Разработка методов повышения эффективности региональной электроэнергетики
На правах рукописи
Дмитриева Юлия Ивановна РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ Специальность 05.14.01 – Энергетические системы и комплексы
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Нижний Новгород – 2007
Работа выполнена на кафедре Электроэнергетика и электроснабжение ГОУ ВПО Нижегородский государственный технический университет (НГТУ) им. Р.Е. Алексеева доктор технических наук, профессор
Научный консультант:
Папков Борис Васильевич доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Назарычев Александр Николаевич кандидат технических наук, кандидат экономических наук, Куликов Александр Леонидович Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева
Ведущая организация:
СО РАН, г. Иркутск
Защита состоится 02 ноября 2007 г. в 14 часов в ауд. 1258 на заседании диссертационного совета Д 212.165.02 при Нижегородском государственном техническом университете им. Р.Е. Алексеева по адресу: г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, корпус 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Нижегородского госу дарственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации просим на правлять по адресу: 603600, ГСП-41 г. Нижний Новгород, ул. Минина, 24, Ученый совет НГТУ им. Р.Е. Алексеева.
Тел.:(8312) 36-23-04, факс (8312) – 36-23- E-mail: [email protected]
Автореферат разослан « » 2007 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Д 212.165. кандидат технических наук, доцент В.В. Соколов
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы диссертации. В связи с активным переходом к ры ночным отношениям происходит реструктуризация и дерегулирование в неф тяной и угольной отраслях, идет активное реформирование электроэнергетики, обсуждаются возможные направления либерализации газовой отрасли, преоб разования жилищно-коммунального и теплового комплексов.
Реформа электроэнергетики России предусматривает, что помимо Феде рального оптового рынка электроэнергии должны быть созданы региональные розничные рынки, ориентированные главным образом на поставщиков, про мышленные предприятия и население. Развитие регионального рынка должно стать технологически, экономически и коммерчески оправданным шагом. Од нако в данный момент развитие экономики несколько опережает развитие тех нологической части электроэнергетики. Создаваемая организационная структу ра отраслей энергетики часто не совпадает с технологическим построением со ответствующих систем. В связи с этим существенно обострились проблемы, связанные с надежностью систем энергетики.
Организация эффективного управления энергетикой на рыночной основе требует пересмотра задач анализа и обеспечения надежности ее систем, топли во- и энергоснабжения потребителей, разработки механизмов ответственности за надежность различных субъектов отношений, оценки рисков и использова ния методов управления ими, что позволяет выстраивать оптимальную страте гию поведения на рынке всем субъектам энергетики.
Практическое отсутствие рекомендаций и принципов формирования но вой организационной структуры рынка с учетом технических и технологиче ских особенностей отрасли ведет к снижению надежности энергоснабжения, качества обслуживания и эксплуатации оборудования, необоснованному завы шению тарифов, ограничению инвестиций в отрасль.
Несмотря на очевидную актуальность проблемы методические указания и рекомендации по формированию конкурентной среды без снижения эффектив ности функционирования субъектов регионального рынка проработаны недос таточно полно. Поэтому в настоящее время нельзя утверждать, что структура рынка оптимальна. Каждый субъект принимает решения самостоятельно, что в конечном итоге приводит к повышению вероятности нарушения энергоснабже ния потребителей. Как следствие, формирование полноценного конкурентного розничного рынка сдерживается.
Поэтому поиск рациональной и надежной схемы работы регионального рынка и каждого его субъекта является актуальной научно-технической про блемой.
Цель работы – разработка основ принятия решения по оптимизации до говорных отношений субъектами региональной энергетики с учетом их техно логических особенностей;
разработка математического аппарата оценки надеж ности взаимоотношений этих субъектов;
анализ рисков, возникающих на этапе становления рыночных отношений, и включение системы управления ими в процесс принятия решений при разработке стратегии и тактики поведения субъектов на региональном рынке электроэнергии и мощности.
Цель работы определяет следующие задачи исследования:
1. Анализ структур договорных отношений между субъектами регио нального рынка электроэнергии и мощности, начиная с момента перехода к рыночным принципам экономики.
2. Выявление технических, технологических, экономических и информа ционных особенностей функционирования каждого субъекта региональной энергетики.
3. Разработка методов повышения эффективности тарифной политики субъектов рынка.
4. Корректировка действующей нормативно-методической базы для рас чета тарифа на услуги по передаче электроэнергии по сетям промышленных предприятий и сетевых компаний.
5. Решение задач и разработка рекомендаций по управлению рисками на субъектах регионального рынка электроэнергии и мощности.
6. Разработка принципов математического моделирования показателей надежности схем договорных отношений между субъектами рынка и алгоритма их расчета.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются сбытовые и сетевые компании, промышленные предприятия и потребители электрической энергии единого комплекса «электроэнергетическая система» как совокупность административно независимых субъектов, объединенных единым технологическим процессом, управляющими и обслуживающими воз действиями. Предметом исследования являются принципы функционирования субъектов региональной энергетики, методы управления ими для повышения эффективности и надежности их деятельности.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использова лись: основные положения системного анализа, теории графов, теории вероят ностей и теории надежности.
Достоверность полученных результатов. Достоверность предложенных моделей и обоснованность результатов исследований обеспечивается коррект ным применением теории. Подтверждается положительным опытом использо вания результатов проведенных исследований и расчетов реальными субъекта ми региональной энергетики.
