынка электроэнергии, которые позволяют формировать почасовые цены на поставку электроэнергии, отражающие неравномерность характеристик спроса энергосистемы.
Оптовый и розничный рынки электроэнергии России в своей основе содержат механизмы
ценообразования, которые позволяют потребителям электроэнергии управлять собственными затратами на закупку электроэнергии посредством ценозависимого управления электропотреблением, реализуемым на основе изменения конфигурации графиков собственного спроса в зависимости от ценовых параметров рынка электроэнергии [12].
Графики спроса на электропотребление различных типов потребителей электроэнергии характерны неравномерностью, связанной с влиянием внутренних и внешних факторов на графики работы электропотребляющего оборудования (рис. 1).
Для большинства потребителей электроэнергии изменение конфигурации собственного графика электропотребления сопряжено с необходимостью изменения производственной программы всего предприятия и увеличением фонда оплаты труда за работу сотрудников в вечернее время, а также выходные дни. Одним из эффективных решений для ценозависимого управления электропотреблением без вмешательства во внутренние производственные процессы предприятия является применение устройств промышленного хранения электроэнергии.
Описание проблемы
Устройства промышленного хранения электроэнергии могут работать, заряжаясь как от централизованной электрической сети, так и в комбинированном составе с системами возобновляемых источников электроэнергии [13], как это представлено на рис. 2.
Как известно, основным фактором, ограничивающим внедрение технологий возобновляемых источников электроэнергии во всем мире, является высокая себестоимость вырабатываемой электроэнергии. По оценкам различных источников, доля дотаций на внедрение проектов ВИЭ в странах мира достигает до 80%, что позволяет стимулировать развитие технологий ВИЭ, постепенно делая их более доступными для массового потребителя [14]. Популяризация технологий ВИЭ и привлечение инвестиций в отраслевые исследования и позволяет постепенно снижать стоимость их производства, что постепенно приводит к возможности замены традиционных источников энергоснабжения возобновляемыми.
При принятии решений о реализации инвестиционного проекта по использованию возобновляемых источников электроэнергии потребитель электроэнергии производит сравнение стоимости электроэнергии, получаемой посред-
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 IS 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
-Машиностроительный — Элестрометаллургический .завод завод
-Горнорудное месторождение
—Автомобильный завод
1 3 S 7 9 11 13 15 17 19 21 23
-Деревообрабатывающий -Нефтеперерабатывающий
комбинат завод
1 3 5 7 9 11 и 15 17 19 21 23 1 3 5 7 9 11 13 15 17 18 21 23 —Тепличный комплекс
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 ^—Морской порт
1 3 5 7 е 11 1315 17 19 21 2J 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 ^—Кондитерская фабрика
Нефтепромысловое месторождение
1 J 5 7 9 11 13 15 1Т 19 21 2J 1 3 5 Т 9 11 13 15 17 19 21 23 — Торгово-офисный центр
-Городской электротранспорт
Рис. 1. Почасовые графики электропотребления различных типов потребителей электроэнергии
за типовые сутки
Рис. 2. Конфигурация включения систем промышленного хранения электроэнергии
ством использования «зеленой энергетики», и стоимости электроэнергии, получаемой от централизованной электроэнергетической системы. Аналогичная тенденция применима к использованию систем промышленного хранения электроэнергии, рентабельность использования которых зависит от стоимости потребления электроэнергии из традиционных источни-
ков. Сравнительный анализ средних ценовых параметров поставки электроэнергии конечным потребителям некоторых стран мира за 2017 год, представленный на рис. 3, позволяет выявить, что для России, из-за сравнительно низкой стоимости электроэнергии, вырабатываемой традиционными источниками, экономическая эффективность использования как возобновляемых
Рис. 3. Средние цены на поставку электроэнергии для промышленности в некоторых странах мира за 2017 год [15]
Рис. 4. Почасовые графики электропотребления в базовом варианте и в варианте с учетом применения систем промышленного хранения электроэнергии
источников электроэнергии, так и промышленных систем хранения электроэнергии существенно ниже, чем в большинстве стран мира.
