Выявление и анализ природных и неприродных воздействий при прогнозировании величины почасового электропотребления района города - субъекта оптового рынка электрической энергии и мощности Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

I

ЭКОНОМИКА, ЭКОЛОГИ НАЛЬНЫЕ АС ЭНЕРГЕТИКИ

(Нам

УДК 621.311

ВЫЯВЛЕНИЕ И АНАЛИЗ НРИРОДНЫХ И НЕНРИРОДНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НРИ НРОГНОЗИРОВАНИИ ВЕЛИЧИНЫ НОЧАСОВОГО ЭЛЕКТРОНОТРЕБЛЕНИЯ РАЙОНА ГОРОДА -СУБЪЕКТА ОНТОВОГО РЫНКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И

МОЩНОСТИ

В.В. ВАХНИНА, Н.А. КИСЕЛЯУСКАС, Э.Ф. ХАФИЗОВ

Тольяттинский государственный университет

Рассмотрены особенности почасового прогнозирования электропотребления в условиях функционирования оптового рынка электроэнергии и мощности Российской Федерации. Произведен анализ природных и неприродных воздействий на электропотребление района города. Выполнен анализ влияния температуры наружного воздуха на график электропотребления района города. Результаты представляют интерес при решении проблем, связанных с выбором наиболее точного метода почасового прогнозирования электропотребления города.

Введение

С сентября 2006 года в России начал функционировать новый оптовый рынок электроэнергии и мощности, основной целью которого является переход с января 2011 года к целевой модели оптового рынка. Можно констатировать, что рынок электрической энергии и мощности РФ перешел к очередному, практически заключительному этапу либерализации. В числе основных моментов этого этапа можно назвать регулируемые договора (РД), обязательность участия в рынке на сутки вперед (РСВ), функционирование балансирующего рынка (БР). Каждые полгода все большая часть объема торгуемой на оптовом рынке электрической энергии продается по нерегулируемым ценам, т. е. на РСВ. Субъекты оптового рынка, приобретающие электрическую энергию на РСВ, обязаны за сутки до суток фактического потребления подать заявку на планируемую величину потребления с почасовой разбивкой.

Точность прогноза планового почасового потребления имеет ключевое значение для определения стоимости потребляемой электрической энергии. Кроме того, точное прогнозирование энергопотребления обеспечивает оптимальное, с экономической точки зрения, распределение нагрузок между станциями, способствует повышению надежности работы энергосистемы в целом. Нри этом отклонения фактического графика нагрузок субъекта оптового рынка от планового графика приводит к покупке электроэнергии на балансирующем рынке, где торгуется менее эффективная и, соответственно, более дорогая генерация. Отклонение в меньшую сторону от плановых почасовых величин также в большинстве случаев характеризуется финансовыми потерями для субъекта оптового рынка электрической энергии. Таким образом, любое

© В.В. Вахнина, П.А. Киселяускас, Э.Ф. Хафизов Проблемы энергетики, 2008, № 11-12

отклонение фактического почасового потребления от планового как в большую, так и в меньшую сторону приводит к удорожанию электрической энергии, приобретаемой субъектом оптового рынка. В связи с этим возрастают требования к точности прогнозирования энергопотребления субъектов оптового рынка. Особенно остро вопрос точности прогнозирования стоит для маломаневренных потребителей - тех, кто не может изменить свою нагрузку в режиме, близком к реальному времени.

Нрогнозирование электропотребления района города

Одним из самых неманевренных потребителей является субъект оптового рынка, приобретающий электрическую энергию для потребителей-граждан и приравненных к ним категорий потребителей. У данного субъекта оптового рынка, в общем случае, отсутствует как собственная генерация, так и оперативные производственные резервы, при этом объемы потребляемой электрической энергии данного субъекта оптового рынка наиболее подвержены влиянию природных воздействий. В рассматриваемом случае субъект оптового рынка обслуживает район города, а именно, реализует на розничном рынке 80 % объема электрической энергии потребителям-гражданам и приравненным к ним категориям потребителей, а 20 % объема электрической энергии - коммерческим мелкомоторным потребителям.

Способом решения задачи минимизации стоимости приобретаемой на оптовом рынке электрической энергии является точное прогнозирование почасового потребления электрической энергии субъектом оптового рынка с учетом всех природных и неприродных воздействий, влияющих на почасовые величины потребляемой электрической энергии.

В общем случае прогнозом называется вероятностное научно обоснованное суждение о перспективах, возможных состояниях того или иного явления в будущем и (или) об альтернативных путях и сроках их осуществления. Нрогноз выступает в качестве инструмента научного предвидения, вариантного анализа, получения дополнительной информации при выработке решений [1].