Научная новизна и значимость полученных результатов.
1. Предложены направления развития и совершенствования принципов исследования режимов функционирования субъектов региональной энергетики в рыночных условиях, отличающиеся от известных учетом технологических особенностей систем энергетики, и позволяющие разработать методы повыше ния технико-экономической эффективности этих субъектов.
2. Сформулированы основные положения совершенствования информа ционно-методического обеспечения расчета тарифа на услуги по передаче элек трической энергии по сетям промышленных предприятий и сетевых компаний.
3. Показано, что при разработке стратегии и тактики поведения субъектов рыночных отношений на региональном рынке необходимо включение системы управления рисками в процесс принятия решений на всех временных и иерар хических уровнях.
4. Предложены обобщенные математические модели схем договорных отношений любой сложности в условиях ограниченной и неопределенной ис ходной информации.
Практическая ценность работы.
1. Результаты исследований используются промышленными предпри ятиями и сетевыми компаниями для конкретной реализации ряда статей феде ральных законов «Об электроэнергетике», «Об особенностях функционирова ния электроэнергетики в переходный период», «Об энергосбережении», а также постановлений Правительства РФ, касающихся электроэнергетики.
2. Разработаны принципы исследования и построения договорных отно шений субъектами регионального рынка электроэнергии и мощности, позво ляющие повысить надежность электроснабжения потребителей, технологиче скую и экономическую эффективность функционирования промышленных предприятий и сетевых компаний.
3. Определены основные задачи риск-менеджмента и возможные состав ляющие риска на каждом субъекте региональной электроэнергетики, учет кото рых необходим при управлении субъектом в условиях неопределенности ре гионального рынка электроэнергии и мощности.
4. Разработанные предложения используются промышленными предпри ятиями и сетевыми компаниями при расчете тарифа на услуги по передаче электрической энергии по сетям этих субъектов рынка и его утверждении в Ре гиональной службе по тарифам Нижегородской области.
5. Разработанные математические модели, вероятностные оценки и вы численные по ним показатели надежности схем договорных отношений между субъектами региональной электроэнергетики позволяют математически строго обосновать выбор договорных взаимоотношений.
Реализация результатов работы.
1. Положения диссертационной работы использованы промышленными предприятиями Нижегородской области при принятии решений о выборе схе мы договорных отношений.
2. Результаты проведенных расчетов тарифов на услуги по передаче элек трической энергии по сетям тринадцати промышленных предприятий и трех сетевых компаний утверждены Региональной службой по тарифам Ниже городской области.
3. Результаты работы внедрены в учебный процесс НГТУ им. Р.Е. Алек сеева при проведении занятий по дисциплинам «Надежность ЭЭС» и «Совре менные проблемы электроэнергетики».
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. Основные принципы исследования процессов функционирования ре гиональной электроэнергетики, позволяющие определить оптимальную струк туру ее субъектов с учетом технологических, экономических, юридических и информационных особенностей рыночных отношений в их взаимосвязи.
2. Критерии выбора промышленным предприятием эффективной полити ки функционирования на региональном рынке электроэнергии и мощности.
3. Новый подход к формированию конкурентной среды регионального рынка электроэнергии и мощности, соответствующей технологическому по строению систем энергоснабжения.
4. Предложения по усовершенствованию методики расчета тарифа на ус луги по передаче электрической энергии по сетям промышленных предприятий и сетевых компаний.
5. Модели оценки показателей надежности договорных отношений.
Апробация результатов диссертации. Отдельные положения и разделы диссертации докладывались и обсуждались на трех международных научных семинарах им. Ю.Н. Руденко ИСЭМ СО РАН «Методические исследования на дежности больших систем энергетики» в г. Псков, 2005 г., г. Харьков, 2006 г., г. Вологда, 2007 г.;
на пяти международных семинарах «Интеграция в энерге тике и экономическая безопасность государства» в г. Чернигов, 2004 г., г. Белая Церковь, 2005 г., г. Трускавец, 2006 г., г. Харьков, 2006 г., г. Запорожье, 2007 г.;
на XII Бенардосовских чтениях в г. Иваново, 2005 г.;
на 12-й международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика», г. Москва, 2006 г.;
на X, XI, XII Нижегородской сессии молодых ученых (технические науки), 2005 г., 2006 г., 2007 г.;
на еже годных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы электро энергетики», г. Н.Новгород, 2003 г., 2004 г., 2005 г., 2006 г.;
на III и IV Между народной молодежной научно-технической конференции «Будущее техниче ской науки», г. Н.Новгород, 2005 г., 2006 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 19 научных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, че тырех глав, заключения, списка литературы из 142 наименований и пяти при ложений. Объем диссертации составляет 134 страницы основного текста, вклю чая 23 рисунка и 17 таблиц, 123 страницы приложений.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении определена актуальность работы, сформулированы цели и основные задачи исследования, показана научная новизна, практическая цен ность и теоретическая значимость, связанная с необходимостью поиска рацио нальной и надежной схемы работы регионального рынка и каждого его субъек та, указаны методы исследования, приведена структура диссертации.