Оценка эффективности применения промышленных систем хранения электроэнергии должна выполняться на базе сравнения ценовых параметров поставки электроэнергии, способной обеспечиваться системой хранения электроэнергии, и ценовых параметров поставки электроэнергии от централизованной энергосистемы. Действующие ценовые параметры поставки электроэнергии от централизованной энергосистемы в России не являются одинаковыми для всех потребителей электроэнергии и дифференцируются для различных потребителей в зависимости от следующих признаков различия:
- различные территориальные образования, в которых осуществляется закупка электроэнергии, влияющие на величину стоимости закупаемых компонентов электрической энергии и электрической мощности;
- различные характеристики подключения потребителей, влияющие на тип тарифа на услугу по передаче электроэнергии;
- различная конфигурация графиков почасового электропотребления потребителей, влияющая на средневзвешенную стоимость покупки электроэнергии, долю электрической мощности и величину услуги по передаче электроэнергии в составе тарифа.
Методология исследования
На примере регионов, в которых расположены все административные центры федеральных округов Российской Федерации, проведен расчет стоимости поставки электроэнергии. Для Центрального ФО (ЦФО) принят г. Москва, для Северо-Западного ФО (СЗФО) - г. Санкт-Петербург, для Северо-Кавказского ФО (СКФО) -Ставропольский край, для Южного ФО (ЮФО) -Ростовская область, для Приволжского ФО (ПФО) - Нижегородская область, для Уральского ФО (УФО) - Свердловская область, для Сибирского ФО (СФО) - Новосибирская область, для Дальневосточного ФО (ДФО) - Приморский край.
ЦФО СЗФО ЮФО СКФО ПФО УФО СФО ДФО
■ ВН ПСНИ В СН2 пнн
Рис. 5. Средневзвешенные цены на закупку электроэнергии для базового графика электропотребления с различными вариантами тарифов на услугу по передаче электроэнергии для исследуемых регионов
В рамках каждого региона выполнялся расчет стоимости каждого компонента электроэнергии, а именно: электрической энергии, электрической мощности и стоимости услуг по передаче электроэнергии. Методики расчета каждого компонента стоимости электроэнергии представлены автором в работе [16]. Поскольку параметры стоимости электрической энергии и электрической мощности являются одинаковыми для всех категорий потребителей электроэнергии, то для потребителей электроэнергии, подключенных к различным уровням напряжения - ВН (110 кВ и выше), СН1 (35 кВ), СН2 (20 -1 кВ), НН (0.4 кВ и ниже) [17], тариф на передачу электроэнергии является существенно различным, что также отражается в представленных расчетах. Исследованию особенностей формирования стоимости компонента услуги по передаче электроэнергии автором посвящена работа [18].
Помимо сравнения стоимостных параметров в рамках различных территориальных образований и различных уровней напряжения в расчете проводилась сравнительная оценка стоимости закупок электроэнергии для базового варианта графика электропотребления, предполагающего электропотребление общего объема из электроэнергетической системы, а также для графика электропотребления, скорректированного с учетом применения систем промышленного хранения электроэнергии. На рис. 4 на базе типового почасового суточного графика электропотребления среднего производственного предприятия представлены почасовые графики электропотребления в базовом варианте и в варианте с учетом применения систем промышленного хранения электроэнергии. Как видно из графика, в период с 09:00 до 12:00 включительно система промышленного хранения электро-
энергии включается в режим выдачи электроэнергии в сеть предприятия на выдачу номинальной мощности в размере 400 кВт. В этот период график спроса на потребление электроэнергии из централизованной энергосистемы снижается ровно на 400 кВт в час. В периоды с 23:00 до 04:00 включительно система промышленного хранения электроэнергии работает в режиме заряда, что приводит к увеличению базового графика спроса на электропотребление из централизованной энергосистемы.
