УСЛОВИЯ СОПОСТАВИМОСТИ ВАРИАНТОВ

Сопоставление различных вариантов СЦТ по минимуму приведенных затрат допустимо при обеспечении тождества народнохозяйственного эффекта, которое заключается в обеспечении следующих условий сопоставимости вариантов:

1) наибольшей экономичности — все сравниваемые варианты должны быть поставлены в оптимальные условия;

2) приведения к одинаковому энергетическому эффекту — одинаковым мощности и полезному отпуску энергии тепловой и электрической) потребителям с учетом расходов (энергии на собственные нужды энергоисточников и потерь в тепловых и электрических сетях;

3) необходимости выравнивания часовых, суточных и годовых режимов работы энергоисточников;

4) равной надежности энергоснабжения — обеспечение вариантов с более высокой аварийностью дополнительными резервами мощности источников или пропускной способности сетей для обеспечения нормативного уровня надежности системы в целом (или ее элементов), либо учета дополнительного ущерба от пониженной надежности;

5) экологического эффекта — все варианты должны отвечать требованиям охраны окружающей среды, в частности санитарно-гигиеническим нормам по максимально допустимым концентрациям в воздухе окислов азота, серы, углерода, золы и др.;

6) одинаковой конъюнктуры — расчеты должны проводиться при едином уровне действующих цен на топливо, оборудование, материалы и другие производственные фонды (как основные, так и оборотные).

Рассмотрим более детально модификации условий приведения вариантов к одинаковому энергетическому эффекту. Они связаны с выбором базового варианта для уравнивания по полезной электрической мощности и отпуску электроэнергии потребителям, а также со способом определения приведенных затрат на электроэнергию в электроэнергетической системе (ЭЭС), необходимую для уравнивания.

Выбору в качестве базового варианта с максимальным отпуском электроэнергии соответствует метод дополняющей электроэнергии [51], с нулевым отпуском электроэнергии (вариант котельных в раздельной схеме энергоснабжения) — метод заменяемой электроэнергии [54, 80], а при учете недоотпуска электроэнергии за счет теплофикации по сравнению с работой электростанции в конденсационном режиме — метод компенсирующей электроэнергии [68, 78, 79]. Метод компенсирующей электроэнергии является частным случаем метода дополняющей электроэнергии, когда в качестве варианта с максимальным отпуском электроэнергии принимается вариант раздельной схемы энергоснабжения с работой той же электростанции в конденсационном режиме (например, КЭС в случае отсутствия ее реконструкции для целей теплофикации).

Преимущество методов заменяемой и компенсирующей электроэнергии по сравнению с методом дополняющей электроэнергии заключается в том, что при их использовании происходит попарное сопоставление каждого варианта комбинированной схемы энергоснабжения с эквивалентной раздельной схемой по собственным показателям независимо от состава других рассматриваемых вариантов и их показателей.

Приведенные затраты на электроэнергию в ЭЭС, необходимую для уравнивания, могут определяться следующими основными способами: 1) по прямым затратам электростанции, замыкающей баланс ЭЭС; 2) по замыкающим затратам на электроэнергию в зависимости от годового числа часов использования располагаемой электрической мощности (дополняющей, заменяемой или компенсирующей); 3) по эксплуатационным затратам существующих малоэкономичных электростанций, подлежащих или не подлежащих закрытию в разных вариантах; 4) по затратам базисной электростанции за вычетом экономии затрат на топливо вытесняемых существующих менее экономичных электростанций.

Расчет по прямым затратам требует выявления конкретных показателей замыкающей электростанции, которые принимаются обычно одинаковыми для всех вариантов независимо от режима работы последней.

Замыкающие затраты на электроэнергию в зависимости от годового числа часов использования располагаемой электрической мощности в некоторой мере учитывают режим работы замыкающих электростанций (базисных, маневренных и пиковых), но, в основном, в годовом разрезе. Практически же имеется ряд эксплуатационных и проектных задач, связанных с рассмотрением работы СЦТ и ЭЭС в суточном разрезе по часам.

При использовании метода компенсирующей электроэнергии, помимо оценки ее по замыкающим затратам в зависимости от годового числа часов использования компенсирующей мощности, возможен также способ оценки компенсирующей электроэнергии по годовым издержкам (главным образом, топливной составляющей) существующих электростанций, которые были бы закрыты за счет ввода базисной конденсационной мощности, но остались в эксплуатации вследствие потери располагаемой электрической мощности и недовыработки электроэнергии из-за отпуска теплоты из отборов турбин для нужд теплофикации. Возможен также способ, предполагающий сооружение дополнительной мощности базисных электростанций, равной компенсирующей, с одновременным вытеснением (сокращением) выработки электроэнергии на существующих менее экономичных электростанциях.

