Портал по тригенерации, когенерации и мини-ТЭЦ

Анализ влияния различных факторов на электрическую выработку ТЭЦ

В. В. Ковальчук, главный эксперт Департамента рынка Центра управления реформой РАО «ЕЭС России», С.В. Бейден, консультант, ООО «Карана»

Введение

Организация работы конкурентного сектора оптового рынка электроэнергии основывается на принципе прогнозирования субъектами оптового рынка как выработки так и потребления электрической энергии. На основе заранее представленных заявок, основанных на прогнозе ситуации в будущем, формируется график производства и потребления электрической энергии. Соответственно, вероятностный фактор будущей ситуации играет значительную роль в отклонении фактических режимов работы участников оптового рынка от запланированных. Величина этих отклонений, при превышении ими установленных регламентами значений, приводит к тому, что к станциям применяются штрафные санкции в секторе отклонений. В результате ТЭЦ фактически всегда стоит перед дилеммой, либо за счет управления составом оборудования, изменения температуры теплоносителя и т.д. выдерживать запланированный электрический график, понижая тем самым экономическую эффективность станций, либо попадать на сектор отклонений и получать штрафные санкции за отклонения по собственной инициативе.

Многие АО-энерго многократно обращались к организаторам оптового рынка с обращениями о необходимости рассмотрения влияния различных факторов (в первую очередь температуры наружного воздуха, влияющей на выработку электроэнергии в теплофикационном режиме) на режимы выработки электрической энергии и учета этого влияния при применении штрафных санкций при отклонениях. В ответ на эти обращения было проведено исследование, в ходе которого была предпринята попытка решить следующие задачи:

1.   Выявление основных факторов, влияющих на отклонения фактических режимов работы ТЭЦ от запланированных.

2.   Анализ характера влияния температуры наружного воздуха на фактические режимы работы тепловых станций в условиях их работы по тепловому графику (теоретическая часть).

3.   Анализ реальных фактических режимов работы и анализ влияния на них фактических температур наружного воздуха на примере января 2004 г.

В исследовании использовались данные по фактическим и расчетным (плановым) режимам выработки электрической энергии по 78 станциям 34 АО-энерго ОЭС Центра, Северо-Запада, Волги, Юга, Урала. В ходе исследования использовались данные о температурах наружного воздуха по интересуемым городам (ист. Гидрометцентр России), а также данные по результатам работы сектора отклонений за январь 2004 г. (ист. НП АТС).

Определение значимых факторов, характера и степени их влияния на режимы работы ТЭЦ по тепловому графику, в том числе и на достоверность планируемых режимов

Примечание. В проведенном анализе основной упор делался на работе ТЭЦ по тепловому графику (в том числе с учетом вынужденных конденсационных выработок). «Свободная» конденсационная выработка не принималась во внимание, т.к. она определяется конъюнктурой рынка и может автоматически отсекаться ценовыми заявками. Также при оценке факторов не принимались во внимание команды Системного оператора, как внешней организации (внешняя инициатива).

По итогам опроса специалистов АО-энерго (в том числе инженеров ТЭЦ) были сформулированы следующие факторы, влияющие на режимы работы ТЭЦ по тепловому графику:

1.   структура теплопотребления;

2.   структура топлива;

3.   температура наружного воздуха;

4.   уровень оплаты потребителей;

5.   состав работающего оборудования.

Из всех факторов наиболее значимым является температура наружного воздуха. Кроме прямого влияния на режимы работы ТЭЦ, температура наружного воздуха воздействует еще и на прочие факторы.

