hlebnikov

ТЕЗИСЫ

выступления В.В. Хлебникова, к.э.н.

члена Правления НП «АТС» - генерального директора ЗАО "ЦДР ФОРЭМ",

на Второй международной конференции «ОПЫТ РАБОТЫ ЕВРОПЕЙСКИХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЫНКОВ»

04.06.2003 г.Москва

Методологические подходы к созданию организованного конкурентного рынка электроэнергии (мощности) в России

Реформирование электроэнергетики является в настоящее время наиболее актуальной проблемой для России, а направления, формы и сроки проведения реформы – это наиболее популярные темы дискуссии среди экономистов. Сегодня предложен конкретный план проведения реформ, выделены основные этапы и разработаны особенности реформирования отрасли на каждом из его этапов. Однако по-прежнему как в теоретическом, так и прикладном плане требуется осмысление направлений формирования рынка в электроэнергетике, степени его «конкурентности», особенностей развития в отдельных регионах, возможностей использования торгуемых инструментов, учитывая специфику электроэнергии как монопродукта. Изучение и оценка возможностей формирования конкурентного организованного рынка электроэнергии представляется актуальной проблемой, имеющей как теоретическую, так и практическую значимость.

Особое значение для формирования рынка электроэнергии имеет выделение главных направлений его создания. На наш взгляд, одним из таких направлений является создание организованного конкурентного рынка электроэнергии, основанного, прежде всего, на биржевых принципах функционирования. Не разработанность этих вопросов применительно к электроэнергетике, специфика электроэнергии как торгуемого инструмента, приводит к необходимости формирования соответствующих теоретических положений и методических приемов, позволяющих организовать в России биржу электроэнергии и предложить адекватный механизм ее функционирования.

Наметившаяся на оптовом рынке электроэнергии устойчивая тенденция к увеличению роли потребителей электроэнергии и независимых поставщиков, приобретающих электроэнергию у производителей, допускает существование биржи электроэнергии с возможными региональными особенностями, на которой реализуются свободно генерирующие ресурсы производителей.

Создание биржи электроэнергии должно базироваться на определенных принципах формирования организованных рынков. В настоящее время в России начала реализовываться концепция создания конкурентного организованного оптового рынка электроэнергии, в основе которого находится Администратор торговой системы (АТС). АТС может выполнять функции биржи электроэнергии непосредственно или через дочерние компании.

Определение пространственной структуры биржи электроэнергии

является важной методической проблемой, связанной с принципиальными особенностями электроэнергетики России:

неравномерностью размещения генерирующих мощностей, что предопределяет возможность формирования энергодефицитных и энергоизбыточных рынков электроэнергии, а также

различной потребностью в электроэнергии в разных экономических районах, что определяется их структурой энергопотребления.

Следовательно, необходимо решить задачу определения такой пространственной структуры биржи электроэнергии, которая позволила бы, с одной стороны, концентрировать спрос и предложения электроэнергии, т.е. создавать ликвидный рынок, с другой стороны, учитывая особенность электроэнергии как биржевого товара, связанного с невозможностью его хранения, – сформировать эффективные маршруты передачи электроэнергии.

Проанализированные ЗАО "ЦДР ФОРЭМ" результаты торгов сверхплановой электроэнергией, проводящиеся на ФОРЭМ с ноября 2000 г. и являющиеся прообразом конкурентного рынка электроэнергии, позволяют определить рейтинг федеральных округов по количеству и объемам сделок по торгам сверхплановой электроэнергией, выявить степень замкнутости региональных рынков

и предложить определенные сценарии создания организованного рынка электроэнергии, его пространственной структуры с использованием биржевых методов торговли.

Потери на корону, потери электроэнергии при её передаче вследствие возникновения коронного разряда (короны). Отличительной особенностью коронного разряда, определяющей его количественные закономерности, является характерная форма взаимодействия ионов, создаваемых в процессе разряда, и электрического поля у коронирующего электрода, например провода линии электропередачи (ЛЭП). Знак заряда ионов, движущихся из зоны ионизации во внешнюю зону, совпадает со знаком заряда на коронирующем проводе, что обычно ведёт к ослаблению поля у провода до некоторой, практически постоянной величины — критической напряжённости (Ekp) — и к соответствующему усилению поля в остальной части пространства (внешней зоне). Эта особенность механизма образования короны обусловливает существенную зависимость от напряжения на проводе как тока коронного разряда, так и П. на к.