Результат расчета средневзвешенных цен на закупку электроэнергии для базового графика электропотребления с различными вариантами тарифов на услугу по передаче электроэнергии для исследуемых регионов представлен на диаграмме на рис. 5. Расчет цен на закупку электроэнергии рассчитывался на основании предельных уровней нерегулируемых цен на закупку электроэнергии на розничном рынке, действующих для каждого региона России:
Цээ= ^+8Р+8П)/Шмес, (1)
где Цээ - средневзвешенные цены на закупку электроэнергии (руб./кВтч); SW - стоимость закупаемой электрической энергии за календарный месяц (руб.) [19]; SP - стоимость закупаемой электрической мощности за календарный месяц (руб.); SП - стоимость оплаты услуг по передаче электроэнергии в двухставочном выражении за календарный месяц (руб.); Wмес - объем месячного потребления электроэнергии (кВтч).
Опыт практического применения
Расчет представленных средневзвешенных цен на закупку электроэнергии был принят на основании показателей периода марта 2019 года, что позволяет отразить различие параметров
цен на закупку электроэнергии в различных федеральных округах России. Как видно из диаграммы, цены на закупку электроэнергии в различных федеральных округах существенно различаются. Для примера, в Приволжском ФО цены на закупку электроэнергии на 2.09 руб./кВтч, или 35.4%, выше цен на закупку электроэнергии в Сибирском ФО, что может оказывать существенное влияние на экономическую эффективность использования систем хранения электроэнергии потребителями.
Дополнительно, со снижением уровня расчетного напряжения выявлено увеличение средневзвешенных цен тарифа на закупку электроэнергии, что объясняется возрастанием тарифа на передачу электроэнергии пропорционально снижению уровня расчетного напряжения в рамках утвержденных тарифов. При этом изменение конечных цен на закупку электроэнергии по мере снижения расчетного уровня напряжения является непропорциональным во всех федеральных округах. Для примера, в Южном ФО цены на закупку электроэнергии для уровня ВН и НН различаются на 1.94 руб./кВтч, или на 24.6%, а в Сибирском ФО данные показатели различаются на 0.72 руб./кВтч, или на 15.9%. Выявленная особенность различий ценовых параметров оказывает существенное влияние на экономические показатели проектов использования систем хранения электроэнергии, при выполнении сравнительных расчетов для потребителей, рассчитывающихся на различных уровнях напряжения в разных регионах России. Различия динамики изменения тарифов для различных расчетных уровней напряжения связаны с особенностями условий защиты тарифов в каждом регионе страны. Примером различий тарифов на передачу электроэнергии может выступать Приморский край, где тарифы для уровней напряжения СН2 и НН, как показано на диаграмме рисунка 5, сформированы ниже тарифов на передачу для уровней напряжения СН1.
В табл. 1 агрегированы результаты расчета параметров средневзвешенных цен на закупку электроэнергии для базового графика электропотребления и средневзвешенных цен на закупку электроэнергии для графика электропотребления с учетом применения системы хранения электроэнергии, а также сравнительные характеристики рассчитанных ценовых параметров.
Сравнение результатов расчета средневзвешенных цен на закупку электроэнергии для графика электропотребления с учетом применения системы хранения электроэнергии с результатом расчета средневзвешенных цен для базового графика электропотребления показывает, что во всех федеральных округах и для всех
расчетных уровней напряжения выявлено снижение средневзвешенных цен на закупку электроэнергии.
При этом величина снижения средневзвешенных цен для различных федеральных округов имеет существенные отличия. Для примера, расчет снижения средневзвешенных цен на закупку электроэнергии для уровня ВН в Приморском крае составил 16.1%, этот же показатель для Ростовской области составил 13.5%, что существенно влияет на показатели экономической эффективности реализации проектов внедрения систем промышленного хранения электроэнергии.
Также в большинстве регионов по мере снижения расчетного уровня напряжения наблюдается увеличение экономического эффекта от применения систем промышленного хранения электроэнергии. Для примера, увеличение разницы средневзвешенных цен на закупку электроэнергии для Ростовской области наблюдается с 13.5% на уровне ВН до 15.1% на уровне НН, что также влияет на эффективность применения систем хранения. Однако тенденция увеличения эффекта по мере снижения уровня расчетного напряжения наблюдается не во всех регионах России, например в г. Санкт-Петербурге, Ставропольском крае, Нижегородской области, Новосибирской области и Приморском крае экономический эффект по мере снижения расчетного уровня напряжения также снижается.