В первой главе представлены выводы проведенного аналитического об зора и критического анализа основных исследований в области построения на дежной организационной структуры энергетической отрасли с учетом ее техно логических особенностей при переходе к рыночным принципам взаимоотноше ний. В этом направлении работы проводились известными исследователями, такими как В.А.Баринов, П.И. Бартоломей, Н.И. Воропай, Л.Д. Гительман, А.И.
Кузовкин, А.Л. Куликов, Н.А. Манов, В.И. Михайлов, Б.В. Папков, С.В. Подко вальников, Б.Е. Ратников, В.А. Семенов, В.В. Хлебников, В.И. Эдельман и др.
Однако в этих научных публикациях относительно мало уделялось вни мания региональным аспектам развития конкурентных отношений на рынке электрической энергии. Недостаточность таких исследований, отсутствие де тальной проработки механизмов взаимодействия на региональном уровне сдерживает процессы дальнейшего развития не только энергетики, но и эконо мики, повышения конкурентности промышленных производителей, развития предпринимательства.
Исследования зарубежного опыта демонополизации и либерализации в электроэнергетике показали, что в российских условиях возможно только час тичное его применение, поскольку начальные условия и принципы формирова ния конкурентной среды, цели и формы реформирования энергетики зарубеж ных стран отличны от имеющихся в России.
Проанализированы особенности формирования структуры взаимоотно шений на региональном рынке электроэнергии и мощности (РРЭМ) с момента перехода России к рыночным условиям по настоящее время. Показано, что за интересованность всех субъектов региональной энергетики в стабильности сво ей работы, в качестве и надежности электроснабжения в рыночных условиях определяет необходимость грамотного построения договорных отношений.
В заключительной части главы сформулированы основные направления развития организационной структуры РРЭМ и возможные пути повышения эф фективности функционирования субъектов региональной электроэнергетики.
Во второй главе рассмотрены принципы функционирования промыш ленных предприятий (ПП) на РРЭМ.
В период планового развития государства сети ПП сооружались с избы точной пропускной способностью специально для передачи электроэнергии субабонентам (СА) и сторонним потребителям (СП) (рис. 1).
АО-энерго Передача Генерация Покупка электроэнергии на электроэнергии по сетям Сбыт электроэнергии оптовом рынке АО-энерго Договор Электроэнергия энергоснабжения Сети выше 1 000 В Промышленное (энергослужба) предприятие Технологический процесс Договор энергоснабжения Электроэнергия Субабоненты Договор на транспорт Сторонние Договор энергоснабжения потребители Примечание. Договор на транспорт электроэнергии между СП и ПП стал заключаться с 1997 г.
Рис. 1. Начальная схема договорных рыночных отношений Если потребитель заключал с ПП договор на пользование электроэнерги ей (или договор энергоснабжения), то он назывался СА. По договору энерго снабжения между ПП и АО-энерго ПП оплачивало электроэнергию, как сумму собственного потребления и потребления СА. СП никаких договорных отно шений с ПП не имели, являясь потребителями АО-энерго. Их электропотребле ние при организации взаиморасчетов между ПП и АО-энерго не учитывалось.
В 2005 г. на РРЭМ Нижегородской области на базе ОАО "Нижновэнерго" были созданы 5 компаний: генерирующая, распределительная сетевая (РСК), энергосбытовая (ЭСК), управляющая, ремонтная. Все остальные субъекты ре гионального рынка остались такими же. ЭСК и РСК стали независимыми, и по этому потребовалось заключение ими договора на транспорт электроэнергии.
Подобным образом в ближайшее время должны быть реформированы не только АО-энерго, но и все субъекты энергетики, на которых имеет место со вмещение видов деятельности в сфере электроэнергетики. К таким субъектам относятся и ПП, имеющие СА. Процедуру разделения видов деятельности можно выполнить двумя путями:
• передать электросети, участвующие в транспорте электроэнергии и находящиеся на балансе ПП вновь созданной сетевой компании (СК), оставив за собой право сбыта электроэнергии (рис. 2);
• передать функции сбыта электроэнергии любой ЭСК, оставив на сво ем балансе электросети (рис. 3).
Договор Региональная сетевая Энергосбытовая компания на транспорт компания Договор Договор энергоснабжения на транспорт Электроэнергия для потребителей Договор Сети выше 1 000 В на транспорт (сетевая компания) Договор на транспорт Промышленное предприятие Технологический Потребители процесс (бывшие субабоненты и сторонние Договор энергоснабжения потребители) Рис. 2. Схема взаимоотношений с выделением сетевой компании Схема взаимоотношений, отражающая первую ситуацию (рис. 2), реали зовалась руководством ПП в короткие сроки, поскольку считалась наиболее выгодной. Формальная передача заводских сетей выше 1000 В создаваемой СК подразумевала сохранение их обслуживания тем же персоналом, что должно было обеспечить выгоду руководству СК (и ПП), поскольку на услуги по пере даче электроэнергии должен утверждаться соответствующий тариф.
Однако при выделении СК из ПП оказалось, что практически невозможно осуществить процесс формального разделения электроустановок, поскольку существуют технические особенности, присущие системам электроснабжения ПП в части влияния на схему электроснабжения технологии производства.
Кроме того, в силу особенностей нормативно-методической документации ут верждение тарифа на оказываемую услугу по передаче электроэнергии по сетям сформированной СК оказалось невозможным из-за сложностей с предоставле нием исходной технологической, экономической и юридической информации.
