Автореферат (Методология обеспечения энергетической безопасности при многоуровневом управлении территориальными общеэнергетическими системами), страница 7

Егопреимуществами являются: учет конкуренции как между видами топлива (газа и углей), так и ценовымипредложениями поставщиков, учет механизмов государственного регулирования цен на природный газ (акциз) иэнергетические угли (субсидирование железнодорожных перевозок), учет различных сочетаний методов ценообразования на рынках газа и углей(применяемых и перспективных), учет возможности топливообеспечения как за счет внешних источников топлива, таки разработки местных месторождений, возможность использования для разработки стратегии диверсификации какпоставщиков топлива, так и самих энергоносителей с целью повышенияэнергобезопасности.Ресурсы, поставляемые системой топливообеспечения, распределяются междусистемами тепло- и электроснабжения. При разработке прогнозной модели балансовойструктуры системы теплоснабжения принималось: Теплоснабжение включает централизованную и индивидуальные системы.Потребители перемещаются между ними исходя из радиуса эффективногообслуживания ТЭЦ и принципа организации альтернативной котельной. Централизованная система теплоснабжения представлена ТЭЦ и котельными,включенными в единую закольцованную теплосеть.

В центре тепловых нагрузокнаходится ТЭЦ, котельные несут нагрузку по остаточному принципу. Централизованная система теплоснабжения работает в условиях рынка тепла,организованного в виде модели единой тепловой компании или единого заказчика. ТЭЦ также функционируют на рынке электроэнергии, конкурируя с КЭС. Считается,что ТЭЦ конкурентоспособна, если в течение года, работая в различных режимах,обеспечивает экономию топлива в сравнении с КЭС. ТЭЦ имеют возможность распределять топливные затраты между теплом иэлектроэнергией. Развитие системы теплоснабжения осуществляется по пути минимизации топливныхзатрат при заданной модели рынка тепла.Алгоритм составления прогнозного баланса представлен на Рисунке 11.Согласно алгоритму, для радиуса теплоснабжения территориального образованиязадается прогноз потребления тепла в виде графика тепловой нагрузки попродолжительности.

Проводится структурная оптимизация тепловой нагрузки поисточникам тепла централизованной системы с позиции минимума топливных затрат сучетом их разнесения на ТЭЦ, ограничением которого являются обеспечениеaконкурентоспособности с КЭС и удельные затраты на тепло bКУ, полученные методомальтернативной котельной:тт(13)B т (Q)  min bТЭЦ QТЭЦ  bКУ  QКУ 22QТЭЦ  QКУ  Q(b  b тэ ) N т (Q )  (b к  b ) N к (Q )  0ТЭЦКЭСТЭЦТЭЦ КЭС ТЭЦ ТЭЦ ТЭЦ тт bТЭЦ  QТЭЦ  bКУ  QКУа bКУQ тэbТЭЦ  bКЭС(14)тттэгде Q - годовая тепловая нагрузка; bТЭЦ- удельные расходы топлива ТЭЦ, отнесенные, bТЭЦкна тепло и электроэнергию при работе в режиме теплофикации; bТЭЦ, bКЭС , bКУ - удельныерасходы топлива ТЭЦ (конденсационный режим), КЭС и котельных;ткNТЭЦ, NТЭЦ-электроэнергия, вырабатываемая на ТЭЦ в соответствующих режимах; QТЭЦ , QКУ - нагрузкаКЭС и котельных (искомые переменные).Радиус теплоснабжения (r)Прогноз потребления в видеграфика тепловой нагрузки попродолжительности (Qr(t))Тепловая нагрузка системыцентрализованноготеплоснабжения (Qr0(t))ТЭЦКотельныеМетодраспределениятопливных затратТопливные затратыТопливные затратыотнесенные натеплоМодель рынка тепла (единаятепловая компания, единыйзакупщик)Оптимизатор распределениятепловой нагрузки между ТЭЦи котельными (минимизациятопливных затрат)Изъятие части тепловойнагрузки, находящейся заэффективным радиусомобслуживанияРавновесная цена на рынкеэ/э (или топливные затратыКЭС)Предельный тариф на тепло(альтернативная котельная)Оптимальнаятепловая мощностьТЭЦНаилучший методраспределениятопливных затратРасчет эффективного радиусаобслуживания системыцентрализованноготеплоснабжения (r0)Даr > r0НетРасчет средней стоимоститепла для потребителя посистеме централизованноготеплоснабженияИзъятие части дорогойтепловой нагрузкиДастоимость > тарифНетПрогноз балансовой структурысистемы теплоснабженияQ=(Qцст,Qист)=(QТЭЦ, QКУ, Qист)Рисунок 11 – Алгоритм прогнозирования балансовой структуры системы теплоснабжениятерриториального образованияМодель рынка тепла определяет выбор метода разнесения затрат.

Так, в случае единойтепловой компании, когда тепловые источники и сети находятся в одной собственности,затраты большей частью будут относиться на тепло. В случае сетевой компании,являющейся единым заказчиком, ввиду конкуренции между источниками затраты будут23отнесенынаэлектроэнергию.bB (Q)  min maxmmтQттТЭЦbТЭЦ QТЭЦЦелевая функция, в первом случае, примет видтт QТЭЦ  bКУ  QКУ  . bКУ  QКУ  , во втором - B т (Q)  min min bТЭЦQmmbТЭЦНа основе определенной тепловой мощности ТЭЦ и затрат, отнесенных на тепло,определяется ее радиус эффективного обслуживания. Часть нагрузки, находящейся зарадиусом эффективного обслуживания, изымается в пользу индивидуальной системытеплоснабжения, и с учетом нового радиуса осуществляется следующая итерацияоптимизации структуры тепловой мощности централизованной системы. При необеспеченииусловия непревышения средней цены по тепловым источникам предельного тарифа,происходит изъятие части мощности дорогого источника централизованной системы впользу индивидуальной.

