Человечество по природе своей расточительно. Столкнувшись с изобилием человек, выбирает легкодоступные плоды при этом, не задумываясь о возмещении, часто искажая изначальное состояние. Имеет ли это значение? Не имеет, при условии, что плод продолжает расти каждый сезон с минимальными усилиями и минимальной конкуренцией. Изобилие существует для всех. Природа дает.

В какой-то степени Австралия, «Счастливая страна», олицетворяющая такое мышление. Мы австралийцы наслаждаемся солнцем, водой, полезными ископаемыми и энергией в изобилии. Так почему это должно быть важным, что мы тратим большую часть этих ресурсов неэффективно?

Потери становятся все более серьезными, при увеличении населения, возникает конкуренция и ресурсы, которые ранее были бесплатными – как вода, например – получают реальную цену на конкурентных рынках. Капитал инвестируется в средства для создания и распространения разработанных конечных продуктов в форме необходимой для этих рынков.

Потери стоят больше чем сами энергоресурсы – вода, энергия, еда, транспорт – они становятся все более сложными и более капитало- и трудоемкими. Так же и с электричеством. Продукт, безусловно, сложный: необходимо точно контролировать уровень напряжение, фиксированную величину частоты, абсолютную стабильность, надежность, бесперебойность и другие желаемые параметры, контроль которых диктуются правилами рынка. Конечно, потери имеют значение! Они конвертируются в деньги и конечно неприятны для клиента.

Некоторые утверждают, что потери электроэнергии, произведенной из «свободных» возобновляемых ресурсов – солнце, ветер и волны – являются издержками. Что далеко от истины. Сегодня основной дорогостоящей составляющей, особенно для «бесплатных» возобновляемых источников энергии, в которую вкладываются средства, является поставка электричества до потребителей. Необходимый доход может быть получен только за счет продаж. Из этого следует, что потери электроэнергии это издержки для поставщика и является невидимыми дополнительными затратами для клиентов. То, что стоимость электроэнергии растет быстрыми темпами, и по прогнозам, продолжит расти, является совершенно очевидным тем, кто платит по счетам.

Таким образом, потери электроэнергии должны быть сведены к минимуму, но как? Кто будет платить? Почему? В какой точке по пути от источника до конечного потребителя? И за счет каких средств?

Классическая экономическая теория утверждает, что нужно придерживаться интеллектуального регулирования плюс стимул, рынок обеспечивает лучшие направления и наиболее эффективное распределения ресурсов. Это не имеет никакого смысла, например, выделить большое количество земли, рабочих и капитала для производства электроэнергии из бесплатных щедрых источников энергии, таких как солнце, ветер и приливы, если понятие «свободной энергии» переводится в ненужные потери на пути к клиенту.

Однако измерение и учет таких потерь и предоставление рыночные сигналы, чтобы помочь минимизировать их, как может технология, это совсем другое дело. Это умело продемонстрировал Гарри Колборн в его «лучшей работе» которая была цитирована на Конференции EESA 2010 с названием «Cтоимость потерь для будущих инвестиций в сети нового режима». Научная работа автора Колборн показывает нам разнообразный характер потерь электроэнергии от источника энергии через производство, передача и распределение до потребителя на сегодня и в будущем.

Колборн показывает нам сначала, что потери классифицируются как холостой ход или «шунт» и как нагрузка или «серии», другими словами, что потери происходят непрерывно в действующей системе, с нагрузкой или нет, и потери, которые напрямую зависят от нагрузки и ее величина – I2R, потери которые мы помним из университетских лекций. Затем он определяет эти потери электроэнергии следуя по пути от генерации через передачу и распределение к пользователю, и произвел расчет Долгосрочной кривой предельных издержек (ДПИ) потерь для каждого шага (несмотря на то, что был ограничен в своем анализе Нового Южного Уэльса). Результаты освещены.

В масштабе всей страны, согласно опубликованным данным, около 7% вырабатываемой электроэнергии расходуется на внутренние потери и на собственные нужды электростанций, а остальное «чистая произведенная электроэнергия». Потери в государственной системе электропередачи также являются существенными, обычно еще 7% потерь за счет повышающих трансформаторов, распределительных подстанций и почти 40 000 км высоковольтных линий электропередач и подземных линий электропередач и кабелей (220 кВ до 500 кВ), которые связывают и охватывают все штаты Австралии. Еще 7% – 9% или более, в зависимости от многих местных факторов, теряется при более низком напряжении более разветвленной системы питания потребителей, как правило, от 132 кВ до 240 В однофазной сети для среднего городского потребителя.

