Оценка ущербов от нарушения электроснабжения потребителей и принципы их учета при оптимизации его надежности тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Огета, Морис Осумба

Введение.

Глава 1. Теория надежности электроснабжения и практика ее обеспечения.л%.

1.1. Понятие и содержание надежности электроснабжения.

1.2. Показатели надежности электроснабжения и методы их расчета.

1.3. О целесообразности экономического критерия управления надежностью электроснабжения.

Глава 2. Оценка ущерба от нарушения электроснабжения потребителей.

2.1. Общие положения.

2.2. Экономическая теория потребительской стоимости надежности электроснабжения.

2.3. Анализ основных работ по определению ущерба от нарушения электроснабжения.

2.4. Методика определения ущерба потребителей от нарушения их электроснабжения.

2.5. Определение характеристик ущерба нагрузочных узлов систем электроснабжения.

Глава 3. Принципы учета ущерба в задачах оптимизации надежности электроэнергетических систем.

3.1. Обзор критериев оценки эффективности капиталовложений в электроэнергетике.

3.2. Методические основы определения затрат на обеспечение надежности электроснабжения.

3.3. Подходы к учету ущерба в задачах оптимизации проектной надежности систем электроснабжения.

3.4. Принципы формирования тарифов на электроэнергию с учетом ущерба.

Глава 4. Обоснование решений по развитию схем электроснабжения с учетом ущерба.

4.1. Некоторые современные проблемы развития электроэнергетики республики Кении.

4.2. Общие положения методики.

4.3. Формирование и оценки вариантов электроснабжения.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Оценка ущербов от нарушения электроснабжения потребителей и принципы их учета при оптимизации его надежности"

Электрическая энергия неотъемлема для благосостояния любого общества, и ее потребление близко связано с производством продукции других отраслей народного хозяйства. Таким образом, каждое общество заинтересовано в создании электроэнергетической отрасли, которая является наиболее приемлемой для обеспечения его текущих и будущих социально-экономических целей. Создание энергетической отрасли и энергетических систем, которые обеспечивает достижение желаемых социально-экономических целей - сложная задача, которая получает увеличивающееся внимание не только в промышленно развитых, но и в развивающихся странах. Однако различия в уровне экономического развития и множество других местных факторов наиболее часто приводят к тому, что разные страны уделяют внимание различным аспектам проблемы обеспечения энергообеспеченности общества.

Критическая роль, которая играет электроэнергия в обеспечении социально-экономического роста и возрастающая зависимость общества от ее использования привели к росту требований относительно обеспечения непрерывного снабжения потребителей электроэнергией надлежащего качества. Однако, создание системы со 100%-й вероятностью безотказной работы, технически и экономически невозможно из-за случайного характера отказов оборудования системы и воздействия ряда внешних факторов. Однако, проведение необходимого технического обслуживания и ремонт оборудования и капиталовложения в создание избыточности в системе и резервных источников электроэнергии у потребителей, надежность электроснабжения можно - приближать к 100%-му уровню. Резервирование электроэнергетической системы очень дорогое мероприятие, поэтому существует определенный баланс между экономичностью электроэнергетической системы и надежности электроснабжения потребителей. В этой связи, более разумная цель электроснабжающей организации (ЭСО) должна заключаться в стремлении добиться «максимально возможного» уровня непрерывности обеспечения потребителей электроэнергией надлежащего качества таким образом, чтобы связанные с этим затраты были минимально возможными. Качество электрической энергии в точках присоединений потребителей к сетям ЭСО характеризуется уровнями отклонений напряжения и частоты. Электроэнергия, обеспеченная при напряжении и частоте отличная от требуемого спецификациями оборудования потребителя, считается низкого качества. Непрерывность (бесперебойность) электроснабжения потребителей определяется числом и продолжительностью перерывов в подаче энергии (как плановой, так и аварийной, полной или частичный) в течение заданного периода времени (например, года). Свойство электроэнергетической системы, характеризующее её способность обеспечить непрерывную поставку всем потребителям электроэнергии требуемого качества, принято называть надежностью. Формально, надежность энергетической системы определяется как вероятность, что она обеспечивает всю требуемую мощность (энергию) потребителя и энергетический спрос в любой точке вовремя, внутри точно установленного периода времени, подчиненного качественным ограничениям на напряжение и частоту.

