Технико-экономический анализ городских распределительных электрических сетей с учетом их развития

Современное развитие систем электроснабжения городов (СЭСГ) и значимость оптимизационного анализа их структур и параметров определяются ростом количества городов и их населения, развития поселков городского типа, интенсивной динамикой состава и установленной мощности электроприемников вследствие углубления электрификации быта. Перечисленное выше определяет развитие электрических нагрузок, а также постоянное развитие электрических сетей (ЭС) во времени и пространстве. Научно-технический прогресс, а также ужесточающиеся требования к надежности питания потребителей, экономичности и удобству эксплуатации, безопасности обслуживающего персонала, требования экологии стимулируют изменение технических и экономических характеристик электроэнергетического оборудования, материалов, изменение стоимости выработки, передачи и распределения электрической энергии (ЭЭ). Оптимальное развитие сложной динамической СЭСГ требует выполнения научных исследований и их практического осуществления с применением системных методов анализа, с учетом динамики развития всех характеристик оборудования и потребителей.

Длительное время оптимальной системой электроснабжения (СЭС) считалась такая, которая обеспечивала потребителей электроэнергией с минимальными народнохозяйственными затратами (приведенными затратами) при удовлетворении определенных требований к качеству и надежности электроснабжения. Такое понятие оптимальности системы электроснабжения не учитывает такое ее свойство как динамичность, т. е. изменение ее состояния, технических и экономических факторов во времени. Из свойства динамичности следует, что все признаки оптимальности системы также могут изменяться во времени. Иными словами динамическая система с определенным набором параметров может обладать признаками оптимальности только в определенный момент или промежуток времени. Причем набор оптимальных параметров системы для момента и промежутка времени может быть различен.

Таким образом, оценка оптимальности системы электроснабжения должна выполняться на некотором временном отрезке существования системы.

В составе литературы по электроснабжению городов [5, 6, 9, 13 — 20, 25, 27 — 30, 34, 39, 42 — 44, 50, 52 — 57, и др.] существенную часть составляют публикации по оптимизации различных по номинальным напряжениям и составу параметров подсистем. Большая часть данных работ выполнялась на основе технико-экономических моделей (ТЭМ) в форме приведенных затрат при обоснованном составе подсистем. В ряде случаев изучались устойчивость и чувствительность целевых функций и отдельных параметров к изменениям технических и экономических параметров СЭСГ. Выполнен весьма ограниченный объем работ, учитывающих изменение данных параметров во времени, т. е. динамику развития СЭСГ [27, 40].

Приведенные сведения позволяют сформулировать положение об актуальности исследований оптимального формирования и функционирования СЭСГ в целом и распределительных ЭС городов в частности с учетом динамики их развития и, как следствие, сбора и анализа информации о развитии распределительных электрических сетей (РЭС), используемой при проектировании. Необходимость исследований объясняется также тем, что затраты на сооружение и эксплуатацию РЭС городов напряжением 0,38 — 10 кВ имеют наибольший вес в общих капиталовложениях в СЭСГуказанные сети имеют наибольшую протяженность и непосредственное отношение к потребителям электрической энергии (ПЭ).

Задачами практического проектирования является определение технико-экономически (ТЭ) целесообразной совокупности параметров СЭСГ, обеспечивающих необходимое качество электроснабжения городских потребителей на определенном временном отрезке развития. При проектировании распределительных электрических сетей города (РЭСГ) решаются следующие основные вопросы:

— выбор параметров сети — числа и мощностей трансформаторов трансформаторных подстанций (ТП) 10/0,38 кВ, сечений жил кабелей сетей 0,38 -10 кВ, номинального напряжения сети, транзитных мощностей распределительных пунктов (РП);

— выбор схемы построения сетей 0,38 — 10 кВ — мест расположения РП, и ТП, числа трансформаторов в ТП, числа отходящих линий 0,38 кВ и распределительных линий среднего напряжения (СН), отходящих от ИП.

Каждая РЭСГ имеет индивидуальные особенности. Поэтому ее оптимальные параметры и характеристики для конкретных условий необходимо определять с учетом ее специфики. Это приводит к невозможности полной формализации процесса проектирования. Поэтому целесообразность того или иного варианта сети в значительной степени зависит от грамотности, опыта проектирования и интуиции лица, принимающего решения.

Достаточно равномерное размещение ПЭ по территории жилых районов городов и, в связи с этим, примерно равномерная плотность электрической нагрузки, а также равномерное размещение ТП, сетей до и выше 1000 В создает возможность обобщенного анализа на основе идеализированных топологических моделей. При таком подходе к анализу возможно выявление общих закономерностей изменения ТЭ показателей сети таких, как длина линий СН и низшего напряжений (НН), количество линий СН и НН отходящих от ИП и ТП соответственно, затрат на электрооборудование и возмещение потерь электроэнергии и т. д., в зависимости от параметров ЭС — сечений жил кабелей, мощности подстанций и ИП, принятой схемы электроснабжения потребителей и др. Это дает возможность математически описывать ТЭ закономерности построения РЭСГ, а при пренебрежении дискретностью шкал изменения параметров электрооборудования, получать непрерывные функции изменения этих параметров друг относительно друга. Если задать функцию, согласно которой, предположительно, будет развиваться во времени и по территории города ЭС, то становится возможен учет данного процесса. 7.

