Средства производства.
Электрические системы должны поставлять энергию потребителям от электростанций. Местонахождение первых известно, а месторасположение вторых необходимо выбирать в зависимости от потребностей и локализации центров потребления, а также ряда ограничений (расстояние до источников энергии и наличие вода; для охлаждения ТЭС).
Планирование средств производства электрической энергии имеет первостепенное влияние на структуру систем, которые должны передавать эту энергию; естественно, существует и обратное влияние структуры системы на местоположение станций. Это влияние характеризуется стоимостью потерь в системе и надежностью оборудования, а также качеством электроснабжения.
Исследование планирования средств производства выходит за рамки курса электрических систем. Однако напомним его основные черты, с тем чтобы лучше понять, каким образом оказывается влияние планирования на структуру систем.
Общие модели и программирование.
Планирование средств производства электроэнергии должно учитывать то, что:
для сооружения станции необходимо около 5 лет;
срок службы ТЭС составляет около 30 лет, а срок службы ГЭС - более 50 лет;
каждый тип станции наиболее экономичным образом отвечает различным типам нагрузок, таким, как базовые (при постоянной мощности), сезонные, пиковые, аварийные (или нагрузки при особо больших пиках).
Необходимы, следовательно, долгосрочные прогнозы потребления и учет способов эксплуатации, определенных для каждого типа станций.
Известная условность прогнозов позволяет использовать, по крайней мере в первом приближении, упрощенные модели; при этом кривая годовых нагрузок разбивается на уменьшенное число (5 или 10) участков, каждый из которых соответствует количеству энергии q„; предполагается, что она поставляется при постоянной мощности; для этих участков рассчитывается стоимость произведенного 1 кВт • ч энергии, а именно С„. Тогда стоимость ежегодных эксплуатационных расходов будет равна
Модель, составленная таким образом, позволяет пользоваться методами линейного программирования, алгоритмы решения которых просты, но это требует использования многих неизвестных (в частности, qn неизвестных для каждого из будущих лет) и, следовательно, модели получаются слишком больших размеров. Размеры могут быть уменьшены путем использования методов нелинейного программирования, когда стоимость 1 кВт •. ч является непрерывной функцией производимой мощности, и вследствие этого вышеприведенная сумма заменяется интегралом \cpdt = jcdq.
Оборудование представляется в моделях дискретно, разделяясь на некоторое число категорий: для ТЭС (классические тепловые новые и старые, тепловые атомные, тепловые с газовыми турбинами и т. д.), а также для ГЭС (на бытовом стоке, с недельным водохранилищем Г АЭС, с сезонным или годовым водохранилищем и т. д.). Первые из них характеризуются установленной мощностью Pt (равной их максимальной мощности), а вторые — годовой производительностью Рн (энергия, поставляемая за год при среднем уровне гидравлических стоков).
При планировании на некоторое число лет определяются для т-го года важность (значимость) станций, которые надо сооружать в каждой категории, и единичные стоимости этих станций, т. е. соответственно Д и hj для каждой категории ТЭС и ГЭС.
Расходы на оборудование в i-й год равны
Если все расходы осуществлены, то общая стоимость, которую надо минимизировать, составит
Этот минимум должен удовлетворить некоторое число ограничений. Прежде всего возможности мест расположения ГЭС ограничены:
(2.2a)
Энергия, произведенная в какой-либо год для заданного участка кривой нагрузки, должна быть по крайней мере равна энергии, потребленной на том же участке:
(2.26)
Количества тепловой qimn и гидравлической энергий поставляются заданными станциями, существующими в исходный год (обозначаемые индексом г) или построенными в течение изучаемого периода (обозначаемые индексом р), которые имеют максимальную производительность, точно определенную для каждого участка кривой нагрузки:
(2.2в)
(2.2г)
Необходимо, чтобы «парк» станций, имеющийся в i-й год, был способен противостоять особенно строгим условиям безаварийной работы. Более строгие рассуждения должны были бы базироваться на вероятностном расчете будущих нагрузок и возможности использования гидравлических запасов для определения опасности возникновения ненормальных условий. Этот подход, однако, очень сложен, и в общем случае предпочитают выбирать условия работы, полагая, что совпадение аварий имеет только малую вероятность. При указанных допущениях получаются неравенства типа
Штрихи указывают, что рассматриваемые условия более строги, чем средние условия, используемые в других неравенствах. Планирование оборудования сводится к решению проблемы нахождения минимума функции, составленной из рит и рт.
Характеристики станций.
Характеристики проектируемых станций можно принять, исходя из данных прошлых лет, соответствующими каждому участку кривой нагрузок. Например, можно было бы зафиксировать емкость водохранилища, питающего ГЭС, в зависимости от энергии, которую следует производить в часы пик, или перенести часы с минимумом нагрузки на часы с полной и пиковой нагрузками, или предусмотреть наличие на ней излишка оборудования по мощности в зависимости от нужд в пиковой мощности. С помощью этих методов можно, было бы уточнить характеристики, налагаемые на газовые турбины, одни из которых, должны функционировать только в чрезвычайных обстоятельствах пиковой нагрузки или в качестве вспомогательных источников (малые капиталовложения, но и низкий приемлемый тепловой кпд), а другие — поставлять энергию во время зимнего максимума нагрузки (100 ч) и имеющие из-за этого меньшую стоимость эксплуатационных расходов, чем стоимость таких же расходов для пиковых станций (100—200 ч).
Если структура всего имеющегося «парка» станций изменяется медленно, то можно рассчитать с большей точностью характеристики новой станции при условии, что она расположена «на границе» характеристик существующего оборудования. В этом случае исследования оптимального управления позволяют получить стоимости энергии, поставляемой в различные часы дня и года или, если это необходимо, для каждой точки кривой нагрузки.