Проблема определения и обоснования так называемого "максимально возможного" или «требуемого» уровня надежности электроснабжения потребителей существовала всегда, но по ряду причин в последние десятилетия актуальность ее значительно возросла. Прежде всего, резко изменилось структура собственности и условие проведения хозяйственной деятельности в электроэнергетике. Во-вторых, развитие техники привело к появлению большого числа потребителей, очень чувствительных к нарушению электроснабжения. В-третьих, возросла озабоченность общества по вопросам охраны окружающей среды.

Действующая практика учета фактора надежности электроснабжения потребителей базируется на рекомендациях правил надежности объектов ЭЭС, согласно которым для отдельных узлов нагрузки потребителей задаются нормируемые показатели надежности (например, число перерывов питания, продолжительность отсутствия питания за расчетный период, число питающих цепей и др.), значения которых должны быть «гарантированы» при планировании развития и проектировании ЭЭС в целом или ее объектов. Основой для установления численных значений нормируемых показателей надежности электроснабжения узлов нагрузки является, и будет являться прошлого опыта. Прошлый опыт используется как для экстраполяции ретроспективных данных о надежности оборудования системы на перспективу (например, при нормировании надежности генерирующей части ЭЭС), как и для оценки приемлемости данных, характеризующих надежность электроснабжения потребителей и, следовательно, определения их нормативных значений (например, при нормировании надежности электрических сетей). При этом главная задача ЭСО заключается в выборе средств и методов, обеспечивающие эти требуемые уровни при минимально возможных затратах.

В условиях развития рыночных отношений в электроэнергетике (особенно, приватизации собственности, создание условий для конкуренции между производителями электроэнергии, де регулирование цен или тарифов на энергоносители и электроэнергию) и усиления общественных движений антаэнергетической направленности, практическая реализация действующих требований практики учета надежности электроснабжения (особенно обеспечение так называемых «гарантированных или требуемых» уровней надежности электроснабжения) будет сопряжена со многими трудностями. Эти трудности возникнут в основном из-за необходимости:

• компенсации электроснабжающими организациями убытков потребителей из-за нарушения надежности их электроснабжения или снижения вероятности нарушения надежности электроснабжения;

• рационализации как капитальных, так и эксплуатационных затрат системы на обеспечение потребителей электроэнергией требуемого объема и надлежащего качества;

• учет различных источников и условия финансирования инвестиционных проектов в электроэнергетике;

• учет различных видов отрицательных «внешних эффектов» производственно-хозяйственной деятельности электроснабжающих организаций (например, экологическое воздействие эксплуатации тепловых электростанций и строительства гидроэлектростанций).

Таким образом, возникает необходимость разработки и применения более обоснованных критериев учета надежности электроснабжения. В качестве такого критерия предлагается экономический подход. Смысл данного подхода сводится к необходимости сопоставления ущерба для экономики потребителей от нарушения электроснабжения потребителей с затратами, которые необходимо сделать для снижения этого ущерба. То есть, в качестве целевой функции рассматривается сумма ущерба от нарушения электроснабжения и издержек системы на обеспечение электроснабжения. В отличие от традиционного подхода, основанного на прошлом опыте, данный способ явно балансирует затраты системы на обеспечение надежности электроснабжения и выгоды потребителей, обусловленные этими затратами.

Однако, экономическое управления процессом обеспечения надежности электроснабжения предполагает наличие апробированной методической базы для оценки затрат систем на обеспечение надежности электроснабжения и ущерба потребителей от ее нарушения. Оценка показателей надежности систем электроснабжения, и следовательно, затрат на его обеспечение - сравнительно проработаны. Методика оценки экономических выгод или потерь потребителей вследствие изменений уровней надежности их электроснабжения требует дальнейшее развитие. Следовательно, основная цель этой работы заключается в совершенствовании существующих методических основ определения ущербов потребителей от нарушения электроснабжения и разработка подходов их учета при оптимизации его надежности, особенно на стадии планирования развития и проектирования ЭЭС.

