Электроэнергетическая обеспеченность объединенных энергосистем Единой энергосистемы России

Лукашов Г.А.

Экономическое развитие территориальных образований любого иерархического уровня, в том числе крупных объединений регионов (макрорегионов) в значительной степени определяется уровнем их энергетической обеспеченности. Характер объективно существующей зависимости между этими двумя характеристиками территориально-экономических систем заключается в некоторой двойственности. С одной стороны, существует тесная связь между уровнями производительности труда и энерговооруженности, отмеченная еще П.Л. Капицей, согласно точке зрения которого «… экономическое развитие страны частично детерминируется уровнем энерговооруженности на одного работника». С другой стороны, объём энергетической обеспеченности ограничивает максимально возможный объём результирующих параметров развития территориальных образований, в частности, ВРП при заданном уровне энергоэффективности экономики.

Корректная оценка электроэнергетической обеспеченности является важной научной и практической задачей. В российской науке существует методика, позволяющая количественно оценить энергетическую (и в частности электроэнергетическую) обеспеченность регионов. Она была разработана в Институте экономики Уральского отделения РАН1. Позже методика дорабатывалась и адаптировалась к изменяющимся условиям функционирования энергетики. В развитии методики также участвовал научный коллектив Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения РАН2.

Предлагаемая нами методика отличается тем, что обладает дифференцированным подходом к оценке уровней обеспеченности макрорегионов в зависимости от типа их энергетических систем. Она предназначена для применения на уровне макрорегионов и учитывает их специфику. Под макрорегионами в данной работе понимается уровень интеграции региональных энергосистем в объединенные энергосистемы (ОЭС), которых в Единой энергосистеме (ЕЭС) России существует 7. Методика базируется на следующих принципах:

оценка обеспеченности осуществляется на комплексной основе путем рассмотрения двух групп параметров – обеспеченности мощностью и электроэнергией;
для количественной идентификации данных параметров предлагается использовать три коэффициента, характеризующих обеспеченность мощностью, и два показателя – электроэнергией;
формулы для расчетов показателей обеспеченности разработаны таким образом, чтобы их можно было применять на существующей статистической базе;
алгоритм методики предполагает дифференцированный подход к оценке обеспеченности макрорегионов с различными типами энергосистем: а) открытых бездефицитных, б) открытых дефицитных, в) изолированных бездефицитных и г) изолированных дефицитных.

С учетом данных предпосылок алгоритм оценки уровня электроэнергетической обеспеченности макрорегионов может быть сформирован из четырех блоков. В первом блоке осуществляется определение вида макрорегиона для оценки. Во втором блоке определяется временной период оценки. В третьем блоке производятся расчеты для оценки уровней электроэнергетической обеспеченности ОЭС с использованием предлагаемых показателей. В их числе:

1) коэффициент обеспеченности рабочей мощностью (Кt1). Соотнеся рабочую мощность с нагрузкой, получаем показатель, который служит оценкой обеспеченности макрорегиона функционирующими объектами генерации электроэнергии при фактическом максимуме нагрузке.

Для макрорегиона с открытой бездефицитной энергосистемой коэффициент обеспеченности рабочей мощностью (Кt1-ОбД), рассчитывается из выражения вида:

(1)

где Мtраб – мощность энергосистемы рабочая во временном периоде t, МВт; ДПt – допустимый переток мощности во временном периоде t, МВт; Нt – максимум нагрузки за временной период t, МВт; Нtсобств – максимум собственной нагрузки за временной период t, МВт; ЭскпtМ – экспорт мощности (в другие страны) на день максимума нагрузки за временной период t, МВт.

При значении Кt11 макрорегион обеспечен рабочей мощностью, при Кt1<1 существует дефицит рабочей мощности. При недостаточности электрогенерирующих мощностей ОЭС будет испытывать ограничение, приводящее к потерям ВРП.

Для макрорегиона с открытой дефицитной энергосистемой при расчёте коэффициента обеспеченности рабочей мощностью (Кt1-ОД) вместо максимума нагрузки используется значение потребности во включенной мощности:

(2)

где ПtМвкл – максимум потребности во включенной мощности за временной период t, МВт.

