В.А. Шкатов

Член Правления –
Заместитель Председателя Правления
В.А. Шкатов
Оценка достаточности генерации.
Методика кластерного анализа.
М О С К ВА, И Ю Н Ь 2 0 1 4
Электроэнергетическая система
Электроэнергетическая система - это совокупность
электростанций, линий электропередачи и подстанций
потребителей,
объединенных
единым
процессом
производства, преобразования, транспорта, распределения 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
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
располагаемой
мощности
электростанций
покрыть
максимальную и минимальную нагрузку в определенные часы с учетом пропускной
способности системы.
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
4
Понятие «кластер»
Кластер –
объединение нескольких
однородных элементов, которое
может рассматриваться как
самостоятельная единица,
обладающая определёнными
свойствами
 В кластерном анализе кластер
является неделимой единицей
наблюдения
 Может рассматриваться как
подмножество результатов поиска,
связанных единством темы
 Для различных задач может иметь
свои признаки
 В зависимости от масштабности
разбиения, число кластеров, а также
характеризующие их показатели,
могут значительно изменяться
5
Алгоритм проведения
кластерного анализа
Шаг 1
Выделение зон
повышенной
плотности нагрузки
 Формирование списка
показателей, по которым будет
производиться подсчет
коэффициента [плотности
загрузки]
 Расчет коэффициента и его
интерпретация на карте
Шаг 2
Агрегация сходных
энергообъектов в
кластеры
 Применение подхода
«разбиения на элементарные
ячейки» для агрегации
 При необходимости – создание
кластеров с наибольшей
плотностью энергообъектов
Шаг 3
Получение
характеристики
кластера и анализ
результатов
 Подсчет показателей,
характеризующих кластер как
самостоятельный объект для
анализа
6
формирование списка параметров для
оценки плотности загрузки
Параметры
 Мощность
 Установленная мощность ГЭС
 Установленная мощность ТЭЦ
 Электроэнергия
 Выработка электроэнергии на ГЭС
 Выработка электроэнергии на ТЭЦ
 Инфраструктура
 Количество трансформаторов на
подстанциях класса [≥500; 330; 220] кВ
 Совокупная мощность трансформаторов на
подстанциях класса [≥500; 330; 220] кВ
Формирование списка параметров
для оценки плотности загрузки
Присвоение весовых
коэффициентов каждому
из параметров для дальнейшей
группировки
 Количество ВЛ класса [≥500; 330; 220] кВ
 Степень связности подстанций – число
связей с другими подстанциями
Установление соответствий цвету
в зависимости от величины
интегрального показателя:
Min
Max
7
Подход: разбиение на элементарные
ячейки
Карта энергосистемы субъекта РФ
8
Подход: разбиение на элементарные
ячейки
Наложение сетки элементарных ячеек и расчет
коэффициента плотности загрузки
9
Подход: разбиение на элементарные
ячейки
Раскрашивание ячеек
в соответствии с полученными оценками
Min
Max
10
Подход: разбиение на элементарные
ячейки
Объединение сходных элементарных ячеек
в энергокластеры
11
Статус кластера
и определяющие его признаки
Основной кластер
• Административный центр
субъекта РФ или крупный
город: более 250 тыс. чел.
• 2 и более ТЭЦ и/или ГРЭС
• Высокая плотность
понизительных ПС и линии
электропередачи 750-220 кВ
Вспомогательный
кластер
• Административный центр
субъекта РФ или крупный
город: более 100 тыс. чел.
• По крайней мере одна ТЭЦ
• Сравнительно высокая
плотность понизительных ПС
и линии электропередачи
220 кВ
Узел связности
• Город, обладающий четко
выраженной специализацией:
более 25 тыс. чел.
• Линии электропередачи
210-110 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 располагаемая мощность
Суммарная установленная мощность ПС
Прогнозные показатели
•
•
Увеличение мощностей к 2017 г. по ДПМ
Увеличение мощностей к 2017 г. по ПС (≥500 кВ)
Расчетные показатели
•
•
•
•
Объем дефицита (профицита)
Коэффициент
энергообеспеченности в час
максимума
Средневзвешенный КИУМ
станций
Средневзвешенный КИУМ ПС
13
Схема работы ЕЭС
АЭС
ГЭС
18% выработки в
2013г.
Локальная
нагрузка
17% выработки в
2013г.
Локальная
нагрузка
Системные
ГРЭС
27% выработки в
2013г.
Локальная
нагрузка
ТЭЦ работающие
на локальную нагрузку
38% выработки в
2013г.
14
Пример: анализ
Кузбасской энергосистемы
Потребление электроэнергии
превышает выработку на 25%,
50%, 75% и 100% соответственно
Выработка и потребление равны
Выработка электроэнергии
превышает потребление на 25%,
50%, 75% и 100% соответственно
15
Пример показателей,
характеризующих кластеры
Кузбасской энергосистемы
№ Наименование параметра
1
2
3
4
Номер кластера
Суммарная уст. мощность, МВт
(средн. за год)
Суммарная расп. мощность, МВт
(средн. за год)
Суммарная установленная
мощность ПС, МВт
Объем дефицита (профицита),
%
Суммарное потребление э/э в
13
час максимума, МВт
Коэффициент
14 энергообеспеченности в час
максимума
Средневзвешенный КИУМ
15
станций, %
12
16 Средневзвешенный КИУМ ПС, %
17 Структура топливного баланса
Наименование кластера
Белово
1009
Кемерово
1010
Новокузнецк
1011
400
1 220
2 705
295
409
1 679
500
1 502
2 403
39
-69
-42
565
1 194
2 901
1,4
1,6
1,4
66
33
48
18
42
26
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
16
Коэффициент
энергообеспеченности кластера
Коэффициент энергообеспеченности кластера отражает достаточность генерации
на данной территории в час максимума и рассчитывается на основе статистических
данных
располагаемая мощность
электростанций, питающих кластер
пропускная способность всех
трансформаторов подстанций, питающих
кластер
Pпс + Pэс
Kэо =
Pпик
пиковое потребление
в энергокластере
Пример значений Kэо для Кузбасской энергосистемы
млрд. кВтч
38
2.4
2.0
30
1.6
22
2012
2013
2014
2015
2016
Потребление в Кемеровской области (пр. шк.)
Коэффициент энергообеспеченности кластера Белово (лев.шк.)
Коэффициент энергообеспеченности кластера Кемерово (лев.шк.)
Коэффициент энергообеспеченности кластера Новокузнецк (лев.шк.)
17
Схема работы системной и
локальной генерации
Блоки ГРЭС, работающие
на системную нагрузку
АТ
Блоки ГРЭС, работающие
на локальную нагрузку
Подстанция
500-220 Кв
Локальная
нагрузка
Подстанция 220-110 Кв
ТЭЦ
работающие
на локальную
нагрузку
18
Описание алгоритма
решения задачи
«оценка достаточности генерации»
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 кВт 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 кВт 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
19
Алгоритм решения задачи
«оценка достаточности генерации»
2
1
Разделение
станций
на локальные
и системные
Ранжирование блоков
ТЭЦ/ГРЭС для целей
исключения из
расчетов РСВ
по факторам:
 Физический износ
 КИУМ
Существует
5
Определение
перечня оборудования,
исключение которого Не существует
из задачи РСВ не
нарушит решаемость
режима
4
3
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
20
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