Замыкающие затраты на топливо и электроэнергию являются объективно обусловленными народнохозяйственными оценками энергетической составляющей в общей сумме затрат народного хозяйства. Это понятие основано на принципе дифференциальной ренты — обособленной части прибавочного продукта, который возникает из-за необходимости вовлечения в энергетический баланс не только дешевых, но и более дорогих ресурсов [31, 76].

Замыкающие затраты на топливо и электроэнергию получаются в результате решения задачи линейного программирования для оптимизации энергетического комплекса страны на высшем иерархическом уровне. Они характеризуют внешние связи теплоснабжающих систем с топливоснабжающими и электроэнергетической системами ТЭК. Для ориентировочной оценки замыкающих затрат на топливо, электрическую и тепловую энергии выведены простые формулы [76].

Замыкающие затраты на топливо можно определить по формуле

Замыкающие затраты на тепловую энергию по формуле (13) представляют собой удельные приведенные затраты на тепловую энергию, полученные методом заменяемой электроэнергии. Определение затрат на тепловую энергию для комбинированной схемы энергоснабжения осуществляется с помощью известного в экономике энергетики метода отсечения (треугольника Гинтера) [80], причем твердая оценка в виде замыкающих затрат назначается на электроэнергию.

С позиций системного анализа это означает выделение СЦТ из общеэнергетической системы при сохранении внешних связей с топливоснабжающей и электроэнергетической системами в виде показателей замыкающих затрат на топливо и электроэнергию. В данном случае задача распределения затрат между тепловой и электрической энергиями решается с точки зрения экономического анализа, а не термодинамики. Особенность заключается в том, что величина з должна задаваться не фиксированными значениями, а гиперболической зависимостью от годового числа часов использования располагаемой электрической мощности по формуле (12), которую можно переписать в виде:

Отметим, что внешне формула (14) напоминает формулу для определения двухставочного тарифа на электроэнергию [76]. Обычно коэффициенты а3 и Ь3 определяются дифференцированно в зависимости от ОЭЭС и части графика электрических нагрузок (пиковой, маневренной или базисной), в которой должна работать замыкающая электростанция.

В случае принятия в качестве замыкающей для всех частей графика электрических нагрузок одной и той же электростанции (одинаковых значений о, и 3), прямые затраты этой замыкающей электростанции совпадут с замыкающими затратами на электроэнергию. Покажем, что при этом сравнительная экономическая эффективность различных вариантов СЦТ не зависит от выбора базовых для приведения их к одинаковому энергетическому эффекту по электрической мощности и отпуску электроэнергии [80]. Это значит, что разность приведенных затрат между двумя произвольными вариантами СЦТ, обусловленная их различиями в отпуске электроэнергии и электрической мощности, должна не зависеть от выбора базового варианта для уравнивания.

Приведенные затраты для определения сравнительной экономической эффективности вариантов СЦТ можно представить в виде

Поскольку базовый вариант выбирается одним и тем же для всех сравниваемых между собой вариантов, то величина затрат по нему будет одинаковой во всех вариантах и не влияющей на результаты их сопоставления по разности приведенных затрат.

Приведенные затраты на заменяемую электроэнергию для базового варианта в рассмотренном частном случае (при одинаковых коэффициентах as и Ьэ для всех частей графика электрических нагрузок) являются константами, влияющими только на уровень значений суммарных приведенных затрат,— критерий для выбора оптимального варианта.

Принимая в качестве базового вариант с максимальным отпуском электроэнергии, получим способ дополняющей электроэнергии, с отпуском электроэнергии в конденсационном режиме — способ компенсирующей электроэнергии, а с нулевым отпуском — способ заменяемой электроэнергии. Все указанные способы дают одинаковые результаты по разности приведенных затрат между вариантами при одинаковых значениях аэ и э.

Фактически же коэффициенты аэ и Ьэ принимают разные значения для пиковой, маневренной и базисной замыкающих электростанций. Поэтому в общем случае вышеуказанные способы могут давать различные результаты по сравнительной экономической эффективности вариантов СЦТ. Строгое совпадение будет иметь место только тогда, когда значения h3 при разных способах приведения к одинаковому энергетическому эффекту (дополняющей, компенсирующей и заменяемой электроэнергии) окажутся в одной и той же части графика электрических нагрузок (пиковой, маневренной или базисной), т. е. в диапазоне одинаковых значений коэффициентов а3 и Ь3.

Недостатками способа дополняющей электроэнергии по сравнению со способом заменяемой электроэнергии являются: 1) необходимость задания до начала расчетов базового варианта с максимальным отпуском электроэнергии; 2) неоднозначность уровня суммарных приведенных затрат в зависимости от выбора базового варианта; 3) зависимость разности приведенных затрат между вариантами от выбора базового варианта.

