В статье представлен анализ направлений повышения эффективности энергетических систем в условиях современной рыночной экономики России.
Ключевые слова: энергетическая система, потери электроэнергии, качество электроэнергии, FACTS, Smart Grid
По сравнению с экономиками других стран, российская экономика по праву может именоваться одной из самых расточительных. Энергоёмкость ВВП РФ почти в два раза превосходит среднемировой уровень, и в три раза — средний уровень стран ЕС. Кроме того, Россия потребляет приблизительно 6 % от всех энергоресурсов мира [1].
Резерв сбережения энергии в РФ равен 45 % от нынешнего объёма потребления. Энергоёмкие производства имеют потенциал энергосбережения равный 31 %, ТЭК — 30 %, ЖКХ — 24 %. В меньших объёмах можно сберегать энергоресурсы в транспортной сфере — 6,5 %, в федеральной бюджетной сфере — 4,8 %, в сельском хозяйстве — 3,3 % [5].
В соответствии с опубликованными данными Министерства экономического развития, увеличение энергетической эффективности экономики России позволит полностью покрыть 85 %-й прирост потребности в энергоресурсах [3]. Вопрос энергоэффективности актуален как для целой страны, так и для каждого отдельного хозяйствующего субъекта.
Таким образом, на современном этапе необходимо выявить причины снижения эффективности функционирования российских энергосистем, а также предложить наиболее оптимальные в условиях кризисной экономики пути их решения.
Энергетическая система — совокупность электростанций, объединённых электросетями на синхронную работу и связанных общим графиком нагрузки с единым управлением технологическими режимами. В России существуют три уровня энергетических систем: районные (РЭС), объединённые (ОЭС) и ЕЭС (единая энергосистема). ОЭС объединяет на параллельную работу несколько РЭС, а ЕЭС в свою очередь — несколько ОЭС. ЕЭС нашей страны состоит из шести параллельно работающих ОЭС и одной изолированной ОЭС Востока [4].
Говоря о ЕЭС, необходимо упомянуть Единую национальную электрическую сеть ЕНЭС, в состав которой входят высоковольтные сети (магистральные ЛЭП и подстанции, их обслуживающие), позволяющие поставлять энергию объединённым энергосистемам, а также производить её транзит, экспорт и импорт.
До распада Советского Союза и последовавшей вскоре реформой электроэнергетики, ЕЭС СССР имела более эффективную иерархическую систему управления, чем ЕЭС России имеет сейчас [4]. В процессе реформы старая хорошо отлаженная системы была раздроблена на сотни частных предприятий, что привело к снижению качества управления ЕЭС и, как следствие, снижению надёжности и безопасности энергоснабжения. Всё это нашло отражение в виде аварий и роста тарифов, а также нежелания монополиста своевременно внедрять энергосберегающие технологии.
В собственности РАО «ЕЭС России» в настоящее время находится оборудование, износ которого составляет приблизительно 50 %. Необходимо отметить, что неоднократное использование оборудования с истекшим сроком полезного использования зачастую оказывается дороже, чем его полная замена. Также имеет место пережог (перерасход) топлива. Чтобы покрыть потери, увеличиваются тарифы. По данным ФСТ России, средний рост тарифов на электроэнергию для населения в 2014 г. составил 8,1 %, в 2015 г.– 6,4 %, 2016 г. — 7,5 %. Рост цен на оптовом рынке (для предприятий): 2014 г. — 8,3 %, 2015 г. — 10,3 %, 2016 г. — 10,2 % [3].
Для удовлетворения требований надежной работы энергосистемы и, следовательно, бесперебойного снабжения потребителей качественной электроэнергией необходимо уделять внимание проблемам снижения потерь электроэнергии при транспортировке, а также качеству электроэнергии.
Предприятия электроэнергетики несут два вида потерь: нагрузочные и условно-постоянные (не зависят от нагрузки). Первые имеют место в 24,7 %, а вторые в 75,3 % от общего числа потерь. Нагрузочные потери состоят из 86 % потерь в ЛЭП и 14 % потерь в трансформаторах [6] (см. рис. 1).
Рис. 1. Состав нагрузочных потерь электроэнергии в сетях предприятий энергетики и электрификации России
Условно-постоянные потери состоят из 67 % потерь холостого хода трансформаторов, 11 % расходов на собственные нужды подстанций и 22 % прочих потерь (см. рис. 2).
Рис. 2. Состав условно-постоянных потерь электроэнергии в сетях предприятий энергетики и электрификации России
Высокое качество электрической энергии зависит от должного выполнения требований при производстве электроэнергии, её бесперебойной передачи и распределения по надежным сетям. К снижению качества электроэнергии приводят: износ энергооборудования, рост числа погрешностей измерительных приборов, сбои систем автоматики и релейной защиты, проблемы в работе конденсаторных установок из-за резонанса на высших гармониках, повышенный уровень потерь энергии и мощности и т. п., снижение производительности электрооборудования и технологического процесса, повышенное потребление энергии вследствие увеличения длительности технологического процесса, снижение КПД оборудования и т. д.
