Рогалёв Н.Д. (ред.) Экономика энергетики

Подождите немного. Документ загружается.

151

Помимо структурного фактора системообразующим является так-

же время. На на основе этого фактора формируется следующая сис-

тема планов для предприятия в целом и для его подразделений: стра-

тегический, среднесрочный, краткосрочный и оперативный. Эти пла-

ны различаются периодом планирования, т.е. продолжительностью

планового периода. Периоды планирования в рыночных условиях

предприятие устанавливает самостоятельно.

Обычно при разработке стратегических планов рассматривается

перспектива от 3 до 5—7 лет. Для энергетической отрасли стратегия

формируется на период до 20 лет. Среднесрочный план разрабатыва-

ется на 2—3 года в зависимости от характера производства, кратко-

срочный, или текущий, — на период до 1 года. Оперативный план

разрабатывается на период до одной недели, а для электроэнергетики

оперативный план разрабатывается по часам суток.

9.2. Балансовый метод планирования в теплоэнергетике

Состояние энергетического хозяйства и возможные перспективы

его развития характеризуются многоуровневой системой энергетиче-

ских балансов, обеспечивающих для рассматриваемого объекта (мира,

страны, региона, отрасли, предприятия, цеха, установки и т.п.) согла-

сование прихода и расхода всех видов энергии по всем фазам ее пре-

образования в границах данного объекта.

Баланс — это равенство между приходом и расходом. Термин

«энергетический баланс» означает полное количественное равенство

в данный момент времени между расходом и приходом топлива и

энергии в энергетическом хозяйстве. Принципиальная структура

энергетического баланса приведена в табл. 9.1.

Задача энергетического баланса — обеспечение количественного

согласования потребностей в энергетических ресурсах и возможно-

стей их производства на протяжении планируемого периода.

Сущность баланса состоит в определении потребности в каком-

либо виде продукции и установлении источников покрытия этой по-

требности.

Балансы бывают:

1) материальные (в натуральном выражении), например по метал-

лу, топливу, сельскохозяйственной продукции и т.п.

2) общеэкономические: баланс рабочей силы, денежных расходов

и доходов и т.п.

152

Таблица 9.1

Принципиальная схема энергетического баланса

Энергопотребляющие

процессы

Виды расходуемых

энергоресурсов

Осветительные

Силовые

Высокотемпературные

Среднетемпературные

Низкотемпературные

Химические

Электротехнологические

ИТОГО

Энергетические

установки

Гидроэнергия

Твердое топливо

Нефть, газ

Побочные ресурсы

Ядерное топливо

ИТОГО:

+ +

+ Электростанции

Котельные

Установки непосред-

ственного потребле-

ния топлива

+ +

Итого:

Для энергетики материальными балансами являются: баланс топ-

ливных ресурсов, балансы по видам энергии, в том числе баланс теп-

ловой энергии, баланс электрической энергии.

Энергетический баланс охватывает все элементы энергетического

хозяйства от источника получения первичных ресурсов до полезного

использования всех видов энергии. При составлении энергетических

балансов учитываются также экспорт и импорт энергоресурсов и

электроэнергии.

Энергетический баланс, как любой баланс, содержит расходную и

приходную части. Расходная — отражает потребность в топливе,

электроэнергии, тепловой энергии различных параметров. Приходная

часть определяет уровень добычи и производства топливно-

энергетических ресурсов, необходимых для удовлетворения этих по-

требностей.

Энергетический баланс классифицируется по следующим при-

знакам:

по стадиям энергетического потока — добыче, переработке или

преобразованию и конечному использованию;

по энергетическим установкам и объектам — обогатительным

фабрикам, электростанциям, котельным, промышленным предпри-

ятиям и др.;

153

по целевому назначению — силовым, тепловым, электрохимиче-

ским и электрофизическим процессам, освещению;

по использованию — полезная энергия, потери;

по экономике в целом и отдельным отраслям промышленности,

транспорта и сельского хозяйства.

Топливно-энергетический баланс — это баланс производства и

потребления всех видов топлива и энергии. Он предусматривает

обеспечение потребителей по отраслям промышленности, по эконо-

мическим районам, крупным территориям с учетом наиболее эффек-

тивного использования ресурсов.

В топливно-энергетических балансах все виды энергии и топлива

обычно выражаются в сопоставимых единицах — тоннах условного

топлива (т у.т.), при этом энергия ГЭС и АЭС учитывается по средне-

му удельному расходу топлива на отпущенный 1 кВт·ч с шин ТЭС в

соответствующий год.

