ЩО ДО РОЗДРіБНОї ЦіНИ НА ЕЛЕКТРОЕНЕРГіЮ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.371:621.311.4 Б01: 10.15587/2312-8372.2015.41407

що до Р03ДР1БН01 щни НА ЕДЕКТРОЕНЕРПЮ

Спираючись на фгзику нормального режиму роботи електроенергетичних систем, у статтг пропонуеться новий науково-методичний тдх1д до визначенняроздргбног цти на електроенергт для промислових I доргвнених, до них споживачгв, якийрозглядае електричнг мережг електроенергетичних систем 110 кВ у якостг прилавку Енергоринку Украгни, вгд якого споживачг одержують напругу, як електропотенцшну форму електроенергп.

Илпчов1 слова: електроенерггя, електропостачання, електрична напруга, втрати напруги, цта на електроенергт.

Дорошенко 0. I., Борисенко С. 0.

1. Вступ

Незважаючи на велику юльюсть позитивних рис рин-ково1 економжи, вона не в змозi автоматично регулювати геть уа економiчнi i сощальш процеси в штересах усього людського загалу i кожного його громадянина. Вона не може забезпечити сощально справедливого розподшу нацiонального доходу, не гарантуе право на труд, не нащлюе на захист оточуючого середовища i не тдтри-муе незахищет верстви населення. Приватний бiзнес не переймаеться вкладенням капiталу у таю галузi госпо-дарства i проекти, яю не забезпечують йому достатньо високого прибутку, але для людського загалу i держави вони можуть бути дуже важливими. Тому прерогативою держави е забезпечення належного правопорядку та на-щонально! безпеки, що, у свою чергу, складае основу для розвитку тдприемництва та економжи держави. Про все це повинна тклуватись держава i впливати на ринкову економжу за допомогою певних економiчних важелiв. Одним з таких важелiв е щноутворення.

В [1] цiна характеризуеться наступним чином: «...Цена — это сумма денег, за которую покупатель готов купить товар, а производитель — продать.». На частину найважливших товарiв i послуг першо1 необхщносп щни i тарифи регулюються державою.

При цьому цiна на товарну продукщю складаеться за алгоритмом (табл. 1).

Таблиця 1

Склад pü3Api6Hüi' цiни на промислову пр□дукцiю

Co6i-варпсть продукцй' Прибуток гадприЕм-ства Акциз (по гадакцизним товарам) Налог на добавлену варпсть Нацшка посеред-ника Т□рг□вi нацшки

Вiдпускна цiна тдприЕмства

Оптова ринкова цiна

Р□здрiбна щна

Осюльки електроенергетика вважаеться основою для розвитку ycix, без винятку, сфер людсько! дiяльностi, то цiна на електроенергт, як на товарну продукщю електроенергетичних систем (ЕЕС), повинна регулюва-тись загальнодержавними нормативними документами, що i мае мiсце у дшсност!

Як можна бачити з табл. 1, оптова ринкова щна на електроенергт складаеться з вщпускно! щни тд-приемства-виробника i нацiнки посередника. Роздрiбна цiна перебiльшyе оптову щну на величину торгово! нацiнки, яка визначаеться витратами електропостачаль-них оргашзацш (ЕО) на транспорт електроенергп до приймального пункту системи електропостачання (СЕП) конкретного споживача.

Мета даног роботи — розроблення методики визначення роздрiбноi щни на електроенергт для конкретного споживача, яка науково Грунтуеться на фiзицi процесу ii електропередач^ — показуе ii актуальшсть.

2. Анал1з л1тературних даних

Як вiдомо з [2], фiзично, електроенергiя е енергiю електромагштного поля ЕЕС, яке створюеться одночас-ною дiею напруги i струму проввдносп струмоведучих частин цiеi системи, на дiелектричне середовище, що от очуе таю yd ii частини.

