Актуальность темы
Система электроснабжения (СЭС) — большая сложная система, одним из свойств которой является динамика развития. Важным показателем при разработке и выборе вариантов развития СЭС является значение электропотребления на перспективу краткосрочную, среднесрочную и долгосрочную. Чем точнее прогноз электропотребления, тем режимы и параметры СЭС ближе к оптимальным. СЭС должна создаваться таким образом, чтобы при разумно минимальных затратах денежных средств, оборудования и материалов она обеспечивала надежное электроснабжение и подавала потребителям качественную электроэнергию, т. е. достигала целей функционирования.
В настоящее время СЭС сельских районов характеризуется почти стопроцентным износом электрооборудования (электрических сетей и трансформаторных подстанций), несовершенством схем питания, большой протяженностью воздушных линий 10 кВ, морально и физически устаревшим оборудованием и нуждается в коренной реконструкции и преобразовании. Требуется строительство новых районных трансформаторных подстанций 110/10- 35/10- 110/35/10 кВ что приведет к сокращению длин и радиусов ВЛ 10 кВ, снижению потерь электроэнергии в них, повышению надежности электроснабжения потребителей. Применение более совершенного электрооборудования (вакуумных выключателей, релейной защиты на микропроцессорах, изолированных проводов и др.) также повысит надежность электроснабжения.
Исходными данными при проектировании электрических сетей и планировании мероприятий по преобразованию СЭС сельских районов являются электрические нагрузки или электропотребление на перспективу.
Таким образом, разработка методики определения электропотребления сельскохозяйственных потребителей региона на перспективу является важной и актуальной задачей, так как методика определения электрических нагрузок, их достоверность оказывает существенное влияние на все последующие этапы проектирования.
Наше правительство также особое место уделяет направлению в сфере энергоэффективности и энергосбережения, в том числе вопросам разработки новых видов топлива[1]. Принимая это во внимание можно заключить, что главной целью энергетической политики и реформирования энергетики в целом является надежное обеспечение всех отраслей экономики и населения электроэнергией, надлежащего качества, а также максимально эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и производственного потенциала топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны.
Модернизация энергетики, реализация энергоэффективных проектов в других отраслях экономики позволит более полно использовать имеющийся у нас потенциал энергосбережения и снизить энергоемкость ВВП.
В целом по России уровень электропотребления восстановится в лучшем случае в 2011 году. Согласно оптимистичному прогнозу, в случае восстановления внутреннего спроса, внешней торговли и промышленного производства в 2010 году, объемы потребления выйдут на докризисный уровень в первом квартале 2011 года. Пессимистичный прогноз предполагает возможность снижения темпов роста производства в промышленности, сокращения потребительского и инвестиционного спроса, падение строительства и объемов инвестиций в основной капитал, рост безработицы, а также сокращение электропотребления в результате активного энергосбережения и роста энергоэффективности[2].
На фоне аварии на подстанции Чагино в Москве 25 мая 2005 г., Министерство промышленности и энергетики РФ и РАО «ЕЭС России» пересмотрели прогнозные балансы производства и потребления электроэнергии и заявили о необходимости масштабных инвестиций в отрасль. На протяжении второй половины 2006 г. планы по вводу электрогенерирующих мощностей и развитию сетевого хозяйства неоднократно корректировались в сторону повышения. В результате, рассмотренная на заседании Правительства РФ 20 апреля 2007 г. «Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики до 2020 г.» предусматривает рекордные инвестиции в отрасль, значительно превышающие показатели советских лет[3].
Обеспечением надежности электроснабжения в Калужской областизанимается специально созданный Штаб, одной из его функций является мониторинг, прогнозирование и информирование субъектов электроэнергетики и потребителей электрической энергии о возникновении или угрозе возникновения нарушения электроснабжения [4].
Экономичность вновь сооружаемых сельских электротехнических объектов, а также реконструкция существующих установок должна в первую очередь достигаться высоким качеством принимаемых проектных решений, выявлением наилучших технико-экономических вариантов систем сельского электроснабжения.
Нормативными методами определения перспективного электропотребления в отрасли сегодня являются — экстраполяция временных рядов электропотребления и балансовый метод. Их недостаток — проецирование тенденций прошлого на будущее, что снижает их точность и адекватность. Поэтому необходимо создать современные методы, основанные на учете большого количества факторов в динамике с применением новых достижений математики — нейронных сетей и техноценоза.
Решаемая научная проблема. Сложность определения электрических нагрузок в сельских сетях в первую очередь определяется тем, что потребители.
А. сельского хозяйства отличаются значительным разнообразием видов, обусловленным большим количеством, резко отличающихся друг от друга, территориальных районов России. Кроме того, следует отметить большую рассредоточенность сельскохозяйственных потребителей. Исходя из этого, проблема заключается внеобходимости общей методологии определения электрических нагрузок на перспективу, применимой к различным регионам страны.