В результате исследований была предложена иная схема взаимоотноше ний, при которой ПП также не совмещает видов деятельности, передавая функ ции сбыта электроэнергии любой ЭСК (рис. 3).
Договор Энергосбытовая компания Региональная сетевая на транспорт компания Договор на Договор транспорт купли-продажи Электроэнергия потребителям Сети выше 1 000 В Промышленное (энергослужба) предприятие Технологический процесс Потребители Договор на транспорт (бывшие субабоненты и Договор купли - продажи сторонние потребители) Рис. 3. Схема договорных отношений с передачей ПП функций сбыта В этом случае ПП заключают договор купли-продажи электроэнергии с ЭСК только на производственно-технологический процесс. СА и СП перево дятся в разряд потребителей электроэнергии (П) – абонентов ЭСК, которые за ключают с ней договор купли-продажи электроэнергии в той же точке постав ки, что и ПП. При этом должен существовать договор на транспорт электро энергии между ПП и П, который может быть заключен как самими П, так и от их имени ЭСК.
В соответствии с принятой в России моделью конкуренции на РРЭМ пре дусмотрено наличие нескольких ЭСК и свобода их выбора ПП. Каждая ЭСК предлагает потребителям электроэнергию и мощность по различным тарифным системам и ставкам. Поэтому существует задача принятия технико экономического решения по выбору ЭСК и тарифного меню.
Поскольку тарифные ставки пока еще утверждаются на один год, такое решение должно приниматься ежегодно. Однако для этого требуются значи тельные затраты времени, относительно высокая квалификация персонала, а также своевременная и точная исходная информация, что в большинстве случа ев на ПП отсутствует. Поэтому для унификации поиска рационального решения предпринята попытка разработки обобщенного критерия, на основе которого осуществляется выбор наиболее эффективной тарифной системы. Решение по ставленной задачи выполнено на примере 8 наиболее характерных ПП Нижего родской области 4-х отраслей промышленности. Анализ полученных результа тов позволяет сделать вывод о том, что принятие решения о виде используемо го тарифа в условиях установленных тарифных ставок конкретного региона существенно зависит от равномерности режима электропотребления и доста точно хорошо описывается величиной Т м – годовым числом часов использова ния потребителем максимума нагрузки. Установлено, что переход с односта вочного тарифа на двухставочный экономически выгоден для ПП с Т м 3 ч. Учитывая особенности установленных границ ночной зоны электропотреб ления для зонного тарифа, доказано, что он может быть экономически выгоден для ПП, работающих в трехсменном режиме с практически ровным графиком электропотребления и Т м 5 300 ч.
Для решения задач нахождения возможных путей повышения эффектив ности деятельности ПП и его потребителей исследована организация их взаи морасчетов в зависимости от того, к какой тарифной группе относятся СА и СП. Проанализирована существующая нормативно-методическая база расчета тарифа на передачу электроэнергии. Выявлены технологические, экономиче ские, юридические особенности ПП, из-за которых возникают сложности с применением методики расчета тарифа и его утверждением в Региональной службе по тарифам (РСТ). Сформулированные положения учитывают обозна ченные особенности ПП и позволяют производить расчеты тарифа на услуги по передаче электроэнергии по их сетям, а также утверждать его величину в РСТ.
По результатам исследования ПП разработан подход к расчету потерь электро энергии при ее передаче по сетям ПП на основе действующей нормативной ба зы, учитывающий особенности схем электроснабжения ПП, а также контроля и учета электроэнергии в их сетях. В таблице 1 приведены результаты расчета та рифа на передачу электроэнергии по предложенной методике.
Таблица 1.
Тариф на услуги по передаче электроэнергии для промышленных предприятий (по отраслям промышленности), коп./кВт·ч Для потребителей, под- Для потребителей, под Тариф по ПП, к которому ключенных к сетям 110 кВ ключенных к сетям 6 кВ купки эл.эн.
подключен Тариф на Доля от Тариф на Доля от та у ЭСК, потребитель транспорт, тарифа по- транспорт рифа по коп./кВт·ч коп./кВт·ч купки, % коп./кВт·ч купки, % ПП 1 (машиностроение) 110 6,24 5,67% 26,17 23,79% ПП 2 (металлургия) 110 4,83 4,39% 25,4 23,09% ПП 3 (нефтехимия) 110 6,27 5,70% 26,42 24,02% В заключение показана особая роль проблемы оценки и учета всех видов рисков при реализации новых механизмов управления ПП. Определены и клас сифицированы риски для всех субъектов, связанных с ПП договорными отно шениями.
В третьей главе исследованы пути повышения эффективности функцио нирования СК. Развитие рыночных отношений в электроэнергетике не препят ствовало появлению новых субъектов РРЭМ. После разделения видов деятель ности казалось очевидным, что содержание электрических сетей и оказание ус луг по транспорту электроэнергии по этим сетям является экономически вы годным бизнесом. Поскольку существующим законодательством не оговорено предельное количество СК, по сетям которых может осуществляться транспорт электроэнергии потребителям, субъектам РРЭМ была предоставлена возмож ность выбора одного из вариантов построения договорных отношений при электроснабжении через сети нескольких СК (рис. 4). Отношения между СК ре гулируются актами о разделе границ балансовой принадлежности (ГБП).
