На современном этапе удельный ущерб от перерывов в электроснабжении в отраслях экономики изменяются в среднем в пределах от 20 до 700 руб./кВт·ч. В прошлом номере журнала Валерий Александрович Овсейчук, говоря о необходимости комлексного формирования задач по повышению надежности электроснабжения, рассмотрел текущее состояние дел по нормативно-правовому обеспечению надежности и её экономическому регулированию. Сегодня автор приводит необходимый, по его мнению, порядок работ по оптимизации надежности электроснабжения и системные алгоритмы этой оптимизации.

Валерий Овсейчук,
д.э.н., профессор, главный эксперт ЗАО ПФК «СКАФ», г. Москва

ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ РЫНОЧНОЙ ЭКОНОМИКИ

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Согласно [1] энергетическая система (энергосистема) представляет собой совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, а также токоприемников у потребителей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования, распределения и потребления электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.

Электроэнергетическая система (ЭЭС) – это часть энергосистемы и питающиеся от нее приемники электроэнергии, объединенные общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии при общем управлении этим режимом.

Основные свойства ЭЭС:

• производство, передача, распределение и преобразование электроэнергии в другие виды энергии осуществляется практически в один и тот же момент времени;
• относительная быстрота протекания в ней переходных процессов;
• тесная связь со всеми отраслями промышленности и другими отраслями благодаря гигантской совокупности разнообразнейших приемников электрической системы, получающих питание от современной ЭЭС, что резко повышает актуальность обеспечения надежности ЭЭС и требует создания достаточного резерва мощности во всех ее элементах.

В нормативно-справочных документах надежность в электроэнергетике трактуется как свойство объекта (электроустановки, части электрической сети, ЭЭС в целом) обеспечить требуемые функции (выдачу мощности в ЭЭС, бесперебойное электроснабжение потребителей) в заданном объеме и нужного качества [1, 2]. Имеются другие, аналогичные вышеприведенной формулировки и общие понятия надежности в электроэнергетике:

• под надежностью в электроэнергетике понимают свойство оборудования, установки, схемы или системы сохранять свою работоспособность, т.е. выполнять свои функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных условиях [3];
• под надежностью схемы понимаются ее свойства выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатационные показатели в условиях, оговоренных в нормативных документах (например, в ПУЭ) [4].

В приведенных формулировках нет разделения между понятиями надежности объекта, установки, элемента ЭЭС и надежности электроэнергетической системы в целом. Это понятие сформулировано в [5]: «надежность ЭЭС есть свойство системы сохранять способность выполнять предназначенные функции в любом интервале времени независимо от режима работы и воздействия внешних условий».

В этом принципиальное различие между понятиями надежности элемента и системы в целом.

С точки зрения современной функционально-хозяйственной иерархии управления электроэнергетикой, надежность ЭЭС рассматривается на оптовом рынке (системная надежность) электроснабжения и на розничном рынке (электросетевая надежность) электроснабжения.

Системная надежность – способность ЭЭС выполнять функции по производству, передаче, распределению электроэнергии и электроснабжению потребителей на оптовом рынке электроэнергии в требуемом количестве и нормируемого качества путем технологического взаимодействия генерирующих установок, магистральных электрических сетей 220–1150 кВ (ФСК ЕЭС), системного оператора (СО ЦДУ ЕЭС), центров питания электрических сетей региональных электросетевых компаний (Холдинг МРСК) и крупных потребителей.

Под этим подразумевается способность удовлетворять в любой момент времени общий спрос на электроэнергию в соответствии с техническими условиями поставки в отношении качественных и количественных показателей надежности и качества поставляемой электроэнергии (мощности), противостоять возмущениям, вызванным отказами элементов ЭЭС, включая каскадное развитие аварий и наступление форс-мажорных обстоятельств; восстанавливать свои функции после их нарушения.

Электросетевая надежность – это способность ЭЭС выполнять функции по производству, передаче, распределению электроэнергии и электроснабжению потребителей на розничном рынке электроэнергии в требуемом количестве и нормируемого качества путем технологического взаимодействия региональных генерирующих установок, центров питания магистральных электрический сетей ФСК ЕЭС, региональных филиалов системного оператора (РДУ СО ЦДУ ЕЭС), распределительных электрический сетей 110–0,38 кВ (Холдинг МРСК) и розничных потребителей электроэнергии.

