Оценка достаточности генерации. Методика кластерного анализа. Член Правления – Заместитель Председателя Правления В.А. Шкатов МОСКВА, ИЮНЬ 2014

Электроэнергетическая система Электроэнергетическая система - это совокупность электростанций, линий электропередачи и подстанций потребителей, объединенных единым процессом производства, преобразования, транспорта, респределения и потребления электрической энергии. Вместе с тем, для того, чтобы электроэнергетическая система могла считаться «истинной» системой, она должна удовлетворять определенным требованиям: сбалансированность производства и потребления электроэнергии с учетом необходимых резервов генерирующих мощностей; единство оперативно-диспетчерского управления процессами функционирования в нормальных и аварийных условиях; централизованное прогнозирование, проектирование и планирование развития электрических станций и сетей ЭЭС. Системы «большие» и системы «сложные». 2

Свойства системы Имея дело с системой невозможно осуществлять точечные изменения. У всех систем есть цель, даже если эта цель – сохранение себя, выживание. Цель – это желаемое состояние, при котором система пребывает в состоянии покоя или состоянии равновесия. Свойства систем – свойство целого. Ни одна из частей ими не обладает. Поведение различных систем зависит от того, как связаны (взаимодействуют) между собой их части, а не от самих частей. 3

Актуальность задачи по определению достаточности генерации за рубежом Одна из функций зарубежных рынков США и стран Европы – решение задач, связанных с определением достаточности генерации, для определения планов развития объектов электроэнергетического комплекса на перспективу Достаточность генерации – процесс определения надлежащих стимулов в рамках рыночных отношений для размещения, строительства и вывода объектов электроэнергетического комплекса, необходимых для обеспечения надежности в будущем. Способность респолагаемой мощности электростанций покрыть максимальную и минимальную нагрузку в определенные часы с учетом пропускной способности системы. 4

Кластер – объединение нескольких однородных элементов, которое может рассматриваться как самостоятельная единица, обладающая определёнными свойствами Для различных задач может иметь свои признаки В зависимости от масштабности разбиения, число кластеров, а также характеризующие их показатели, могут значительно изменяться В кластерном анализе кластер является неделимой единицей наблюдения Может рассматриваться как подмножество результатов поиска, связанных единством темы Понятие «кластер» 5

Алгоритм проведения кластерного анализа Формирование списка показателей, по которым будет производиться подсчет коэффициента [плотности загрузки] Расчет коэффициента и его интерпретация на карте Формирование списка показателей, по которым будет производиться подсчет коэффициента [плотности загрузки] Расчет коэффициента и его интерпретация на карте Применение подхода «разбиения на элементарные ячейки» для агрегации При необходимости – создание кластеров с наибольшей плотностью энергообъектов Применение подхода «разбиения на элементарные ячейки» для агрегации При необходимости – создание кластеров с наибольшей плотностью энергообъектов Подсчет показателей, характеризующих кластер как самостоятельный объект для анализа 6

Параметры формирование списка параметров для оценки плотности загрузки Инфраструктура Количество трансформаторов на подстанциях класса [500; 330; 220] кВ Совокупная мощность трансформаторов на подстанциях класса [500; 330; 220] кВ Количество ВЛ класса [500; 330; 220] кВ Степень связности подстанций – число связей с другими подстанциями Установленная мощность ГЭС Установленная мощность ТЭЦ Электроэнергия Выработка электроэнергии на ГЭС Выработка электроэнергии на ТЭЦ Min Max Мощность 7

Карта энергосистемы субъекта РФ Подход: разбиение на элементарные ячейки 8

Наложение сетки элементарных ячеек и расчет коэффициента плотности загрузки Подход: разбиение на элементарные ячейки 9

Раскрашивание ячеек в соответствии с полученными оценками Подход: разбиение на элементарные ячейки Min Max 10

Объединение сходных элементарных ячеек в энергокластеры Подход: разбиение на элементарные ячейки 11

Статус кластера и определяющие его признаки 250 тыс. чел. 2 и более ТЭЦ и/или ГРЭС кВ Высокая Основной кластер Административный центр субъекта РФ или крупный город: более плотность понизительных ПС и линии электропередачи Вспомогательный кластер Административный центр субъекта РФ или крупный город: более плотность понизительных ПС и линии электропередачи Узел связности Город, обладающий четко выраженной специализацией: более Линии электропередачи 250 тыс. чел. 2 и более ТЭЦ и/или ГРЭС кВ Высокая 100 тыс. чел. По крайней мере одна ТЭЦ 220 кВ Сравнительно высокая 25 тыс. чел кВ 12

подсчет показателей, характеризующих кластер Показатели (электроэнергия и мощность) Совокупный объем потребления Совокупный объем выработки Нагрузочные объемы потерь кластера Внешние объемы перетоков Совокупный объем потребления в час максимума Цены э/э на РСВ Суммарная установленная мощность Суммарная респолагаемая мощность Суммарная установленная мощность ПС Расчетные показатели Объем дефицита (профицита) Коэффициент энергообеспеченности в час максимума Средневзвешенный КИУМ станций Средневзвешенный КИУМ ПС Прогнозные показатели Увеличение мощностей к 2017 г. по ДПМ Увеличение мощностей к 2017 г. по ПС (500 кВ) 13