Энергосбытовая Договора Региональная Региональная Энергосбытовая сетевая сетевая компания компания на компания компания транспорт Договора Акт о ГБП Акт о ГБП на Сетевая транспорт Сетевая компания 1 компания Акт о ГБП Акт о ГБП Договор Сетевая Сетевая купли-продажи компания 2 компания Договор энергоснабжения Сетевая Сетевая Потребители Потребители компания n а) компания n б) Рис. 4. Договорные отношения при электроснабжении потребителя через сети нескольких се тевых компаний: а) договор на транспорт электроэнергии с СК заключается ЭСК от имени П;
б) договор на транспорт электроэнергии с СК заключается П Доказано, что поскольку сети 220 кВ и выше принадлежат Федеральной сетевой компании, то на РРЭМ в передаче электрической энергии участвуют сети 110 кВ и ниже, и реально могут возникнуть только пять (n = 5) СК (рис. 4).
В этой главе проведен анализ формирования договорных отношений и взаиморасчетов между субъектами РРЭМ при их взаимодействии согласно схе ме рис. 4. Это позволило перейти к разработке модели, доказывающей утвер ждение, что при множестве смежных СК возникает ситуация, когда для потре бителей одной тарифной группы, подключенных к сетям одного уровня напря жения, но получающих электроэнергию от различных СК, суммарные затраты на электроэнергию различны. Для изменения этой ситуации Федеральной службой по тарифам с 2008 г. предложено утвердить одинаковый для всех по требителей региона одной тарифной группы и относящихся к одному уровню напряжения тариф на транспорт электроэнергии. При этом все потребители в соответствии с заключенным договором энергоснабжения должны оплатить полученную электроэнергию ЭСК, которая затем передает РСК сумму, затра ченную на передачу электроэнергии по всем сетям региона. В свою очередь РСК распределяет эту сумму по СК (за вычетом своей доли) в зависимости от установленного для каждой СК индивидуального тарифа на транспорт электро энергии.
В связи с этим договорные отношения между субъектами энергетики с 2008 года должны быть построены по одной из предложенных схем рис. 5,а) или 5,б). Поэтому в работе поставлена и решена задача выбора договорных взаимоотношений с целью приведения их в соответствие с законодательством так, чтобы эффективность функционирования субъектов РРЭМ была при этом максимальна.
Региональная Региональная Энергосбытовая Энергосбытовая сетевая сетевая компания компания компания компания Договора Договора Сетевая на Сетевая на компания 1 компания транспорт транспорт Сетевая Сетевая компания Договор Договор компания энергоснабжения купли-продажи Сетевая Сетевая Потребители Потребители компания n а) компания n б) Рис. 5. Договорные отношения, подлежащие реализации с 01.01.08: а) П заключает с ЭСК договор энергоснабжения;
б) П заключает договора с ЭСК и СК.
В этих условиях для СК, как для коммерческой организации, актуальной является задача расчета и утверждения тарифа на оказываемые услуги по пере даче электрической энергии. Для ее решения исследованы технологические, информационные, финансовые и юридические особенности формирования та рифа на услуги по передаче электрической энергии по сетям СК.
При этом возникла необходимость классификации исходной информации, необходимой для расчета тарифа и обращения для его утверждения в РСТ. Оп ределен состав документов, отсутствующих у только что созданной СК, и раз работан подход, позволяющий с учетом технологических особенностей юриди чески правомерно рассчитать тариф на услуги по передаче электроэнергии для СК. На основе предложенных методов произведен расчет тарифа на транспорт электроэнергии для одной из СК Нижегородской области, который составил 440,44 руб./МВт·ч по уровню напряжения 6 кВ.
Аналогично управлению рисками ПП выявлены основные задачи риск менеджмента, подлежащие решению СК и связанными с ними субъектами РРЭМ. Установлено, что увеличение числа СК на РРЭМ негативно сказывается на надежности электроснабжения потребителей, усложняет задачу тарифообра зования в регионе и увеличивает риски субъектов отношений.
Четвертая глава посвящена разработке моделей надежности договорных отношений в региональной электроэнергетике. Неопределенность и неполнота исходной информации, относительно низкий уровень квалификации админист ративно-управленческого персонала и сложность технологического процесса на ПП не позволяют руководству каждого субъекта региона объективно оценить преимущества той или иной схемы договорных отношений, а органам власти – разработать единые методические указания по принятию такого решения. По этому была поставлена задача поиска других возможностей анализа.
Поскольку рассматриваемые системы отношений, представленные схе мами рис. 2, 3, 4 имеют структуру, хорошо отображаемую в виде графов, вы двинуто предложение о применимости методов исследования надежности дого ворных отношений с помощью математического аппарата теории графов.
Для моделирования договорных отношений ПП схемам рис. 2 соответст вуют графы рис. 6,а) и 6,б);
схемам рис. 3 – графы рис. 7,а) и 7,б).
ЭСК РСК ЭСК РСК 1 5 4 5 ПП СК 3 а) ПП СК П П б) Рис. 6. Схема с формированием СК: а) договор на транспорт электроэнергии заключается ЭСК от имени П;
б) договор на транспорт электроэнергии заключается П.
ЭСК РСК ЭСК РСК 2 4 4 3 а) б) ПП П ПП П Рис. 7. Схема с передачей услуг сбыта: а) договор на транспорт электроэнергии заключа ется ЭСК от имени П;
б) договор на транспорт электроэнергии заключается П.
