Оптимизация режимов работы электроэнергетического оборудования

Основная задача оптимизации — повышение эффективности использования энергоустановок. Эффективность можно рассматривать как меру реализации определенных целей и как соотношение между результатами и затратами, необходимыми для их получения. В качестве показателей эффективности используются показатели, выделенные в три основных блока: результативность, экономичность, рентабельность. При этом экономичность (или экономическая эффективность) рассматривается в двух аспектах: как производительность ресурсов и как удельные издержки производства (себестоимость продукции).

Оптимизационная задача — это задача приведения бизнес-системы или ее составных частей в наилучшее (оптимальное) состояние. Формализованная оптимизационная задача содержит: критерий оптимальности (функционально или стохастически зависящий от управляемых параметров); заданные управляемые параметры (вектор управлений); множество допустимых способов управления, определяемое совокупностью условий (ограничений, связей), воздействующих на управляемые параметры. В зависимости от содержания оптимизационной задачи возможны различные ее постановки (в том числе математические).

Существуют разные методы решения задачи оптимального распределения нагрузки между тепловыми электростанциями. Наиболее известным является метод равенства относительных приростов, разработанный на основе теории неопределенных множителей Лагранжа. Этот метод исходит из положения, что оптимизации в краткосрочном периоде подлежат только переменные издержки, основную часть из которых составляют издержки на топливо. Поскольку на разных электростанциях стоимость топлива различная, то с экономической точки зрения оптимизация распределения нагрузки будет иметь место при равенстве относительных приростов издержек на топливо.

В условиях плановой экономики эта методология применялась в энергосистемах не только с тепловыми электростанциями, но и с гидроэнергетическими, поскольку определялся наивыгоднейший режим, который обеспечивал (с учетом ограничений по водному режиму) наибольшую экономию издержек на топливо на тепловых электростанциях при увеличении расхода воды на ГЭС. При этом оптимизационные задачи решались с учетом потерь активной мощности в электрических сетях.

В условиях рыночной экономики задачи оптимизации режимов работы энергетического оборудования становятся намного сложнее из-за необходимости учитывать множество факторов, в том числе и определяемых особенностями модели рынка электроэнергии и мощности и его стадиями: регулируемый режим, частично конкурентный в переходный период, конкурентный режим при целевой модели.

Вместе с тем методология оптимизации находит место и в электроэнергетике, осуществляющей деятельность на конкурентной основе в соответствии с действующими рыночными механизмами и стимулами. Переход электроэнергетики от монополии к конкуренции означает также необходимость нового подхода к оптимизационным задачам в управлении режимами работы энергетического оборудования. Оптимизационные задачи должны решаться с учетом присутствующих на рынке электроэнергии рисков:

· риска рыночной цены (ценовой риск);

· риска объемов продаж (количественный риск);

· риска цены на топливо (конъюнктурный риск);

· риска готовности мощностей (технологический риск).

Для генерирующих компаний и их электростанций существенной является разновидность количественного риска — риск недозагрузки или неоптимальной загрузки имеющихся мощностей из-за недостаточного объема продаж вследствие конкуренции со стороны других производителей. Этот риск относится к области общего предпринимательского риска производителя и управляется через оптимальный подбор генерирующих установок разных мощностей и их характеристик, включая виды используемого топлива; ценовую политику; снижение издержек, расширение участия в других сегментах рынка, например, рынке мощности, отклонений (балансирующий сегмент рынка), готовности резервов, регулировании частоты и напряжения и др.).

Конкурентные цены и их оптимизация с учетом всех сегментов рынка позволяют производителям энергии получать доход, покрывающий их переменные и постоянные издержки, включая нормальную прибыль. Нормальная прибыль в среднесрочных и долгосрочных периодах свидетельствуют об оптимальном уровне эффективности использования производственных мощностей энергокомпаний.

Применяемые на практике кривые предельных издержек, по сути, являются кривыми относительных приростов. Для электростанций именно относительный прирост расхода топлива в основном отражает дополнительные издержки производства.

Если производитель, участвуя в конкурентном рынке, покрывает только свои переменные издержки, он может на рынке, не имеющем избытка мощностей, получить доход, необходимый для покрытия постоянных издержек и достаточный, чтобы оставаться конкурентоспособным на рынке за счет дополнительного источника дохода — высоких цен на электроэнергию в пиковые часы нагрузки энергосистемы, которые могут превышать предельные издержки самых «дорогих» производителей. Такой подход стимулирует энергокомпании на повышение эффективности использования установленных мощностей электростанций и на выполнение реконструктивных мероприятий, повышающих установленную мощность действующих энергоустановок.

Теплоэнергетика относится к весьма топливоемким отраслям экономики (основная составляющая издержек производства на ТЭС связана с топливом — 50—70 % себестоимости, причем в издержки входит и создание страховых резервных запасов топлива — мазута и угля). Поэтому задача улучшения эффективности топливоиспользования является наиважнейшей задачей оптимизации. Рентабельность (финансовая эффективность, характеризующая отдачу активов или капитала компании в виде показателей ROA — коэффициента рентабельности активов, ROTA — коэффициента рентабельности всех активов, ROE — коэффициента рентабельности собственного капитала, ROCE — коэффициента рентабельности обыкновенного акционерного капитала) служит конечным, обобщающим показателем деятельности энергокомпании. Она формируется исходя из результативности и экономичности, но является не простой суммой этих элементов эффективности, а итогом сложного взаимодействия энергокомпании с внешней средой.

Необходимость оптимизации режимов работы энергетического оборудования обусловлена и тем, что существует прямая конкуренция между энергокомпаниями-производителями, между энергокомпаниями и собственными генерирующими установками потребителей, между энергокомпаниями и генерирующими установками независимых производителей и др.

В сфере передачи и распределения электрической энергии в связи с отсутствием прямой конкуренции в силу естественного монополизма вступает в силу и действует конкуренция во внешней среде на рынке капитала для получения инвестиционных ресурсов. Поэтому даже электросетевые энергокомпании, оказывающие электросетевые услуги, вынуждены снижать издержки, чтобы быть привлекательными для инвесторов. Поэтому при оптимизации режимов работы электрических сетей первоочередной является задача оптимизации топологии, структуры и режимов работы сетей, чтобы снизить технологические потери в сетях.

Говоря об оптимизации режимов работы энергетического оборудования в условиях конкурентного рынка электроэнергии, мощности и рынка системных услуг, следует понимать, что переход к конкурентным отношениям со свободным ценообразованием может негативно отражаться на надежности и качестве электроснабжения в силу ряда причин. В регулируемой электроэнергетике в управлении надежностью в значительной степени преобладали методы административного принуждения без адекватной экономической обоснованности. Рыночная экономика не должна отказываться от внеэкономических методов регулирования и управления как надежностью, так и технико-экономической эффективностью в силу как реальных практических ожиданий потребителей, так и макроэкономических требований экономики страны.

Оперативное управление на энергопредприятиях осуществляется на основе непрерывного (повседневного) слежения за ходом всех производственных и финансово-экономических процессов и оказывает целенаправленное воздействие на коллективы служб, отделов, цехов, участков, смен и бригад, а также на рабочих, осуществляющих оперативное обслуживание оборудования для обеспечения безусловного выполнения утвержденных производственных программ. Развитие навыков оперативного управления позволяет менеджменту осуществлять ежедневную управленческую деятельность, обеспечивающую в итоге необходимую эффективность и надежность работы энергетического оборудования.