Нрогнозирование электропотребления - это научно обоснованная гипотеза о вероятном будущем электропотреблении некоторого субъекта экономической системы и характеризующие это электропотребление показатели [1]. Отсюда сам процесс прогнозирования представляет собой разработку, составление прогнозов. Целью разработки прогноза электропотребления является принятие решения относительно предполагаемого результата электропотребления некоторого субъекта экономики. Нроцесс составления прогноза электропотребления субъекта оптового рынка усложняется необходимостью представления суточного прогноза с почасовой разбивкой за одни сутки до суток фактического потребления.

Нрактика показывает, что в настоящее время могут наблюдаться существенные колебания электропотребления, обусловленные различными природными и неприродными воздействиями. Рассмотрим их влияние на электропотребление района города.

Анализ природных и неприродных воздействий на электропотребление города

На основании выполненного анализа графиков электропотребления города за 2004, 2005, 2006 и 2007 гг. можно выделить зависимость колебаний энергопотребления от следующих воздействий, в порядке убывания значимости:

1. Статус дня.

Характер электропотребления зависит от статуса дня. На рис. 1 и 2 показаны типовые среднестатистические графики электропотребления района города.

<, час

X Понедельник —в— Вт-Чт —е— Пятница —л— Суббота Ж Воскресенье Рис. 1. Типовые среднестатистические графики электропотребления района

города за июнь 2007 года

I, час

х Понедельник о Вт-Чт —в— Пятница —*— Суббота ж Воскресенье

Рис. 2. Типовые среднестатистические графики электропотребления района города

за декабрь 2007 года

При анализе графиков электропотребления можно выделить следующие группы графиков в зависимости от статуса дня:

1 группа - понедельник;

2 группа - вторник, среда, четверг;

3 группа - пятница;

4 группа - суббота;

5 группа - воскресение.

Графики электропотребления каждой группы характеризуются совпадением интервалов минимальных и максимальных значений, единой динамикой участков набора и сброса нагрузки.

Соответственно можно вывести типовые среднестатистические графики электропотребления для каждой группы. При этом для летнего периода вечерний максимум - 19.00 (в выходной день - 22.00), для зимнего периода - 18.00.

Следует отметить, что неучет статуса дня в модели прогнозирования электропотребления может привести к принципиально неверному прогнозу.

2. Для наиболее точного прогнозирования электропотребления необходимо учитывать природные воздействия: температуру наружного воздуха,

освещенность, влажность воздуха, которые в первую очередь определяют сезонные колебания и суточную неравномерность графиков электропотребления района города.

Устойчивые сезонные и суточные изменения температуры, освещенности и влажности могут быть описаны аналитически и используются при разработке прогнозов. Однако при этом возникают следующие трудности:

- во-первых, происходит постоянное увеличение городской нагрузки, как это видно из рис. 3;

- во-вторых, возникновение в последние годы резких изменений температуры наружного воздуха, например, в январе, феврале, октябре 2006 г., декабре 2007 г.

4 5 6 7 8 9

12004 0 2005 □ 2006 □ 2007

Рис. 3. Динамика изменения электропотребления района города за 2004-2007 гг.

Аномальными считаются значительные отклонения природных воздействий от устойчивых среднемноголетних тенденций, которые приводят к резким скачкам электропотребления. Например, электростанции РАО «ЕЭС России» в январе 2006 г. увеличили выработку электроэнергии на 10,3 % (до

70,9*109 кВт-ч) по сравнению с аналогичным периодом 2005 года (63,3*109 кВт-ч). В целом по России объем энергопотребления в январе 2006 г. составил 95,8*109 кВт*ч

- это на 7,6 % больше, чем в январе 2005 г. Значительное повышение объемов генерации было вызвано не только ростом экономики в целом, но и аномально низкой температурой воздуха. Максимальная нагрузка в ЕЭС России в период морозов достигала 150,3*106 кВт. В декабре 2007 выработка электроэнергии в стране увеличилась на 6 % по сравнению с аналогичным периодом 2006 г.: с 68,2 до 72,3*109 кВт*ч. Такой незначительный рост электропотребления объясняется тем, что несмотря на аномально низкую температуру наружного воздуха

рассматриваемого района города, температура наружного воздуха в декабре 2007 г. была в среднем по стране на 3,7 °С выше средне-многолетнего уровня.

Аномальные колебания природных воздействий особенно сильно сказываются в весенний и осенний периоды, непосредственно примыкающие к отопительному сезону. Отопление в эти периоды уже отключено или еще не включено, и волны эпизодических похолоданий заставляют население прибегать к альтернативным источникам тепла - всевозможным видам электронагревателей.

Наиболее сильное влияние на электропотребление оказывает температура наружного воздуха. Связано это с тем, что жизнедеятельность человека требует создания специальных условий, одним из которых является поддержание температуры помещений в определённом интервале. Влияние температуры определяется расходом электроэнергии на отопление зданий, вентиляцию, охлаждение в холодильниках, кондиционерах.

