Экономика энергетики Лекция 2 Эффективность централизации Глава 6

Экономика энергетики Лекция 2 Эффективность централизации Глава 6

К централизованному сектору энергетического хозяйства относятся: • районные электростанции и та часть ведомственных электростанций, которая работает на общую сеть в энергетических системах (блок станции); • изолированные электростанции, обслуживающие большое количество потребителей различной категории и являющиеся, таким образом, по существу также районными электростанциями; • котельные районного типа, отпускающие тепло большому числу потребителей.

• • К децентрализованному сектору энергетики относятся: электростанции, предназначенные в основном для обслуживания «своего» предприятия и электрически не связанные с районными энергетическими системами; промышленные котельные, обслуживающие, как правило, ограниченный круг потребителей; городские индивидуальные, групповые и квартальные котельные (обычно производительностью до 10— 15 Гкал/ч); отопительные печи.

• Техническая централизация • Организационная централизация

Понятие централизация энергоснабжения можно рассмотреть с двух сторон: – это снабжение большого количества потребителей от одного источника (реализуется на базе концентрации). одни факторы. – это параллельная работа многих станций на единую нагрузку (на большое число потребителей). другие факторы Существуют различные степени централизации: а) от одного источника; б) создание районных энергосистем (Ивэнерго); в) объединение соседних энергосистем; г) объединение удаленных энергосистем в рамках единой энергосистемы.

Видимо следует различать возможные эффекты по направлениям централизации: снабжение от одного большого – одно. параллельная работа – другое.

• В чем проблема?

• Так, в частности утверждается [4], что уже сейчас в полностью газифицированных центральных регионах России централизованное энергоснабжение часто технически и экономически неоправданно, а установки малой энергетики, базирующиеся на сжигании органического топлива, способны заменить в России выходящие за пределы паркового ресурса ТЭЦ и КЭС, работающие на таком топливе и входя щие в ЕЭС. Следует при этом отметить, что речь фактически идет о замене места сжигания топлива (вместо крупных станций его предлагается сжигать на установках сравнительно небольшой мощности), а также о том, что основой энергоснабжения должна являться централизованная система газоснабжения. Таким образом, сам принцип централизации не отвергается, меняются лишь способ ее реализации. Тем не менее, один из основных постулатов централизации – концентрация мощностей – отвергается [6]. Сомнения относительно того, что эффективность централизации энергоснабжения определяется в основном эффективность концентрации мощностей, высказываются и рядом американских авторов [7, 8].

• Нетрадиционные источники энергии

А. Экономические преимущества при энергоснабжении от одного источника энергии: 1. Возможность реализации эффекта концентрации мощности. Объясняется тем, что при централизации энергоснабжения, благодаря распределительной сети, объединяется нагрузка нескольких потребителей, в связи с чем возникает возможность сооружения одной установки большей мощности, имеющей меньшие удельные затраты, вместо нескольких мелких установок, снабжающих децентрализованно своих потребителей. Но нужно учитывать, что при этом возникают дополнительные затраты на создание распределительных сетей.

2. Уменьшение потребной мощности генерирующей установки за счет уменьшения совмещенного максимума нагрузки потребителей по сравнению с суммой их индивидуальных максимумов нагрузки. Так, при децентрализованном энергоснабжении мощность каждой установки должна выбираться исходя из обеспечения максимума нагрузки своего потребителя. Следовательно, общая мощность установок будет соответствовать сумме максимумов нагрузки всех потребителей. При снабжении всех потребителей от одного источника формирование совмещенного максимума нагрузки установки будет происходить под влиянием того факта, что для различных потребителей наступление максимума не является одновременным.

Централизация позволяет извлекать выгоду из разнообразия потребителей. Потребность в электроэнергии на освещение появляется в определенные часы, так что генераторам, обслуживавшим лишь данный вид нагрузки, приходилось бы большую часть времени простаивать. Тоже происходило бы, если бы генераторы вырабатывали электроэнергию только для городского электрического транспорта, потреблявшего большую часть электроэнергии в часы пик. Промышленные двигатели потребляли электроэнергию в период между часами пик. То есть вместо трех генераторов нужен был лишь один, который мог бы вырабатывать электроэнергию для покрытия всех трех видов нагрузки.

Формирование совмещенного максимума нагрузки

З. Улучшение возможностей использования генерирующей установки за счет лучшей загрузки оборудования и правильного распределения нагрузки между отдельными агрегатами. В результате этого повышается КПД производства энергии и получается экономия топлива.