Необходимо обеспечивать поставку заявленной потребителем электроэнергии в соответствии с договором электроснабжения при выполнении потребителем всех договорных технических условий и коммерческих обязательств, а также при соблюдении поставщиком установленных договорными отношениями с потребителем и магистральными электрическими сетями технических условий поставки в отношении качественных и количественных показателей надежности и качества поставляемой электроэнергии (мощности).

РАБОТЫ ПО ОПТИМИЗАЦИИ НАДЕЖНОСТИ

Предварительные замечания

Экономическое обоснование надежности электроснабжения конечного потребителя (например, РЖД или любых потребителей региона) в целом должно выполняться с позиций системного подхода по всей схеме (цепи) электроснабжения с учетом надежности электрических сетей хозяйствующих субъектов:

• генерации в комплексе с системообразующими электрическими сетями 1150–220 кВ (ФСК ЕЭС);
• региональных распределительных электрических сетей 110–35–20–10(6) кВ (Холдинг МРСК);
• технологических электрических сетей потребителей (например, электрические сети РЖД, коммунальные электрические сети).

Задача состоит в определении надежности объектов электрических сетей каждого субъекта электроэнергетики с выработкой соответствующих требований (показателей надежности) к нему в границах его балансовой принадлежности с определением необходимых вложений для обеспечения требуемой надежности.

Экономически обоснованные капитальные вложения в повышение надежности электрических сетей каждого субъекта электроэнергетики будут определяться по величине снижения ущерба в экономике потребителя (региона) от сокращения длительности перерывов в электроснабжении потребителя (региона) – рис. 1.

Рис. 1. Принципиальный характер изменения составляющих капитальных вложений в надежность электрических сетей (К_над.) и ущерба у потребителей (У) от перерывов в электроснабжении.

Например, оптимальный уровень (индекс изменяется от 0 до 1) системной надежности Н_ф(опт.) (бесперебойности электроснабжения) федеральных электрических сетей «ФСК ЕЭС» (совместно с генерацией) будет определяться исходя из равенства вложений в повышение надежности электрических сетей ФСК ЕЭС совместно с генерацией величине снижения ущерба в экономике данного региона от сокращения перерывов в электроснабжении при реализации мероприятий по снижению повреждаемости этих сетей.

Аналогично определяется оптимальный уровень надежности региональной сети (Н_{рег.сети}) и технологической сети потребителя (Н_{техн.сети}).

Системный алгоритм комплексной оптимизации

С развитием рыночных отношений в электроэнергетике объективно требуется внедрение экономических методов управления надежностью электроснабжения в сочетании с классическими техническими методами обеспечения надежности, когда их реализация опосредованно осуществляется через новые экономические инструменты: финансовые стимулы, рыночные ценовые сигналы. Полностью отказаться, особенно в переходный период, от внеэкономических методов управления надежностью невозможно.

Экономический механизм управления надежностью в современных условиях должен строиться на следующих базовых принципах.

1. Функция надежности становится услугой (товаром). В операции по ее купле-продаже вовлекаются все основные субъекты рынка электроэнергии (генерация, сети, сбыт, потребители). При этом следует различать услуги по системной надежности (балансировка мощности, резервирование, противоаварийные действия) и непосредственно электросетевой надежности электроснабжения потребителей. За системную надежность в тарифе платят все потребители, а за электросетевую надежность – потребители, которые объявили свою категорию надежности.
2. Фундаментальными характеристиками механизма управления надежностью являются:
• плата за надежность;
• экономический ущерб от снижения надежности (перерывов в электроснабжении), обязательный к выплате.

Эти показатели служат основой сбалансированных экономических отношений между всеми субъектами рынка с распределением ответственности за надежность (такое положение присутствует в Законе РФ «Об электроэнергетике»).