Выявленное снижение цен на закупку электроэнергии во всех федеральных округах России подчеркивает экономическую эффективность применения систем промышленного хранения электроэнергии. Однако эффективность применения систем промышленного хранения электроэнергии также должна учитываться в рамках оценки эффективности инвестиционных проектов с учетом затрат на закупку систем хранения. Средняя стоимость 1 кВт установленной мощности промышленной системы хранения электроэнергии составляет 700 долларов [20]. При требуемой величине установленной мощности системы хранения в 400 кВт затраты на закупку устройства составляют 280 000 долларов. При курсе доллара по состоянию на 2-й квартал 2019 года в размере 65 рублей затраты на приобретение системы промышленного хранения электроэнергии будут составлять 18 200 000 рублей.
В табл. 2 представлены результаты расчета годовой экономии от применения систем промышленного хранения электроэнергии и простых сроков окупаемости инвестиционных проектов. Параметры годовой экономии от ис-
Таблица 1
Сравнительные характеристики параметров средневзвешенных цен на закупку электроэнергию для базового графика и электропотребления и графика электропотребления с учетом применения _системы хранения электроэнергии ^ в различных федеральных округах__
Уровень расчетного напряжения Ед. изм. ЦФО СЗФО ЮФО СКФО ПФО УФО СФО ДФО
Москва Санкт-Петербург Ростовская область Ставропольский край Нижегородская область Свердловская область Новосибирская область При-мор-ский край
1. Расчетные цены на поставку электроэнергии для базового графика электропотребления
ВН руб./кВтч 4.27 4.71 5.94 4.91 5.90 4.01 3.81 4.00
СН1 руб./кВтч 4.99 5.72 6.11 5.23 6.31 4.83 4.33 5.03
СН2 руб./кВтч 5.11 6.08 7.38 5.96 6.53 5.45 4.36 4.50
НН руб./кВтч 5.83 6.09 7.87 6.87 7.48 5.88 4.54 4.22
2. Расчетные цены на поставку электроэнергии для графика электропотребления с учетом применения системы хранения электроэнергии
ВН руб./кВтч 3.69 4.02 5.13 4.23 4.99 3.44 3.27 3.35
СН1 руб./кВтч 4.26 4.83 5.29 4.52 5.35 4.12 3.69 4.19
СН2 руб./кВтч 4.37 5.15 6.24 5.16 5.56 4.63 3.73 3.77
НН руб./кВтч 5.00 5.22 6.69 5.95 6.42 5.03 3.92 3.62
3. Сравнительные показатели
ВН руб./кВтч -0.58 -0.69 -0.80 -0.68 -0.91 -0.56 -0.54 -0.65
СН1 руб./кВтч -0.72 -0.89 -0.83 -0.70 -0.96 -0.71 -0.64 -0.84
СН2 руб./кВтч -0.73 -0.93 -1.14 -0.80 -0.97 -0.83 -0.62 -0.72
НН руб./кВтч -0.83 -0.87 -1.19 -0.92 -1.06 -0.85 -0.61 -0.60
ВН % -13.7 -14.7 -13.5 -13.9 -15.5 -14.0 -14.2 -16.1
СН1 % -14.5 -15.6 -13.5 -13.4 -15.2 -14.8 -14.7 -16.8
СН2 % -14.4 -15.2 -15.5 -13.5 -14.8 -15.2 -14.3 -16.1
НН % -14.3 -14.3 -15.1 -13.3 -14.1 -14.5 -13.5 -14.2
пользования системы хранения электроэнергии Эгэ0д рассчитываются по формуле (2), в которой производится сравнение затрат до и после применения систем хранения электроэнергии в рамках календарного года:
ээод = (Цээ - цээ) х Wмec х12, (2)
где Цээ- средневзвешенная цена на закупку электроэнергии для базового варианта графика электропотребления (руб./кВтч); Ц'ээ- средневзвешенная цена на закупку электроэнергии для графика электропотребления, скорректированного с учетом применения систем промышленного хранения электроэнергии (руб./кВтч); Wмec -объем месячного потребления электроэнергии.