В результате формируется прогноз балансовой структуры системытеплоснабжения в виде Q  QЦСТ  QИСТ  QТЭЦ  QКУ  QИСТ .Приведенные разработки формируют метод построения прогнозной экономикоматематической модели системы теплоснабжения территориального образования,позволяющий осуществлять прогноз структуры производства тепла при различныхстратегиях либерализации рынка. Его преимуществами являются: учет наличия централизованной и индивидуальной систем теплоснабжения, а такжеэффективного радиуса обслуживания ТЭЦ, учет различных моделей функционирования централизованной системытеплоснабжения (единая тепловая компания, единый заказчик), учет распределения затрат ТЭЦ между теплом и электроэнергией, и его влияния наэффективный радиус обслуживания, учет наличия механизмов регулирования цен на тепло и электроэнергию,оказывающих влияние на распределение топливных затрат ТЭЦ, возможностьиспользованиядляразработкистратегииповышенияэнергобезопасности на основе нахождения наилучшего сочетания централизованной(на основе ТЭЦ) и индивидуальной схем теплоснабжения.Моделирование общеэнергетической системы потребовало перехода от балансовыхметодов построения моделей к балансово-сетевым, что обусловлено входящей в ее составсистемой электроснабжения.

На Рисунке 12 представлена 5-узловая балансово-сетеваямодель энергосистемы.- потребители тепла иэлектроэнергии;45Q - тепловой источник (котельная),NQ - комбинированный источникNQ(ТЭЦ),3N - источник электроэнергииQC(КЭС),Region 1-4 – различные видытерриториальных энергосистем.CНаличиекомбинированныхисточников,подключенныхк узлам123NNQCпоставки тепла и электроэнергии,связываетединымирежимами2работысистемытеплоиCэлектроснабжения.Рисунок 12 – Балансово-сетевая модель общеэнергетической системыCN5N3 5434Q34СQ , С NCN43CQ 1332N1 1Q3NNQ11132N1Q11CQ123222Q24Для описания структуры общеэнергетической системы используется граф связей.Вершинами графа являются узлы поставки электроэнергии и узлы поставки тепла. Дугамиграфа являются электрические и тепловые сети.При разработке прогнозной модели межотраслевого баланса принималось: Затраты на транспорт пропорциональны расстоянию и объему передачи, а затраты напередачу производителя в узел подключения отсутствуют. Вузлахпоставки электроэнергии применяется маржинальная модельценообразования, в узлах поставки тепла – ценообразование на основе моделиединого закупщика или единой тепловой компании. Развитие энергосистемы осуществляется по пути снижения общесистемныхпроизводственных и транспортных затрат.Балансовую структуру общеэнергетической системы можно описать какмежотраслевую, объединяющую сферы производства тепла и электроэнергии.

Определениебалансовойструктурыобщеэнергетическойсистемыпредставляетсяввидепоследовательного решения задач (Таблица 4).Таблица 4 – Этапы моделирования балансовой структуры общеэнергетической системы1. ЗадачаPC ( N  N )  min  PC1 ( N1 )  PC2 ( N 2 )   PCn ( N n ) оптимизацииN1  N 2   N n  N  N , Nimin  Ni  Nimax , N  N производственных ,k(топливных) затрат  PCi ( Ni )  ai  bi Ni  ci Niпо энергосистемегде PC i ( N i ) - производственные затраты i -го источника э/э приNi ;выработке- технологические ограниченияN imin , N imaxпроизводства э/э i -го источника; N - объем потребности в э/э, N  выработка комбинированных источников2.

Задача n m n mTC(N)minTC(N)minоптимизации ij ij   Tij Nij  i 1 j 1 i 1 j 1транспортных Ni1  Ni 2   Nim  Ni , i  1, nзатрат поэнергосистеме, N1 j  N 2 j   N nj  V j , j  1, mN  N   N  V V  V2n12m 1где Tij , N ij - цена и объем передачи э/э по магистрали (i, j ) , N i - объемотпуска э/э i -м источником, V j - объем потребления э/э в j -м узле3. Задачаопределенияструктурыпредложения исложившейся ценыв узлах поставкиэлектроэнергиипоставки, n, m - число источников и узлов поставкиn 1Ci 1  Ci( PCi  TCi )H ( N )  C1  , Ci , C1  C2   CniNi2 k ( N   N j )i 1j 11 eгде H ( N ) - кривая предложения, (C1 ,N1 ), (C 2 ,N 2 ),  , (Cn ,N n ) проранжированныепостоимостиценовыепредложенияпроизводителей в узле поставки.

Рыночная цена в узле поставки iопределяется как Pi 0  H (Vi ) , где Vi - объем потребления э/э.Приведенные разработки формируют метод построения прогнозной экономикоматематической модели общеэнергетической системы, позволяющий оцениватьсистемные эффекты от изменения производственной структуры и рыночных правилработы энергосистемы.Модельные исследования показали, что величина эффекта от структурноорганизационных и производственно-технологических решений во многом определяется25существующей структурой мощности энергосистемы и ее сетевыми связями. Так, изменениерыночных правил функционирования ТЭЦ в зависимости от режимов работыэнергооборудования принесет наибольший положительный эффект для энергорайонов скомбинированными и тепловыми источниками энергии (Region 1 и Region 3), в узлахкоторых формируется высокая цена на электроэнергию при маржинальном ценообразовании.Данное решение позволяет значительно снизить рыночную цену на электроэнергию исформировать экономические предпосылки ТЭЦ для преимущественной работы потепловому графику.