Расчет тарифов на передачу электрической энергии в сетях энергосистем на основе технико-экономической модели

Currently, transmission and distribution tariffs are calculated on the basis of the “pull” approach used fortariffs design. This approach implies equivalent tariffs for consumers connected to networks of the same voltage level. The article describes the general principles of the technical and economic model linking the amounts of electric energy flows transmitted by the elements of the electric grid to the cost of their transmission. This model allows us to present the process of electricity transmission in the form of two directional processes - the transmission of electricity flows through the network scheme and the transfer of flows of value in similar directions. Value streams are determined based on the cost of the content of all elements of the network and the cost of losses on each element. The basis of the model is the conditions of balances for all branches and all nodes of the design scheme, written for electricity flows and cost flows. Using this model, individual tariffs for the transmission of electricity for each point of the network can be calculated, which are directly related to the cost of electricity transmission to specific consumers. Similar calculations were performed for the real area of the «Sverdlovenergo» power grid and showed a significant difference in individual transmission tariffs

Keywords --standard units system, addressness method, individual distribution tariff.

Либерализация электроэнергетики привела к выделению транспорта и распределения электроэнергии (ЭЭ) в самостоятельный вид деятельности, выполняемый электросетевыми организациями (ЭСО). ЭСО осуществляют передачу ЭЭ до потребителей при отсутствии конкуренции, поэтому государство через свои регулирующие органы определяет тарифы на услуги по передаче электроэнергии (ТПЭ). В конечной цене ЭЭ для потребителей сетевая составляющая может находиться в диапазоне 25-70 % и она тем больше, чем на более низком уровне напряжения находится потребитель, так как ТПЭ дифференцированы по уровням напряжения [1]. Одноставочный ТПЭ предполагает оплату услуг на передачу только по полученной потребителем ЭЭ за месяц. В двухставочном ТПЭ плата за ЭЭ меньше, но дополнительно существует ставка за мощность, которая взимается на основе усредненной мощности потребителя в часы наибольшей загрузки [1,2].

Обзор зарубежной литературы показывает, что в мире не найдено единой и оптимальной системы оплаты услуг на передачу ЭЭ. В разных странах существует большое разнообразие в принципах и схемах оплаты услуг за передачу, зависящих от правил функционирования оптового и розничного рынков ЭЭ [3-4]. Наиболее общие черты связаны с дифференциацией тарифов на передачу по уровням напряжения, с раздельной оплатой за энергию и за мощность, с оплатой потерь ЭЭ. Отечественная система формирования ТПЭ соответствует общемировым тенденциям, она относительно проста и не использует ряд параметров, применяемых в зарубежных странах: характеристики надежности электроснабжения; суточную и сезонную дифференциацию тарифов; географическую удаленность потребителей; оплату реактивной энергии; оплату обслуживания средств учета ЭЭ. Для обеспечения равенства ТПЭ для потребителей используется котловой принцип их формирования, предусматривающий расчет стоимости услуг на передачу для всех ЭСО субъекта РФ и определение единых ТПЭ для различных категорий потребителей [2]. Система формирования котловых ТПЭ должна быть достаточно простой, что затрудняет создание стимулов повышения эффективности передачи ЭЭ для ЭСО и для потребителей [5].

Описание технико-экономической модели

Технико-экономическая модель позволяет связать технические и экономические параметры процесса передачи ЭЭ единой системой уравнений. Она позволяет представить процесс передачи ЭЭ в виде двух направленных на графе электрической сети потоков - потоков ЭЭ и потоков стоимости. Технологическая часть модели определяется распределением в схеме сети потоков ЭЭ и позволяет учесть потери ЭЭ в продольных и поперечных элементах схемы замещения. Экономическая часть модели представляется в виде направленных стоимостных потоков на графе электрической сети [6]. Стоимостные потоки определяются затратами ЭСО на обеспечение процесса передачи ЭЭ и включают затраты на содержание электрической сети и затраты на покупку потерь ЭЭ. Направления стоимостных потоков в схеме сети совпадают с направлениями потоков ЭЭ, а распределение стоимостных потоков определяется распределением потоков ЭЭ, так как модель учитывает пути протекания потоков ЭЭ в сети от источников до потребителей и загрузку всего электросетевого оборудования [6]. В результате полную стоимость услуг на передачу ЭСО, которую рассчитывает регулирующий орган, можно распределить между всеми узлами отпуска ЭЭ из сети. Помимо потребителей отпуск ЭЭ из сети осуществляется через точки соприкосновения смежных ЭСО, которые также оплачивают услуги на передачу ЭЭ по индивидуальным тарифам. Такое распределение полной стоимости услуг на передачу между различными потребителями этой услуги наиболее точно учитывает механизм формирования себестоимости ЭСО на различных участках сети, так как учитывает технологию процесса транспорта ЭЭ и формирование затрат на содержание и компенсацию потерь ЭЭ.