Баланс электроэнергии — это баланс потребности экономики в

электроэнергии и производства ее различными типами электростанций:

с бл.с

выр выр пок потр прод пот

ЭЭЭЭ Э ΔЭ++= + +

;

с.х с.х г

пот п.п тр пр к.б к.б

ЭЭЭЭЭЭ

=++++

∑

где

выр

— количество электроэнергии, выработанное энергосисте-

мой;

бл.с

выр

Э — количество электроэнергии, выработанное блок-

станцией;

пок

— количество покупной электроэнергии;

потр

Э —

количество потребленной электроэнергии;

прод

Э — количество элек-

троэнергии, проданной в другие энергосистемы;

пот

ΔЭ

— величина

потерь в энергосистеме;

п.п

∑

— количество электроэнергии, по-

требленной промышленными предприятиями [промышленный потре-

битель характеризуется графиком потребления электроэнергии, зави-

сящим от технологического процесса: с непрерывным производством

и с прерывным производством (1—3 смены)];

с.х

пр

Э — количество

электроэнергии, потребленной сельским хозяйством на производст-

венные нужды. Это сезонный потребитель, режим потребления кото-

154

рого зависит от вида сельскохозяйственной продукции (полеводство,

животноводство);

с.х

к.б

Э — количество электроэнергии, потребленной

коммунально-бытовыми сектором в сельском хозяйстве;

к.б

Э — ко-

личество электроэнергии, потребленное городским коммунально-

бытовым хозяйством. Зависит от размера города, степени использова-

ния электроплит и электроотопительных приборов, от развития горо-

да, этажности домов и т.п.

В приходной части баланса — производство электроэнергии раз-

личными станциями, а в расходной части — суммарная потребность в

электроэнергии всех потребителей. Расходная часть баланса должна

быть равной приходной:

выр

= Э

расх

Расходная часть электробаланса разделяется по отраслям народно-

го хозяйства.

Таблица 9.2

Энергобаланс по отраслям народного хозяйства

Приходная часть Расходная часть

ТЭС

АЭС

ГЭС

Другие электростанции

Промышленность

Строительство

Транспорт

Сельское хозяйство

Коммунально-бытовые нужды

Итого полезный отпуск:

Потери в электрических сетях и расход

на собственные нужды

Итого:

Экспорт

Итого:

Всего:

Баланс электроэнергии неразрывно связан с балансом электриче-

ской мощности — балансом максимальной нагрузки потребителей и

генерирующих мощностей с учетом рациональной величины резер-

ва, МВт:

ст

сс ЛЭП

асп m ax пер рез с.н пот

NPNNNN

=++++

∑∑ ∑

155

где

ст

асп

∑

— сумма располагаемых мощностей всех станций сис-

темы;

max

∑

— совмещенная сумма максимумов нагрузки энерго-

системы; N

пер

— передаваемая мощность в другие энергосистемы;

ез

— эксплуатационный резерв системы, который используется в

качестве аварийного резерва, ремонтного и нагрузочного резервов;

с.н

∑

— потребление электроэнергии на собственные нужды

станции;

ЛЭП

пот

ΔN

— компенсация потерь мощности в ЛЭП.

Баланс тепловой энергии представляет собой баланс потребности

в тепловой энергии и ее производства. Потребность в теплоте склады-

вается из технологического теплопотребления, а также расхода на

отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха и горячее водо-

снабжение (табл. 9.3).

Таблица 9.3

Баланс тепловой энергии

Приходная часть Расходная часть

Электростанции

Котельные

Теплоутилизационные установки

Тепловые насосы

Установки по сжиганию мусора

Промышленное потребление

Потребление жилищно-

коммунальным хозяйством

Потери в тепловых сетях

Итого Итого

Наибольшую долю в покрытии потребности в тепле в экономике

занимает централизованное теплоснабжение от ТЭЦ, от районных и

промышленных котельных. Большая доля расходной части приходит-

ся на промышленность, причем на технологические нужды.

К наиболее теплоемким отраслям промышленности относятся хи-

мическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная и пищевая.

Тепло, расходуемое на отопление, вентиляцию и горячее водо-

снабжение, в общем расходе тепла по отдельным отраслям промыш-

ленности составляет:

в машиностроении 30…90%;

в металлургии 40…60%;

в химической и нефтехимической отраслях ~ 20%;

156

в пищевой промышленности 10…30%;

в целлюлозно-бумажной ~ 10%.

Баланс топлива представляет собой баланс добычи, переработки,

транспорта и потребления топливных ресурсов.

Расходная часть баланса топлива характеризует потребности в то-

пливе (с учетом взаимозаменяемости его), непосредственно исполь-

зуемом в установках, группировку потребителей по их требованиям,

предъявляемым к качеству топлива. Так как ряд энергетических и

технологических установок может использовать только определенные

виды топлива, то кроме свободных топливных балансов составляются

также балансы по отдельным видам топлива.

Теплоэнергетический баланс и нормирование энергопотребле-

ния на промышленном предприятии. Под теплоэнергетическим ба-

лансом предприятия понимается общий энергетический баланс, из

которого исключен электробаланс.