Проблемой прогнозирования электропотребления для сельскохозяйственных районов занимались многие ученые, среди которых: И. А. Будзко, Б. И. Кудрин, С. Д. Волобринский, Б. В. Гнеденко, В. Ю. Гессен, А. Г. Захарин, Г. М. Каялов, П. Н. Клейн, Б. А. Князевский, A.A. Климов, Н. С. Канакин, А. П. Коршунов, М. С. Левин, Д. С. Лившиц, Ю. Л. Мукосеев, Г. И. Назаров, В. К. Плюгачев, A.A. Пястолов, П. Я. Пирхавк, В. Г. Стафийчук, Р. Я. Федосенко, Ю. А. Фокин, М. К. Харчев, В. М. Цвях, Л. Е. Эбин, В. В. Шереметьев, Пахамов A.B. и др.
Целю исследованийявляетсяразработка методики определения электропотребления сельскохозяйственных потребителей региона (на примере Калужской области) на перспективу, сравнение и анализ существующих методов прогнозирования электрических нагрузок, с выявлением наиболее качественного из них, по критерию наименьшей ошибки в прогнозе.
На защиту выносится: Методика прогнозирования электропотребления апробированная на сельскохозяйственных потребителях Калужской области.
Объект научных исследований. Методы прогнозирования электропотребления сельскохозяйственных районов Калужской области на основе рационального использования информации, содержащейся в документах производственно-технической отчетности;
Научная новизнаисследований включает:
I. Разработанные методы прогнозирования электропотребления сельскохозяйственных потребителей региона (на примере Калужской области), обеспечивающие единую методику определения расчетных нагрузок.
II. Показатели основных видов электрических нагрузок (промышленных, с/х, коммунально-бытовых), динамики их развития и других факторов, влияющих на перспективное электропотребление сельскохозяйственных потребителей области.
III. Математические модели, позволяющие с достаточной точностью выполнять краткосрочный прогноз ряда энергетических характеристик (электропотребление и т. п.), на основе исходных данных о развитии групп потребителей электроэнергетического направления.
Достоверность исследований. Данная работа обусловлена корректной постановкой задачи и применением математического аппарата, совпадением расчетных и экспериментальных данных. Информационные данные, положенные в основу исследования, получены в результате измерений и анализа, а также по результатам отчетов энергосбыта и энергобаланса Калужской области.
Практическая ценность исследований. Разработанная в диссертационной работе методика прогнозирования электропотребления позволяет повысить точность прогноза производственных нагрузок потребителей, что снижает затраты на сооружение новых и реконструкцию существующих электрических сетей. Предлагаемый метод позволяет более полно использовать информацию, которая в настоящее время накапливается в документах производственно-технического учета и обеспечивает единую методику определения нагрузок. На основе сопоставления различных методов даются практические рекомендации о применении наиболее эффективных из них. Самостоятельное практическое значение для повышения эффективности и качества принимаемых решений имеют полученные статистические характеристики промышленных, сельскохозяйственных и прочих нагрузок.
Апробация научных результатов. Основные положения и результаты диссертационной работы обсуждались на конференциях: 7-ая Международная научно-техническая конференция (Москва, ГНУ ВИЭСХ, 2010 г.).
Основные положения диссертации опубликованы в трудах научно-технической конференции и трех статьях, в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Общий объем работы200 страниц, содержит 22 таблиц, 57 рисунков. Библиография включает 52 наименований.
Основные результаты и выводы.
Было проведено сравнение прогнозных данных электропотребления Калужской области, полученных расчетным путем (методом рангового анализа), с прогнозными данными, взятыми из постановления правительства Калужской области от 29 июня 2009 года № 250 «О стратегии социально-экономического развития Калужской области до 2030 года» приложение № 3 «Обоснование выбора стратегических приоритетов» и приложению к постановлению правительства Калужской области «Программа и схема развития электроэнергетики Калужской области на 2011;2015 годы» [53,54]. Согласно вышеуказанным постановлениям и приложениям полезный отпуск электроэнергии потребителям Калужской области в 2010 году будет составлять 4766,77 млн.кВт.час, в 2011 году — 3925,29 млн.кВт.час. Расчетные значения этого показателя за 2010 и 2011 года, полученные на основе метода рангового анализа, составляют 3321,77 и 3342,47 млн.кВт.час соответственно. Фактические данные за период 2010 года составляет 3853,21 млн.кВт.час., согласно приложению к постановлению правительства Калужской области «Программа и схема развития электроэнергетики Калужской области на 2011;2015 годы» [54]. Сравнение фактических данных с данными полученными ОАО «Калужская сбытовая компания» и результатами исследования данной диссертации отражено в таблице 6.1 и графике (рис. 6.1).