Пока нет короны, напряжённость электрического поля у поверхности провода Епр прямо пропорциональна напряжению на проводе U и обратно пропорциональна его радиусу r. Если постепенно повышать U, то соответственно будет возрастать и Епр, пока U не достигнет критического значения Ukp, при котором Епр = Екр — напряжённости возникновения короны. При дальнейшем повышении напряжения Епр более не возрастает. Увеличивается интенсивность короны, т. е. возрастает поток ионов от провода и переносимый ими электрический заряд r, приходящийся на единицу объёма внешней зоны. Заряд r возрастает ровно настолько, чтобы ограничить поле у провода практически до Екр, но соответственно возросшему напряжению он усиливает поле во внешней зоне Ев. з. за пределами зоны ионизации. В возросшем поле Ев. з. увеличивается скорость движения ионов u, которая пропорциональна Ев. з.. В результате с увеличением U возрастают и объёмный заряд ионов и скорость движения этого заряда. Это равнозначно сильному увеличению плотности тока короны jk = ru. Соответственно возрастает и полный ток короны Ik, текущий от провода в окружающий его воздух (связь Ik с jk зависит от конфигурации и габаритов электродов). Т. к. произведение тока короны на напряжение равно мощности, теряемой на корону, то сильная зависимость Ik от U определяет ещё более сильную зависимость от U потерь мощности и энергии. Потери мощности Р при коронировании проводов приблизительно пропорциональны произведению U×(U—Ukp), а потери энергии равны Р×Т, где Т — время коронирования.

По физической природе П. на к. — главным образом тепловые, они обусловлены передачей кинетической энергии, запасаемой ионами в электрическом поле, нейтральным молекулам газа в результате их столкновений и повышением скорости молекул и температуры газа. Незначительная часть потерь (доли или единицы %) составляют потери на ионизацию газа, химические реакции в зоне короны (образование озона и окислов азота в воздухе) и высокочастотное излучение в диапазоне 104—107 гц (т. н. радиопомехи от короны).

П. на к. зависят от структуры электрического поля и объёмного заряда ионов. При переменном напряжении корона «горит» лишь часть периода, до тех пор пока не будет достигнут максимум напряжения. При последующем снижении напряжения оставшийся объёмный заряд ионов, пропорциональный максимуму напряжения, «гасит» корону, снижая напряжённость поля на проводе ниже Ekp. Однако и при кратковременном горении короны потери энергии значительны из-за биполярности структуры заряда ионов в поле. В период горения короны создаётся такой заряд — например положит, ионов r+, который не только поддерживает поле у провода равным Ekp, но ещё и компенсирует влияние заряда ионов r- (усиливающее поле), оставшихся от предыдущего полупериода. По этой причине П. на к. на ЛЭП переменного тока при прочих равных условиях выше, чем на линиях постоянного тока с непрерывно «горящей» короной. Это одно из преимуществ электропередач постоянного тока.

Как отмечено выше, П. на к. на ЛЭП возрастают с повышением напряжения. Единственный путь ограничения потерь при заданном напряжении линии — это повышение Ukp, что достигается увеличением диаметра проводов и (в меньшей степени) увеличением расстояния между проводами. На ЛЭП сверхвысокого напряжения (500 кв и выше) применяют т. н. расщепленные провода, т. е. пучок из нескольких проводов небольшого диаметра (2—3 см), разнесённых друг от друга на 40—50 см и удерживаемых изоляционными распорками. Такой пучок проводов по величине Ukp эквивалентен одному проводу весьма большого диаметра. На линиях 500 кв применяют 3 провода в пучке, при 750 кв — 4 провода, для линии 1150 кв потребуется, вероятно, уже 6—8 проводов, а общий диаметр пучка достигнет 1—1,5 м. Однако и расщепление проводов лишь ограничивает П. на к., но полностью их не устраняет. Практически потери отсутствуют лишь в хорошую погоду, когда на проводах нет осадков. Капли дождя, снег, иней и т.п., оседая на проводах, создают на них «острые» выступы и тем самым как бы уменьшают диаметр провода, что приводит к снижению Ukp на 30—50%, и провода начинают коронировать. На рис. показана диаграмма удельных потерь мощности, измеренных при различной погоде на действующей ЛЭП 750 кв. Максимальные потери (до 1200 квт/км) наблюдались при изморози. Среднегодовые потери (при среднегодовом времени работы линии под напряжением 7000—8000 ч) на ЛЭП 500 кв составляют около 12 квт/км, на ЛЭП 750 кв — 37 квт/км; можно ожидать, что при 1150 кв они достигнут 80 квт/км. При большой протяжённости ЛЭП высокого напряжения (500—1000 км) П. на к. оказываются значительными. Устранение потерь при любой погоде приводит к чрезмерному росту стоимости как проводов, так и линии в целом. Поэтому выбор конструкции и параметров линии определяется на основе технико-экономического сопоставления затрат на сооружение линии и стоимости потерь энергии. При расчётах П. на к. Ukp для хорошей погоды обычно выбирается на 10—20% более высокое, чем рабочее напряжение линии.