На основании соотношения рассчитанной стоимости системы промышленного хранения электроэнергии и величины годовой экономии были рассчитаны простые сроки окупаемости инвестиций на закупку системы хранения элек-
троэнергии, результаты также сведены в таблицу 2. Как видно из результатов расчета простых сроков окупаемости, для различных федеральных округов сроки окупаемости инвестиционных проектов различны. Для примера, на уровне напряжения ВН в Нижегородской области срок окупаемости вложений составляет 1.75 года, а в Новосибирской области при аналогичных параметрах проекта срок окупаемости выше на 1.2 года и составляет 2.95 года. Также анализ простых сроков окупаемости вложений в рамках различных уровней напряжения выявил сокращение сроков по мере снижения уровня расчетного напряжения. В Свердловской области разница сроков окупаемости между уровнями напряжения ВН и НН сокращается на 0.97 года, в г. Москве - на 0.82 года. Это связано с возрастанием общих затрат на закупку электроэнергии по мере снижения уровня расчетного напряжения. Рассчитанные простые сроки
Таблица 2
Параметры годовой экономии от применения систем промышленного хранения электроэнергии
_ и простых сроков окупаемости инвестиционных проектов ^__
Уровень напряжения ЦФО СЗФО ЮФО СКФО ПФО УФО СФО ДФО
Москва Санкт-Петербург Ростовская область Ставропольский край Нижегородская область Свердловская область Новосибирская область Приморский край
1. Расчетная годовая экономия от использования системы хранения электроэнергии (руб. в год)
ВН 553 980 657 460 761 582 648 704 864 710 532 668 514 505 611 652
СН1 687 084 843 735 783 991 665 070 909 085 675 272 604 930 799 354
СН2 696 709 878 563 1 081 096 760 958 915 952 783 814 589 034 685 151
НН 791 291 824 559 1 124 687 869 025 1 001 807 809 114 581 116 567 081
2. Простой срок окупаемости инвестиций на закупку системы хранения электроэнергии (лет)
ВН 2.74 2.31 1.99 2.34 1.75 2.85 2.95 2.48
СН1 2.21 1.80 1.93 2.28 1.67 2.25 2.51 1.90
СН2 2.18 1.73 1.40 1.99 1.66 1.93 2.57 2.21
НН 1.92 1.84 1.35 1.75 1.51 1.87 2.61 2.67
окупаемости инвестиций для рассматриваемого примера не превышают 3 лет, а средний срок окупаемости по рассматриваемым федеральным округам составляет 2.1 года, что является приемлемым периодом возврата инвестиций в рамках инвестиционных проектов в электроэнергетике.
Заключение
Выполненное исследование позволило получить ряд ключевых выводов.
1) Одним из направлений использования систем промышленного хранения электроэнергии является управление спросом на потребление электроэнергии. Оптовый и розничный рынки электроэнергии России в своей основе содержат механизмы ценообразования, которые позволяют потребителям электроэнергии управлять собственными затратами на закупку электроэнергии посредством ценозависимого управления электропотреблением, реализуемым на основе изменения конфигурации графиков собственного спроса в зависимости от ценовых параметров рынка электроэнергии.
2) Для большинства потребителей электроэнергии изменение конфигурации собственного графика электропотребления с целью ценозави-симого управления сопряжено с необходимостью изменения производственной программы всего предприятия и увеличением фонда оплаты труда за работу сотрудников в вечернее время, а также выходные дни. Одним из эффективных решений для ценозависимого управления электропотреблением без вмешательства во внутренние производственные процессы предприятия является применение устройств промышленного хранения электроэнергии.
3) Устройства промышленного хранения электроэнергии могут работать заряжаясь как от централизованной электрической сети, так и в комбинированном составе с системами возобновляемых источников электроэнергии. Заряд устройств промышленного хранения электроэнергии может производиться в периоды суток с минимальной стоимостью электроэнергии, с последующей выдачей электроэнергии в сеть в часы суток со стоимостью электроэнергии наибольшей, тем самым позволяя получить экономию от потребления электроэнергии.