Схема работы ЕЭС Локальная нагрузка ТЭЦ работающие на локальную нагрузку АЭС ГЭС Системные ГРЭС 18% выработки в 2013 г. 17% выработки в 2013 г. 27% выработки в 2013 г. 38% выработки в 2013 г. 14

Пример: анализ Кузбасской энергосистемы Потребление электроэнергии превышает выработку на 25%, 50%, 75% и 100% соответственно Выработка электроэнергии превышает потребление на 25%, 50%, 75% и 100% соответственно Выработка и потребление равны 15

Наименование параметра Наименование кластера Белово КемеровоНовокузнецк 1Номер кластера Суммарная уст. мощность, МВт (среду. за год) Суммарная респ. мощность, МВт (среду. за год) Суммарная установленная мощность ПС, МВт Объем дефицита (профицита), % Суммарное потребление э/э в час максимума, МВт Коэффициент энергообеспеченности в час максимума 1,41,61,4 15 Средневзвешенный КИУМ станций, % Средневзвешенный КИУМ ПС, % Структура топливного баланса 100% выработки ТЭС 0,2% - мазут 99,8% - уголь 100% выработки ГРЭС 0,02% - мазут 7,8% - газ; 92,2% - уголь 26,8% выработки ГРЭС 0,7% - мазут, 10,8% - газ 88,5% - уголь 73,2% выработки ТЭС 0,4% - мазут, 99,6% - уголь Пример показателей, характеризующих кластеры Кузбасской энергосистемы 16

Коэффициент энергообеспеченности кластера Коэффициент энергообеспеченности кластера отражает достаточность генерации на данной территории в час максимума и рассчитывается на основе статистических данных K эо = P пс + P эс P пик пропускная способность всех трансформаторов подстанций, питающих кластер респолагаемая мощность электростанций, питающих кластер пиковое потребление в энергокластере Пример значений для Кузбасской энергосистемы Kэо 17

Схема работы системной и локальной генерации ВЛ 500 КВ ВЛ 220 КВ ВЛ 110 КВ Локальная нагрузка ТЭЦ работающие на локальную нагрузку АТ Блоки ГРЭС, работающие на локальную нагрузку Блоки ГРЭС, работающие на системную нагрузку Подстанция Кв Подстанция Кв 18

Задача решается в разрезе кластеров путем последовательного исключения из расчетной системы РСВ в час максимума не более одного блока из кластера таким образом, чтобы это не повлияло на стабильность системы, с использованием следующего алгоритма: 1. Разделение станций на 2 группы: системные и локальные a)Локальные – станции работающие на местную нагрузку, осуществляющие работу в комбинированном режиме (выработка электроэнергии и тепла). К локальным относятся все тепловые станции, работающие на сеть 110 к Вт и ниже b)Системные – станции преимущественно работающие на внешнюю нагрузку (нагрузку в других кластерах / районах / регионах). К системным, относятся все тепловые станции, работающие на сеть 220 к Вт и выше, а также все остальные типы станций (ГЭС/АЭС) 2. Все блоки ТЭЦ/ГРЭС ранжируются по двум факторам для каждого кластера: a)Физический износ оборудования (год ввода в эксплуатацию) b)КИУМ станции Более старому оборудованию присваивается, более высокий ранг (приоритет на вывод блока из расчета). Если по физическому износу блоки совпадают, то более высокий ранг получает блок, у которого меньший КИУМ станции. 3. Проверка условия теплофикации для локальных станций a)Для каждой РГЕ рассматривается текущий Pmin в день пиковой нагрузки b)Перед удалением блока из расчета РСВ осуществляется проверка возможности остальных (оставшихся) блоков РГЕ покрыть установленный для данной РГЕ Pmin в день пиковой нагрузки Описание алгоритма решения задачи «оценка достаточности генерации» 19

Разделение станций на локальные и системные Ранжирование блоков ТЭЦ/ГРЭС для целей исключения из расчетов РСВ по факторам: Физический износ КИУМ Исключение из расчетного модуля ЕЭС в день пиковой нагрузки не более одного блока из каждого кластера при выполнении условия теплофикации Проверка существования решения задачи РСВ Определение перечня оборудования, исключение которого из задачи РСВ не нарушит решаемость режима Существует Не существует Алгоритм решения задачи «оценка достаточности генерации»

Задачи на перспективу, решаемые с помощью кластерного анализа Оценка потребности в финансовых ресурсах для развития Прогнозирование цен на электроэнергию и мощность Оценка «балансовой надежности» Достаточность генерации Резервы генерации и пропускной способности энергосетевого комплекса Оценка инвестиционных решений 21

Спасибо за внимание! 22