Нормирование системной надежности электроэнергетических систем как фактор повышения их надежности

Аннотация

Рассматривается проблема нормирования системной надежности электроэнергетических систем как одной из ключевых задач при переходе к интеллектуальной электроэнергетической системе России с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС).

Ключевые слова: надежность, нормирование, электроэнергетика, показатели системной надежности ЭЭС.

Надёжное снабжение электроэнергией является важнейшей составляющей жизнеобеспечения современной среды обитания людей, эффективного функционирования общественного производства. Крупные перебои в электроснабжении по масштабам ущерба могут быть причислены к наиболее опасным видам бедствий, наносящим, удар по национальной экономике и благополучию людей. Поэтому обеспечение надёжности электроснабжения потребителей требует повышенного внимания при любой форме экономических отношений в обществе.

Так, например, в 2008 г. относительные потери электроэнергии в электросетевом хозяйстве составили 10,92%. При этом, как показывают статистические оценки, снижении потерь электроэнергии в электрических сетях России до среднего уровня развитых стран Евросоюза, где этот показатель равняется 7–8%, возможно высвободить до 2 ГВт электрической мощности.

Исследования, посвящённые проблеме повышения эффективности использования электроэнергии в распределительных сетях, непосредственно связаны с решением задачи повышения надежности электроснабжения и качества электроэнергии. В то же время проблема нормирования системной надежности электроэнергетических систем остается недостаточно изученной в настоящее время.

Применение показателей надёжности является эффективным средством учёта надёжности при управлении развитием и функционированием ЭЭС. Существует большое количество показателей надёжности. Причём, имеются показатели надежности, как для отдельных объектов, так и интегральные, которые более адекватны при оценке надёжности больших систем энергетики. Используются и удельные показатели надёжности, отнесённые к единице располагаемой мощности и т.н. системная минута, удельный ущерб и т.д. Таким образом, стоит задача выбора наиболее подходящих показателей надёжности, которые были бы пригодны для оценки системной надёжности и её декомпозиции по технологическим звеньям, которые бы наиболее наглядно отражали картину происходящего в системе, позволяли производить экономическую оценку и имели широкую практику использования.

При оценке системной надёжности наибольший; интерес представляют следующие показатели надёжности: вероятность безотказной (бездефицитной) работы; недоотпуска электроэнергии; коэффициент обеспеченности потребителей электроэнергией. Нормирование показателей надёжности широко применяется при управлении развитием и функционированием ЭЭС [2].

При этом основной проблемой является, наличие системы нормативов надежности, которая имела бы официальный статус, то есть, согласована и утверждена всеми компетентными и властными органами зафиксирована в соответствующих стандартах организаций и возможно законодательных актах федерального уровня.

Отметим, что в силу сложившейся в России практики (появления рынков электроэнергии, мощности и услуг, приватизации объектов электроэнергетики) систему нормативов надежности целесообразно сформировать по основным технологическим звеньям, образующим ЭЭС: система обеспечения первичными энергоресурсами; основная структура ЭЭС (генерирующее звено и основная сеть); распределительная сеть; система электроснабжения конкретных потребителей.

В практике зарубежных энергокомпаний используются показатели, аналогичные российским. Например, аналогом вероятности бездефицитной работы в США является показатели вероятность появления дефицита мощности в системе или ожидание потери нагрузки. В ЕЭС России предлагается переход к нормативу – вероятность бездефицитной работы 0,999 в 2015 г., 0,9991 в 2020 г. и 0,9997 в 2030 г. В мировой практике нормируется относительная величина недоотпуска по системе в целом на уровне 0,03% от требуемого электропотребления [1].

Проблема заключается в том, что с одной стороны, важно производить повышение надёжности ЭЭС с наименьшими затратами. С другой стороны, при недостаточном вложении средств в надёжность возникают отказы в системе, вследствие чего потребитель оказывается без электроэнергии и несёт убытки. Так что важно выбрать вариант, у которого надёжность и экономическая эффективность будут оптимальными. Оценка эффективности повышения надёжности звеньев ЭЭС сводится к поиску оптимального решения по усилению надёжности ЭЭС до заданного нормативного уровня надёжности с наименьшими затратами [3].