В макрорегионе с изолированной системой объем включенной мощности равен максимуму нагрузки при условии нормальной работы энергосистемы. Выражение (3) для макрорегиона с изолированной бездефицитной энергосистемой (Кt1-ИбД) примет следующий вид:

(3)

где Мtвкл – мощность энергосистемы включенная на день максимума нагрузки за временной период t, МВт; Рt – резерв мощности энергосистемы на день максимума нагрузки за временной период t, МВт.

Выражение (4) для макрорегиона с изолированной дефицитной энергосистемой (Кt1-ИД) примет следующий вид:

(4)

Однако, по значениям коэффициента Кt1 нельзя делать однозначный вывод об обеспеченности макрорегиона мощностями. Не стоит забывать, что могут возникнуть непредвиденные ситуации снижения мощности, либо роста нагрузки. Для этого в каждой макрорегиональной энергосистеме должен быть резерв мощности. Для оценки достаточности резерва мощности предлагается применять следующий коэффициент.

2) коэффициент обеспеченности резервом мощности (Кt2), рассчитываемый через выражение вида:

(5)

где Рtрасч.опер. – расчетный резерв мощности энергосистемы оперативный для временного периода t, МВт; Рtрасч.страт. – расчетный резерв мощности энергосистемы стратегический для временного периода t, МВт.

Равенство Кt2=1 отражает поддержание в макрорегионе нормативных значений объема резерва мощности. Значение Кt2>1 сигнализирует о нерационально большом объеме резерва мощности. Для макрорегиона с дефицитной энергосистемой (Рt=0), нет смысла рассчитывать коэффициент Кt2.

3) коэффициент обеспеченности установленной мощностью (Кt3). В выражении (6), исходя из соотношения установленной мощности и потребности в ней, рассчитывается коэффициент обеспеченности установленной мощностью для макрорегиона с открытой энергосистемой (Кt3-О):

(6)

где Мtуст – мощность энергосистемы установленная на день максимума нагрузки за временной период t, МВт; ПtМуст – максимум потребности в установленной мощности за временной период t, МВт; Оt – ограничение мощности на день максимума нагрузки за временной период t, МВт; Мtрем – мощность энергосистемы, находящаяся в ремонте на день максимума нагрузки за временной период t (ремонтная мощность), МВт; Рtрасч.полный – расчетный резерв мощности энергосистемы полный для временного периода t, МВт.

Для макрорегиона, обладающего изолированной энергосистемой, выражение примет следующую модификацию:

(7)

где Рtрасч.рем. – расчетный резерв мощности энергосистемы ремонтный для временного периода t, МВт; Рtполный – фактический резерв мощности энергосистемы полный на день максимума нагрузки за временной период t, МВт.

Кt3 служит обобщающим коэффициентом обеспеченности территории мощностью, а Кt1 и Кt2 отражают отдельные ее аспекты – рабочую мощность и резерв.

4) коэффициент самообеспечения электроэнергией (Кt4). Он отражает степень фактического удовлетворения потребностей экономического пространства макрорегиона в электроэнергии, за счет генерации на электростанциях, находящихся на данной территории:

(8)

где Вtэл/эн – выработка электроэнергии за временной период t, тыс. кВт*ч; Перtэл/эн – переток электроэнергии в другие регионы страны за временной период t, тыс. кВт*ч; Экспtэл/эн – экспорт электроэнергии (в другие страны) за временной период t, тыс. кВт*ч; ПерtМ – переток мощности в другие регионы страны, МВт; КИУМt – коэффициент использования установленной мощности за временной период t.

Для изолированных макрорегионов нет смысла рассчитывать Кt4, так как в них существует баланс между производством и потреблением электроэнергии.

5) объём обеспеченности электроэнергией (ОЭt). Выражение для расчёта объёма обеспеченности электроэнергий имеют следующий вид:

(9)

где Кпtфакт – коэффициент фактических потерь в электрических сетях для временного периода t.