Имеется целый ряд публикаций по проблеме оценки ущербов от нарушения электроснабжения потребителей и методике использования полученных данных при планировании развития и эксплуатации объектов электроэнергетической системы или системы в целом. Критический анализ предложенных методик определения ущерба позволяет сделать вывод, что они имеют ряд спорных предпосылок, используемых в явном или неявном виде, или, допущений, приводящих к несопоставимым результатам. Проведенный анализ литератур позволяет сформулировать следующие положения:

1. Все методические подходы рассматривают ущерб от полного отключения потребителей электроэнергии и, практически не рассматривают ущерб от снижения нагрузки на тех же потребителей за счет изменения режима электроснабжения (например, снижение уровня питающего напряжения и (или) ограничение электроэнергии, потребляемой потребителям путем непосредственного отключения части приемников электроэнергии). Многочисленные исследования показывают, что изменение напряжения на шинах потребительских подстанций в заметной степени влияет на производительность (а иногда и на срок службы и рабочий кпд) приемников электрической энергии потребителей и этим самым — на количество и качество выпускаемой продукции. Таким образом, снижение напряжения в точках присоединения потребителей может нанести значительный ущерб народному хозяйству. Повышение напряжения сверх нормы также нежелательно, так как это может привести к преждевременному выходу из строя некоторых приемников (т.е. снижению срока службы).

Все методики направлены на определение ущерба промышленных предприятий и объектов сельского хозяйства и обходят вопросы ущерба коммунально-бытовых потребителей и железнодорожного транспорта.

Большинство работ оценивает суммарный ущерб от перерывов электроснабжения как линейную функцию от средней суммарной продолжительности перерывов за расчетный период или среднего значения недоотпуска электроэнергии в течение расчетного периода. Хотя суммарный ущерб потребителей от перерывов электроснабжения увеличивается с увеличением суммарной продолжительности перерывов, но эта зависимость не линейна. Об этом свидетельствуют множество примеров, которые показывают, что для некоторых категорий потребителей разность между стоимостными оценками ущербов от краткосрочных перерывов и 1 -часового перерыва несущественная. Поэтому, те методики, оценивающие суммарные ущербы от ненадежности электроснабжения как линейные функции от средней продолжительности перерывов или среднего недоотпуска энергии будут, всегда давать неточные оценки.

Во многих странах для оценки ущерба распространен так называемый метод "опроса потребителей". Однако в этих работах отсутствуют общие разработанные теоретические подходы к определению ущерба. Мы предлагаем, чтобы анкетирование потребителей электроэнергии использовалось не как самостоятельная методика определения ущерба от нарушения электроснабжения, но лишь как методология сбора данных, необходимых для определения параметров экономико-математической модели ущерба, которая должна быть разработана перед процессом сбора данных.

5. В решении задачи определения характеристик ущерба при веерном отключении заданной мощности на заданном множестве потребителей большинство исследователей практически единодушны в подходе.

6. Многие методические разработки исходят из детерминистического подхода. Вероятностный характер отказов элементов ЭЭС и аварийных простоев потребителей не всегда учитывается при оценке величины ущерба.

7. Авторы по-разному дают наименование отдельным составляющим ущерба, но под составляющими все понимают одни и те же категории издержек, связанных с внезапностью отключения, простоем рабочей силы и недовыработкой продукции.

8. Возможно, что некоторые потребители, особенно те, которые более уязвимы к перерывам питания, могут желать принять меры, которые являются менее эффективными или более дорогостоящими, но менее восприимчивыми к отказам внешнего электроснабжения. В качестве этих мероприятий рассматриваются установка резервных генераторов, использование сверхурочной рабочей силы, чтобы воспроизвести продукцию, недовыработанную в течение перерыва питания, создание избыточной производительной мощности, и т.д. Все эти средства могут иметь существенное влияние на величину ущерба. Однако это влияние не всегда оценивается большинством существующих методов оценки ущерба. Отмеченные выше факторы, в том числе высокая стоимость объектов систем электроснабжения, финансовые ограничения (особенно в условиях развивающихся стран), возрастание стоимости заимствованного инвестиционного капитала, относительно высокая динамика роста спроса на электроэнергию, и повышение требований потребителей к надежности электроснабжения и цены на электроэнергию, и т.д. обусловили актуальность выбранной темы, цель, задачи, структуру и содержание данного исследования.

Цель и задачи диссертационной работы. Основная цель данной работы состоит в совершенствовании и обобщении методики оценки экономических ущербов от нарушения электроснабжения и разработке принципов их учета при оптимизации его надежности при планировании развития электроэнергетических систем в условиях развивающихся стран. Достижение поставленной цели обеспечивалось решением следующих основных задач исследования: и

1. Анализ процесса развития рыночных отношений в электроэнергетике и их возможных влияний на способность ЭЭС обеспечить потребителей надежным электроснабжением; изучение содержания и основных проблем надежности электроснабжения, и анализ действующей практики ее учета при управлении развитием ЭЭС;

2. Изучение сущности экономической «ценности или полезности» надежности электроснабжения и разработка методики ее оценки;

3. Разработка технико-экономической модели оптимизации надежности электроснабжения с учетом ущерба от ее нарушения;

4. Практическая реализация оптимизационной модели надежности электроснабжения на примере электроэнергетической системы республики Кении.