Зважаючи на те, що струм провщносп створюеться пiд дiею ix напруги, то можна зробити висновок про те, що як товарна продукщя ЕЕС, електроенерпя е роботою, яку виконують синxроннi генератори ii електростанцш для створення рiзницi електричних потенцiалiв (напруги) на сво!х затискачах. Тобто, електричну напругу можна вважати потенцшною формою електроенергii.

Таким чином, ЕО передають споживачам електро-енергт у потенцiйномy виглядi (у виглядi напруги певного номiнального рiвня).

У залежност вiд характеристики електроприймачiв споживача, у дiелектричномy середовищi струмове-дучих частин i таких же частин електричних мереж, що живлять напругою i створюеться енергiя, яка може виконувати корисну роботу. При цьому розрiз-нюють активну i реактивну складову електроенергп СЕП конкретного споживача, яю фжсують комерцiйним облiком. Вважаеться, що активна складова передаеться до електроприймачiв (поздовжня складова до напрямку електропередач^ i перетворюеться ними у iншi види для виконання корисно! роботи, а реактивна — двiчi за перюд напруги i струму провщносп накопичуеться в електромагнiтномy полi (у напрямку, поперечному до напрямку електропередач^ i через явище електро-магнiтноi iндyкцii намагаеться повернутись у середину

струмоведучих частин. Але середовище таких частин не е електропружним i тому, за даними [3], у ньому енергп бути не може. При цьому створюеться електрорушшна сила (ЕРС) самошдукцп, пiд дiею яко1 збiльшуються активнi втрати струмоведучих частин СЕП споживача i ЕО, зменшуеться ix пропускна спроможнiсть та сут-тево змiнюеться ix напруга.

При математичному моделюванш ЕЕС, у вщповщнос-тi до теореми Пойтинга, повну потужшсть ЕЕС можна представити у вигляд^ кВА:

S = Um sin at ■ Im sin (cot - j) = = U ■ I cos j- U ■ I cos (2rat - j),

S = UI cos j-UI sin j = P ± JQ.

еться i визначаеться за допомогою коефiцieнта реактивно! потужносп, що е вiдношенням мiж реактивною та активною складовими повного ix навантаження за вщомою формулою, в. о.:

Q

tg j= р,

(3)

(1)

де Um — амплиудне значення напруги, кВ; Im — ампль тудне значення струму провщносп, А; U — дiюче значення напруги, кВ; I — дтче значення струму провiдностi, А; j — кут зсуву фаз мiж синусощальними напругою i стру-мом провiдностi струмоведучих частин ЕЕС, град.

Таке рiвняння в [4] визнаеться реально-математич-ною моделлю ЕЕС i за вщстаючого вiд напруги струму провщносп його, графiчно, наведено на рис. 1.

де Q — реактивна потужшсть системи, квар; P — активна потужшсть системи, кВт; j — кут зсуву фаз мiж сину-со!дальними напругою та струмом провщносп струмоведучих частин системи, град.

Як показано в [4], коефщент реактивно! потужност будь-яко! електропередачi може слугувати показником економiчностi ii роботи.

Дослiдження в [7] тдтверджують, що повна енерпя електропередачi в ЕЕС е хвилею енергп поляризацп ii дiелектричного середовища, що бiжить вiд генераторiв електростанцш системи до споживачiв. При цьому, ii ко-ливний характер визначаеться коливним характером ii реактивноi складово!, яка змшюеться в межах вщ нуля до амплггуди в межах перюду змiни ii синусоiдальноi напруги.

Вщомо, що при вимiрюваннi реактивноi електро-енергii застосовують дев'яносто градусну схему вмикан-ня вимiрювального елемента. Тобто, додатково створю-ють зсув мiж векторами дiючих значень фазного струму i напруги, який змiнюеться в межах ±90°.