Для решения существующих проблем необходим итоговый выход российской электроэнергетики на новое качество управления путем формирования целостной многоуровневой системы управления с увеличением объемов автоматизации и повышением критической надежности всей системы, включая самые слабые и уязвимые звенья. Должен измениться подход к оценке исходных факторов – важно упреждать системные риски и угрозы планирования, иметь возможность быстро реагировать на инциденты и аварии. В итоге состоится переход к интеллектуальной электроэнергетической системе России с активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС).

Оценка эффективности повышения системной надёжности звеньев основной структуры ЭЭС определяется технологическими особенностями этих звеньев, а также системной спецификой их совместной работы, которая характеризуется следующими факторами:

Непрерывность и одновременность процессов производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Это дополняется практической невозможностью эффективного аккумулирования электроэнергии в масштабах, необходимых для обеспечения крупных энергообъединений. При этом в каждый момент времени должен соблюдаться жёсткий баланс производства и потребления (с учётом потерь) в пределах каждой замкнутой в электроэнергетическом смысле части страны. Такой, баланс обеспечивается за счёт резервов и маневренности энергетического, генерирующего оборудования, а в критической ситуации дополняется возможностью экстренного отключения потребителей [5–6].

Сильная технологическая зависимость эффективной работы всех отраслей эконо- мики страны от бесперебойного и полного удовлетворения их потребностей в электроэнергии. При этом сроки сооружения энергообъектов обычно выше, чем у объектов – потребителей электроэнергии. Это предопределяет необходимость, как правило, заблаговременного сооружения энергообъектов под ожидаемые (прогнозируемые) объёмы потребления электроэнергии и мощности.

Высокая скорость протекания процессов, отсюда повышенные требования к автоматизации управления энергетическими установками. Эти требования вызваны одновременной работой всех технологических звеньев ЭЭС в каждый момент времени синхронно по частоте тока и фазам напряжения в масштабах непрерывного производства ЕЭС страны [4].

Непосредственное соединение между собой всех агрегатов генерирующего и се- тевого звеньев и вытекающая отсюда опасность практически мгновенного развития и распространения каждой аварии с возникновением большого ущерба для экономики.

Переменный режим нагрузки энергетических предприятий в каждый момент времени с характерными трендами в суточном, недельном и сезонном разрезах, вызванный совокупностью прогнозируемых и случайных составляющих процессов включения, отключения и изменения режимов работы отдельных потребителей.

Резюмируя вышеизложенное, отметим, что учёт системных особенностей необходим в оценочных моделях надёжности ЭЭС, имеющих имитационный характер. Только при учёте этих особенностей можно получить количественные характеристики системных эффектов, ради которых осуществляется объединение ЭЭС на совместную работу. Таким образом, общим результатом развития ИЭС ААС может стать повышение надежности, качества и экономичности энергоснабжения потребителей путем модернизации электрических сетей ЕЭС России на базе инновационных технологий с превращением их в интеллектуальное (активно-адаптивное) ядро технологической инфраструктуры электроэнергетики, отвечающее задачам построения высокоэффективной экономики России.

Литература

1. Волкова Э.П., Баринов B.A., Маневич Л.С. Перспективы развития электроэнергетики России на период до 2030 г. // Вести в электроэнергетике. – 2009. – № 5. – С. 5–22.
   
2. Крупенёв Д.С. Оценка и синтез сетевой надёжности электроэнергетической системы // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2010. – №9–10.
   
3. Методические рекомендации по оценки эффективности инвестиционных проектов (вторая ред.). Официальное издание. Утверждены Министерством экономики РФ; Министерством финансов РФ; Государственным комитетом РФ по строительной, архитектурной и жилищной политике № ВК 477 от 21.06.1999 г. – М.: Экономика, 2000.
   
4. Надежность систем энергетики и их оборудования / под ред. Ю.Н.Руденко: В 4–х т. – М.: Энергоатомиздат, 1994. – 480с.
   
5. Практические рекомендации по оценке эффективности и разработке: инвестиционных проектов и бизнес-планов в электроэнергетике. – М., 2006. – 220с.
   
6. Подлевских А.П., Зорькина Е.П. Энергоаудит промышленных предприятий // Образование – путь к успеху. Международный форум YEES 2012: Сб.научн.тр. / отв.ред. В.И.Солдаткин. – М.: МТИ ВТУ, 2012. – С.168–170.