Подход с позиций потребителя

 

Для потребителя электроэнергии важно оценить реальные затраты, которые он будет иметь из-за ненадежности электроснабжения и которые он мог бы закладывать, с одной стороны, в договорные отношения с электроснабжающей организацией, а с другой – со смежными предприятиями в случае срыва поставок своей продукции к ним из-за недополучения электроэнергии.

Для оценки этих затрат разрабатывались различные подходы и методы. Рассмотрим один из них, основанный на макромоделировании как наиболее эффективный при минимуме необходимой информации. Изобразим связи i -го рассматриваемого предприятия-потребителя электроэнергии в виде схемы, показанной на рис. 6.3. На этой схеме выделено одно рассматриваемое предприятие, а все остальные, включая электроэнергетику, объединены в один блок. Связями со стрелками показаны потоки продукции между этим предприятием и остальной системой. Продукция выделенного предприятия поступает в систему национального хозяйства, а последняя, в свою очередь, снабжает выделенное предприятие всем необходимым, в том числе электроэнергией. В итоге такого функционирования национального хозяйства создается доход предприятия  и национальный доход Д. Дале будем исходить из того, что количество выпускаемой предприятием продукции  пропорционально получаемой им электроэнергии :

.                              (6.11)

 

                                                                                                                               Среда

Энергия,

сырье,

материалы,

оборудование,                                                                                                                 Продукция

финансы,

трудовые

ресурсы

 

 

Рис. 6.3.

Здесь  - коэффициент пропорциональности, а степень электровооруженности предприятия такова, что перерыв в снабжении электроэнергией, сопровождающийся ее недодачей D , будет также пропорционально снижать вырабатываемую продукцию D :

.                            (6.12)

Кроме того, перерыв электроснабжения будет дополнительно приводить к нарушению технологического процесса и другим отрицательным последствиям внутри рассматриваемого предприятия в зависимости от степени внезапности перерыва электроснабжения (см. п.3.3.2).

Таким образом, величину ущерба можно представить в виде суммы двух составляющих: одна обусловлена фактом недовыработки продукции во время недополучения потребителей электроэнергии, а вторая – фактом внезапности отключения. При этом под ущербом будем понимать отрицательные экономические последствия у потребителя и во всем национальном хозяйстве в результате нарушения электроснабжения. В общем случае величина ущерба количественно оценивается изменением дохода.

Опыт и анализ проблемы показывают, что можно выделить следующие существенные факторы, которые определяют величину ущерба: тип потребителя и характер его производства (i), величину недоданной во время ограничения электроэнергии (D Э), глубину ограничения по мощности (D Р), время ограничения , степень внезапности, наличие технологических и иных резервов у рассматриваемого электропотребителя (), момент наступления ограничения (t) и др.

Методически удобно начать оценку ущерба со случая, при котором фактор внезапности отсутствует. Предположим, что факт ограничения рассматриваемого потребителя известен с заблаговременностью, достаточной для принятия всех необходимых мер по предотвращению срыва технологического процесса, брака, поломки оборудования и т.д. Таким образом, останется только та часть ущерба, которая будет в любом случае. Эту составляющую назовем основным ущербом. Все то, что связано с дополнительным ущербом из-за появления фактора внезапности, будем называть ущербом внезапности.

В Приложении 2 даны характеристики удельных ущербов потребителей разных отраслей национального хозяйства в основном по [1].

 

Нормативный подход

 

Рассмотренный в предыдущем параграфе экономический подход к определению рациональной надежности требует объемной информации, выполнения достаточно квалифицированных расчетов, анализа. К сожалению, далеко не всегда можно иметь необходимую информацию. При такой массовости использования электроэнергии во всех сферах деятельности человека и соответственно массовости принимаемых решений по организации электроснабжения трудно обеспечить и необходимую высокую квалификацию специалистов.

С другой стороны, практика проектирования и эксплуатации накопила определенный опыт в решении этой задачи на эмпирической основе, который позволил сформулировать определенные требования по надежности в виде нормативов.

Кроме того, возникают случаи, когда экономический подход трудно применим по принципиальным соображениям, например, когда надежность связана с жизнью людей (опасность взрывов на химических производствах, откачка воды и вентиляция в шахтах, ядерная энергетика и т.п.). Определять и использовать цену жизни человека выглядит антигуманно и даже кощунственно. Однако, зная, что невозможно обеспечить абсолютную надежность, принимая либо нормируя ту или иную надежность, мы тем самым производим оценку жизни человека.

Такие оценки делаются различными способами. Один из подобных косвенных способов заключается в следующем. Во время энергетического кризиса 70-х годов прошлого столетия, когда резко возросла цена на бензин, водители машин были вынуждены снизить скорость движения для повышения эффективности использования бензина. Одновременно с этим было зафиксировано снижение смертей из-за транспортных происшествий. Отношение эффекта, полученного от экономии топлива при снижении скорости движения, к изменению числа погибших в автокатастрофах и дало оценку жизни человека. Имеются и другие косвенные методы.

Эти оценки используются при определении надежности проектируемых ядерных установок. В определенной степени на них построен страховой бизнес и т.д. Обычно для снятия неудобства от такого называния вещи своим именем стараются уйти, заменяя выражение "цена жизни" выражением например, "оценка сохранения человеческой жизни" и др.

