Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы экономической эффективности 14
1.1. Становление и развитие теории экономической эффективности 14
1.2. Методические основы оценки экономической эффективности в энергетическом секторе 28
1.3. Современные тенденции повышения экономической эффективности предприятий энергетического сектора 35
Глава 2. Интеллектуальная энергетика как стратегическое направление повышения экономической эффективности отрасли 41
2.1. Основные предпосылки становления новой концепции развития энергетических сетей 41
2.2. Энергосистема на базе Smart Grid и ее функциональные свойства 51
2.3. Зарубежный опыт построения интеллектуальных сетей в энергетическом комплексе развитых стран (на примере Германии) 59
Глава 3. Перспективы и экономическая эффективность внедрения интеллектуальных энергосетей в России с применением возобновляемых источников энергии 69
3.1. Развитие интеллектуальной энергосистемы как путь модернизации электроэнергетического комплекса России 69
3.2. Сравнительный анализ технологических базисов интеллектуальной системы в электроэнергетическом комплексе России 92
3.3. Экономическая оценка развития интеллектуальной энергосети в России 106
Заключение 139
Список литературы 145
- Методические основы оценки экономической эффективности в энергетическом секторе
- Современные тенденции повышения экономической эффективности предприятий энергетического сектора
- Зарубежный опыт построения интеллектуальных сетей в энергетическом комплексе развитых стран (на примере Германии)
- Сравнительный анализ технологических базисов интеллектуальной системы в электроэнергетическом комплексе России
Методические основы оценки экономической эффективности в энергетическом секторе
Для того чтобы наиболее полно охарактеризовать понятие «экономическая эффективность», необходимо в историческом разрезе проследить формирование его сущности. В работе Л. Вальраса «Элементы чистой политической экономии» (1874 г.) в концепции общего экономического равновесия наиболее полно описана теоретико-методологическая база и сформулированы главные принципы действия сложного саморегулирующегося механизма рыночной экономики. Вальрас сформулировал тождество об условиях достижения общего равновесия условиям максимальной эффективности в экономике. Построив довольно сложную систему взаимосвязанных уравнений, Вальрас доказывает, что система равновесности – это идеал, к которому стремится конкурентный рынок. В работах Л.Вальраса так же неоднозначно описывается роль механизма рынка в достижении общего равновесия. Согласно его мнению, движение начинается с произвольного вектора цен, при этом обмен совершается на любом промежуточном этапе хозяйствующей системы, в тот момент, когда вектор цен приобретает «неправильное» направление. В этом случае какие-то участники оказываются в выигрыше, а другие в проигрыше, т.е. нарушается принцип индивидуальной максимизации, заключенные сделки аннулируются и предлагаются новые цены, по которым «заключаются» сделки на следующем этапе, и т.д. Этот метод по сути представляет собой длительный процесс проб и ошибок, который в принципе может прийти к равновесию. Более надежным решением в достижении равновесия, по мнению Вальраса считается процесс, управляемый неким «аукционистом». Последний по основе заявок рассчитывает предполагаемые спрос и предложение с учетом корректировки цен, имитируя таким образом процесс проб и ошибок, преобразуя процесс из стихийного в целенаправленный. Заключение сделок происходит после объявления аукционистом равновесной цены. Это происходит, когда количесвто предлагаемого товара по определенной цене уравнивается с объемом предложения товара по этой цене 7 . Поиск «аукционистом» оптимального соотношения спроса и предложение может быть сколько угодно долгим, при этом Вальрас не дает четкого определения «аукционисту».
Позднее другой представитель лозаннской школы В. Парето продолжил идею Вальраса и доказал понятие эффективности, которое в настоящий момент является одним из центральных понятий в современной экономической науке. Эффективность (оптимальность) по Парето - такое состояние некоторой системы, при котором значение каждого частного показателя, характеризующего систему, не может быть улучшено без ухудшения других. Рассуждения В. Парето сводятся к тому, что, несмотря на специфику экономической системы, действия, направленные на достижение равновесия системы непосредственно ведут к росту эффективности. Наоборот, действия, ведущие к повышению эффективности ведения хозяйства (увеличение доходов, максимизацию полезности и прибыли, уменьшение затрат), ведут к состоянию равновесия. Важно отметить, что
Дальнейшее развитие идей Вальраса и Парето было изложено в трудах таких ученых, как Дeбрe, О.Лангe, Д.Патинкинa, а также А.Вaльда, Дж. Фон Неймaнa, Дж. Хиксa и К. Эрроу8, Ж.Р.Берроу, Г. Гроссмана и многих других. Одна часть исследований посвящена проблеме существования самого равновесия, а другая системной взаимосвязи равновесия с безработицей, экономическим ростом, денежным обращением и занятостью. Нельзя сказать, что большая часть работ преследует цель анализа исключительно с математической или логистической точки зрения, рассматривая хозяйствующую систему не в реальности, а ее идеальную модель, с учетом большого числа внутренних и внешних заданных параметров, ограничений и допущений. К таким маловероятным параметрам можно отнести, мгновенное изменение цен, совершенная конкуренция, четкая определенность параметров системы. Ввиду неоднородности хозяйственной системы, присутствия изъянов рынка, общее равновесие и максимальная эффективность, являются научными абстракциями, нежели реальными экономическими состояниями. Утверждение о том, что рациональность поведения индивидуума приводит рынок в состояние равновесия, является недоказанным ввиду того, что существуют изъяны рынка, которые подрывают рациональное поведение потребителя. Гипотеза о рациональности в историческом разрезе неоднократно подвергалась критике во многих работах, в частности: С. Уинтера, Беккера, Саймона и Нельсона, дополнена рядом поведенческих ограничений и трактуется как теория со среднеэффективным и малоэффективным поведением, что более приближено к реальной хозяйственной деятельности, чем понятие максимальной эффективности и общего равновесия.