Предметом исследования в работе является анализ последствий нарушений нормального режима электроснабжения потребителей, разработка методики оценки экономических ущербов, обусловленных ими и оптимизационной модели их учета при выборе оптимальных по надежности вариантов развития электроэнергетических систем и систем электроснабжения.

Объектом исследования выбраны электроэнергетические системы и системы электроснабжения развивающихся стран, на примере Кении.

Теоретико-методические основы и методы исследования. Предложенные в работе научные положения, рекомендации и выводы основываются на трудах российских и зарубежных авторов по проблемам надежности электроэнергетических систем и экономики электроэнергетики.

В процессе решения проблем и задач диссертационного исследования были использованы методы системного анализа и экономико-математического моделирования, теория надежности, микроэкономическая теория производства и теория предельных затрат.

Научная новизна диссертационной работе состоит в обобщении методики определения ущерба потребителей, основанный на системном анализе микроэкономических последствий различных, с точки зрения потребителя, видов нарушения электроснабжения, и разработке многокритериального (экономического) критерия оптимизации его надежности.

В частности, в результате исследования автором получены следующие результаты:

1. Разработана обобщенная, как по виду нарушения (т.е. перерывы электроснабжения, ограничение электропотребления, снижение качества напряжения), так и по месту возникновения (т.е. потребительская и системная) методика оценки ущерба от нарушения надежности электроснабжения потребителей;

2. Исследованы принципы и разработана оптимизационная методика учета ущербов от нарушения электроснабжения при планировании развития систем электроснабжения;

3. Проведено обоснование вариантов обеспечения надежности распределительной электрической сети на основе многокритериального анализа решений.

Практическая значимость и реализация результатов работы заключается в том, что с помощью разработанной методической основы процесс управления надежностью электроснабжения потребителей приобретает научно обоснованный характер. На основе этой концептуальной базы может быть решен целый ряд технико-экономических задач, использующих в качестве исходной информации характеристики ущербов от отказов электроэнергетического оборудования энергосистем и направленных на повышение надежности электроснабжения потребителей, и в частности: обоснование действующих и новых нормативов и правил (критериев) надежное™ электроснабжения потребителей; обоснование ввода новых генерирующих мощностей, модернизации оборудования электроэнергетических систем и выбора схем электрических сетей; разработка системы рационального управления нагрузкой потребителей в условиях возникновения временных дефицитов генерирующей мощности и ограничений пропускной способности элементов электрических сетей; определение порядка и установление размеров оплаты за технологические услуги, осуществляемые субъектами рынка электроэнергии для поддержания нормальных параметров режима электрической системы (т. е., частоты и напряжения); разработка системы тарифов на электрическую энергию, учитывающей требования потребителей по надежности; определение рекомендаций по реализации требований о материальной ответственности электроснабжающих организаций за нарушения электроснабжения потребителей по их вине; оценка экономической целесообразности замены поставщиков электроэнергии по причине неудовлетворительного уровня надежности их электроснабжения; технико-экономическое обоснование установки автономного (местного) источника питания.

Апробация результатов исследования. Отдельные этапы и основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях, научных семинарах, и др.

Публикации. По результатам выполненных исследований имеется научно-технический отчет и 6 публикаций. Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списки литература и приложений, изложенных на 111 страницах основного текста. Работа иллюстрирована 9 рисуйками и 6 таблицами. Список литературы содержит 93 наименований использованных источников.

Диссертация: заключение по теме "Экономика и управление народным хозяйством: теория управления экономическими системами; макроэкономика; экономика, организация и управление предприятиями, отраслями, комплексами; управление инновациями; региональная экономика; логистика; экономика труда", Огета, Морис Осумба

Основные выводы и результаты диссертационной работы можно свести к следующим:

1. Главная задача проблемы надежности электроснабжения заключается в поиске причин отказов системы, что позволяет найти способы их предотвращения. Первая проблема носит чисто технический характер, а вторая - экономический. Данная работа была посвящена именно последнему аспекту надежности электроснабжения (т.е. обоснованию мероприятий по предотвращению последствий нарушения электроснабжения). Решение данной проблемы определялось серьезным дефицитом инвестиционного капитала, который испытывает многие электроснабжающие организации в развивающихся странах и возрастающими требованиями потребителей в более надежном электроснабжении. При таких обстоятельствах, разработка критериев оценки эффективности капиталовложений по обеспечению надежности электроснабжения, учитывающие как интересы ЭСО, так и потребителей, является крайне актуальным. Разработка таких критериев и была главной целью данного исследования.