1. Структура теплопотребления. Тепловую нагрузку ТЭЦ фактически можно поделить на две основные составляющие: промышленная и прочая (отопительная и ГВС). Промышленная нагрузка в меньшей степени зависит от температуры наружного воздуха и может с достаточной степенью точности прогнозироваться на основе заключенных договоров. Любые отклонения по промышленной нагрузке и экономические последствия таких отклонений для ТЭЦ могут и должны нивелироваться грамотно составленными договорами (к сожалению, большинство договоров не отвечают необходимым требованиям по ответственности сторон, но это уже внутренняя проблема сбытовых и юридических служб АО). В части отопительной и нагрузки ГВС прослеживается прямая зависимость между температурой наружного воздуха - тепловой нагрузкой ТЭЦ - выработкой электроэнергии по тепловому графику. Тепловая нагрузка по отоплению и ГВС в целом достаточно инертна и слабо зависит от потребителей, в то же время сильно зависит от температуры наружного воздуха. Промышленная нагрузка, наоборот, слабо зависит от погоды, и сильно зависит от потребителя. Некоторое дополнительное влияние на отклонения в режимах работы ТЭЦ имеет структура теплопотребления в открытых системах ЦТ, где включается человеческий фактор потребителей.

Пример - ОАО «Ярэнерго». Система теплоснабжения в ОАО «Ярэнерго» - открытая, с частичным разбором теплоносителя из тепловой сети [соотношение тепловых нагрузок отопления и горячего водоснабжения составляет 1 :(0,2-0,3)]. Когда по каким-то причинам не выдерживается температурный график отпуска тепла, то население начинает включать краны и пускать горячую воду «на слив», обогревая таким образом ванну, кухню и т.п. (есть так же подозрения, что кое-где население и из радиаторов отопления сливает теплоноситель в канализацию, пытаясь улучшить обогрев квартиры). При этом резко, выше расчетного, возрастает отбор теплоносителя из тепловых сетей, а на ТЭЦ - резко возрастает подпитка теплосети. В результате этого требуется затратить больше отборного пара на подогрев подпиточной воды, а значит, увеличивается выработка электроэнергии, т. е. будет нарушаться ТГ. Тем не менее, все риски влияния на отклонения в работе ТЭЦ из-за структуры теплопотребления могут и должны разрешаться системными мерами, а именно, грамотным учетом (пообъектным) и грамотной работой сбытовых и юридических служб. В целом этот фактор достаточно точно прогнозируем (при условии точности прогноза температуры наружного воздуха) и его влияние при правильной организации сбытовой (в том числе учетной) деятельности в АО-энерго на отклонения слабо.

2.   Структура топлива. Вклад в отклонения фактических режимов работы ТЭЦ от плановых структура топлива вносит в части (в случае) наличия у станции резервного топлива (мазут, уголь) и лимитов на газ. Структура используемого топлива существенно сказывается на экономике ТЭЦ. Т.е. исчерпание лимитов на газ, переход на резервное топливо существенно ухудшает экономичность станции. Ситуация усложняется для ТЭЦ в холодное время года при условии работы станции по лимитам газа. Сложившаяся практика такова, что месячный лимит газа на АО (являющейся частью регионального баланса потребления лимитного газа) раскладывается в соответствии с прогнозом температуры наружного воздуха в соответствующих пропорциях на все дни месяца. В случае резкого похолодания, по независимой от АО-энерго инициативе может происходить перераспределение суточного регионального баланса газа. Т.е. больше газа поставляется бытовым и бюджетным организациям и меньше станциям. Соответствующее уведомление АО-энерго получает за 0,5-1 день. Таким образом, данный фактор также зависит от температуры наружного воздуха. И при условии достаточно достоверного прогноза температуры слабо влияет на отклонения, т.к. топливный баланс достаточно точно прогнозируется. Влияние фактора на отклонения слабо.

3.   Температура наружного воздуха. Температура наружного воздуха практически никогда не прогнозируема с точностью до 1 градуса. Более того в течение суток идет изменение температуры, что также затрудняет планирование режимов работы ТЭЦ. По данным Московского бюро Гидрометцентра вероятность оправдываемости прогноза температуры наружного воздуха на первые 24 часа составляет 0,92-0,95, на вторые сутки - 0,85, на третьи - 0,75, на пятые 0,65. Учитывая, что для нас значимыми являются второй и третий день, фактически невозможно с точностью до одного градуса точно определить будущую температуру. Так по данным Ярославского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды при прогнозировании ими температуры амплитуда прогноза составляет ± 2 градуса.