Все договора на РРЭМ являются двухсторонними, но предполагаем, что последствия их срыва одинаковы для обеих сторон. Поэтому графы рис. 6 и представляются ненаправленными графами.
Сравнение графов рис. 6 и 7 осуществляется по критерию работоспособ ности, которая определяется схемой взаимоотношений (рис. 2 и 3) и ее функ циональными особенностями. Установлено, что работоспособность обеспечи вается только тогда, когда каждая вершина связана с любой другой. Поэтому исследование производится методом оценки полносвязности графа, а в качестве критериев его работоспособности предложены вероятность полносвязности R и характеристика связности P. Связность всех узлов графа существует, когда по крайней мере одно из b деревьев ненаправленного графа работоспособно.
Если работоспособность j -го дерева (событие B j ) имеет место тогда, ко гда все ребра, входящие в это дерево, работоспособны с вероятностью pi, ве роятность события B j определяется как () m p B j = pi, (1) i = где m – количество ветвей в дереве j.
Тогда для вероятности полносвязности справедливо соотношение:
b R = p U B j. (2) j = Если наступление события B j определить как одновременное выполнение условий работоспособности всех ребер этого дерева и отказа остальных ребер графа, исключением которых из исходного получено рассматриваемое дерево, то вероятность события, заключающегося в наступлении одного из событий B j, будет являться характеристикой связности графа:
M m b m () b P = p B j = pi (1 pi ), (3) j =1 i =1 j =1 i = где M – количество ветвей в исходном графе.
На следующем этапе проводится анализ вероятностной модели графов, т.е.
определение вероятностей pi работоспособности связей, которые представля ют договора между субъектами рынка на рис. 2 и 3. Анализ договорных отно шений рис. 2 и 3 позволил принять допущение об абсолютной надежности уз лов графов рис. 6 и 7. Поэтому рассмотрено два случая: а) связи между узлами идентичны и вероятности их работоспособности pi = const ;
б) связи между уз лами отражают специфику каждого договора, тогда вероятности работоспособ ности pi = var. При равномерном распределении вероятностей работоспособ ности связей искомые значения pi являются средними в вычисленном довери тельном интервале pi ± 3,887%. Оценка численных значений вероятностей без отказной работы связей p i осуществлена экспертным путем при допущении, что 0,5 pi 0,93. Для первой вероятностной модели pi = 0,9. Численные зна чения средних вероятностей работоспособности связей при pi = var для графов рис. 6 и 7 представлены в таблице 2.
Таблица 2.
Оценка вероятностей безотказной работы связей при pi = var Вероятность безотказной работы рi Рис. 6,а) Рис. 6,б) Рис. 7,а) Рис. 7,б) р1 0,9 0,9 0,9 0, р2 0,55 0,55 0,8 0, р3 0,8 0,65 0,7 0, р4 0,7 0,85 0,75 0, р5 0,55 0,6 – – Результаты расчета вероятностей полносвязности и характеристик связно сти графов рис. 6 и 7 приведены в таблице 3. Анализ данных таблицы 3 показы вает, что три из четырех значений выбранных критериев максимальны для гра фа рис. 7,а), что подтверждает предположения, сделанные путем теоретическо го анализа в главе 2. Это позволяет сделать вывод о том, что данная схема явля ется наиболее надежной. Она рекомендована к реализации при реформирова нии договорных отношений в региональной электроэнергетике.
Таблица 3.
Результаты расчета показателей надежности графов Показатель надежности Рис. 6,а) Рис. 6,б) Рис. 7,а) Рис. 7,б) 0, рi = const Вероятность 0,5913 0,5904 0, 0, рi = var 0,1658 0,1556 0, полносвязности R 0, рi = const Характеристика 0,1968 0,2187 0, 0, рi = var 0,2282 0,3610 0, связности P Исследование схем договорных отношений СК при n = 5 проведено ана логично (рис. 8).
1 ЭСК П 4 2 12 10 а) СК 5 СК 4 СК 3 СК 2 СК 1 РСК 1 П ЭСК 4 2 12 10 б) СК 5 СК 4 СК 3 СК 2 СК 1 РСК Рис. 8. Графы, представляющие схемы договорных отношений:
а) договор на транспорт электроэнергии с СК заключается ЭСК от имени П;
б) договор на транспорт электроэнергии с СК заключается П.
Критерии R и P определяются из условия, что графы рис. 8 работоспо собны, если находятся в одном из состояний, существование которых описыва ется событием B j, характеризующихся вероятностью работоспособности p(Bj).
При проведении анализа рынка электроэнергии и исходных схем взаимо отношений установлено, что графы рис. 8 работоспособны при отказе одной из ветвей 2, 3, 4, 5, 6 в предположении несовместимости отказов.
При этом вероятность полносвязности графа определяется как вероят ность события, противоположного отказу исходного графа:
[ ( )] () b b R = 1 p B j = 1 1 p B j. (4) j =1 j = Вероятность наступления события B j определяется по формуле (1).
Характеристика связности P графа находится из условия, что его работо способность невозможна при появлении хотя бы одного из событий B j :
M m b m () b P = 1 p B j = 1 pi (1 pi ). (5) j =1 i =1 j =1 i = () При этом вероятность события p B j есть вероятность отказа графов, по лученных из исходных графов рис. 8 исключением ветвей 1, 7, 8, 9, 10, 11 и 12.