Таким чином, активна складова хвилi повно! енергп ЕЕС, що визначаеться за формулою (2), е дтчим зна-ченням, а ii реактивна складова — амплиудним. Тому в практичних розрахунках, середнш у розрахунковому перюду коефщент реактивноi потужностi, який визначаеться за формулою (3), може ввдповвдати двом значенням реактивноi потужностi:

Амплиудному, в. о.:

Рис. 1. Реально-математична модель електромагштного паля ЕЕС

Можна побачити, що перша складова рiвняння (1) не залежить вщ частоти напруги i струму провщносп струмоведучих частин ЕЕС i е ii активною потужшстю. Друга складова цього рiвняння змшюеться з подвш-ною частотою за перiод змiни синусощальних напруги i струму провiдностi струмоведучих частин ЕЕС i е ii реактивною потужшстю.

Приймаючи до уваги математичну залежшсть cos (2 ■ 45°-j) = sin j, за звичаем, рiвняння (1) представ-ляють у вигляд^ кВА:

- л wq tg Ф ^ = wp ■

Дiючомy в. о.:

(4)

tg Фдр =

WQ

V2 wp '

(5)

(2)

Очевидно, що рiвняння (2) вiдповiдае математичному моделюванню ЕЕС, яке суттево вiдрiзняеться вiд ii реально-математичного моделювання, що вiдповiдае рiвнянню (1).

Стввщношення мiж активною (корисною) i реактивною складовою (шкiдливим баластом, який розглядаеть-ся нормативними документами [5, 6] у якост окремоi товарно! продукцп) будь-яко! ЕЕС та СЕП контролю-

яке повинно застосовуватись у якост директивного для споживачiв.

3. 06'ект, мета i задач1 дослщження

Об'ект дослгдження — електроенергетична система (як сукупшсть електроустановок), в якш виробля-ють, розподiляють, передають i споживають електричну енергiю, як товарну продукщю тако! системи.

Метою даног роботи е дослщження залежносп роз-дрiбноi цiни на електричну енерпю у залежностi вiд прин-ципово! схеми електропередачi i ii номшально! напруги.

Для досягнення поставлено! мети необхщно вико-нати так задач1\

1. Спираючись на фiзику електромагштного поля ЕЕС, обгрунтувати фiзичну сутнiсть електроенергii у якостi товарно! продукцп тако! системи.

2. Одержати математичну залежшсть роздрiбноi цiни на електроенергiю для и споживачiв у залежностi вщ принциповоi схеми електропередачi i и номiнальноi напруги.

4. Результаты дослщження економ1чност1 реактивного навантаження електропередач1

Вважаючи напругу потенцшною формою електро-енергii, розглянемо и постачання споживачам за до-помогою електричних мереж ЕО. При цьому частина напруги втрачаеться в iх струмоведучих частинах. Такi втрати можна визначити за вщомою формулою, кВ:

AU =

PRe + QXe

10-3 =

uhom

PRe QXe

U

■10-

hom

U

hom

■10-3 = AUP + AUQ ,

AU * = -

AUP AU,

AUP AU

Q . QpXE .

= 1 + „ „ = 1 + «■ tgфд,

P

PpRe

x 0

rÖ,

(8)

де х 0 — питомий погонний реактивний отр струмоведучих частин електропередач^ 0м/км;г0 — питомий погонний активний отр струмоведучих частин електро-передач^ Ом/км.

Реальнi середнi значення а, визначеш за даними [8], наведено в табл. 2.

таблиця 2

Середш значения а = i (U н|

UHOM , кВ 0,38 6 10 35 110

а,-, в. □. 0,108 0,223 1,360 1,781 2,350

(6)

де Р — активна потужшсть електропередачi, кВт; Q — реактивна потужшсть електропередач^ квар;ином — номшальна напруга електропередачi, кВ; RE — е^ва-лентний активний опiр струмоведучих частин електро-передачi, приведений до и номiнальноi напруги, Ом; ХЕ — еквiвалентний реактивний опiр струмоведучих частин електропередач^ приведений до и номiнальноi напруги, Ом;ДиР — втрати напруги в струмоведучих частинах електропередачi тшьки вiд ii активного навантаження, кВ;Д^ — втрати напруги в струмоведучих частинах електропередачi тшьки вщ ii реактивного на-вантаження, кВ.