В то же время, как показывает анализ работы ТЭЦ по тепловому графику (см. часть 2 настоящей пояснительной записки) при работе в наиболее экономичном («правильном») режиме, для большинства станций изменение температуры даже на 1 градус приводит к изменению электрической нагрузки по тепловому графику более чем на 2%.

4.         Уровень оплаты потребителей. Данный фактор значим не для всех АО-энерго, однако для некоторых АО-энерго он оказывает существенное влияние на режимы работы в перспективе 1 -3 месяцев. Длительный характер влияния этого фактора обуславливается необходимостью снижать отпуск теплоносителя, температуру в подающем трубопроводе из-за систематической неоплаты потребителями поставленной им тепловой энергии, что приводит к снижению тепловой нагрузки и соответственно снижению выработки электроэнергии по тепловому графику. Примерами таких ситуаций являются Самара ( в марте было введено ограничение по температуре прямой воды из-за неуплаты потребителями, хотя администрация и давала гарантии), Ульяновская энергосистема и некоторые другие.Тем не менее, влияние на отклонения, учитываемые в секторе отклонений, слабо и данный фактор практически на 100% может прогнозироваться и учитываться при составлении планового диспетчерского графика. Влияние фактора на отклонения слабо.

5.         Состав работающего оборудования. Состав работающего оборудования оказывает прямое влияние на экономичность работы ТЭЦ по заданным режимам. Фактически состав оборудования зачастую является тем основным ресурсом, маневрируя которым, ТЭЦ поддерживает надежность и обеспечивает выполнение режимов при изменении внешних факторов (в том числе температуры наружного воздуха). Состав работающего оборудования может изменяться в плановом порядке (плановые ремонты и т.д.) ив этой части ремонты абсолютно не оказывают влияние на отклонения, т.к. планируются с гораздо большим временным циклом нежели ПДГ-РДГ. В отношении же внеплановых ремонтов их возникновение относится к форс-мажорным ситуациям и их прогнозирование практически нереально. В то же время из-за аварий выработка электроэнергии может быть снижена на период от 1-2 до 15-20 часов. Риски незапланированных аварий существенно нивелируются грамотной эксплуатацией оборудования, что полностью лежит в зоне ответственности персонала станции. Таким образом, влияние фактора на отклонение достаточно слабо.

Исключение по значимости влияния состава оборудования представляет Экспериментальная ТЭС. Практически каждые 3-7 дней выходят из строя элементы оборудования, в результате чего станция практически всегда находится в режиме форс-мажорных ремонтов.

Перечисленные выше факторы являются наиболее существенными. В то же время, определенное влияние на отклонения могут оказывать конкретные местные политические интересы, интересы непосредственно собственников, влияние на выработку может оказывать вся система ЦТ, в сети которой поставляет тепло ТЭЦ, и т.д. Однако влияние таких факторов практически не формализуемо ни на качественном, ни на количественном уровне. Наиболее существенное влияние на отклонения оказывает изменение температуры наружного воздуха, как непосредственно влияя на тепловую нагрузку и связанную с нею электрическую нагрузку, так и опосредовано через другие значимые факторы.

Анализ зависимости выработки электроэнергии ТЭЦ по тепловому графику от температуры наружного воздуха (теоретическая часть)

В качестве исходного посыла для решения этой задачи принималась ситуация, при которой при планировании режимов работы ТЭЦ за основу принимается температурный график, в котором каждому градусу температуры наружного воздуха соответствует некоторая величина тепловых нагрузок. Такие температурные графики есть для каждой станции. Далее на основе тепловых нагрузок устанавливались величины электрической нагрузки ТЭЦ по тепловому графику исходя из условия работы в наиболее экономичном режиме (с учетом нормативных и расчетных характеристик турбин ТЭЦ). Данные режимы относятся скорее к «идеальным» условиям, т.к. в жизни наиболее экономичные режимы не придерживаются. Это обусловлено как необходимостью держать РДГ, так и элементарным неумением оперативно рассчитывать эффективность работы ТЭЦ (что выгоднее - держать РДГ за счет снижения эффективности или попасть на сектор отклонений). Таким образом, реальное количество режимов выработки электрической нагрузки с условием соблюдения температурного графика очень велико. Однако для целей анализа взят именно самый экономичный режим, т.к. любые отклонения от него зависят от решений персонала и внешних инициатив.

