Актуальность темы исследования. Проблема развития электроэнергетики в последние годы стала одной из ключевых. В настоящее время перед электроэнергетической отраслью поставлены такие стратегические задачи, как надежное обеспечение населения и промышленности электроэнергией, сохранение целостности и наращивание потенциала Единой энергетической системы России (ЕЭС), повышение эффективности её функционирования и устойчивого развития на базе новых современных технологий. Одним из направлений обеспечения развития ЕЭС является повышение эффективности работы генерирующей компании (ГК) в условиях рынка электроэнергии и мощности. Новые условия предопределяют необходимость и актуальность разработки соответствующего инструментария, обеспечивающего устойчивую и эффективную работу генерирующей компании в составе Единой энергетической системы России.
Степень разработанности проблемы. Изучение результатов исследований по тематике диссертации показывает, что в работах зарубежных и отечественных ученых уделяется большое внимание процессам, связанным как с реструктуризацией, так и планированием режимов работы предприятий электроэнергетической отрасли. Среди современных работ по рассматриваемой в диссертации проблеме необходимо отметить труды Б.И. Аюева, П.И. Бартоломея, Н.И. Воропая, А.З. Гамма, И.И. Голуб, Л.Д. Гительмана, П.М. Ерохина, В.М.Летуна, Л.Б. Меламеда, В.Г. Неуймина, В.П. Обоскалова, С.И. Паламарчука, Б.Е. Ратникова, В.С. Самсонова, А. Старостюка, А.А. Тукенова, Л.В. Ширяевой, Н.Г.Шубина, R. Allan, АЛ. Arroyo, J.W. Bialek, R.E. Bohn, M.C. Caramanis, F.D. Conejo, A.L. Galiana, R. J. Green, H. Rudnick, F.C. Schweppe, S. Stoft, R.D Tabors, F.F. Wu и др.
В настоящее время опубликован значительный ряд работ, посвященных практическим аспектам реформирования энергетики. В центре внимания большинства исследователей находятся вопросы совершенствования методик и принципов планирования режимов работы электроэнергетических систем (ЭЭС), формирования цен на электроэнергию, а также поиска способа их снижения, выявления и оценки социальных и экономических последствий изменения стоимости электроэнергии. Между тем, недостаточно внимания уделяется проблемам участников оптового рынка электроэнергии и мощности (ОРЭМ) при формировании и выборе стратегий, связанных с планированием режима работы ГК в новых рыночных условиях. Существующие технологии формирования режимов работы электростанций зачастую не позволяют ГК построить адекватную их коммерческим интересам рыночную стратегию. В силу ряда особенностей не может быть в полном виде применим и опыт зарубежных энергокомпаний. Российскому участнику ОРЭМ требуется свой инструментарий с учетом особенностей российского рынка.
Целью диссертационной работы является разработка теоретических положений и практических рекомендаций по формированию рыночных стратегий генерирующими компаниями ОРЭМ. В работе критически переосмысливаются подходы к планированию состояния и режимов работы генерирующего оборудования (ГО) на ОРЭМ и даются рекомендации по совершенствованию данного процесса. Показывается, что повышение эффективности работы ГО может быть достигнуто при формировании грамотной стратегии поведения ГК на ОРЭМ. Для достижения поставленных целей объективной необходимостью является решение ряда взаимосвязанных задач, а именно:
1. Анализ специфики планирования режимов работы ЭЭС в современных условиях.
2. Анализ существующих механизмов ОРЭМ, в том числе механизма ценообразования и разработка рекомендаций по его совершенствованию.
3. Развитие механизмов планирования состояния и режима работы ГО электро-станции в задачах краткосрочного планирования (КП).
4. Формирование рыночных стратегий ГК на рынке «на сутки вперед» (РСВ).
5. Разработка оптимальных ценовых заявок (ЦЗ) на ОРЭМ при КП.
6. Стратегии ГК в задаче выбора состава включенного генерирующего оборудования (ВСВГО). Разработка упрощенных алгоритмов формирования оптимального плана состояний ГО с целью определения оптимальной ЦЗ ГК в задаче ВСВГО.
Объектом исследования является оптовый рынок электроэнергии и мощности и генерирующая компания.
Предмет исследования - стратегии поведения ГК при краткосрочном планировании режимов работы ЭЭС и отношения, возникающие между участниками ОРЭМ.