Приймаючи у якостi умовноi одиницi ДиР, рiвнян-ня (6) можна представити у вигляд^ в. о.:

Ввдомо, що крiм характеристик г0 та х0 електричнi мережi електропередачi характеризуються також пито-мою величиною емнiсноi провiдностi д0, квар/км, яка може впливати на величину а.

И вплив можна визначити за допомогою подвшного перетворення питомоi заступноi схеми так, як показано на рис. 2 iз застосуванням формул з [9].

Результати розрахунюв для струмоведучих частин максимального стандартного перерiзу за номiнальноi напруги електропередачi наведено в табл. 3, яю свiдчать про те, що величиною такого впливу можна знехтувати.

Роздрiбну цiну на електроенерпю для конкретного споживача можна визначити за формулою, грн/кВт ■ год:

с0; = с0 ■ Ku

(9)

(7)

де с0 — ринкова щна на електроенергiю при напрузi електропередачi ином = 110, грн/кВт ■ год; Ки — розра-хунковий коефщент, що враховуе номшальну напругу живлення СЕП конкретного споживача, в. о.:

Ku =

де а — характеристичний коефщент електропередач^ в. о.:

1+аЕ tg фд 1 + ао5 tg фд ,

(10)

z 2 = r 2 + 2 . z0 = г0 + x0 ;

U2 ■ 103

q о

XL0 ■ Xq[

x 0

XL 0 +

q 0

11

G = —; B = —; Y2 = G2 + B2

R0 XE0

= fz ; xoi = Y;

Ali ~ r ; x0i ~ x0

рис. 2. Перетворення питомо! заступно! схеми електропередачг а — вихiдна; б — перетворена; в — розрахункова

2

B

z

z

о

о

де а2 — значення характеристичного коефщента елект-рично! мережу що живить споживча, за даними табл. 1, в. о.; а0 — значення характеристичного коефщента елект-рично! мережi при номiнальнiй напрузi мережi енерго-ринку, за даними табл. 2, в. о.; tg фд — директивне значення коефщента реактивно! потужностi, затверджене на державному рiвнi, в. о.

Таблиця 3

Вплив ца на величину параметру ап електр□передaчi

№ U, кВ F, мм2 Чь □м/км *0, □м/км а0, в.о. ?0, квар/км а01 , в.о. Д», %

1 0,38 240 0,129 0,014 0,108 0,0 0,108 0,00

2 6,0 240 0,129 0,029 0,223 13,0 0,223 0,00

3 10,0 240 0,129 0,175 1,360 21,5 1,360 0,00

4 35,0 185 0,156 0,264 1,695 115,0 1,695 0,00

5 110,0 240 0,120 0,282 2,350 3750,0 2,3498 0,01

Ku =

1 + qz tg ф ДР 1 + ao5 tg фд '

При визначеннi директивно! величини коефщента реактивно! потужностi за будь-яко! номiнальноi напруги необхщно прийняти вимогу директивного документа [10], що вимагае встановлення його величини на рiвнi значення tgфд = 0,25, в. о. для дшчого значення реактивно! електроенергп.

У залежност вiд порядкового номера принципово! схеми електропередачi з табл. 3, розрахункове значення а2 в формулi (10) становить, в. о.:

аЕ = ^a0i,

(12)

де a0i — значення а0 з табл. 2, в. о.

Роздрiбну щну на електроенергiю для будь-якого промислового, i дорiвнянного до нього, споживача можна визначити за формулою, грн/кВт-год:

Сое = Со ■ Ku

(13)

Якщо у розрахунковому nep^i дiюче значення кое-фiцieнта реактивно! потужносп, яке визначаеться за формулою (5), перебшьшуе його директивне значення то, формула (10) набувае вигляду, в. о.:

(11)

де c0 — оптова ринкова щна на електроенерпю (при номiнальнiй напpузi енергоринку UHOM = 110 кВ).

Можливi схеми eлeктpопepeдачi конкретним спожи-вачам, у залежност вiд номiнально! напруги !х жив-лення, наведено в табл. 4.