С целью сбора начальной информации для анализа был оформлен запрос в АО-энерго ОЭС Юга, Волги, Урала, Центра, Северо-Запада. На основании ответов 34 АО-энерго (78 станций) был проведен анализ изменения электрической нагрузки при изменении температуры на 1, 2, 3,4 градуса. Изменение рассчитывалось как относительный прирост нагрузки относительно рассчитываемой температуры. Учитывая разные регионы, температурный график для станций отличается друг от друга (минимальная температура по температурному графику для Мурманской ТЭЦ существенно ниже, чем та же температура для Дагестанской ТЭЦ), в качестве анализируемой величины принималось удельное отклонение (относительный прирост нагрузки) (см. табл. 1).

Определение степени зависимости фактических отклонений в режимах работы станций за январь 2004 г. от температуры наружного воздуха

При решении данной задачи использовались два подхода. В первом, в качестве исходной информации использовались данные по фактическим и плановым режимам работы ТЭЦ, представленными непосредственно АО-энерго. Во втором, анализ проводился на основе данных работы сектора отклонений за январь 2004, представленных НП АТС.

Анализ проводился по всем станциям, данные по которым имелись в распоряжении НП АТС.

Так в целом, проанализировав работу за январь 2004 г. большинства станций Центра, Северо-Запада, Юга и Урала, были получены следующие результаты:

-       корреляция между отклонениями и температурой наружного воздуха составляет0,025124267;

-       корреляция между фактической выработкой и температурой наружного воздуха составляет 0,009021831.

У большинства станций (98) значение корреляции в диапазоне (-0,1; 0,1). У 25 станций существует очень слабая обратная зависимость, у 33 станций слабая положительная зависимость. И лишь 6 станций имеют несильно выраженную положительную корреляцию, и из них только 2 превышают отметку 0,5.

Результаты исследования

Проанализированы влияющие факторы, влияющие на отклонения фактических режимов работы ТЭЦ от плановых. Наиболее значимым признан фактор температуры наружного воздуха. Результаты получены на основе опросных данных специалистов АО-энерго.

Проведен сбор информации и статистический анализ зависимости работы станции по тепловому графику от температуры наружного воздуха. Анализ проведен как для совокупности всех станций, так и для групп станций, ранжированных по установленной мощности. Предметом анализа являлись «правильные» (экономически эффективные) режимы работы ТЭЦ по выработке электрической энергии при несении ими тепловой нагрузки.

Среднее отклонение выработки электрической энергии по тепловому графику для станций при изменении температуры наружного воздуха приведено в табл. 2.

Выводы

Результаты исследования показывают явное противоречие между «теорией» и «практикой» в работе ТЭЦ. Анализ, проведенный без привязки к фактическим режимам, показывает безусловно важное влияние температуры наружного воздуха на фактические режимы и соответственно на величину отклонений. В то же время анализ реальных результатов работы тепловых станций и реальных значений отклонений на секторе отклонений свидетельствует о крайне слабой корреляции между величиной отклонений и реальной температурой наружного воздуха.

Таким образом, представляется, что основная причина отклонений в работе тепловых станций кроется в организации работ на станции, в том числе и наличие недостатков в работе служб, ответственных за планирование работы ТЭЦ.

Исходя из этого, минимизация негативных последствий для ТЭЦ должна происходить в двух основных направлениях. Во-первых, за счет более четкой организации процесса планирования работы ТЭЦ на местах (в том числе введение почасового планирования с привязкой к конкретным плановым температурам наружного воздуха), и, во-вторых, представляется разумным внесение изменений в регламентирующие документы по сектору отклонений, позволяющих учитывать существенные колебания температуры наружного воздуха (более 4-х градусов от прогнозных значений по данному часу).