Теплоэнергетический баланс имеет также две части: расходную и

приходную. Расходная часть определяет потребность промышленного

предприятия в топливе, теплоте, сжатом воздухе, кислороде, холо-

дильных агентах, воде и т.п. Приходная часть определяет собствен-

ные источники удовлетворения этой потребности (от промышленной

ТЭЦ, промышленной котельной, компрессорной станции и т.п.) и по-

лучение их со стороны (с топливных баз, с районной ТЭЦ или ко-

тельной).

Планирование расходной части теплоэнергетического баланса

промышленного предприятия производится на основе его производ-

ственной программы и норм расхода энергоносителей (электроэнер-

гия, пар, горячая вода, топливо).

Норма расхода энергоносителей — это максимально допустимое

количество энергоносителя, необходимого для производства единицы

продукции установленного качества.

Расчет потребности в энергоносителях на данный период времени

(месяц, квартал, год) производится по формулам:

ЭэV= ;

QqV=

; BbV= ; ,WwV=

где Э, Q, B, W — потребность в электроэнергии, теплоте, топливе,

сжатом воздухе за данный период времени, кВт·ч/период;

т у.т/период; тыс. м

/период; э, q, b, w — норма расхода электроэнер-

гии, теплоты, топлива, сжатого воздуха на единицу продукции:

кВт·ч/ед. пр.; т у.т/ед. пр.; тыс. м

/ед. пр.; V — объем продукции за

данный период времени, ед. пр.

157

Нормы расходов энергоносителей изменяются во времени и зави-

сят от типа производства, структуры и характеристики продукции,

совершенства технологического оборудования и степени его исполь-

зования, степени автоматизации и др.

К факторам, влияющим на снижение норм, относят: улучшение

использования оборудования, увеличение единичной мощности агре-

гата и повышение их КПД, переход на непрерывные технологические

процессы, не требующие многократного охлаждения и нагрева мате-

риала, внедрение комбинированных и безотходных производств, ис-

пользование автоматизированной системы управления технологиче-

скими процессами и предприятиями.

На повышение норм влияют: увеличение доли энергоемких видов

продукции (производство пластмасс, химических волокон и др.), уже-

сточение требований к качеству продукции, усложнение процессов

термической обработки материалов, рост механизации производст-

венных процессов, улучшение условий труда, защита окружающей

среды, усложнение условий добычи сырья и др.

Анализ норм показывает, что в зависимости от характеристик про-

изводств они изменяются в различных направлениях. По мере совер-

шенствования технологии производства и внедрения энергосбере-

гающих мероприятий происходит постепенное снижение норм энер-

гоносителей. Так, для электроемких производств (производство алю-

миния, электростали, никеля, магния, титана и т.п.) характерным яв-

ляется снижение удельных расходов электроэнергии под влиянием

мероприятий по экономии электроэнергии (модернизация, совершен-

ствование и автоматизация процессов и оборудования и т.п.).

Для топливоемких производств (предприятия черной металлургии

и др.) основной тенденцией является снижение удельных расходов

топлива при росте удельных расходов электроэнергии.

Снижение удельных расходов топлива обеспечивается совершен-

ствованием технологических процессов, более полным использовани-

ем вторичных энергоресурсов, дальнейшей автоматизацией и механи-

зацией. Повышение удельных расходов электроэнергии определяется

увеличением доли выпуска более электроемкой продукции (холодный

листовой прокат, прокат с предварительной термообработкой), а так-

же расходом энергии на механизацию и т.п.

Для теплоемких производств (текстильное производство и др.) на-

блюдается снижение удельных расходов теплоты и повышение

удельных расходов электроэнергии за счет механизации, автоматиза-

158

ции производственных процессов, использования кондиционирован-

ного воздуха, улучшения освещенности.

Нормы расхода энергоносителей разделяются на индивидуальные

и отраслевые.

Индивидуальные нормы разрабатываются на предприятии приме-

нительно к конкретным условиям его производства. Индивидуальные

нормы разделяются на технологические, цеховые и общезаводские.

Технологические нормы включают затраты на технологический

процесс — полезный расход, экономически обоснованные потери,

расходы на разогревы и пуски после простоев.

Цеховые нормы включают все расходы цеха, относимые на едини-

цу продукции: затраты на технологический процесс, расходы на цехо-

вой транспорт, покрытие потерь энергоносителей во внутрицеховых

сетях, на отопление, кондиционирование воздуха и др.

Общезаводские нормы учитывают то же самое в масштабах завода.

Отраслевые нормы устанавливаются на соответствующие виды

планируемой продукции и используются при составлении энергоба-

лансов экономического района, страны.