Гораздо реалистичнее выглядит предложение А. Лернера и О. Ланге, которые описывают экономическую систему, состоящую из трех базовых планированию), перед которым стоит задача расчета оптимальных цен для каждого экономического субъекта. В свою очередь руководство государственных предприятий, должно принимать во внимание расчетные цены и руководствоваться двумя правилами: 1- объем производства и его структура определяются через равенство предельных издержек цене продукта и предельного продукта цене фактора производства; 2- уровень спроса на потребительские товары, а также его структура, определяются через стремление потребителей максимизировать свою полезность. Такая экономическая модель хозяйствования, предполагает эффективное распределение ресурсов, ввиду того, что руководство предприятий ориентировано на максимизацию прибыли, а регулирующий комитет регламентирует цены и исключает монополию; так же важно отметить, что равномерное распределение доходов предполагает общественное благосостояние. В общих чертах модель Лернера-Ланге подобна модели Вальраса, в ней роль «аукциониста» выполняет регулирующий комитет, однако такая модель антирыночная, и предполагает повсеместную государственную собственность.
Современные тенденции повышения экономической эффективности предприятий энергетического сектора
Используя информационные ресурсы коммунальных служб (онлайн приложения, сеть интернет и др.), потребитель может диверсифицировать количество и качество поставляемого продукта, учитывать свои расходы во время пиковых нагрузок сети. Такой подход к изменению «корзины» услуг потребителя позволит коммунальным службам снизить эксплуатационные расходы, уменьшить капиталовложения в технологическую компоненту, снизить нагрузку на окружающую среду, уменьшить потери при передаче энергии.
Участие потребителей может принимать ряд различных форм, включая выбор особого тарифного плана в режиме реального времени (real time pricing, англ.) посредством предоставления прав коммунальной службе непосредственно контролировать определенные параметры нагрузки. Кроме того, интеллектуальная энергосистема позволит потребителям, имеющим собственные генерирующие установки, в часы пиковых нагрузок выступать на рынке в качестве продавца. Для этого им предоставляется информация о ценах и, соответственно, о состоянии системы, и в этом случае: в «обычное время» поставщик электроэнергии снабжает ею коммерческих потребителей, действуя как их агент; во время высокого спроса поставщик электроэнергии использует систему управления энергопотреблением в здании, чтобы снизить спрос и передать часть энергии обратно в сеть, продать, разделив с потребителем прибыль от продажи39.
Адекватный ответ на негативные вызовы: наличие определенных методов для поддержания устойчивости и работоспособности энергосистемы, способных снизить уровень уязвимости системы, поддержать ее функции восстановления и противоаварийной работы, поддерживать энергетическую безопасность.
Интеллектуальная система будет обладать превентивными действиями в отношении нестабильности ее функционирования. Сможет анализировать текущую работоспособность и предопределять потенциальные сбои до того времени, как они повлияют на качество и надежность электроснабжения. Таким оборудованием может служить: виртуальные системы контроля и анализа, оборудование на базе альтернативных источников энергии, средства визуализации и моделирования движения энергии и т.д.