Естественно, цена жизни зависит от уровня социально-экономического развития страны. Имеются, например, данные по оценкам так называемой "хозяйственной составляющей цены жизни" для разных стран (млн дол. США):

– США – 1,5 …3;

– ФРГ – 0,5 … 1,0;

– Россия – 0,09 …0,19.

По России это оценка Института проблем безопасного развития ядерной энергетики Российской академии наук. Более поздние оценки по США дают существенно увеличенные значения, достигающие 10 … 15 млн дол.

Однако в большинстве случаев практикуется нормативный подход. Вид, форма нормативов могут быть самыми различными. Возможно нормирование прямо показателей надежности, могут быть нормированы косвенные параметры системы, от которых зависит надежность, и т.п. В разных странах находят применение различные формы этих нормативов, исключением может быть лишь один норматив, которому следуют почти во всех странах. Это так называемое правило " n –1", означающее, что электроснабжение потребителя не должно нарушаться при отказе одного любого элемента системы.

Используемые в нашей стране нормативы сформулированы в правилах устройства электроустановок (ПУЭ). Здесь компромисс между потребителями и поставщиками разрешается следующим образом. С позиции потребителей они (точнее, их токоприемники) подразделены на категории по важности (что отражает ущербы потребителей в экономическом подходе). Поставщики же обязаны обеспечивать разные категории потребителей надежностью различной степени, которая формируется разной кратностью резервирования и разной скоростью восстановления нарушенного электроснабжения (что отражается, естественно, на экономических показателях системы электроснабжения).

В соответствии с ПУЭ электроприемники потребителей подразделяются на следующие три категории.

I категория – электроприемники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб экономике, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Из состава электроприемников I категории выделяется особая группа электроприемников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров, повреждения дорогостоящего основного оборудования.

II категория – электроприемники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей.

III категория – все остальные электроприемники, не подходящие под определения I и II категорий.

Электроприемники I категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Перерыв их электроснабжения при его нарушении от одного из источников питания может быть допущен лишь на время автоматического восстановления питания.

Для электроснабжения особой группы электроприемников I категории необходимо предусматривать дополнительное питание от третьего независимого взаимно резервирующего источника питания.

В качестве третьего независимого источника питания для особой группы электроприемников и в качестве второго независимого источника для остальных электроприемников I категории могут быть использованы местные электростанции (в том числе относящиеся к распределенной генерации), электростанции энергосистем (в частности шины генераторного напряжения), специальные агрегаты бесперебойного питания, аккумуляторные батареи и т.п.

Если резервированием электроснабжения нельзя обеспечить необходимой непрерывности технологического процесса или оно экономически нецелесообразно, то должно быть осуществлено технологическое резервирование, например путем установки взаимно резервирующих технологических агрегатов, специальных устройств безаварийного останова технологического процесса, действующих при нарушении электроснабжения.

Электроснабжение электроприемников с особо сложным непрерывным технологическим процессом, требующим длительного времени на восстановление рабочего режима, при наличии технико-экономических обоснований рекомендуется осуществлять от двух независимых взаимно резервирующих источников питания, к которым предъявляются дополнительные требования, определяемые особенностями технологического процесса.

Электроприемники II категории рекомендуется обеспечивать электроэнергией от двух независимых взаимно резервирующих источников питания. Для электроприемников II категории при нарушении электроснабжения от одного из источников питания допустимы перерывы электроснабжения на время, необходимое для включения резервного питания дежурным персоналом или выездной оперативной бригадой.

Допускается питание электроприемников II категории по одной воздушной линии, в том числе с кабельной вставкой, если обеспечена возможность проведения аварийного ремонта этой линии за время не более 1 сут. Кабельные вставки этой линии должны выполняться двумя кабелями, каждый из которых выбирается по наибольшему длительному току воздушной линии. Допускается питание электроприемников II категории по одной кабельной линии, состоящей не менее, чем из двух кабелей, присоединенных к одному общему аппарату.

При наличии централизованного резерва трансформаторов и возможности замены повредившегося трансформатора за время не более 1 сут допускается питание электроприемников II категории от одного трансформатора.

Для электроприемников III категории электроснабжение может выполняться от одного источника питания при условии, что перерывы электроснабжения, необходимые для ремонта или замены поврежденного элемента системы электроснабжения, не превышают 1 сут.

Применение нормативов значительно упрощает выработку решений по обеспечению рациональной надежности, не требует много информации и высокой квалификации в области надежности лица, принимающего решения.

К сожалению, ничего в жизни даром не дается. Нормативы допускают много неточностей, например, в критериях отнесения электроприемников к различным категориям. Нечеткость требований к надежности также допускает многовариантность систем электроснабжения.

Однако более существенными дефектами нормативов является то, что они построены на опыте прошлого и при проектировании существенно новых систем электроснабжения появляется риск выработки совершенно неверных решений.

Кроме того, появление многоукладной экономики в нашей стране, реструктуризация производства могут существенно изменить требования потребителей к надежности их электроснабжения по сравнению с тем, что было отражено в нормативах, полученных для совершенно другой экономики страны.

В этих условиях, как это обычно и бывает, "истина" находится где-то между двумя подходами – экономическим и нормативным. Поскольку система электроснабжения многофункциональная (в том числе много узлов, от которых осуществляется электроснабжение различных потребителей), критерий рациональной надежности можно сформировать как совокупность экономических компромиссов (для тех узлов питания, где это можно сделать) и нормативных требований (для тех узлов, где экономические расчеты затруднены).