На основании анализа температуры наружного воздуха района города на электропотребление, выполненного с 01.04.2004 по 31.12.2007 гг., получено, что учет влияния температуры на электропотребление не может быть выражен простой линейной зависимостью. Целесообразно рассматривать следующие моменты коррелированности электропотребления по отношению к температуре наружного воздуха:

1. Летний период (сезон без отопления). На рис. 4 представлены графики электропотребления района города по отношению к температуре наружного воздуха в летний период, где Т1 - график температуры наружного воздуха района города 5 июня 2007 г. (вторник); Т2 - график температуры наружного воздуха района города 19 июня 2007 г. (вторник); Т3 - график температуры наружного воздуха района города 10 июля 2007 г. (вторник); Щ - график электропотребления района города 5 июня 2007 г.; Щ - график электропотребления района города 19 июня 2007 г.; Щ - график электропотребления района города 10 июля 2007 г.

Рис. 4. Графики электропотребления района города по отношению к температуре наружного

воздуха в летний период

При анализе данных графиков электропотребления можно выделить следующие особенности:

а) электропотребление слабо зависит от температуры наружного воздуха до +25 °С, при последующем увеличении температуры наблюдается нелинейная связь между ростом температуры и потребления;

б) существенное влияние на электропотребление района города в дневные часы суток оказывает освещенность и продолжительность выпадения осадков. Как видно из анализируемого графика W3 (пасмурный дождливый день), электропотребление в дневные часы значительно выше, чем у аналогичного периода солнечного дня.

2. Зимний период (отопительный сезон). На рис. 5 представлены графики электропотребления района города по отношению к температуре наружного воздуха в зимний период, где Т1 - график температуры наружного воздуха района города 4 декабря 2007 г. (вторник); Т2 - график температуры наружного воздуха района города 18 января 2008 г. (вторник); Т3 - график температуры наружного воздуха района города 22 января 2008 г. (вторник); Щ - график

электропотребления района города 4 декабря 2007 г.; Щ2 - график

электропотребления района города 18 января 2008 г.; Щ3 - график

электропотребления района города 22 января 2008 г.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

____ I, час

77 I---1 Т2 ШШ ТЗ УУ1 \У2 —Н'З

Рис. 5. Графики электропотребления района города по отношению к температуре наружного воздуха в зимний период

При анализе данных графиков электропотребления можно выделить следующие особенности:

а) связь между температурой и электропотреблением существенна. При небольшом понижении температуры могут быть использованы линейные модели, при большом скачке температур (более 10 оС) связь становится нелинейной;

б) на графике электропотребления Щ к концу суток явно видно запаздывание влияния температуры на электропотребление, которое также необходимо учитывать при расчете прогнозируемого электропотребления.

3. Переходный весенний и осенний периоды. При отключенном центральном отоплении и снижении температуры ниже +10 °С влияние температуры на электропотребление резко возрастает и их связь становится нелинейной - каждый

градус снижения температуры сопровождается все большим приростом электропотребления.

По причине запаздывания влияния температуры на электропотребление, резкие, но краткосрочные весенние или осенние похолодания практически не вызывают скачков электропотребления.

Выполненный анализ показывает, что устойчивая плотная облачность, особенно если она сопровождается затяжным дождем или снегопадом, является причиной повышения электропотребления в светлое время дня, независимо от времени года, за счет включения освещения. Следует также отметить, что высокая влажность воздуха и сильный северный ветер, при достаточно низкой температуре в помещениях - на уровне +18 °С, создают ощущение дискомфорта и население прибегает к доступным и привычным обогревающим средствам.

Выводы

Как показала практика, ни один из принципиальных подходов к процессу прогнозирования не сможет достоверно описать процесс электропотребления района города без учета влияния природных и неприродных воздействий. Пренебрежение совокупностью рассмотренных воздействий при анализе и прогнозировании электропотребления приводит к неправильному выбору метода прогнозирования, отражается на точности прогнозирования и сказывается на формировании (или определении) стоимости потребляемой электрической энергии.

Кроме того, учет природных и неприродных воздействий позволит существенно повысить точность прогнозов электропотребления и соответственно обеспечить оптимальное с экономической точки зрения распределение нагрузок между станциями и поспособствует повышению надежности работы энергосистемы в целом.

Summary

We viewed the peculiarities of hour-to-hour forecasting of electric energy demand. These researches were hold under the condition of wholesale electrical market operation and capacity of Russian Federation as well. The analysis of natural and human influences upon electric energy urban demand was made. Also we studied electric energy demand depending on temperature. The results can help to solve the problem, which concerns the best way of hour-to-hour forecasting of electric energy urban demand.

Литература

1. Прогнозирование и управление электропотреблением в электроэнергетических системах / Под ред. В.Л. Шликевич. - М, 1988.

2. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий - М.: Изд. МЭИ, 2005.

Поступила 04.05.2008