Методы исследований. Использованы такие общие методы научного исследования как наблюдение, формализация, абстрагирование, сравнение, моделирование, а также методы математического и экономического анализа.
Научная новизна и результаты, выносимые на защиту:
1. Дана сопоставительная оценка механизмов маржинального и средневзвешенного ценообразования на ОРЭМ. Показано, что существующая система маржинальных узловых цен часто не отвечает интересам, как потребителей, так и производителей электроэнергии. Обоснована целесообразность полного или частичного перехода к средневзвешенному ценообразованию, как способу саморегулирования ОРЭМ.
2. Показано, что при формировании ЦЗ участниками ОРЭМ необходимо руководствоваться не столько относительными приростами стоимости, сколько удельными затратами на производство электроэнергии.
3. Разработан алгоритм формирования оптимальной ЦЗ участника ОРЭМ для технологий КП режима работы ЭЭС, в том числе в условиях вероятностно определенного прогноза цены электроэнергии на ОРЭМ.
4. Показано, что монотонно возрастающий характер ЦЗ является дискриминационным для генерирующей компании и подлежит изменению на произвольный вид ЦЗ.
5. Разработан алгоритм формирования результирующей ценовой характеристики ЭЭС на основе произвольных трехступенчатых ЦЗ производителей электроэнергии.
6. Отмечена необходимость изменения существующей технологии ВСВГО при учете функциональных особенностей энергооборудования электростанций.
7. Предложены и рекомендуются к использованию разработанные алгоритмы упрощенной процедуры выбора состава включенного генерирующего оборудования на ОРЭМ.
8. Разработано математическое обеспечение для оптимизации электроэнергетических режимов (ЭЭР) работы ЭЭС и проведения процедуры ВСВГО, а также формирования оптимальной ЦЗ участника ОРЭМ при вероятностной прогнозной цене.
Теоретическая и практическая значимость диссертационной работы заключается в разработке и совершенствовании стратегий ГК в рыночных условиях в задачах КП. Предложен механизм формирования оптимальной для ГК ЦЗ на РСВ и ВСВГО. Разработаны экспресс-методы выбора состава включенного генерирующего оборудования в рамках недельного, суточного и оперативного планирований режимов работы ЭЭС.
Достоверность результатов работы. Обоснованность и достоверность научных положений, теоретических выводов, результатов и рекомендаций подтверждается расчетными экспериментами.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В соответствии с формулой специальности 05.14.02 - «Электростанции и электроэнергетические системы» представленная диссертационная работа является исследованием по связям и закономерностям при планировании развития, проектировании и эксплуатации электрических станций, электроэнергетических систем. Диссертация соответствует п. 6, п. 7 и п. 13 паспорта специальности.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на VIII региональной научно-практической конференции «Энергосберегающая техника и технологии», Екатеринбург, 2005, VI научно-практической конференции «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» с международным участием в рамках выставки «Энергетика и электротехника. Светотехника» Екатеринбург, 2006, Всероссийской научно-практической конференции «Технология управления режимами энергосистем XXI века», Новосибирск, 2006, III международной научно-практической конференции «Энергосистема: управление, конкуренция, образование», Екатеринбург, 2008, и Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Электроэнергетика глазами молодежи», Екатеринбург, 2010.
Публикации. Результаты научных исследований нашли отражение в 14 публикациях, в том числе, в 2 статьях в изданиях, рекомендуемых ВАК для опубликования результатов диссертационной работы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Объем работы составляет 239 страниц основного текста, включает 85 рисунков, 28 таблиц, 2 приложения; список использованной литературы состоит из 205 наименований.
Автор выражает искреннюю благодарность персоналу Филиала ОАО «СО ЕЭС» ОДУ Урала за постоянное внимание и творческую поддержку в ходе выполнения работы.
1. Выполнен анализ возможных стратегий производителя электроэнергии на ОРЭМ.
2. Предложены алгоритмы формирования ценовой заявки, определяющие оптимальный режим работы электростанции в задаче суточного планирования.
3. Показана целесообразность использования на ОРЭМ метода узлового финансового баланса, как средства снижения суммарных платежей потребителей, так и полного покрытия затрат производителей электроэнергии на всем диапазоне нагрузок.