1. Плата за надежность для потребителя включает оплату системных услуг (в т.ч. по диспетчерскому управлению) и экономически обоснованных затрат электросетевой компании на обеспечение определенного уровня надежности.
   Величина экономически обоснованных затрат на обеспечение сетевой надежности должна соответствовать вероятному ущербу для потребителя при должном уровне категории надежности электроснабжения.
2. Потребители имеют возможность выбирать разный уровень надежности электроснабжения (базовый, пониженный, повышенный). Соответственно дифференцируется плата за надежность в договорных условиях либо регулируемых тарифах.
3. Органы регулирования должны ввести систему экономического стимулирования повышения надежности электроснабжения для распределительных сетевых компаний. Экономический механизм управления надежностью включает следующие элементы:
   • законодательно оформленную схему распределения ответственности за надежность между субъектами рынка (генерирующие компании, сетевые компании, энергосбытовые организации, системный оператор);
   • стандарты на электроснабжение, содержащие технические критерии надежности и пределы экономической ответственности за их нарушения;
   • контракты энергокомпаний с потребителями, предусматривающие отключения нагрузки (в обмен на финансовые стимулы), а также страхование ущербов;
   • экономические методы стимулирования повышения надежности в энергокомпаниях, осуществляемые регулирующими органами;
   • тарифы на электроэнергию, дифференцированные по уровням надежности электроснабжения;
   • плата за генерирующие мощности на оптовом рынке;
   • рынки технологических резервов;
   • рынки системных услуг.

С помощью вышеупомянутых экономических механизмов различные субъекты рынка электроэнергии должны осуществлять определенные функции в управлении надежностью с их реализацией и обеспечением в электроэнергетике.

Следует отметить, что СО является интегрирующим и координирующим звеном в отношениях субъектов по надежности на рынке электроэнергии. Он несет всю полноту ответственности за обеспечение системной надежности путем создания резервов генерирующих мощностей и распоряжения этими резервами, управления структурой электрической сети и пропускной способностью электрических связей, использования возможностей потребителей-регуляторов и др.

Ответственность за развитие межсистемных связей и электрических сетей для выдачи мощности электростанциями должна быть возложена на ФСК (на федеральном рынке) и МРСК (на региональном рынке).

Приведенный анализ экономических механизмов обеспечения надежности в электроэнергетике свидетельствует о многоаспектности, комплексном и системном характере проблемы надежности в отрасли, решение которой на каждом уровне управления требует разработки конкретных технико-экономических подходов и методов.

Алгоритм комплексной оптимизации надежности электроснабжения

1. Обосновывается системная надежность генерации и системообразующих федеральных магистральных сетей ФСК (1150–220 кВ). Расчеты выполняются схемно-техническим методом, и в тарифе для сетей ФСК рассчитываются оптимальный уровень надежности и необходимые вложения в его обеспечение [4, 5, 7, 8].
Например, Н_сист.ф = 0,9999, (Н = 1 – У_деф.) – системный уровень надежности федеральной сети (У_деф. – относительный уровень дефицита поставки электроэнергии).

2. Обосновывается надежность региональных системообразующих сетей 220–110 кВ данного региона. Расчеты выполняются схемно-техническим методом. В тарифе сетей ФСК этого уровня учитываются необходимые оптимальные вложения в эти сети. Определяется эффективность и ранжировка вложений по объектам. Рассчитывается уровень надежности для этих сетей. Например, системный уровень надежности региональных системообразующих сетей Н_сист.р = 0,998.

3. Определяется интегральный уровень надежности федеральных и региональных системообразующих сетей ФСК:

Н_ф = Н_сист.ф · Н_сист.р = 0,9999 · 0,998 = 0,9979.

4. Обосновывается надежность распределительных сетей региона. Расчеты выполняются схемно-техническим методом. Например, Н_{рег.сети} = 0,997. В тарифе РСК учитываются необходимые оптимальные вложения в надежность сети. Определяется эффективность и ранжировка вложений по объектам. Осуществляется дифференциация тарифов на передачу по классам напряжения и категории надежности электроснабжения с учетом вероятных ущербов у потребителей [7, 8].

5. Определяется схемно-техническим методом уровень надежности технологических сетей потребителя. Например, Н_{техн.сети} = 0,999.

6. Определяется комплексный (системный) экономически обоснованный оптимальный уровень надежности электроснабжения потребителей в данном регионе (в зависимости от структуры потребителей и вероятных удельных ущербов от перерывов в электроснабжении):

Н_потр. = Н_сист.ф · Н_сист.р · Н_{рег.сети} · Н_{техн.сети} = = 0,9999 · 0,998 · 0,997 · 0,999 ≈ 0,994.