2. Результаты проведенного исследования указывают на то, что ценность надежности электроснабжения для многих потребителей вытекает из экономических потерь, обусловливаемых дефицитом мощности, включая потери из-за отклонения частоты и напряжения, а также из-за перерыва питания. Для бьгговых потребителей электроэнергии, где главный эффект неожиданных нарушений электроснабжения -потери свободного времени, потери от таких нарушений могут бьггь оценены величиной чистого дохода семьи. Ущербы потребителей производственного сектора могут быть оценены на основе детального анализа брака продукции (повреждения оборудования), последствий простоя производственных ресурсов и восполнения недовыработанной продукции за счет различных видов производственных резервов и сверхурочной работы.

3. Численное значение ущербов потребителя от ненадежности электроснабжения определяется не только его категорией, но и характеристиками самого события ненадежности. Данное исследование установило, что частота нарушения, его продолжительность, время происхождения нарушения и продолжительность предупреждения о предстоящем нарушении, оказывают существенное влияние на величину ущерба.

4. Важность информации о величинах ущербов потребителей определяется возможностью ее использования электроснабжающими организациями при принятии различных проектных и эксплуатационных решений. В этой связи, в данном исследовании были разработаны принципы учета величин ущерба при обосновании долгосрочного развития ЭЭС и формировании тарифов на электрическую энергию.

5. Проведенное исследование показало, что в действующей практике оценки капиталовложений в электроэнергетике не делается четкое разделение между затратами на обеспечение надежности электроснабжения и на выполнение базовой функции. Для более детального обоснования затрат на мероприятия, нацеленные чисто на снижение ущербов потребителей, такое разделение необходимо. В данной работе предложена методика определения надежностной составляющей затрат электроснабжающих организаций.

6. Реализован пример применения экономического критерия обеспечения надежности электроснабжения. Главный вывод, полученный при реализации этого экономического критерий может практически использоваться для обоснования дополнительных капиталовложений. В частности, настройка данной процедуры позволила варьировать уровень надежности электроснабжения узла нагрузки до получения его экономически оптимального уровня. Эта же основная методология применима и для оптимизации надежности распределительной сети, а также системы электроснабжения в целом, если использовать соответствующие показатели надежности.

Несомненно, остаются некоторые аспекты проблемы экономики надежности электроснабжения, которые детально не рассмотрены в данной работе. В этой связи представляется целесообразным указать некоторые аспекты, которые нуждаются в дальнейшем исследовании.

Дополнительная работа должна быть сделана по совершенствованию методической основы оценки ущербов от нарушения электроснабжения. В частности, зависимость между ожиданием нарушения и адаптацией поведения потребителей к нему должна быть исследована с целью сопоставления соотношений прямых и косвенных ущербов.

Влияние различной тарифной политики на экономически оптимальные уровни надежности через изменение прогноза нагрузки, должно также быть исследовано.

Чтобы проверить и усилить данную методологию далее требуются решение многих частных задач, которые охватили бы различные иерархии планирования ЭЭС. Это особенно важно для развивающихся стран, где эмпирические данные ущербов очень скудны и которые также часто принимают стандарты надежности, разработанные в развитых странах без всякого адаптации их к локальным условиям.

Из-за многообразия видов нарушения электроснабжения представляет интерес и формулировка задачи оценки ущерба так, чтобы она отражала это многообразие. Это касается главным образом оценки ущербов от тех видов нарушения, которые не сопровождаются перерывом питания, а проявляются в ухудшении качества энергии в точках присоединения потребителей к сетям ЭСО.

Дальнейшая работа нуждается также в развитии методологии учета фактора ущербов при принятии различных эксплуатационных решений, в частности при разработке стратегии аварийного ограничения нагрузки и формировании тарифной политики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И РЕКОМЕНДАЦИИ

Результаты представленные в данной диссертационной работе отражают исследование, которое было выполнено автором в течение его учебы в аспирантуре.

Хотя не все стороны данной проблемы были подробно рассмотрены, нам бы хотелись резюмировать полученные результаты и выделить те аспекты исследуемой проблемы, которые нуждаются в дальнейшем исследовании.