Из рис. 8 видно, что при pi = const, величины R и P для каждого графа рис. 8 совпадают, и сравнение графов невозможно. Поэтому проведен анализ вероятностной модели при pi = var. Оценка вероятностей безотказной работы pi осуществлена в соответствии с уже изложенными принципами. В таблице приведены экспертные оценки pi = var для графов рис. 8.
Таблица 4.
Экспертная оценка вероятностей безотказной работы связей при pi = var рi для схемы р1 р2 р3 р4 р5 р6 р7 р8 р9 р10 р11 р Рис. 8,а) 0,9 0,65 0,7 0,75 0,8 0,85 0,9 0,7 0,7 0,7 0,7 0, Рис. 8,б) 0,85 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8 0,7 0,7 0,7 0,7 0, Результаты расчета вероятностей полносвязности R (4) и характеристик связности P (5) графов рис. 8 сведены в таблицу 5.
Таблица 5.
Результаты расчета критериев работоспособности для принятия решения Критерий Рис. 8,а) Рис. 8,б) Вероятность полносвязности R 0,2207 0, P 0, Характеристика связности 0, 0, Вероятность работоспособности P 0, Анализ данных таблицы 5 показывает, что вывод о том, какая из возмож ных схем является наиболее надежной и эффективной, по предложенным кри териям сделать нельзя. Поэтому сформирован дополнительный критерий. Для этого графы рис. 8 разделяются на подмножества X = {П, 1} (жирный пунктир) и Y = {ЭСК,2,3,4,5,6,7,РСК,СК1,СК2,СК3,СК4,СК5,8,9,10,11,12}. Работоспо собность графов возможна только в случае работоспособности обоих подмно жеств, поэтому анализируем их отдельно.
P = p( X ) p(Y ). (6) Вероятность p ( X ) определяется работоспособностью связи 1. Подмноже ство Y – сетевая система с рекуррентной структурой. В результате его анализа по специальной методике получено, что вероятность работоспособности графов рис. 8 определяется по формуле:
P = ( p1 ) p2 12 p3 11 p4 10 p5 9 p6 8 p7. (7) В таблице 5 приведены результаты расчета вероятности работоспособно сти P графов рис. 8, анализ которых дает основание для принятия решения о предпочтительности схемы рис. 4,а).
Поскольку схемы рис. 4,б) и рис. 5,б) по структуре не отличаются, граф для рис. 5,б) аналогичен графу рис. 8,б). Замена актов о разделе ГБП на догово ра на оказание услуг по передаче электроэнергии не повлечет изменения веро ятностной модели графа, описывающего договорные отношения рис. 5,б), по этому для него справедливы все характеристики, полученные для графа рис.
8,б) и приведенные в таблице 5. Договорные отношения рис. 5,а) между субъ ектами РРЭМ представлены графом рис. 9.
1 СК 2 10 СК 4 12 СК П ЭСК РСК СК 1 СК Рис. 9. Граф договорных отношений, подлежащих реализации с 01.01. С точки зрения выполнения заданных функций эта схема менее надежна, т.к. является последовательной структурой, и отказ любой из ее связей приво дит к нарушению работоспособности всей системы. Вероятность ее безотказ ной работы определяется совпадением вероятности полносвязности и характе ристики связности:
Рnew = R = P = p1 p7 p8 p9 p10 p11 p12 = 0,1361. (8) Сопоставление данных таблицы 5 и полученной величины Pnew еще раз подтверждают преимущество схемы рис. 4,а). Таким образом, в результате про веденных исследований установлено, что с точки зрения графо-аналитического метода рекомендуемая схема рис. 5,а) не должна стать окончательной, т.е. до говорные отношения подлежат дальнейшему совершенствованию.
На основе системного подхода разработан алгоритм моделирования на дежности договорных отношений любой сложности и структуры.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ 1. Проведен критический анализ особенностей демонополизации и ли берализации энергетики зарубежных стран и России, который позволил устано вить, что в российских условиях необходима разработка индивидуальной кон цепции реформирования электроэнергетической отрасли.
2. Предложен подход, учитывающий технические, технологические и экономические особенности промышленных предприятий при разделении ви дов деятельности, формировании договорных отношений со сбытовыми компа ниями и потребителями, а также при расчете и утверждении тарифа на услуги по передаче электроэнергии.
3. Предложен новый критерий выбора тарифной системы, позволяющий промышленным предприятиям без проведения сложных ежегодных расчетов принять оптимальное решение по формированию договорных отношений со сбытовой компанией и выбору тарифного меню.
4. Получены результаты исследования технологических, информацион ных, финансовых и юридических особенностей функционирования сетевых компаний, которые позволили определить пути повышения эффективности их деятельности на региональном рынке электроэнергии и мощности в современ ных условиях переходного периода энергетики России. Поставлены и решены задачи формирования тарифа на услуги по передаче электрической энергии се тевыми компаниями.
5. Сформулированы предложения по корректировке нормативно методической документации, позволяющие производить расчет тарифа на услу ги по передаче электроэнергии по сетям промышленных предприятий и сете вых компаний, что обеспечивает повышение эффективности их деятельности.
6. Разработаны модели надежности договорных отношений между субъ ектами регионального рынка электроэнергии и мощности на основе математи ческого аппарата теории графов.