Вследствие массовости и однотипности застроек с равномерной планировкой городских районов, однотипности применяемого оборудования, возможно применение полученных ТЭ закономерностей между параметрами ЭС при практическом проектировании.

Оптимизация параметров идеализированных ЭС на основе математических моделей (ММ) элементов РЭС, параметров схем системы и ее развития во времени, позволяет значительно сократить объем вычислений связанных с ТЭ сравнением вариантов при практическом проектировании.

В данной работе рассматриваются распределительные сети селитебных территорий городов. Разрабатывается методика, позволяющая ответить на вопросы, возникающие при ТЭ анализе РЭСГ на основе современных критериев оценки эффективности инвестиционных проектов и их отбора для финансирования. Исследования ведутся с учетом развития во времени и пространстве РЭСГ жилых районов для современных и перспективных условий на основе математических моделей указанных сетей.

При написании диссертации, существенную помощь в области применения критерия минимума дисконтированных затрат, оказал проф. Э. Н. Зуев. В связи с указанным, соискатель выражает ему свою признательность.

Основные результаты работы формулируются следующим образом:

1. Разработана методика формирования ТЭМ РЭСГ на основе критерия минимума дисконтированных затрат на сооружение и эксплуатацию ЭЭ с учетом ее развития во времени и по территории города.

2. Показана обоснованность технико-экономического анализа РЭСГ с учетом их развития во времени, на основе современных критериев эффективности инвестиционных проектов т.к. в этом случае возможен учет факторов, не принимавшихся во внимание в ранее существовавшей методике, а именно:

2.1.растянутость во времени: капитальных вложенийиздержек на ремонт и обслуживание электрооборудованиязатрат на возмещение потерь ЭЭ в элементах ЭС;

2.2.заинтересованность инвестора в минимизации расходов в пределах определенного расчетного срока при норме дисконта, зависящей от состояния экономики в данный период времени;

2.3.учет ликвидационной стоимости электрооборудования на момент окончания расчетного срока;

2.4.изменение стоимости электрооборудования и ЭЭ в пределах расчетного срока.

3. Выполненные исследования позволили:

3.1. выявить факторы, которым при оптимизации формирования РЭСГ следует уделять наибольшее внимание: учет затрат на возмещение потерь ЭЭ, т.к. доля этих затрат значительна и возрастает с увеличением расчетного срокасроки капитальных вложений в элементы ЭСвеличина расчетного срока и нормы дисконта;

3.2.определить характер и диапазоны изменения факторов, определяющих изменение технико-экономических параметров РЭСГ во времени. Развитие нагрузок ПЭ и количество КЛ НН, СН и ТП, могут быть описаны Бобразными зависимостями. При этом нагрузка жилого дома достигает 90% от расчетной к 1 — 5 году после начала эксплуатации, далее интенсивность увеличения замедляется. Электрическую нагрузку общественных зданий можно принять равной расчетной, начиная с первого года после ввода в эксплуатацию. Продолжительность интенсивной застройки жилого района города изменяется в пределах 7−15 лет и более;

3.3. выявить закономерности оптимального формирования и развития структуры РЭСГ, ее подсистем, узлов и участков линий в новых экономических условиях. На основе которых можно сделать вывод о тенденции к укрупнению ТП и использования кабелей с большим сечением жил, а также подтверждает необходимость выполнения технико-экономического анализа РЭСГ с учетом их развития во времени, на основе современных критериев эффективности инвестиционных проектов.

4. Технико-экономический анализ на основе дисконтированных затрат, подтверждает экономическую обоснованность широкой и глубокой унификации параметров РЭСГ, вследствие большой устойчивости функции дисконтированных затрат. Целесообразно применение кабелей ПН с сечением.

Заключение

.

Проведенные исследования и анализ данных предшествующих исследований, проектирования и эксплуатации показали актуальность учета развития РЭСГ при проведении их технико-экономического анализа. Изменение экономических условий в стране, повлекло за собой пересмотр существовавшей ранее методики технико-экономической оценки вариантов ЭС. Основное отличие новой методики оценки эффективности инвестиционных проектов и их отбора для финансирования от существовавшей ранее, является необходимость учета развития ЭС и ее технико-экономических показателей в течение некоторого расчетного периода. Это потребовало формирования математической модели РЭСГ с учетом ее поэтапного формирования, развития электрических нагрузок ПЭ, технико-экономических показателей электрооборудования и изменения стоимости ЭЭ во времени.