Традиционно энергия от крупных угольных, газовых или гидрогенераторов подается на уровне напряжение 25 кВ и сразу же подводится на более высоком напряжении через соседние трансформаторные подстанции для прямой подачи в систему электропередачи. Это сводит к минимуму потери на первом этапе по пути к потребителю, хотя на данном этапе значения являются низкими, особенно для базовых мощностей нагрузки. Это не характерно для многих возобновляемых источников энергии, которые через низкую интенсивность источника, как правило, широко распределены и удаленны и с гораздо меньшими по мощности энергоблоками. Ветровые станции типичный пример, который представляет нам еще один фактор потерь, который мой коллега Джон Слайгар недавно представил целевой группе премьер-министра по энергоэффективности описанный как «сборная сеть». В этом представлении было отмечено, что при низких напряжениях ветрогенераторного терминала скажем 600В, и более низких напряжениях от солнечных батарей, «сборная сеть» распространена гораздо шире, включая инверторы, длинные присоединения с средним напряжением и многочисленные относительно небольшие трансформаторы с номинальным напряжением равным напряжению сети. Средние потери в «сборной сети», в зависимости от типа и длины линии, могут быть значительными около 5% – 10% и более. Однако, учитывая 'квадратный' множитель потерь для данного потока, следует, что потери в системе при пиковых нагрузках, во-первых значительно выше, чем в среднем и по определению, происходят, когда уровень напряжения достигает максимального значения. Качественная и количественная оценка потерь с точки зрения упущенных доходов действительно является сложной.

Чтобы получить значение потерь, по крайней мере в широком контексте, австралийские электростанций всех типов генерируют чуть больше 250TВт в 2008-2009 гг. Мы можем посчитать, очень приблизительно, что убыток от непрерывной цепи потерь в системе, за исключением электростанций и «сборочной сети» сейчас, около 15%. Если отпускная цена берется как умеренные $ 120/MВт (Колборн использует как правило, более высокие цифры ДПИ), то стоимость большей части потерь Австралии составляет не менее $ 4,5 млрд. ежегодно, и возможно даже больше. Мы должны иметь в виду, что так называемые субсидии «льготные тарифы» из 60c/кВт ($ 600/MВт), направлены на стимулирование инвестиций возобновляемых источников энергии, предполагается, что может быть рассмотрена еще более высокая стоимость электроэнергии.

Потери, не зависят от источника энергии, поэтому они далеко не маловажны и конечно не «бесплатны». На самом деле, в зависимости от углеродсодержащего источника (незначительное для гидро-, ветро- солнечной, геотермальной и ядерной энергии), потери в системе выбрасывают в окружающую среду 30 Мт CO₂ в год. Такие выбросы, очень скоро, стали облагаться налогом, торговым или смешанным.

Одним словом, потери электроэнергии являются существенным экономическим бременем.

Так обстоят дела с данной проблемой – но каким будет решение? Как мы можем уменьшить такие потери до экономического минимума? Нормативные документы по-прежнему грубы, но эффективный – улучшения ощутимые; у рыночных сил, как правило, более изысканные и умные решения – хотя оба кнут и пряник должны сыграть свою роль. Что касается государственных потерь они дорого нам обходятся и нам необходимо рассмотреть, как мы должны инвестировать наиболее эффективно для их снижения. Что такое, например, экономические аргументы для выбора большего сечения с малыми потерями в меди силовых кабелей, трансформаторов с малыми потерями и прочего электрооборудования и даже, например, сверхпроводящие кабели в будущем? Какова роль минимизации стандарта энергетической эффективности (МСЭ) для системы, это обычное дело для техники и целый ряд других мер для повышения эффективности? Чего мы можем достичь с помощью интеллектуальных сетей и значительно улучшенной системы управления нагрузкой на наших предприятиях и в жилых домах? Эта часть рынка все еще на пороге, и остро нуждаются в национальной стандартизации и соответствующей нормативной базе, которая должным образом определит и отразит стоимость бремени потерь в системе.