С позиции безопасности, интеллектуальная энергосистема на базе концепции Smart Grid, сможет адекватно реагировать на качественные изменения параметров сети, быть гибкой и адекватно реагировать на вмешательства извне. Технологические базисы и алгоритмы сети на базе концепции Smart Grid позволят обеспечивать систему элементами обнаружения, предотвращения, сдерживания и
Поддержание надлежащего уровня качества электроэнергии путем переориентации энергосистемы на клиентоориентированный подход. Интеллектуальная система позволит улучшить качество поставляемой электроэнергии и безопасность передачи за счет применения инновационных технологий. Такие средства позволят обеспечивать двустороннюю связь с конечным потребителем и расширить информационное поле системы, что в свою очередь увеличит спектр возможностей энергетических компаний: уровень оперативности, локализации, детерминации и восстановления энергоснабжения дистанционно без привлечения дополнительного персонала. В случае реализации концепции Smart Grid, экстренные вызовы аварийных служб снизятся до 50%40. Мониторинг и контроль энергосистемы с помощью инновационных технологических компонент позволит самовосстанавливать систему, предотвращать и сокращать перебои, продлевать срок службы оборудования. 5. Различные типы электростанций и центры аккумулирования энергии в распределенной генерации: создание сети технологических центров и систем аккумулирования в единую сеть, переход к микросетям на стороне конечных потребителей (рис.4).
Модернизация технического оснащения по вводу новых источников к системе электрогенерации станет дополнительным стимулом для развития распределительных источников генерации энергии.
Зарубежный опыт построения интеллектуальных сетей в энергетическом комплексе развитых стран (на примере Германии)
Основными движущими силами реализации этой стратегии могут выступать: энергоэффективность, надежность и безопасность; развитие технологий — FACTS, сверхпроводимость, накопители, наноматериалы и т. п., теория и методы управления большими энергетическими системами, информационные системы и технологии, системы и алгоритмы.
Преимущества данного сценария: технологические: Россия развивает компетенции в науке и технике в рамках концепции Smart Grid; обеспечивается единство стандартов и совместимости (взаимозаменяемости) технологий; реализуется сбалансированный подход к развитию электросетевого комплекса — и интенсивно, за счет внедрения новых технологий управления, и экстенсивно, за счет строительства новых мощностей там, где это целесообразно и эффективно; строительство новых сетей ведется с учетом современных стандартов и требований Smart Grid и опыта внедрения отечественных и зарубежных пилотных проектов; политические: Россия — один из лидеров в обеспечения энергетической безопасности; повышается престиж России как одного из лидеров научно технического прогресса; обеспечивается инновационность развития энергетического хозяйства страны; социальные: инвестиции направляются в развитие отечественной промышленности и науки; создание новых рабочих мест; формируются новые рынки сбыта и экспорта технологий и товаров.
Методология разработки национальной инновационной программы развития электроэнергетики на базе концепции Smart Grid, применяемая за рубежом и основанная на базовых положениях стратегического менеджмента (начиная от формирования стратегического видения, стратегии развития, определения функциональных свойств новой сети и требований к технологическому базису на их основе и т. п.) является наиболее эффективным способом для разработки и реализации таких программ, и ее целесообразно использовать для решения задачи повышения экономической эффективности энергетического сектора России6162.
С технической стороны, при внедрении Smart Grid происходит объединение сетей, потребителей и производителей электроэнергии в единую структуру, которая в режиме on-line позволяет контролировать все рабочие процессы. «Интеллектуальная сеть» позволит регулировать мощность подачи тока, учитывая количество и объемы потребляемой энергии. При этом обязательным условием работы системы является двусторонняя связь с потребителем (использование интеллектуальных счетчиков).
Основным препятствием для широкого развития интеллектуальной сетевой генерации с применением альтернативных источников энергии служит их более низкая экономическая эффективность по сравнению с традиционными источниками, а также нередко – невозможность их использования без комбинации с традиционными источниками для обеспечения устойчивого энергоснабжения, независимо от природных процессов.
Ведущая роль в интеллектуализации электроэнергетики России отводится ПАО «ФСК ЕЭС» и его дочернему предприятию АО «НТЦ ФСК ЕЭС». Основным элементом модернизации электроэнергетики на новых принципах являются электрические сети. Современные технологии, применимые в сетях, создают эффективную систему, которая совместима с современными информационно-диагностическими системами, системами автоматизации управления и другими элементами в процессе производства, передачи, распределения и потребления энергии. АО «НТЦ ФСК ЕЭС» фактически разработало концепцию «умной» электроэнергетической системы на базе активно-адаптивной сетью (ИЭС ААС). Данная научно-техническая разработка основа на мультиагентном принципе организации управления и развития с эффективным использованием всех ресурсов (природных, человеческих и социально-производственных). В такой системе за счет гибкого взаимодействия всех субъектов (всех видов генерации, электрических сетей и потребителей) обеспечивается надежное, качественное и эффективное взаимодействие на основе современных технических средств и единой системы управления.