Техническая модель передачи

Технологическая модель передачи ЭЭ по электрическим сетям привязана к временным интервалам, на которых осуществляется сбор измерений от систем учета ЭЭ. Тарифы и цены на рынках ЭЭ изменяются с часовой дискретностью, и этот временной интервал в перспективе должен сократиться. Измерительная информация о потоках ЭЭ в сетях энергосистем может приводиться к часовым, суточным, месячным и даже годовым интервалам времени.

Каждое уравнение узлового баланса ЭЭ определяет, что нулю равна сумма потоков ЭЭпо всем смежным узлуветвям из множества, узлового потока ЭЭ и технических потерь ЭЭ узла

, (1)

Вторая группа уравнений относится к балансам ЭЭ в ветвях схемы. Для каждой из M ветвей сумма потоков ЭЭ в начале ветви, в конце ветви и технических потерь ЭЭ данной ветви равна нулю

, . (2)

Экономическая модель передачи

Экономическая модель передачи ЭЭ по электрическим сетям первоначально предполагает распределение полной стоимости услуг на передачу ЭСО между отдельными элементами схемы. Как и в технологической модели элементами схемы являются узлы, ассоциируемые с электрическими станциями/подстанциями, и ветви, ассоциируемые с линиями электропередачи и трансформаторами. Полная стоимость услуг на передачу включает стоимость услуг на содержание ЭСО и стоимость потерь. стоимость электрический энергия

Полная стоимость услуг на содержание ЭСО рассчитывается регулирующим органом на основе нормативных документов и открыто публикуется на каждый календарный год. Полную стоимость содержания целесообразно разделить между всеми N узлами (подстанциями) и между всеми M ветвями (линиями электропередачи или трансформаторами) пропорционально количеству условных единиц электрооборудования, относящихся к i-му элементу сети:

(3)

Система условных единиц электрооборудования разработана и повсеместно применяется в электроэнергетике для определения трудоемкости работ по техническому обслуживанию разнородного электрооборудования ЭСО (трансформаторы, линии электропередачи, коммутационное оборудование и т.д.). Условные единицы электротехнического оборудования учитывают затраты труда на выполнение планового технического обслуживания и текущих ремонтов, оперативного обслуживания. Суммарное количество условных единиц в ЭСО (структурном подразделении) является численной характеристикой размеров сетевой организации, позволяющей сравнивать между собой ЭСО. В настоящее время разработана и находится в стадии опытного внедрения новая, усовершенствованная система объемообразующих единиц.

Стоимость потерь ЭЭ определяется величиной фактических потерь ЭСО, умноженной на тариф для компенсации потерь .Распределение затрат на компенсацию потерь между узлами и ветвями целесообразно произвести пропорционально годовым техническим потерям каждого элемента:

(4)

Таким образом, для каждого из N узлов и для каждой из M ветвей схемы сети ЭСО можно получить годовую стоимость услуг на передачу, которая связана с данным элементом схемы и которая в дальнейшем будет называться «элементная стоимость услуг на передачу электроэнергии» .

(5)

Сумма всех элементных стоимостей определяет полную стоимость услуг на передачу и она должна совпадать с необходимой валовой выручкой ЭСО, которую рассчитывает регулирующий орган на год. Если расчетный отрезок временизадачи ЭСР не равен продолжительности года , то элементные стоимости должны приводиться к

(6)

На следующем этапе задачи ЭСР осуществляется последовательный перенос элементных стоимостейс предшествующих элементов схемы на последующие в соответствии с физическими направлениями потоков ЭЭ. В результате этого на всех элементах сети формируются новые значения стоимости передачи ЭЭ, названные «потоковые стоимости» узлов и ветвей. Потоковые стоимости каждого элемента схемы включают элементные стоимости всех предшествующих участков сети, использованных для передачи ЭЭ в направлении от источника ЭЭ к месту ее потребления.

Распределение потоков стоимости на схеме электрической сети можно получить при помощи программного пакета Balance4, что и используется в данной работе.

На заключительном этапе ЭСР можно получить оценки тарифов на передачу ЭЭ в любой точке схемы сети путем деления потоковой стоимостина поток ЭЭ в соответствующей точкее

(7)

Данной величине целесообразно поставить в соответствие термин «точечный тариф на передачу ЭЭ», так как во всех точках сети значения точечных тарифов на передачу ЭЭ будут различаться. Кроме того, значения точечных ТПЭ будут различны в начале и в конце каждого узла и каждой ветви. Точечные ТПЭ в узлах отдачи ЭЭ из сети являются оценкой себестоимости передачи ЭЭ до данных узлов.

Для анализа разработанной технико-экономической модели передачи электрической энергии в сетях энергосистем был проведен расчёт тарифов на передачу электроэнергии на примере Сысертского РЭС«Свердловэнерго». Расчёт был проведён на базе программы Balance4 по данным 2015 года. На предварительном этапе была определена стоимость содержания всех элементов схемы электрической сети (линий электропередачи и подстанций), а также стоимость потерь электроэнергии. В результате расчетов по технико-экономической модели для каждой ветви и для каждого узла схемы произведен расчет потоков ЭЭ и потоков стоимости и на основе (7) рассчитаны точечные тарифы на передачу ЭЭ.

