Прогнозирование деятельности энергосистемы с помощью персональных ЭВМ
БАРЫКИН Е. Е., ВОРОПАЕВА Ю. А., инженеры, КОСМАТОВ Э. М., канд. техн. наук, ПОЭиЭ Ленэнерго — ЛПИ им. М. И. Калинина
Прогнозирование производственно-хозяйственной деятельности электроэнергетической системы требует многовариантных расчетов и относится поэтому к числу сложных и трудоемких процессов. Расчеты и анализ каждого варианта могут занимать от одного до нескольких месяцев работы соответствующих подразделений управления энергосистемы.
Одним из способов ускорения и получения научно обоснованных планов перспективного функционирования и развития энергосистемы является использование математических моделей, в которых находятся во взаимодействии и взаимосвязи основные технические и экономические показатели работы энергосистемы. Для ПОЭиЭ Ленэнерго была разработана и внедрена модель прогнозирования на год (можно на месяц и квартал, например) технико-экономических показателей, характеризующих процесс производства и распределения энергии.
Нижним иерархическим уровнем модели является энергопредприятие (электростанция любого типа, электрические или тепловые сети). Все технико-экономические показатели определяются на уровне энергосистемы в целом. Среди входных параметров можно выделить такие, которые находятся в компетенции руководства моделируемого объекта, и параметры, которые относятся к компетенции вышестоящих организаций. К задаваемым переменным относятся также и характеристики моделируемого объекта при начальных условиях прогнозирования, т. е. параметры, характеризующие объект в год, предшествующий первому прогнозному году.
Меняя исходную информацию, можно получить различные варианты функционирования энергосистемы и тем самым ответить на вопрос: что будет, если реализовать те или иные управленческие решения?
Модель состоит из системы конечно-разностных линейных и нелинейных уравнений, учитывающих фактор времени. На рисунке приведена обобщенная блок-схема модели.
Первым этапом планирования работы энергосистемы является определение спроса на электрическую и тепловую энергию. Исходными при прогнозировании энергопотребления являются ретроспективные данные, на основе которых рассчитываются регрессионные уравнения энергопотребления по группам потребителей.
Обобщенная блок-схема прогнозирования производственно-хозяйственной деятельности энергосистемы
В основе блока «Ресурсы» лежит принцип соблюдения баланса энергии, т. е. равенство приходной и расходной частей баланса. Приходная часть баланса содержит суммарную электроэнергию, вырабатываемую электростанциями всех типов данного энергообъединения и полученную от других систем. Расходная часть баланса складывается из суммарной потребности в энергии собственных потребителей данного энергообъединения, расхода электроэнергии на собственные нужды, на покрытие потерь энергии при транспортировании и энергии, передаваемой в другие энергосистемы по межсистемным линиям, количество которой задают региональное ОДУ и ЦДУ.
В блоке «Производственная программа» производится расчет рабочей мощности каждой ТЭС и коэффициента эффективности использования установленной мощности, а также распределение выработки энергии, полученной в блоке «Ресурсы» между тепловыми станциями энергосистемы. В условиях Ленинградской энергосистемы ТЭС играют замыкающую роль в покрытии графиков нагрузки, так как доля ГЭС составляет 7 %, а АЭС работает в базисной части графика нагрузки.
В модели предусмотрено задание выработки электроэнергии по теплофикационному циклу извне или же, используя удельную теплофикационную выработку, функцией от отпуска тепла каждой ТЭС. Изменяя отпуск тепла на ТЭС в зависимости от метеорологических условий года, можно определить их влияние на экономические показатели работы энергосистемы в целом.
В блоке «Топливо» прогнозируются его качественные характеристики (зольность, влажность, теплота сгорания), а также необходимое его количество для выполнения производственной программы в натуральном и условном выражении. Анализ зависимостей расхода топлива, связанного с выработкой тепловой энергии по каждой ТЭС, показал прямо пропорциональную зависимость от отпуска тепла. Коэффициенты уравнения связи расхода топлива на тепловую энергию с отпуском тепла были определены с помощью корреляционно-регрессионного анализа.
Расход топлива на выработку электроэнергии зависит от соотношения ее производства по теплофикационному и конденсационному циклам. Предлагается воспользоваться логарифмической зависимостью.