Сравнительный анализ технологических базисов интеллектуальной системы в электроэнергетическом комплексе России
В настоящее время в России имеется опыт внедрения умных сетей. Отечественными научными институтами получен положительный опыт в разработке инфраструктуры для общественного электротранспорта в г. Москва, в частности создана сеть из 28 зарядных станций различного типа, проведена тестовая эксплуатация 8 электромобилей, разработан программный комплекс по управлению сетью зарядных станций. Крупнейшим локальным проектом по внедрению концепции Smart Grid стал «умный» город Белгород. Технологический базис данного проекта состоит из интеллектуального освещения, учета и сети. «Умное» освещение достигается путем имплементации автоматизированной системы управления уличным освещением «Гелиос», которая позволяет в режиме реального времени контролировать состояние сетей, вести учет потребленной энергии, определять поломки в сети. Подобная система введена в эксплуатацию в нескольких регионах России.
Практическое применение показало, что данная система обладает малым сроком окупаемости и в зависимости от региона экономия электроэнергии составляет от 5 до 25%. «Умный» учет осуществляется через повсеместное внедрение интеллектуальных счетчиков «Нейрон», которые позволяют с высокой точностью осуществлять расчеты с потребителями, снижают величину коммерческих потерь, дистанционно обмениваются показаниями с центром управления, а также контролируют качество энергии. Помимо того, что данный технологический элемент обеспечивает двустороннюю связь с потребителем, он обладает пользовательским режимом вывода данных, что позволяет вести полный учет энергопотребления. Внедрение в систему города важнейшего элемента «умных» сетей позволило сократить затраты на реконструкцию линий электропередач, получить дополнительный доход за счет снижения потерь в распределительных сетях и уменьшить операционные затраты. Успешная реализация данного проекта позволяет создать аналогичные интеллектуальные сети в других городах страны.
Примером эффективного развития и внедрения элементов интеллектуальной энергосистемы выступают ПАО «МОЭСК» в г.Москве и Московской области и ОАО «БЭСК» в р.Башкирия. ОАО «БЭСК» успешно реализует проект интеллектуализации энергосистемы в г.Уфа. В 2014 г. был введен в работу новый координационный центр управления сетями, который состоит из восьми диспетчерских пунктов и обладает двухуровневой системой управления. Используемое оборудование позволяет осуществлять полный мониторинг нагрузки, режимов работы и управление электросетевым оборудованием, и, соответственно, потоками электроэнергии. На сегодняшний день уровень потерь в электросетевом механизме г.Уфа составляет 15,6%, внедрение элементом интеллектуального учета и ряда элементов Smart Metering позволило снизить потери до уровня 8,7% с потенциалом дальнейшего снижения данного показателя. Оптимизация позволила увеличить пропускную способность сетей и надежность электроснабжения. Дальнейшая реализация проекта позволит снизить затраты на ремонт и обслуживание реконструированного оборудования на 20%, за счет увеличения наблюдаемости сети - сократить время на поиск неисправностей на 70%, а также продлить срок службы существующего оборудования на 10%. Общий эффект от внедрения современных технологий в энергосистеме г.Уфа, по оценке ОАО «БЭСК» составит почти 500 млн.руб. в год. До модернизации коммерческие потери составляли 400 млн. руб.77 В рамках проекта повышения эффективности энергетической системы России, ПАО «МОЭСК» разрабатывает и внедряет технологии интеллектуальной энергетики в пилотных районах Можайской РЭС и Рузской РЭС. Данные районы насчитывают 563 обслуживаемых населенных пункта. В качестве основных направлений приведения распределительных сетей к уровню интеллектуальных выбраны следующие: модернизация и внедрение программно-аппаратного комплекса, повышение наблюдаемости и управляемости сети путем расширения каналов связи, организация автоматизированного управления напряжением, построение интеллектуальной системы учета электроэнергии и обеспечение информационной безопасности. Внедрение ряда элементов умных сетей позволило не только увеличить «гибкость» сети и сократить время на локализацию повреждений на 80%, но и обеспечить надежность связи между телемеханизируемыми объектами энергосети. Технические решения по регулированию напряжения позволили сократить потери в распределительных сетях на 5%. Алгоритмы оптимального расположения элементов системы Smart Grid позволили исследовать структурную надежность пилотных участков сети и рассчитать интегральный показатель надежности электроснабжения (SAIFI) для двух пилотных зон, значение которого было улучшено на 33%. Механизмы умных сетей дают возможность рассчитать снижение среднестатистического времени отключения потребителей, которое составляет 21,2% для Рузской РЭС и 56,52% для Можайской РЭС.
В случае реализации энергетической политики в регионах, важным становится оптимальное соотношение используемых ресурсов традиционных ресурсов (атомные станции, гидро-, и ТЭС), малой распределенной генерации и альтернативных источников энергии. В региональном энергетическом балансе необходимо использовать потенциал малых рек и возобновляемых источников энергии.