Отраслевые нормы на однородную продукцию, производимую на

разных предприятиях, определяются по формуле

11 2 2

...

qV q V q V

VV V

+++

где q

, q

, …, q

— общезаводские нормы на данную продукцию по пер-

вому, второму, …, n-му промышленному предприятию; V

, V

, …, V

—

годовые объемы выпуска продукции соответственно.

Важное значение в нормировании имеет выбор единицы продук-

ции, на которую должна устанавливаться норма.

На предприятиях (цехах), выпускающих один вид продукции,

нормы расхода топлива (теплоты) целесообразно устанавливать на

единицу продукции, выраженную в натуральных единицах (тонна,

изделие, квадратный метр и т.п.)

Предприятиям же с разнообразной продукцией общезаводские

нормы удельных расходов топлива, теплоты устанавливаются на еди-

ницу основной продукции, остальные виды продукции с учетом их

энергоемкости приводятся к основной.

Энергетические балансы разделяются на плановые и отчетные.

Плановые балансы служат для определения потребности в топли-

ве, теплоте, электроэнергии (расходная часть балансов), разработки

наиболее рациональных способов покрытия этой потребности (при-

159

ходная часть балансов) и оценки экономичности принятого техниче-

ского решения.

Отчетные (фактические) балансы служат для анализа энергопо-

требления, выявления источников потерь, разработки мероприятий по

экономии топлива, теплоты, электроэнергии и др.

По периодам времени различаются балансы:

а) текущие (на один год);

б) перспективные (на ряд лет).

9.3. Оптимизация режимов работы электростанций

Для планирования производственной программы генерирующих

источников необходимо определить рациональные режимы их рабо-

ты. Генерирующими источниками могут быть электростанции, блоки,

котло- и турбоагрегаты. Основным, нормальным режимом работы

оборудования является установившийся режим, при котором обеспе-

чиваются мощность и выработка энергии (тепловой или электриче-

ской) в соответствии с графиком нагрузки (соответствующим данно-

му режиму) в заданный период времени.

Одной из особенностей энергетического производства является

необходимость обеспечения баланса между производством и потреб-

лением электроэнергии и теплоты. Режимы работы электростанций

определяются в результате распределения нагрузки между параллель-

но работающими в одной зоне графика нагрузки энергосистемы элек-

тростанциями, исходя из экономичности их работы. При планирова-

нии в качестве исходной информации используются графики для ха-

рактерных суток рассматриваемого периода.

Для решения задачи планирования производственной программы

необходимо основываться на оптимальных режимах работы оборудо-

вания. Под оптимальным понимается такое распределение нагрузки

между параллельно работающими генерирующими источниками, при

котором обеспечивается минимальный расход энергоресурсов на вы-

работку требуемого количества энергии. В зависимости от постанов-

ки задачи оптимизации энергоресурсами могут быть расходы топли-

ва, тепла, водных ресурсов. Оптимизация может проводиться и в це-

лях минимизации затрат на энергоресурсы.

Для определения оптимальных нагрузок используются методы ма-

тематического моделирования.

160

Одной из важнейших задач эксплуатации является оптимальное

распределение электрической нагрузки между электростанциями

энергосистемы и отдельными их блоками и агрегатами.

Экономико-математическая модель задачи оптимизации парал-

лельно работающих генерирующих источников включает в себя сле-

дующие элементы:

целевую функцию

... ... min

ini

EE E E E E

=+ ++++ = ⇒

∑

, (9.1)

где n — количество генерирующих источников; Е

, …, Е

— расход

энергоресурсов генерирующим источником, E

= f (W

); E

= f (W

);

…; E

= f (W

); W

— отпуск энергии (нагрузка) i-го источника;

уравнения ограничений

а) балансовое

W = W

+…+W

, (9.2)

где W=

∑

— заданное количество отпуска энергии (суммарная

нагрузка всех агрегатов);

б) в виде неравенств

min maxiii

WWW≤≤ .

В общем случае уравнений ограничения может быть m при усло-

вии m < n.

Если расходные характеристики генерирующих источников E

яв-

ляются непрерывными с непрерывно возрастающими производными

при увеличении нагрузки W

, то для решения задачи оптимального

распределения нагрузок можно использовать метод множителей Ла-

гранжа. Суть этого метода состоит в следующем. В описанную эко-

номико-математическую модель включают вспомогательную функ-

цию

Ф = Е (W

, W

, …, W

) + λ(W

+ W

+ … + W

), (9.3)

где λ — неопределенный множитель Лагранжа.

Если уравнений ограничений больше одного, то

Ф = Е (W

, W

, …, W

) + ∑λ

+ W

+ … + W

). (9.4)

Необходимое условие минимума функции Ф при условии, что W

являются независимыми переменными, определяется по формуле

ФФ Ф Ф

... ...

WW W W

∂∂ ∂ ∂

======λ

∂∂ ∂ ∂

. (9.5)