7. Предложены показатели надежности, численное значение которых по зволяет обосновать выбор системы взаимоотношений для схем любой сложно сти и принять обоснованные решения при формировании договорных отноше ний, повышающие эффективность функционирования каждого субъекта и ре гионального рынка в целом.
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации по перечню ВАК:
1. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В. Возможности реализации задач риск менеджмента потребителями электроэнергии // Вестник Ивановского государ ственного энергетического университета. Выпуск 4,2004г. С.43–50.
Остальные публикации:
2. Дмитриева Ю.И., Татаров Е.И. Результаты применения методик цено образования на транспорт электроэнергии по сетям промпредприятия // Тезисы докладов XXII НТК "Актуальные проблемы электроэнергетики" – Н. Новгород, 2003 г. С. 51-53.
3. Дмитриева Ю.И., Татаров Е.И. Вопросы тарифообразования в области передачи электроэнергии по распределительным сетям 6(10) кВ // Тезисы док ладов III Всероссийской молодежной НТК "Будущее технической науки". – Н.Новгород, 2004 г. С. 116.
4. Дмитриева Ю.И., Татаров Е.И. Энергосбережение как целевая функ ция региональной политики // Тезисы докладов XXIII НТК "Актуальные про блемы электроэнергетики" – Н. Новгород, 2004 г. С. 56-59.
5. Дмитриева Ю.И. Формирование тарифа на транспорт электроэнергии // X Нижегородская сессия молодых ученых. – Н.Новгород: Изд. Гладкова О.В., 2005 г. 197 с.
6. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В., Татаров Е.И. Особенности формирова ния тарифа на транспорт электрической энергии // Интеграция в энергетике и экономическая безопасность государства. – К.: Знания Украины, 2005 г. – 552 с.
С. 316-323.
7. Дмитриева Ю.И. Методическое обеспечение для расчета тарифа на транспорт электроэнергии // Тезисы докладов IV Международной молодежной научно-технической конференции "Будущее технической науки". – Н. Новго род, 2005. С. 280.
8. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В. Вопросы функционирования альтерна тивных энергоснабжающих организаций // Тезисы докладов Международной научно-технической конференции «XII Бенардосовские чтения», I том, ИГЭУ, 2005 г., С.108.
9. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В., Татаров Е.И., Климович Г.И. Повыше ние эффективности функционирования промышленных предприятий на регио нальном рынке электроэнергии и мощности//Экономическая безопасность го сударства и информационные технологии в ее обеспечении. – К.:Знания Украи ны, 2005г.–664с. С. 330-341.
10. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В., Татаров Е.И. Анализ особенностей промышленных электрических сетей в задачах тарифообразования//Известия Академии инженерных наук им. А.М. Прохорова. – Москва – Н.Новгород:
НГТУ, 2005. Т.15. 314 с. С. 254-257.
11. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В., Татаров Е.И. Тарифы на передачу электроэнергии по сетям промышленного предприятия//Труды НГТУ, т.49.
Электрооборудование промышленных установок–Н. Новгород,2005.С. 106-108.
12. Дмитриева Ю.И. Риски формирования договорных отношений в ре гиональной электроэнергетике // XI Нижегородская сессия молодых ученых.
Технические науки: Материалы докладов. – Н.Новгород: Изд. Гладкова О.В., 2006. 188 с. С.93-94.
13. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В. Развитие договорных отношений субъ ектами региональной электроэнергетики // Труды НГТУ "Актуальные пробле мы электроэнергетики", т.59 – Н. Новгород, 2006 г. С.191-196.
14. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В. Задачи риск-менеджмента на промыш ленных предприятиях и их информационное обеспечение // Экономическая безопасность государства: территориальный аспект. – Дрогобыч: КОЛО, 2006.
– 312 с. С. 213–221.
15. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В. Исследование структуры взаимоотно шений на региональном рынке электроэнергии//Малая энергетика в системе обеспечения экономической безопасности государства. – К.: Знания Украины, 2006г.–364с. С.226-231.
16. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В. Формирование договорных отношений субъектов региональной электроэнергетики//Радиоэлектроника, электротехника и энергетика// 12 Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. – МЭИ, 2006. Т.3. – 480 с. С.362-363.
17. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В., Татаров Е.И. Особенности расчета та рифа на услуги транспорта электроэнергии по сетям промышленных предпри ятий//Задачи надежности реформируемых систем энергетики и методы их ре шения: Сб.статей – Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2006. – 329 с. С.296-303.
18. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В. Выбор энергоэффективной политики промышленным предприятием // XII Нижегородская сессия молодых ученых. – Н.Новгород: Изд. Гладкова О.В., 2007. 141 с. С.119-120.
19. Дмитриева Ю.И., Папков Б.В. Прогнозирование последствий рефор мирования договорных отношений в региональной электроэнергетике // Мето дические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Сб.
науч. тр. – Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2007. – 396 с. С.25-33.
Личный вклад соискателя. Приведенные в диссертации результаты яв ляются составной частью НИР, выполненных при участии автора. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит разработка математи ческих моделей [13, 15, 16, 19], получение расчетных значений тарифа на услу ги по передаче электрической энергии [6, 9, 11, 17, 18], критериев выбора эко номически эффективной тарифной политики и показателей надежности схем договорных отношений, анализ результатов [1, 2, 3, 4, 8, 10, 14].