ВЫВОДЫ

1. Реструктуризация отрасли электроэнергетики с разделением в ней технологически единых и взаимосвязанных бизнес-процессов по субъектам отрасли растворила и обезличила системный классический схемно-технический принцип расчета и обеспечения надежности в электроэнергетике, позволяющий системно (генерация – сети ФСК ЕЭС – сети МРСК – сети потребителей) управлять надежностью электроснабжения отраслей экономики и социальной сферы страны.
2. Для эффективной реализации и обеспечения современных системных принципов и механизмов управления надежностью в электроэнергетике, установленных федеральным законом «Об электроэнергетике» необходимо внедрение и использование современных классических технико-экономических методов расчета и управления надежностью в электроэнергетике, которые отработаны и свойственны отечественной электроэнергетической науке и практике [2–9]:

• Расчеты фактических и оптимальных уровней надежности для любых целей и задач осуществлять исключительно схемно-техническим методом по всем субъектам электроэнергетики (генерация – межсистемные электрические сети – распределительные сети – технологические сети потребителей) с оценкой экономических ущербов и потерь в экономике и социальной сфере в зависимости от уровня надежности электроснабжения;
• На основании системных схемно-технических и экономических методов расчета надежности обосновывать оптимальный уровень надежности электроснабжения потребителей электроэнергии с дифференциацией тарифа на электроэнергию в зависимости от уровня надежности, заявляемой потребителем;
• Внедрить в договорных отношениях страхование ответственности субъектов электроэнергетики и потребителей за обеспечение необходимого уровня надежности;
• ФСК ЕЭС и Холдингу МРСК незамедлительно приступить к практическому освоению и внедрению современных схемно-технических методов расчета и оптимизации экономически обоснованных уровней надежности электроснабжения потребителей [2, 4, 5, 9], поскольку разработка Минэнерго РФ [10] по механизму учета надежности и качества услуг сетевыми организациями достаточно примитивна и не отвечает современным требованиям учета надежности в электроэнергетике для электроснабжения потребителей (в этой методике запрос потребителя на надежность электроснабжения никак не учтен – она не дает ответа о современном уровне надежности, не определяет оптимальный уровень надежности и необходимые инвестиции в его обеспечение, она не прошла широкой публичной экспертизы и по существу наносит вред современным подходам к расчету надежности в электроэнергетике). По нашей оценке, при современном уровне надежности электроэнергетики расчетная величина ущерба в экономике и социальной сфере страны оценивается примерно в 1,5–2% от ВВП, что составляет его потери в размере 600–800 млрд рублей в год.

ЛИТЕРАТУРА

1. Основы современной энергетики: учебник для вузов в 2 т. / под общ. ред. чл.-корр. РАН Е.А. Аметистова. М.: Изд. дом МЭИ, 2008.
2. Воропай Н.И. Основные положения концепции обеспечения надежности в электроэнергетике / доклад на отраслевой конференции Торгово-промышленной палаты РФ 25.02.2010 г. «Надежность и безопасность энергетических объектов и оборудования».
3. Солдаткина Л.А. Электрические сети и системы: учебное пособие для вузов. М.: Энергия, 1978.
4. Непомнящий В.А. Проблемы надежности при проектировании и эксплуатации электрических сетей энергосистем. СПб.: ПЭИПК, 2010.
5. Непомнящий В.А. Учет надежности при проектировании энергосистем. М.: Энергия, 1978.
6. Методика расчета цен (тарифов) на услуги по обеспечению системной надежности в электроэнергетике. ЗАО ПФК «СКАФ» / отчет по Госконтракту с ФСТ России, 2006, тома 1–3.
7. Непомнящий В.А. Экономические потери от нарушений электроснабжения потребителей. М.: Изд. дом МЭИ, 2010.
8. Непомнящий В.А., Овсейчук В.А., Епифанцев С.Н. Надежность в задачах развития, управления и эксплуатации электроэнергетических систем и электрических сетей в условиях рыночных отношений (методы, модели и практика расчетов). М.: ИИЦ ИПКгосслужбы, 2010.
9. Непомнящий В.А., Овсейчук В.А. Учет надежности электроснабжения при расчете тарифов // Новости ЭлектроТехники. 2010. № 4(64).
10. Методические указания по расчету уровня надежности и качества услуг, реализуемых территориальными сетевыми организациями / Приказ Минэнерго РФ от 29.06.2010 № 296.