У якостi прикладу розглянемо електропередачу до СЕП споживча, принципову схему яко! наведено на рис. 3.

Таблиця 4

Залежшсть Ku вiд схеми живлення споживача, в. □.

№

Схема

живлення споживача

аЕ, в. □.

KU, в. □.

2,350

1,0000

2,573

1,0351

2,681

1,0521

3,710

1,2142

3,818

1,2311

4,131

1,2670

2

3

4

5

6

Закшчення табл. 4

№

Схема

живлення споживача

Их, в. □.

En, в. □.

4,239

1,2840

4,354

1,3020

4,462

1,3191

10

5,491

1,4810

11

5,599

1,5274

1, за формулою (10), вщповвдно: 1 + 3,710 ■ 0,327

Ku = -

- = 1,3941 в. о.

Рис. 3. Принципова схема СЕП реального споживача

Як можна бачити, така схема вщповщае схемi = 4 з табл. 4. При цьому, за формулою (12):

аЕ = а05 + а03 = 2,350 +1,360 = 3,710 в. о.

За формулою (10): 1 + 3,710 ■ 0,25

Ku =

1 + 2,350 ■ 0,25

= 1,2142 в. о.

Якщо ринкова оптова щна на електроенергш складае величину с0 = 0,9691 грн/кВт-год, то роздрiбна цiна на електроенерпю для споживача, що розглядаеться, за формулою (13), становить:

с0Е = 0,9691 1,2142 = 1,1767 грн/кВттод.

Якщо у розрахунковому перiодi (календарний мь сяць), за даними комерцiйного облжу, WP = 20766 кВт ■ год i WQ = 9604 квар ■ год, то за формулою (5):

9604

фДР =—¡=-= 0,327 в. о.

л/2 ■ 20766

1 + 2,350 ■ 0,25

При цьому:

с0Е = 0,9691 1,3941 = 1,3510 грн/кВт ■ год.

5. Обговорення результат1в дослщження коефвдЕнта реактивного навантаження системи електропостачання конкретного споживача

Таким чином, коефщент реактивного навантаження системи електропостачання конкретного споживача ЕЕ може слугувати економiчною характеристикою для ви-значення роздрiбноi щни на електроенергiю i енерго-постачальш органiзацii можуть вносити корективи до и оптовоi цiни, зважаючи на реальне дiюче значення такого коефщента у розрахунковому перiодi.

6. висновки

В результатi проведених дослiджень можна зробити висновки:

1. Енергопостачальш органiзацii (обленерго) переда-ють споживачам електроенергiю у електропотенцшному виглядi — у виглядi напруги певного номiнального рiвня.

2. За звичай, реактивна складова повного наванта-ження електропередач^ яке безпосередньо не пов'язане з виконанням корисноi роботи (у iншi види енергii не перетворюеться), зменшуе рiвень напруги ii приймаль-ного пункту.

7

8

9

3. Коефщент реактивно! потужност електропереда-чi може слугувати показником и економiчностi i його необхiдно нормувати на державному рiвнi.

4. Зважаючи на фiзичну особливiсть реактивно! по-тужностi електропередачi (11 змшу — двiчi за перiод змши напруги струмоведучих частин), при визначенш величини коефiцieнта реактивно! потужностi електропе-редачi показання комерцiйного облiку реактивно! енергп необхiдно зменшувати у л/2 разiв.

5. Директивне значення коефшдента реактивно! по-тужностi СЕП конкретному споживачевi ЕЕ необхiдно встановити як середне його значення на протязi року у директивних документах, виходячи з оптово! цiни електроенергi! на енергоринку, у залежност вiд схеми електропередачi i номiнально! напруги.

6. Ус нормативнi документи, що пов'язанi з роз-рахунками роздрiбно! цши на електричну енергiю для промислових i дорiвнених до них споживачiв електро-енергп, що дiють сьогодш в Укра!нi потребують пере-роблення з метою !х вдосконалення.