Для макрорегиона с изолированной энергосистемой данное выражение упроститься до следующего вида:

(10)

В последнем блоке выбираются наиболее наглядные способы отражения полученных результатов (таблица, диаграмма и т.д.). Алгоритм оценки электроэнергетической обеспеченности макрорегионов в виде блок-схемы представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Алгоритм оценки уровней электроэнергетической обеспеченности макрорегионов

Полученные в результате применения вышеизложенной методики уровни электроэнергетической обеспеченности можно использовать для определения ограничения максимального объёма макрорегионального ВРП:

(11)

где ВРПtмакс – предельно возможный уровень ВРП макрорегиона за временной период t, тыс. руб.; ВРПtфакт – фактический объём ВРП макрорегиона за временной период t, тыс. руб.; ЭЕt – электроёмкость ВРП во временном периоде t, кВт*ч/тыс. руб.

В случае неудовлетворения электроэнергетических потребностей макрорегиона (Кt1<1), расчёт потерь ВРП следует производить с помощью выражения:

(12)

где ПtВРП – потери ВРП, возникающие из-за дефицита электрогенерирующей мощности, за временной период t, млн. руб.; ДtМ – дефицит электрогенерирующей мощности на час максимума нагрузки за временной период t, МВт; ТtН – число часов использования максимума нагрузки за временной период t, ч.

Данные потери, по сути, представляют собой ту добавленную стоимость, которая могла бы быть произведена при полном удовлетворении потребностей в электроэнергии экономического пространства макрорегиона.

Разработанная методика была апробирована на материалах по объединенным энергетическим системам ЕЭС России за 2005 и 2010 года. Расчеты были проведены по данным следующих документов: «Функционирование и развитие электроэнергетики РФ в 2005 году»3, «Функционирование и развитие электроэнергетики РФ в 2010 году»4, «Отчет о функционировании ЕЭС России в 2010 году»5. Результаты проведённого анализа представлены на карте (рис. 2). Территории изолированных энергосистем имеют на карте России белую заливку.

Группировка ОЭС ЕЭС России в зависимости от уровней обеспеченности представлена в таблице 1.

Таблица 1

Группировка объединенных энергосистем ЕЭС России по уровням электроэнергетической обеспеченности в 2005 и 2010 годах

Года	Дефицитные (К3<1)	Недефицитные (К31)
	Дефицит рабочей мощности (К1<1)	Дефицит собственной рабочей мощности (МрабН)	Дефицит резерва мощности (К2<1)	Сбалансиро-ванные (К3=1)	Избыточные (К3>1)
2005	-	ОЭС Северо-Запада	ОЭС Урала и Юга	-	ОЭС Центра, Средней Волги, Сибири, Востока
2010	-	ОЭС Юга и Сибири	ОЭС Урала и Северо-Запада	-	ОЭС Центра, Средней Волги, Востока

Результаты оценки уровней электроэнергетической обеспеченности ОЭС России сигнализируют о наличии пространственных диспропорций. Диспропорции характеризуются тем, что одни объединенные энергосистемы испытывают дефицит в мощностях, в то время как другие – имеют нерационально большой излишек, превышающий нормативный резерв. В период с 2005 по 2009 года пространственная диспропорциональность России в электроэнергетической обеспеченности возрастала (среднее линейное отклонение Кt3 увеличилось на 45%).

В 2010 году выявлены две основные диспропорции: между дефицитной ОЭС Юга и избыточными ОЭС Центра и Средней Волги; между дефицитной ОЭС Сибири и ОЭС Урала.

Используя результаты оценки уровней электроэнергетической обеспеченности с помощью выражения (11) были определены ограничения совокупного ВРП регионов, входящих в определенную ОЭС. Предельно возможные уровни совокупного ВРП в 2010 году отражены в таблице 2.