Классическим средством взаимодействия рыночных сил является обеспечение воздействия ценовых сигналов на юридическое лицо или организацию, это преимущество от минимизации потерь инвестиций. Но не случилось ли это уже? Нет - объясняет Колборн, это не так! Он отмечает, например, что в настоящее время нет прямого нормативного стимулирования распределения предприятий для минимизации потерь в системе.

Для передачи и распределения, какой финансовый рычаг стимулирует рост инвестиций для сокращения потерь? Колборн ведет нас через сложный объемных измерений, ДПИ расчетов и расчетных механизмов в генерации, передаче и распределении электроэнергии. Как было отмечено выше, он раскрывает ограничения в протоколах и руководстве по правильному предотвращению потерь и финансовый рычаг для тех, кто мог бы принять меры, особенно владельцы сетей. Если правильно словить, направить и проанализировать этот сигнал можно применить его, где это экономически оправдано, поощрять корректируя инвестиции, скажем, в эффективных трансформаторах с малыми потерями, в высокоемкостных кабелях и воздушных линиях, увеличивая количество линий электропередачи высокого напряжения и многое другое.

Для потребителей в доме, квартире, офисе, на производстве и заводах потенциал повышения энергоэффективности и сокращения потерь огромен. В моей практике управления активной энергией, как в Австралии, так и за рубежом, я бы с уверенностью предсказал 25% потенциального сокращения потребления энергии (по крайней мере, по сравнению с неограниченным ростом ОП) с экономически рациональными инвестициями окупаемость достигаеться за 2 - 3 года или менее. Я хотел бы сделать тот же прогноз сегодня, не потому, что мало что было сделано с 1980 года, а потому что передовые технологии, такие как энергосберегающие регулируемые приводы, компьютерные контрольно-измерительные приборы, умные датчики и быстрые он-лайн анализирующие инструменты все они подняли потенциал для дальнейшего роста эффективности за счет автоматического управления потреблением запрограммированных критериев. Энергоэффективность «за счет измерений» неизбежно должно уменьшить соотношение общих потерь в системе и перевести их в полезную нагрузку.

В заключение скажу всего четыре замечания относительно будущего систем электроснабжения и их вероятное воздействие на потери. Во-первых быстрый рост цен на электроэнергию и ее вероятную будущую траекторию которая должна укрепиться в случае повышения энергоэффективности, а также сбор и фокусирование убытков, связанных с ценовым сигналом системы инвесторов, владельцев, менеджеров и операторов. Некоторые комментаторы электроэнергии прогнозируют рост цен до 300% к 2020 году, что значительно превышает прогнозируемый экономический темпы роста 2-3%. Возникает острая потребность сосредоточить эти сигналы более эффективно. Во-вторых, без существенных инвестиций «устранения узких мест» в системах передачи и распределения, «квадрат потерь» относящийся к системе в момент пиковых нагрузок, вытекающие из кондиционеров воздуха в домах, например, может только возрастать. В-третьих, цены на углеродсодержащие источники энергии и растущая нехватка базовых генерирующих мощностей нагрузки будет стимулировать инвесторов в первую очередь к переходу на газ – как это происходит сейчас – потом к продвинутым «чистым» технологиям, таким как субсидированные возобновляемые источники энергии с накоплением, уголь с Улавливанием и хранением двуокиси углерода (ГСУ) и в конечном итоге к ядерной и геотермальной энергетике. Значительные инвестиции в систему питания будут необходимы для обеспечения изменений структуры потоков нагрузки. В конце концов электромобили скоро будут повсеместно. Они повлияют на систему значительно, увеличивая потоки нагрузки (следовательно, и потери), но также внесут вклад в стабильность и безопасность системы через их он-лайн емкости. Новой питающей инвестиционной системе необходимо будет приспособиться к переходу от нефти к электроэнергии для внутренних перевозок.

Одним словом, значительное экономическое бремя потерь электроэнергии, которое усугубляется растущими издержками, требующее более исчерпывающего, лучшего информирования и дальновидного анализа долгосрочных инвестиций в системах передачи и распределения. Горизонты планирования, часто короткие и выгодно управляемые, должно распространяться на учет истинных экономических последствий потерь в разработке основных национальных активов. Национальные стандарты (вытекающих из международных моделей), дальновидности политики и правил, обеспечивающих должный вес реальной стоимости потерь являются частью решения. Колборн и Слайгар сделали старт в формулировании проблемы; тем более во главе поставив эффективные решения.