Лит.: Попков В. И., Электропередачи сверхвысокого напряжения, в кн.: Наука и человечество, [т. 6], М., 1967.

В. И. Попков.

Линия электропередачи (ЛЭП), сооружение, состоящее из проводов и вспомогательных устройств, предназначенное для передачи или распределения электрической энергии. ЛЭП, являясь основным звеном энергосистемы, вместе с электрическими подстанциями образует электрические сети.

Одна из первых опытных ЛЭП (постоянного тока) напряжением 1,5—2 кв Мисбах — Мюнхен (протяжённостью 57 км) была сооружена в 1882 французским учёным М. Депре. В 1891 впервые в мире была осуществлена электропередача трёхфазным переменным током на 170 км по ЛЭП Лауфен — Франкфурт, спроектированной и построенной М. О. Доливо-Добровольским. ЛЭП работала при напряжении 15 кв, передаваемая мощность 230 ква, кпд около 75%. Первые кабельные линии (подземные, радиус действия — 1 км, напряжение — 2 кв) в России появились в конце 70-x гг. 19 в.; электроэнергия, поступавшая в кабельную сеть, использовалась главным образом для освещения частных домов. В начале 20 в. в связи с электрификацией промышленности и общим повышением уровня потребления электроэнергии появились кабельные линии напряжением 6,6, 20 и 35 кв; в 1922 была пущена первая линия на 110 кв (Каширская ГРЭС — Москва). Быстрое развитие и совершенствование ЛЭП обусловлены созданием развитых электрических сетей и объединением их в электроэнергетические системы. Различают воздушные ЛЭП, провода которых подвешены над землёй или над водой, и подземные (подводные) ЛЭП, в которых используются главным образом силовые кабели.

По воздушным ЛЭП электрическая энергия передаётся на значительные расстояния по проводам, прикрепленным к опорам (столбам) с помощью изоляторов. Воздушные ЛЭП являются одним из основных звеньев современных энергосистем. Напряжение в линии зависит от её протяжённости и передаваемой по ней мощности. Для воздушных ЛЭП применяют неизолированные провода (однопроволочные, многопроволочные и полые) из меди, алюминия, сталеалюминия, реже стальные (главным образом при электрификации сельских местностей). Важнейшие характеристики воздушных ЛЭП: l — длина пролёта линии (расстояние между соседними опорами); f — наибольшая стрела провеса провода в пролёте; h — наименьшее (габаритное) допустимое расстояние от низшей точки провода до земли; l — длина гирлянды изоляторов; a — расстояние между соседними проводами (фазами) линии; Н — полная высота опоры. Конструктивные параметры воздушной ЛЭП зависят от номинального напряжения линии, от рельефа и климатических условий местности, а также от технико-экономических требований.

Допустимое расстояние от низшей точки провода до земли составляет в ненаселённой местности 5—7 м, а в населённой 6—8 м.

На воздушных ЛЭП применяют различные по конструкции опоры (см. Опоры линий электропередачи). Провода воздушных ЛЭП должны обладать хорошей проводимостью, механической прочностью, стойкостью против атмосферных и химических воздействий (см. Провод для воздушных линий электропередачи). Для защиты воздушных ЛЭП от атмосферных перенапряжений, возникающих при грозовых разрядах в линию или вблизи неё, применяют грозозащитные тросы или разрядники, которые устанавливают на ЛЭП с напряжением до 35 кв (см. Защита электрической сети).