Широкое применение высокотехнологичного оборудования — основы инновационного развития промышленного комплекса страны — спустя десятилетия приведет к совершенно новым требованиям к надежности, качеству и экономичности электроснабжения. Традиционные пути в совершенствовании электрических сетей не позволяют решить такие задачи. Кардинальное решение данных проблем содержится в новой концепции преобразования электроэнергетической системы в интеллектуальные системы. Существует два варианта такого преобразования [6]:
1) Преодоление технологического отставания путем модернизации существующих сетей и превращения их в «сильные сети» с большой пропускной способностью и с повышенной надёжностью. Это нужно для полной наблюдаемости ЕЭС и управления её технологическими режимами в реальном времени. Таким образом, возрастёт эффективность ЕЭС, а также индекс надёжности электроснабжения потребителей изменится до 0,9990–0,9997 с текущего уровня 0, 9960.
Предусмотрено широкое внедрение гибких систем передачи электроэнергии (FACTS) и модернизация систем автоматической аварийной защиты и диспетчерского управления. FACTS — это электропередачи переменного тока, оснащенные устройствами современной силовой техники [2]. Данная технология входит в состав «умных линий» Smart Grid и позволит электрической сети выполнять активную функцию, а не пассивную. Срок окупаемости затрат на внедрение FACTS на крупном предприятии составляет в среднем от 0,5 до 1 года.
2) Реализация концепции Smart Grid (умные сети электроснабжения), предусматривающей полную автоматизацию процесса передачи и распределения электроэнергии и радикальное изменение принципов взаимодействия сетевых и генерирующих компаний и потребителей. Это позволит осуществлять бесперебойное электроснабжение с максимальной экономической эффективностью. Управляется механизм централизованно — через компьютерный центр, куда с миллионов цифровых контроллеров в режиме реального времени поступают сведения об уровне потребления электроэнергии. Таким образом, влияние человеческого фактора сведено к минимуму. Однако данный способ более сложный и затратный.
Плюсы Smart Grid [2]:
‒ сокращение потерь при передаче электроэнергии;
‒ повышение надежности энергоснабжения;
‒ самовосстановление во время аварии;
‒ информация для потребителей в реальном времени;
‒ сбалансированное перераспределение энергопотоков и снижение пиковых нагрузок;
‒ потребитель может покупать качественную электроэнергию в соответствии с рыночной конъюнктурой;
‒ появляется мотивация и благоприятная среда, которые позволяют интенсивно осваивать возобновляемые энергоресурсы и развивать электротранспорт.
Согласно данной концепции, энергосистема перспективного будущего расценивается как инфраструктура, похожая на Интернет и созданная для поддержания энергетических, информационных, экономических, финансовых взаимоотношений между всеми субъектами энергетического рынка.
Многие государства осуществляют проекты с применением интеллектуальных сетей. В США уже реализовали подобный проект. На его осуществление ушло пять лет и 100 млн. долл. В РФ данную технологию только начали внедрять и то частично. Федеральная сетевая компания (ФСК) успешно реализовала программу развития энергосистемы с «умной» сетью на период с 2010 по 2012 г. с общим объемом инвестиций 519 млрд. руб. Это позволило сократить потери электрической энергии на 25 % и сэкономить 34 млрд. кВт в год [2].
В заключение необходимо отметить, что причиной низкой эффективности российских энергетических систем является распад СССР и последовавшая за этим реформа электроэнергетики. Из чего вытекают следующие проблемы:
‒ низкое качество управления единой энергосистемой;
‒ низкая надежность и безопасность энергоснабжения;
‒ потери электроэнергии при транспортировке;
‒ проблема качества электроэнергии;
‒ износ энергетического оборудования.
Решением вышеперечисленных проблем, на наш взгляд, являются технология FACTS и концепция Smart Grid. Будущее за интеллектуальной энергетикой, так как уже сейчас существуют серьезные препятствия на пути её последующего развития и повышения эффективности, которые без освоения умных сетей преодолеть практически невозможно. Следует помнить, что интеллектуальные системы — это не панацея, а оптимальный выбор в процессе создания экономически эффективной распределительной генерации. Однако данные технологии не российские и поэтому подпадают под санкции Запада.
Литература:
- Актуальность энергосбережения для предприятий // Государственная информационная система в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. URL: http://gisee.ru/bussiness/actual_articles/ (дата обращения: 3.10.2017).
- Гомонов К. Г. Перспектива и экономическая эффективность внедрения интеллектуальных энергосетей в России и в мире // Вестник РУДН. — 2015. — № 2. — С. 52–57.
- Елтышев Д. К., Хорошев Н. И. Системный подход к формированию и реализации программ энергосбережения и повышения энергетической эффективности // Фундаментальные исследования. — 2014. — № 5. — С. 85–90.
- Любимова Н. Г., Петровский Е. С. Экономика и управление в энергетике: учебник для магистров. — М.: Издательство Юрайт, 2017. — 485 с.
- Пашигоров В. С. Повышение экономической эффективности энергетической системы России // Известия Санкт-Петербургского государственного экономического университета. — 2015. — № 2. — С. 102–105.
- Ушаков В. Я. Электроэнергетические системы и сети: учебное пособие для бакалавриата и магистратуры. — М.: Издательство Юрайт, 2017. — 446 с.