4) Расчет стоимости закупок электроэнергии для регионов, в которых расположены административные центры всех федеральных округов Российской Федерации, позволил выявить существенную дифференциацию средневзвешенных цен на поставку электроэнергии в рамках различных территорий страны, что существенным образом отражается на экономической эффективности реализации инвестиционных проектов. Исследование средневзвешенных цен поставки электроэнергии для различных уровней напряжения, действующих в рамках одного региона, также позволяет выявить дифференциацию показателей цен, что может оказывать влияние на экономическую эффективность реализации инвестиционных проектов применения систем промышленного хранения электроэнергии.
5) Расчет параметров средневзвешенных цен на закупку электроэнергии для двух вариантов графиков почасового электропотребления: в базовом варианте и в варианте с учетом применения систем промышленного хранения электроэнергии - позволил выявить снижение стоимости закупаемой электроэнергии как во всех федеральных округах, так и на всех уровнях расчетного напряжения. Полученные результа-
ты позволяют сделать вывод об эффективности применения систем промышленного хранения электроэнергии на всех территориях России, при этом уровень получаемого эффекта для разных территорий является различным.
6) На базе расчетов параметров годовой экономии от применения систем промышленного хранения электроэнергии, для каждого федерального округа и уровня расчетного напряжения были рассчитаны простые сроки окупаемости инвестиционных проектов, анализ которых позволил выявить, что средний срок окупаемости вложений составляет 2.1 года, а максимальное значение из рассматриваемых категорий -2.95 года. Полученные результаты периодов простой окупаемости инвестиционных проектов являются приемлемыми и свидетельствующими об эффективности применения систем промышленного хранения электроэнергии уже в действующих экономических условиях России.
Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление №211 от 16.03.2013 г.), соглашение № 02.A03.21.0011.
Список литературы
1. Renewables information // Report International Energy Agency. 2017. 488 p. URL: https://www.iea.org/
2. Knudsen J.A., Hansen J., Annaswamy A.M. Dynamic market mechanism for the integration of renewables and demand response // IEEE Transactions on Control Systems Technology. 2016. Vol. 24. Iss. 3. Р. 940-955.
3. В 2018 году в ВИЭ было инвестировано $332,1 млрд // Энергетика и промышленность России. 22.01.2019. URL: https://www.eprussia.ru/news/base/ 2019/8132254.htm
4. Litjens G., Sark W.V., Worrell E. On the influence of electricity demand patterns, battery storage and PV system design on PV self-consumption and grid interaction // 2017 IEEE 44th Photovoltaic Specialist Conference (PVSC). 2017. Р. 2021-2024.
5. Na Y., Shenyu C., Linlin S. Coordination and optimization model of wind power grid integrated system considering demand response // 2014 International Conference on Power System Technology. 2014. Р. 949-955.
6. Докукин А.И. Накопление и хранение электроэнергии: дорого или доступно // Энергетика за рубежом. М., 2016. С. 7-9.
7. Ряпин И.Ю. Сферы применения систем хранения электроэнергии: мировой опыт и российские перспективы // Материалы Международного конгресса REENCON-XXI «Возобновляемая энергетика XXI век: Энергетическая и экономическая эффективность». М., 2016. С. 257-258.
8. Погорелов А.А., Манакова Е.А., Бубенчиков А.А. Системы хранения электрической энергии // Материалы III Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Наука и молодежь в XXI веке». Омск, 2017. С. 156-158.
9. Кобец Б.Б., Волкова И.О. Инновационное развитие электроэнергетики на базе концепции SMART GRID. М.: ИАЦ Энергия, 2010. 208 с.
10. Волкова И.О., Сальникова Е.А., Шувалова Д.Г. Активный потребитель в интеллектуальной энергетике // Академия энергетики. 2011. 1. С. 50-57.
11. Гительман Л.Д., Ратников Б.Е., Кожевников М.В., Шевелев Ю.П. Управление спросом на энергию. Уникальная инновация для российской электроэнергетики: Монография. Екатеринбург, 2013. 120 с.