Б. Экономические преимущества при соединении источников энергии на параллельную работу 1. Повышение надежности энергоснабжения из за улучшения условий резервирования (более гибкого маневрирования резервами, например, электростанций и энергосистем). 2. Снижение необходимой резервной мощности в связи с лучшим использованием резервной мощности и малой вероятностью выхода в аварию одновременно большого количества агрегатов. 3. Увеличение возможности задавать экономически выгодные режимы работы отдельных установок и наилучшее использование установок и энергоресурсов различных видов. 4. Более выраженное проявление преимуществ централизации энергоснабжения от одного источника (рассмотренные в пункте А).

Основными факторами, снижающими эффект от централизации энергоснабжения, можно считать рост протяженности энергетических сетей и соответствующее увеличение затрат на их сооружение, а также повышение затрат на компенсацию расхода энергии на собственные нужды и на потери передаче энергии. Кроме того, рост протяженности сетей приводит к некоторому снижению надежности передачи. Как правило, оптимальный радиус энергоснабжения определяется: величиной экономии, получаемой от централизации; плотностью нагрузки; удельными затратами на передачу энергии; районными условиями, определяющими силу проявления перечисленных. ранее факторов (это может быть стоимость топлива, климатические условия, условия прокладки сетей и т. п. )

Эффективность создания энергосистем высшая степень централизации –эффекты те же, только значительней Электроэнергетическая система (ЭС) представляет собой совокупность электростанций, линий электропередачи, подстанций и тепловых сетей, связанных общностью режима и непрерывностью процесса производства и распределения электрической и тепловой энергии. Она является подсистемой общеэнергетической системы. В задачу ЭС входит снабжение народного хозяйства электроэнергией и теплом. Она включает в себя в качестве своей подсистемы систему теплоснабжения.

Из закона об электроэнергетике Единая энергетическая система России совокупность производственных и иных имущественных объектов электроэнергетики, связанных единым процессом производства (в том числе производства в режиме комбинированной выработки электрической и тепловой энергии) и передачи электрической энергии в условиях централизованного оперативно диспетчерского управления в электроэнергетике;

Графики суточных нагрузок изолированных энергосистем и объединенной энергосистемы

Расширение использования более экономичных электрических станций. Более полное использование мощности АЭС и ГЭС. Экономичность оборудования в различных энергосистемах различна. Экономия топлива наблюдается вследствие замены выработки малоэкономичных станций одной системы на выработку более экономичных станций другой системы.

Улучшение использования водотока. Возможность использования полной мощности ГЭС во время весеннего паводка, который наступает в разное время в южных и северных районах.

Возможности манёвра энергетических ресурсов. Наличие единой энергетической системы (централизация)позволяет решить проблему отсутствия топлива на одной из электрических станций, то есть проблему дефицита топлива в отдельных регионах. Также существует возможность сосредоточения выработки в местах добычи низкокачественного топлива, где, как правило, малая плотность населения.

Централизация энергоснабжения создаёт условия для концентрации мощностей и приводит к удешевлению стоимости строительства, снижению площадей, используемых под строительство, и, следовательно, к снижению себестоимости производства.

Недостатки централизации: Централизация требует строительства ЛЭП, а это связано: а) с увеличением капитальных затрат; б) с увеличением потерь (при увеличении расхода топлива, возрастают потери передаче энергии); Проблемы экологии (излучение от ЛЭП). Таким образом, основными факторами, снижающими эффект от централизации являются: рост протяжённости энергетических сетей и соответствующее увеличение затрат на их сооружение, а также повышение затрат на компенсацию расхода электрической энергии на собственные нужды и на потери передаче энергии. Кроме того, рост протяжённости сетей приводит к некоторому снижению надёжности передачи.

Преимущества централизованного теплоснабжения В целом ЦТ предоставляет ряд преимуществ: 1) ЦТ допускает гибкость в использовании видов топлива и, таким образом, способствует стабильности цен на тепло. Местное, часто дешевое топливо, в противном случае могло бы оставаться неиспользованным или использоваться таким образом, который загрязняет окружающую среду или является неэффективным; 2) использование местного топлива в системах ЦТ создает рабочие места и, таким образом, приводит к социальным «плюсам» в рамках муниципалитета; 3) ЦТ единственный приемлемый способ использования источников сбросного тепла для отопления жилых помещений; 4) Централизованная очистка топочного газа дает экономию за счет эффекта масштаба;

5) ЦТ получает выгоды от повышения эффективности за счет эффекта масштаба при производстве тепла на центральном тепловом пункте. Удельная стоимость инвестиций, а также затраты на эксплуатацию и обслуживание часто ниже, чем у индивидуальных источников теплоснабжения, а тепловая эффективность выше; 6) теплоснабжение через системы ЦТ характеризуется надежностью, что обусловлено профессиональной эксплуатацией и постоянным контролем за производством и распределением тепла; 7) ЦТ улучшает качество воздуха в городах, в меньшей степени являясь источником загрязнения, чем некоторые из альтернативных вариантов отопления; и, наконец, 8) сочетание ЦТ и промышленной тепловой нагрузки с когенерацией создает уникальную возможность для производства электроэнергии за счет ископаемых видов топлива с высокой эффективностью.