В блоке «Экология», который непосредственно связан прямыми и обратными связями с блоками «Топливо» и «Производственная программа», рассчитываются абсолютные выбросы в атмосферу твердых частиц, окислов серы, азота и ванадия. Используя многовариантные расчеты распределения выработки электрической и тепловой энергии между ТЭС, сжигающими разные виды топлива, нужно стремиться минимизировать количество абсолютных выбросов. Модель позволяет найти своеобразный компромисс между экологическими факторами и экономическими показателями работы энергосистемы (минимизировать затраты и максимизировать прибыль).
В блоке «Цена» рассчитывается оптовая цена на торф и уголь и цена 1 т условного топлива по энергосистеме в целом и по всем ТЭС Ленэнерго.
Зная цену 1 т условного топлива и расход его на производство электрической и тепловой энергии, определяют топливные составляющие себестоимости энергии, которые входят соответственно в суммарные затраты на производство электрической и тепловой энергии (блок «Суммарные затраты»). Помимо топливной составляющей, в суммарные затраты входят затраты на покупную электроэнергию от других энергосистем, блок-станций и АЭС, затраты на покупную тепловую энергию, амортизационные отчисления, а также прочие постоянные затраты и затраты на содержание управленческого персонала.
Прогнозирование производственных затрат на транспортирование энергии по электрическим и тепловым сетям осуществляется в блоке «Сеть» по регрессионным уравнениям.
Показатели, рассчитываемые в блоке «Полезный отпуск», необходимы для определения себестоимости 1 кВт-ч электрической и 1 Г кал тепловой энергии. Получаемые в этом блоке значения собственного полезного отпуска электрической и полезного отпуска тепловой энергии используются в блоке «Реализация».
В условиях хозяйственного расчета особую роль играет правильное определение прибыли энергосистемы. Для этого необходимо знать объем реализованной продукции. В блоке «Реализация» рассчитывается по группам потребителей объем реализованной энергии. Тепловая энергия реализуется в виде пара и горячей воды, соотношение между которыми может изменяться. В этом же блоке используются данные о перетоках энергии и тарифы.
Расчет балансовой прибыли энергосистемы и распределение ее на основе долгосрочных нормативов по фондам энергосистемы осуществляется в блоках «Прибыль» и «Фонды».
Балансовая прибыль энергосистемы формируется как разность между объемом реализованной продукции и производственными затратами. В балансовую прибыль входит также разность в суммах полученных и уплаченных штрафов, пени и неустоек за нарушение условий поставок и других правил, регулирующих хозяйственные взаимоотношения.
Помимо балансовой прибыли, в энергосистеме определяется расчетная прибыль как разность между балансовой прибылью и платежами в бюджет (плата за фонды, процент за банковский кредит, плата за трудовые ресурсы). Из расчетной прибыли производят отчисления в госбюджет, местный бюджет, в Минэнерго СССР. Оставшаяся прибыль поступает в распоряжение трудового коллектива для формирования фондов экономического развития.
В блоке «Фонды» по нормативам рассчитываются следующие фонды: развития производства, науки и техники; социального развития и материального поощрения. В фонд развития производства, науки и техники направляются амортизационные отчисления, идущие на реновацию основных фондов.
Средства, оставшиеся после формирования фондов экономического стимулирования, образуют страховой фонд энергосистемы. Образующиеся в результате работы энергосистемы хозрасчетные фонды выполняют роль положительной обратной связи, действующей в цепи «производство энергии — фонды экономического стимулирования — производство энергии».
В блоках «Суммарные затраты», «Реализация», «Прибыль» и «Фонды» расчет показателей ведется в целом по энергосистеме с учетом трех видов продукции: электрическая, тепловая энергия и прочая, продукция, куда входят услуги и выпуск товаров народного потребления.
Данная модель реализована на ЭВМ IBM PC на языке BASIC, объем занимаемой памяти 49 кбайт.
Программная реализация модели позволяет получать результаты в графической и табличной форме на период от 1 года до 5 лет. Используя имитационную модель, можно проводить единичные расчеты при определенных условиях функционирования энергосистемы, просчитывать различные варианты выполнения плана с целью выбора наилучшего или проводить исследования взаимного влияния основных технико-экономических факторов.
В данной модели предусмотрена возможность проведения оптимизационных расчетов. На основе рационального распределения электрической нагрузки между тепловыми станциями системы получение максимальной прибыли энергосистемы на базе многомерной оптимизации.
Использование такой модели является шагом к практическому осуществлению исследований экономики энергосистемы по схеме «человек — машина». Программу предполагается использовать в качестве советчика для руководителей энергосистем и работников планового отдела, а также в системе экономической подготовки.