Таблица 2

Расчёт предельного уровня совокупного ВРП регионов, входящих в определенную ОЭС ЕЭС России в 2010 году

Объединенные энергосистемы	Объём обеспеченности электроэнергий, млн кВт*ч	Электроёмкость ВРП (средневзве-шенная по регионам), кВт*ч/тыс. руб.	Предельный уровень ВРП, млрд руб.	Отношение предельного уровня ВРП к фактическому, %
ОЭС Центра	387 729	19,38	20 003,2	174,8
ОЭС Средней Волги	187 778	35,70	5 259,9	178,8
ОЭС Урала	316 015	39,01	8 100,2	127,1
ОЭС Северо-Запада	145 625	27,23	5 348,8	157,1
ОЭС Юга	129 416	29,60	4 372,2	157,0
ОЭС Сибири	274 395	61,46	4 464,8	131,7
ОЭС Востока	69 885	30,37	2 300,9	233,7

Все макрорегионы России обладают определённым запасом увеличения объёмов совокупного ВРП. Жесткого ограничения для наращивания ВРП макрорегионов со стороны объёма обеспеченности электроэнергий в 2010 году не было. Учитывая то, что у всех ОЭС Кt11, дефицита мощности, повлекшего бы за собой потери ВРП, на уровне макрорегионов также не было.

Итак, нами была разработана и апробирована методика оценки уровней электроэнергетической обеспеченности макрорегионов, которая в отличие от существующих методик реализует дифференцированный подход к макрорегионам в зависимости от типа их энергосистемы, и результаты которой позволяют определять ограничения объемов ВРП макрорегионов со стороны электроэнергетической обеспеченности. Выполнена группировка объединенных энергосистем ЕЭС России по уровням обеспеченности и выявлены пространственные диспропорции между ними.

Список используемой литературы

Татаркин А.И. Социально-экономический потенциал региона: проблемы оценки, использования и управления. – Екатеринбург.: Изд-во Урал. ун-та, 1997.
Надежность топливо- и энергоснабжения и живучесть систем энергетики регионов России / Под науч. ред. Н.И. Воропая, А.И. Татаркина. – Екатеринбург.: Изд-во Урал. ун-та, 2003. – 392 с.
Функционирование и развитие электроэнергетики РФ в 2005 году / Агентство по прогнозированию балансов в энергетике. – М., 2006. – 240 с.
Функционирование и развитие электроэнергетики РФ в 2010 году / Агентство по прогнозированию балансов в энергетике. – М., 2011. – 356 с.
Отчет о функционировании ЕЭС России в 2010 году / Системный оператор Единой энергетической системы. – М., 2011. – 31 с.

Да

Нет

ет

Да

I. Определение вида макрорегионов

II. Выбор временного периода оценки (t)

III. Расчет коэффициентов обеспеченности

Открытая энергосистема?

Расчет Кt1-ОД

IV. Вывод уровней обеспеченности

МрабН

Рм=0

Да

Расчет Кt1-ОбД

Расчет Кt1-ИД

МрабН

Рм=0

Расчет Кt1-ИбД

Расчет Кt2

Расчет Кt3-О

Расчет Кt4

Расчет ОЭtО

Расчет Кt3-О

Расчет Кt3-И

Расчет Кt2-И

Расчет Кt4

Расчет ОЭtО

Расчет ОЭtИ

Рисунок 2. Электроэнергетическая обеспеченность объединенных энергосистем ЕЭС России в 2010 году

1 Татаркин А.И. Социально-экономический потенциал региона: проблемы оценки, использования и управления.– Екатеринбург, 1997г.

2 Надежность топливо- и энергоснабжения и живучесть систем энергетики регионов России / Под науч. ред. Н.И. Воропая, А.И. Татаркина. Екатеринбург.: Изд-во Урал. ун-та, 2003. 392 с.

3 Функционирование и развитие электроэнергетики РФ в 2005 году / Агентство по прогнозированию балансов в энергетике. – М., 2006

4 Функционирование и развитие электроэнергетики РФ в 2010 году/ Агентство по прогнозированию балансов в энергетике. – М., 2011

5 Отчет о функционировании ЕЭС России в 2010 году / Системный оператор Единой энергетической системы. – М., 2011

Электроэнергетическая обеспеченность объединенных энергосистем Единой энергосистемы России