В результате расчёта можно видеть, что для значительной части потребителей тариф на передачу ниже, чем котловой тариф для соответствующих узлов присоединения. Также следует отметить, что при высоком потреблении электроэнергии в узле наблюдается значительное снижение тарифа. Так для класса напряжения ВН (110 кВ) были рассчитаны точечные тарифы на передачу, представленные в таблице I.

Таблица 1. Точечные ТПЭ для напряжения ВН

Согласно расчетам, точечные ТПЭ на 110 кВ имеют различия более чем в шесть раз на разных участках схемы. Высокие значения точечных ТПЭ связаны, в первую очередь, с низкой загрузкой близлежащих элементов схемы. Для класса напряжения 35 кВ (СН1) результаты представлены в таблице II.

Таблица 2. Точечные ТПЭ для напряжения СН1

На классе напряжения СН1 (35 кВ) точечных ТПЭ на разных участках сети различаются более чем в 160 раз.При малой загрузке ПС Свобода ТПЭ поднимается до 41 руб./кВт*ч. А при потреблении около 10 млн. кВт*ч за полугодие на присоединениях наблюдается значительное снижение тарифа на передачу электрической энергии.

Таблица 3. Точечные ТПЭ для напряжения СН2

По результатам, отображенным в таблице III для класса напряжения 6-10 кВ (СН2), можно судить о том, что тенденция снижения ТПЭ при относительно большом потреблении сохраняется. На большинстве подстанций точечный ТПЭ меньше котлового. Различие здесь лишь в том, что для некоторых присоединений, ТПЭ становится выше, по причине большого количества присоединений.

Разработана и апробирована технико-экономическая модель передачи электрической энергии, позволяющая распределить полную стоимость услуг на передачу между узлами отпуска электрической энергии с учетом потерь и степени использования всех элементов сети, что дает оценки индивидуальных тарифов на передачу, пропорциональных затратам сетевой организации. Произведенные расчеты потоков электроэнергии и потоков стоимости на реальном фрагменте электрической сети показали, что точечные (индивидуальные) тарифы на передачу электроэнергии в различных точках потребления могут различаться более чем на порядок. Наиболее высокие тарифы на передачу наблюдаются на участках сети с низкой загрузкой. Модель интересна, прежде всего, электросетевым организациям для получения точечных тарифов на передачу электроэнергии и оценки экономической эффективности электросетевого бизнеса на различных участках сети и в различных режимах работы, а также для обоснования стоимости транзитных перетоков.

Список литературы

1. Суюнчев М., Репетюк С., Файн Б., Темная О., Мозговая О., Агафонов Д. Межрегиональная дифференциация тарифов на электрическую энергию в российской федерации // Экономическая политика, 2014, № 1, С. 90-104.

2. Бабушкин Г.А., Ильин Р.А. Анализ котлового принципа построения тарифов на современном рынке электроэнергии // Путь науки, 2016, № 1(23), С. 8-10.

3. Родин А.В. Зарубежный опыт государственного регулирования тарифной политики на рынках электроэнергии // Проблемы современной экономики (Новосибирск), 2010, № 2-3, С. 313-318.

4. ENTSO-E Overview of Transmission Tariffs in Europe: Synthesis 2016 - официальный сайт Европейского сообщества операторов магистральных сетей в области электроэнергетики (ENTSO-E European Network of Transmission System Operators for Electricity) www.entsoe.eu/Pages/default.aspx

5. Паздерин А.А., Паздерин А.В. Совершенствование системы тарификации услуг на передачу электрической энергии // Научное обозрение, 2016, № 20, С. 207-213

6. Паздерин А.А., Паздерин А.В. Представление процесса передачи электроэнергии направленными потоками электроэнергии и стоимости в схеме сети // Электротехнические системы и комплексы, 2017, №1(34). С . 31-36.

7. Pazderin A.V., Kokin S.E., Egorov A.O., Kochneva E.S. Solution of energy flow problem using state estimation techniqueВсборнике: IECON Proceedings (Industrial Electronics Conference) 35th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, IECON 2009. Сер. "Proceedings - IECON 2009, 35th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society" sponsors: The Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), IEEE Industrial Electronics Society (IES), Society of Instrument and Control Engineers (SICE-Japan), University of Porto, Universidade Nova de Lisboa. Porto, 2009. С. 1736-1741

8. Бартоломей П.И., Егоров А.О., Машалов Е.В., Паздерин А.В. Решение комплексной задачи распределения электроэнергии в энергосистеме // Электричество. 2007. № 2. С. 8-13.

9. Паздерин А.В., Егоров А.О., Кочнева Е.С., Самойленко В.О. Использование методических подходов теории оценивания состояния для расчета и достоверизации потоков электрической энергии в сетя // Электричество. 2014. № 10. С. 12-21.

Размещено на Allbest.ru