С другой стороны, сравнительные преимущества основного конкурента ЦТ – индивидуального газового отопления – заключаются в следующем: • отсутствуют потери передаче тепла; • меньше объем инвестиций в сетевую инфраструктуру. Газовые трубы производятся из ПВХ (поливинилхлорида), небольшие по диаметру и без термоизоляции. Поэтому капитальные затраты здесь ниже, а экономика газового отопления менее чувствительна к таким вопросам, как удельная тепловая нагрузка и городское планирование, чем экономика ЦТ; • коэффициент полноты сгорания газа является высоким и не зависит от размера установки сгорания. Небольшие котлы являются относительно эффективными; и • газовое отопление не оказывает существенного воздействия на окружающую среду, так как газ является чистым топливом. Сгорание природного газа характеризуется относительно низким объемом выбросов CO 2, и оно не приводит к выбросам диоксида серы или пыли.

Существует две основных причины, по которым следует содействовать укреплению позиций ЦТ и когенерации на энергетических рынках: Во первых, ЦТ представляет собой испытанный эффективный и наиболее экономичный способ отопления в густонаселенных городских районах в северных странах. В этих странах централизованное отопление: • уже широко распространено, однако нуждается в существенной реконструкции, с тем чтобы стать конкурентоспособным на рынке с точки зрения эксплуатационных качеств и цены; • функционирует в условиях конкуренции с другими видами топлива, напрямую используемыми в помещениях потребителями, в основном с субсидируемым природным газом.

Во вторых, теплофикация является потенциальным источником эффективного производства электроэнергии в тех случаях, когда это позволяет тепловая нагрузка в сфере промышленного и централизованного теплоснабжения. Теплофикация является единственным способом производства электроэнергии из ископаемых видов топлива с общим КПД на уровне 80% или выше. При когенерации общий КПД потребления топлива обычно на 30% выше, чем при использовании альтернативных методов раздельного производства электроэнергии и тепла. Теплофикация представляет собой целостный подход к эффективному производству различных энергетических продуктов за счет использования ногообразных источников первичной энергии.

Организационная централизация 1893 г. в одном только Чикаго были образованы двадцать четыре компании на базе центральных электрических станций. В условиях вторжения распределительных электрических сетей различных владельцев в одни и те же районы обслуживания конкуренция была жесткой, а затраты очень высокими. В 1898 г. Сэмуэл Инсэлл, избранный в том же году президентом Национальной электроосветительной ассоциации (National Electric Light Association) решил эти проблемы, приобретя монополию на все централизованное производство электроэнергии в Чикаго.

В своем историческом президентском обращении к НЭОА Инсэлл не только объяснил, почему электроэнергетический бизнес является «естественной монополией» , но и почему он должен регулироваться и почему это регулирование должно осуществляться на уровне штатов, а не на местном уровне. Инсэлл утверждал, что особые монопольные права должны сочетаться с введением общественного контроля, при котором все установленные государственными органами тарифы за услуги по электроснабжению основывались бы на затратах и обоснованной прибыли.

Видимо следует рассматривать не сколько увеличение размеров предприятий, сколько объединение функций. Координация деятельности. Это далее в моделях отрасли.

Эффекты увеличения размеров предприятия

• Возможными типами частичной вертикальной интеграции являются объединение в рамках одной компании следующих функций: • производство (генерация) и передача (магистральные сети); • производство (генерация) и распределение (распределительные сети); • передача (магистральны сети) и распределение (распределительные сети); • производство (генерация) и сбыт; • распределение (распределительные сети) и сбыт.

• 1. Возможность развитие всех элементов энергосистемы по единому плану (вводы новых генерирующих мощностей и линий электропередач скоординированы). При «размещении» объектов генерации и распределения в различных предприятиях (горизонтальная интеграция) возникают издержки согласования между фирмами (трансакционные издержки). Очевидно, что строительство станции без строительства сетей является нецелесообразным и наоборот. Однако представления о целесообразности строительства у генерирующих и сетевых компаний могут различаться. В качестве пример можно привести ситуацию, изложенную в [26].