Поэтому в случае рассмотрения реконструкции существующих КЭС для целей теплофикации, а также при одинаковых мощности, начальных параметрах в виде топлива для ТЭЦ и заменяемой КЭС целесообразно применять способ компенсирующей электроэнергии [68, 78, 79], а в остальных случаях — способ заменяемой электроэнергии [54, 80]. При этом не исключается целесообразность применения способа дополняющей электроэнергии при сравнении небольшого числа вариантов, мало отличающихся располагаемой электрической мощностью и отпуском электроэнергии.

При использовании способа компенсирующей электроэнергии, кроме ее оценки по замыкающим затратам на электроэнергию в зависимости от годового числа часов использования компенсирующей располагаемой электрической мощности, возможны еще два способа расчета.

Одним из способов является определение затрат на компенсирующую электроэнергию по годовым издержкам существующих малоэкономичных электростанций, выполняющих функции компенсации недовыработки электроэнергии вследствие отпуска теплоты из отборов турбин для целей теплофикации. В этом случае замыкающие затраты на электроэнергию определяются удельными годовыми издержками указанных электростанций, который подсчитываются по формуле (12) при Еи = 0 (отсутствие затрат обратной связи).

Другой способ расчета затрат на компенсирующую электроэнергию состоит в ее оценке по затратам базисной электростанции за вычетом экономии затрат на топливо вытесняемых внепиковой выработкой электроэнергии существующих менее экономичных электростанций. В этом случае замыкающие затраты на компенсирующую электроэнергию определяются по формуле

Этот способ расчета основан на возможности сооружения дополнительных компенсирующих базисных электростанций и работы вытесняемых существующих КЭС с существенно пониженным числом часов использования.

Различные методические подходы к решению техникоэкономических задач по оптимизации СЦТ даже в детерминированной подготовке свидетельствуют о наличии методической неопределенности при принятии оптимальных решений, которая имеет место наряду с неполнотой (неоднозначностью) исходной информации.

Необходимость учета фактора неопределенности исходной информации для принятия решений в больших системах энергетики, в том числе и СЦТ, стала очевидной [8, 28, 31, 48, 681. Наиболее распространенный в системном анализе в энергетике подход к учету указанного фактора состоит из следующих основных этапов [30, 31]: 1) выбора ограниченного представительного множества возможных условий развития системы; 2) выбора и анализа оптимальных решений для каждого из этих условий; 3) обобщения полученных решений и формирования зоны их равноэкономичности путем заполнения и анализа платежной матрицы, характеризующей затраты на функционирование и развитие системы при различных условиях.

Сопоставление различных критериев выбора оптимальных решений при анализе платежной матрицы (Лапласа, Сэвиджа, Вальда, Гурвица и др.) привело к рекомендациям о применении критерия Лапласа (средних затрат) как наиболее целесообразного при плановом хозяйстве [30, 31]:

В формуле (18) предполагается равная возможность появления каждого из т условий. При наличии количественных оценок разной доли рт возможности наступления условий т формулу (18) можно переписать в следующем виде:

Применение платежной матрицы обладает рядом недостатков. Например, среди вариантов, каждый из которых является оптимальным для т-го из п условий, может отсутствовать истинно оптимальный по критериям (18) или (19) вариант, который не является оптимальным для всех условий в отдельности. Кроме того, отмечают резкое возрастание объема расчетов при реализации вышеописанного подхода к учету фактора неопределенности, его трудоемкость и даже непригодность для решения некоторых практических задач, указывая при этом, что представляют существенный интерес способы учета фактора неопределенности без составления платежной матрицы [28].

Примером таких способов является учет частичной неопределенности внешних условий (факторов), заданных диапазоном (отрезком) «от и до» [78]. Непрерывность изменения внешних условий затрудняет обоснованный выбор их наиболее представительных сочетаний. С целью повышения точности расчетов необходимо увеличивать число представительных сочетаний внешних условий для составления и анализа платежной матрицы. В пределе полученное по формуле (17) среднеарифметическое затрат по строкам платежной матрицы будет стремиться к среднеинтегральной величине. В рассматриваемом частном случае громоздкую процедуру составления и анализа платежной матрицы можно заменить однократным решением задачи со среднеинтегральными значениями коэффициентов целевой функции приведенных затрат, зависящих от внешних факторов.

При непосредственном использовании платежной матрицы объем вычислительной работы можно существенно сократить за счет применения математической теории эксперимента [78]. Этот вопрос подробно рассматривается в гл. 3.

Юфа А. И., Носулько Д. Р./ Комплексная оптимизация теплоснабжения.— К.: Техника, 1988.