Для воздушных ЛЭП (переменного тока) в СССР принята следующая шкала напряжений: 35, 110, 150, 220, 330, 400, 500 и 750 кв. Напряжение 35 кв широко используется для создания центров питания электрических сетей (6 и 10 кв); общая протяжённость ЛЭП на 35 кв к 1972 составляла 189 тыс. км. Распределит. сети большинства энергосистем имеют напряжение 110 кв; протяжённость ЛЭП 110 кв — 197 тыс. км. Напряжение 150 кв используется в распределительных сетях энергосистемы Днепроэнерго и примыкающих к ней районов соседних энергосистем — Киевской, Харьковской и Одесской, а также частично в Кольской энергосистеме; общая протяжённость ЛЭП 150 кв — 6,2 тыс. км. ЛЭП протяжённостью порядка 100 км сооружают на напряжение 220—330 кв; их общая длина около 70 тыс. км. Напряжение 400 кв в 1972 использовалось только в Объединённой энергосистеме (ОЭС) Юга для связи с энергосистемами стран — членов СЭВ. ЛЭП с напряжением 500 кв сооружают главным образом для передачи электроэнергии на большие расстояния (св. 100 км); общая протяжённость ЛЭП 400—500 кв — около 15 тыс. км. В 1972 на напряжении 750 кв действовала только одна опытная ЛЭП Конаковская ГРЭС — Москва; первая промышленная передача 750 кв сооружается в ОЭС Юга. Развитие сетей с напряжением 750 кв приведёт к превращению сети 330 кв в распределительную. Примером крупнейшей ЛЭП может служить ЛЭП 500 кв Волжская ГЭС им. 22-го съезда КПСС — Москва общей протяжённостью 2060 км (в одноцепном исчислении). За рубежом одна из крупнейших ЛЭП — электропередача 500 кв (переменного тока) между энергосистемами Северо-Запада и Юго-Запада Тихоокеанского побережья США общей протяжённостью 1070 км (в одноцепном исчислении); ЛЭП 765 кв действует в США в энергосистеме American Electric Power (AEP), а в Канаде эксплуатируется ЛЭП на 735 кв ГЭС Маникуаган — Квебек — Монреаль.

Подземная ЛЭП состоит из одного или нескольких кабелей, стопорных, соединит. и концевых муфт (заделок) и крепёжных деталей, а ЛЭП, содержащая маслонаполненный или газонаполненный кабель, снабжается также подпитывающей системой и сигнализацией давления масла (газа). Подземные ЛЭП широко применяются при прокладке электрических сетей на территории городов и промышленных предприятий. Но их стоимость в 2—3 раза выше стоимости воздушных ЛЭП. Кабели прокладываются в земле, в траншеях на глубине 0,8—1,0 м, в кабельных каналах, блоках или тоннелях. Наиболее экономична подземная прокладка кабелей — до 6 кабелей в одной траншее при расстоянии между кабелями 0,2—0,3 м. В одном тоннеле допускается прокладка не менее 20 кабелей.

В СССР стандартизированные номинальные напряжения и сечения токопроводящих жил и проводов кабельных и воздушных ЛЭП совпадают (кроме номиналов 150 и 750 кв). Распределит. кабельные линии выполняются на напряжения 1, 3, 6, 10 и 20 кв; питающие кабельные линии выполняют на 35 кв и выше. Иногда кабельные сети 35 и 110 кв называют распределительными в связи с их большой разветвлённостью. Кабельные линии используются, как правило, при создании сетей электроснабжения городов, крупных промышленных предприятий и ряда др. объектов. В СССР для сетей городского электроснабжения наиболее распространены системы напряжений 110/35/6/0,4 кв и 110/35/10/0,4 кв, 110/10/ 0,4 кв, реже 110/6/0,4 кв.

В 60-x гг. 20 в. для передачи электроэнергии на расстояния всё большее значение стали приобретать воздушные и подводные ЛЭП постоянного тока. В СССР работает воздушная ЛЭП постоянного тока при напряжении ±400 кв. Ведутся (1973) исследования по созданию ЛЭП переменного тока 1150—1200 кв и постоянного тока ±750 кв (см. Высоких напряжений техника). Проводятся поисковые работы в области создания новых видов ЛЭП: криогенных, криорезисторных, работающих в атмосфере элегаза, полуразомкнутых, разомкнутых, высокочастотных ЛЭП, линий, у которых в качестве проводникового материала используется натрий, и др.

Лит.: Правила устройства электроустановок, 3 изд., М. — Л., 1964; Электрические системы, под ред. В. А. Веникова, т. 2—3, М., 1970—71; Крюков К. П., Новгородцев Б. П., Конструкции и механический расчёт линий электропередачи, Л., 1970; Электрификация СССР, под общ. ред. П. С. Непорожнего, М., 1970; Белоруссов Н. И., Электрические кабели и провода, М., 1971.

Ю. Н. Астахов.

Электропередача- совокупность электрических установок и устройств, обеспечивающих передачу электрической энергии на расстояние. В состав Э. входят понижающие и повышающие трансформаторы, воздушные и (или) кабельные линии электропередачи (ЛЭП), высоковольтные выключатели, аппаратура защиты и противоаварийной автоматики. Возможность передачи значительных количеств электроэнергии на расстояние определяется пропускной способностью Э., которая зависит от напряжения и протяжённости ЛЭП, обеспечения устойчивости её режима, условий эксплуатации, величины допустимых потерь и т. д. Повышение пропускной способности Э. связано, главным образом, с увеличением напряжения ЛЭП (см. Высоких напряжений техника, Передача электроэнергии).