4. Оптимальная ценовая заявка определяется в зависимости от вероятностных показателей прогноза узловых цен и рыночной силы генерирующей компании.
5. При наличии рыночной силы основной стратегией ГК является ориентация на повышение цены электроэнергии за счет снижения собственного производства и загрузки на рынке менее эффективных электростанций. Это возможно при повышении цены в ценовой заявке. Однако такая стратегия имеет ограничение - при определенных условиях ставка на повышение цены может привести к снижению прибыли.
6. В условиях отсутствия эластичности нагрузки стратегия генерирующей компании на повышение цены неизбежно приведет к неограниченному увеличению цены. В этих условиях единственно необходимым является государственное регулирование цены.
7. При формировании ценовых заявок основными технико-экономическими характеристиками работы электростанции на ОРЭМ являются характеристики удельных затрат и относительных приростов на производство электроэнергии. При этом более значимыми являются удельные затраты. Разработка ценовых заявок на их основе гарантирует положительную прибыль.
8. Монотонно возрастающий характер ЦЗ является дискриминационным для ГК и подлежит изменению на произвольный вид ЦЗ. Это приведет к изменению целевой функции и системы ограничений в задаче оптимального распределения нагрузки между параллельно работающими агрегатами. Произвольные трехступенчатые ЦЗ, как правило, не нарушают общий возрастающий характер ценовой характеристики ЭЭС, что позволяет определять равновесную цену существующими механизмами.
9. Предложенный алгоритм «окраски ценовых ступеней» позволяет выполнять построение суммарной ценовой характеристики электроэнергетической системы на базе произвольных, а не только возрастающих трехступенчатых ценовых заявок.
10. В условиях квадратичной характеристики затрат на производство электроэнергии, вероятностно определенной рыночной цене и отсутствии влияния электростанции на цену электроэнергии на ОРЭМ в рамках действующих нормативно-правовых актов:
• В оптимальной одноступенчатой ценовой заявке заявляемой ценой является математическое ожидание цены электроэнергии.
• При нормально распределенном прогнозе цены электроэнергии относительные приросты затрат, соответствующие ступеням оптимальной многоступенчатой ценовой заявки, симметричны относительно математического ожидания цены. Интервалы ценовых блоков зависят от дисперсии цены, но всегда в оптимальной ценовой заявке характеристика относительных приростов проходит через середину ценовых ступеней.
• При выходе теоретических пределов ценовых ступеней ЦЗ за пределы регулирования мощности симметрия оптимальной ценовой заявки нарушается, а оптимальные параметры ценовых блоков определяются итерационным процессом.
• При формировании одноступенчатой ценовой заявки предлагается в качестве цены заявлять средние на рабочем диапазоне мощностей удельные затраты.
11. В работе установлено, что при планировании состояния ГО в задаче КП:
• включение турбогенератора целесообразно производить при цене электроэнергии на ОРЭМ, превышающей его удельные затраты, а отключение - в моменты, когда цена электроэнергии на ОРЭМ снизится (с перспективой ее дальнейшего снижения) до уровня удельных затрат;
• при формировании и подаче ценовой заявки для задачи ВСВГО участниками ОРЭМ должны учитываться пусковые затраты генерирующего оборудования, имеющие нелинейную функциональную зависимость от длительности простоя. Формирование корректных ценовых сигналов позволяет участнику ОРЭМ самостоятельно определять периоды оптимального включения генерирующего оборудования в расчетном периоде и через ценовую заявку способствовать получению от Системного оператора удовлетворяющего его план состояния турбогенератора;
• при формировании ценовой заявки для задачи ВСВГО в качестве цены в ЦЗ участник ОРЭМ должен заявлять максимальное значение из удельных затрат и относительного прироста. Не учет этого фактора может привести на РСВ к отрицательной или недополученной прибыли.
12. Предлагаются и рекомендуются к использованию упрощенные алгоритмы планирования состава включенного генерирующего оборудования: «интервальная разбивка», «окраска ценовых ступеней», «комбинаторная модель». Они могут найти применение на этапах как краткосрочного планирования, так и в качестве экспресс метода оценки требуемого изменения состава генерирующего оборудования.
13. Формирование оптимальных ценовых заявок в задачах краткосрочного планировании является мощным инструментарием по повышению эффективности работы электростанции в условиях рынка электроэнергии и мощности.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