12. Баев И.А., Соловьева И.А., Дзюба А.П. Внедрение модели ценозависимого управления спросом на электропотребление в промышленности // Управленец. 2018. Т. 9. № 6. С. 111-121.
13. Rassaei F., Soh W-S., Chua K.-C. Demand response for residential electric vehicles with random usage patterns in smart grids // IEEE Transactions on Sustainable Energy. 2015. Vol. 6. Iss. 4. Р. 1367-1376.
14. Foucault F., Girard R., Kariniotakis G. A robust investment strategy for generation capacity in an uncertain demand and renewable penetration environment // 11th International Conference on the European Energy Market (EEM14). 2014. Р. 1-5.
15. Energy Prices and taxes 2017 IEA // Report of International Energy Agency. 422 р. URL: http://data. iea.org
16. Дзюба А.П. , Соловьева И.А. Модель комплексного ценозависимого управления спросом промышленных предприятий на электроэнергию и газ // Известия Уральского государственного экономического университета. 2018. № 1. С. 79-93.
17. Постановление Правительства РФ от 27.12.2004 № 861 «Об утверждении Правил недискриминационного доступа к услугам по передаче электрической энергии и оказания этих услуг». URL: http://www.con sultant.ru/document/cons_doc_LAW_51030/
18. Баев И.А., Соловьева И.А., Дзюба А.П. Управление затратами на услуги по передаче электроэнергии в промышленном регионе // Экономика региона. 2018. Т.14. № 3. С. 899-913.
19. Соловьева И.А., Дзюба А.П. Управление затратами на электропотребление по показателям во-латильности спроса // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2017. № 1 (33). С. 36-43.
20. Singha Roy P.K., Bora Karayaka H., Yan Y., Alqu-dah Y. Investigations into best cost battery-supercapacitor hybrid energy storage system for a utility scale PV array // Journal of Energy Storage. 2019. Vol. 22. Р. 50-59.
DEVELOPMENT OF TOOLS FOR PRICE-DEPENDENT ELECTRIC POWER CONSUMPTION
IN THE TERRITORY OF RUSSIA
A.P. Dzyuba
South Ural State University
One of the modern technological trends in the use of renewable energy sources is the development of industrial energy storage technologies. In addition to traditional functions, industrial energy storage systems can be used as tools for price-dependent management of electric power consumption for consumers, thus reducing the cost of electricity purchase. The aim of this study is to analyze and evaluate the economic efficiency of industrial storage of electricity within the territories of various federal districts of Russia. We analyze the parameters of the weighted average prices for the purchase of electricity for two variants of power consumption plans: plans with the base load of electricity consumption and the plan taking into account the use of industrial storage of electricity. Based on the two variants of plans for the regions where the administrative centers of the federal districts of the Russian Federation are located, the modeling of indicators of the weighted average cost of electricity purchase is performed. The modelling was carried out for each of the two hourly schedules of power consumption, they were categorized for the various alternatives of tariffs for electricity supply, which primarily differ in the levels of rated voltage: high, medium 1, medium 2, low. As a result of the study of the obtained price parameters, the difference in prices was revealed for the purchase of electricity, both within different federal districts and within the same regions, but for different types of consumers connected to different levels of rated voltage. This led to the conclusion about the difference in the parameters of economic efficiency of using industrial energy storage systems. Our assessment of the parameters of the overall savings from the use of industrial storage systems revealed a positive economic effect for all the federal districts under study and for all categories of tariffs for the purchase of electricity. The calculation of the simple payback period of investments in the creation of energy storage systems revealed that the average payback period of investments is 2.1 years, with the maximum value for the categories under consideration amounting to 2.95 years, which emphasizes the effectiveness of the use of industrial energy storage systems as instruments of price-dependent electricity consumption for electricity consumers operating in all federal districts of Russia.
Keywords: industrial systems of electric power storage, demand management for electric power consumption, price-dependent electric power consumption, energy efficiency, regional power grids, weighted average prices for electric power purchase, cost management for electric power purchase, industrial power engineering.