Лггература

1. Сергеев, И. В. Экономика предприятия [Текст]: учебн. пособ. / И. В. Сергеев. — М.: Финансы и статистика, 2001. — 304 с.

2. Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники [Текст]: учебник / Л. А. Бессонов. — Изд. 6-е. — М.: Высш. школа, 1973. — 752 с.

3. Ландау, Л. Д. Курс общей физики. Механика и молекулярная физика [Текст] / Л. Д. Ландау, А. И. Ахиезер, Е. М. Лифшиц. — М.: «Наука»; Главная редакция физико-математической литературы, 1969. — 399 с.

4. Дорошенко, О. I. Про математику I ф1зику електропереда-ч1 [Текст] / О. I. Дорошенко // Матер1али Х-о! м1жнародно!

5.

6.

7. Дорошенко, О. I. Про економ1чний екв1валент реактивно! потужност систем електропостачання [Текст] / О. I. Дорошенко // Технолопчний аудит та резерви виробництва. — № 6/5(20). — С. 26-30. doi:10.15587/2312-8372.2014.29965

8. Файбисович, Д. Л. Справочник по проектированию электрических сетей [Текст] / под ред. Д. Л. Файбисовича. — М.: НЦ ЭНАС, 2006. — 320 с.

9. Зевеке, Г. В. Основы теории цепей [Текст] / Г. В. Зевеке, П. А. Ионкин, А. В. Нетушил и др. — М.-Л.: Госэнерго-издат, 1963. — 440 с.

10. Методика визначення нерацюнального (неефективного) вико-ристання паливно-енергетичних ресурав [Текст]: Наказ Национального агентства Укра!ни з питань забезпечення ефективного використання енергетичних ресурав. — Ки!в, 2009. — 13 с.

о розничной ЦЕНЕ НА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Опираясь на физику нормального режима работы электроэнергетических систем, в статье предлагается новый научно-методический подход к определению розничной цены на электроэнергию для промышленных и приравненных к ним потребителей, который рассматривает электрические сети электроэнергетических систем 110 кВ в качестве прилавка Энергорынка Украины, от которого потребители получают электрическое напряжение, как электропотенциальную форму электроэнергии.

Ключевые слова: электроэнергия, электроснабжение, электрическое напряжение, потери напряжения, цена на электроэнергию.

Дорошенко Олександр 1ванович, кандидат техтчних наук, доцент, кафедра електропостачання та енергоменеджменту, Одеський нащональний полтехтчний утверситет, Украта, e-mail: dai1938@yandex.ua.

Борисенко Свтлана CMeKcaHdpieHa, керiвник проектно1 групи, ВТВ ПАТ«Одесаобленерго», Одеса, Украта, e-mail:sab1975@list.ru.

науково-практично! штернет-конференци «Новини науково! думки», 22-30 жовтня 2014 р., Прага. — С. 15-22. Про затвердження Методики обчислення плати за переть кання реактивно! електроенерп! [Текст]: Наказ Мшютер-ства палива та енергетики Укра!ни № 19 вщ 17.01.2002 // Офщшний вюник Укра!ни. — 2002. — № 48. — С. 71-147. СОУ-Н МПЕ 40.1.20.510.:2006. Методика визначення еко-ном1чно доцшьних обсяпв компенсаци реактивно! енергп, яка перетжае м1ж електричними мережами електропереда-вально! оргашзаци та споживача (основного споживача та субспоживача) [Текст]. — Ки!в, 2006. — 48 с.

Дорошенко Александр Иванович, кандидат технических наук, доцент, кафедра электроснабжения и энергоменеджмента, Одесский национальный политехнический университет, Украина. Борисенко Светлана Александровна, руководитель проектной группы, ПТО ЗАО «Одессаоблэнерго», Одесса, Украина.

Doroshenko Oleksandr, Odessa National Polytechnic University, Ukraine, e-mail: dai1938@yandex.ua.

Borisenko Svitlana, VET CJSC «Odesaoblenergo», Odessa, Ukraine, e-mail: sab1975@list.ru