Управление спросом на электроэнергию — современное состояние и перспективы развития

Page 1
background image

Page 2
background image

74

Управление спросом на 
электроэнергию — современное 
состояние и перспективы развития

УДК 620.9:621.311

Управление

 

спросом

 

служит

 

важным

 

инструментом

 

для

 

обес

 

печения

 

гибкости

 

электро

-

энергетической

 

системы

поскольку

 

обеспечивает

 

поддержание

 

и

 

регулирование

 

ба

-

ланса

 

выработки

 

и

 

потребления

 

электроэнергии

 

и

 

обладает

 

общесистемным

 

эффектом

формирующимся

 

за

 

счет

 

снижения

 

цен

 

на

 

электроэнергию

 

для

 

потребителей

 

и

 

опти

-

мизации

 

загрузки

 

и

 

структуры

 

генерирующих

 

и

 

электросетевых

 

мощностей

В

 

статье

 

рассматривается

 

современное

 

состояние

 

и

 

перспективы

 

развития

 

управления

 

спросом

в

 

том

 

числе

 

с

 

учетом

 

такой

 

важной

 

составляющей

как

 

распределенная

 

генерация

Оце

-

нивается

 

его

 

потенциал

 

и

 

возможность

 

применения

 

различных

 

механизмов

 

развития

.

Ханаев

 

В

.

В

.,

к.т.н., ведущий 

специалист Института 

систем энергетики 

им. Л.А. Мелентьева 

СО РАН

В 

сфере развития электроэнерге-

тики  исторически  были  и  оста-

ются следующие приоритетные 

задачи [1]:

1)  повышение  качества  и  надежности 

энергоснабжения потребителей;

2) снижение числа аварий и отказов в ра-

боте энергетического оборудования;

3)  снижение  потерь  электроэнергии 

при генерации и транспортировке;

4)  уменьшение доли затрат в себесто-

имости электроэнергии.

Управление  спросом  (УС)  на  элек-

трическую  энергию  служит  важным  ин-

струментом  для  решения  указанных 

задач, поскольку обеспечивает поддер-

жание  и  регулирование  баланса  вы-

работки  и  потребления  электроэнергии 

и обладает общесистемным эффектом, 

формирующимся за счет снижения цен 

на  электроэнергию  для  потребителей 

и оптимизации загрузки и структуры ге-

нерирующих  и  электросетевых  мощно-

стей для энерго системы.

НАЗНАЧЕНИЕ

 

И

 

ИСТОРИЯ

 

ПОЯВЛЕНИЯ

 

УС

УС  является  разумным  компромиссом 

для  всех  участников  процесса  произ-

водства-передачи-потребления  электро-

энергии и предоставляет им определен-

ные выгоды [2]:

1.  Для  потребителей  предполагается 

улучшение  энергоэкономических  па-

раметров  производства  на  основе 

повышения  энергоэффективности, 

рационализации  режимов  электро-

потребления  и  снижения  стоимости 

электроэнергии.

2.  Для  энергокомпаний  устраняется 

угроза потери доходов из-за наращи-

вания  неэффективно  используемой 

генерации,  а  вследствие  снижения 

неопределенности спроса повышает-

ся  качество  планирования  развития 

энергомощностей в регионах.

3.  Происходит развитие и поддержание 

рынков  по  производству,  внедрению 

и  обслуживанию  энергоэффектив-

ного оборудования, а также услуг по 

энергосбережению.

4.  Общество  в  целом  выигрывает  за 

счет  экологического  эффекта  при 

производстве, передаче и потребле-

нии электроэнергии, получаемого за 

счет  снижения  количества  вредных 

выбросов и потерь электроэнергии.

По своей сути УС — это инициатив-

ная  форма  экономического  взаимодей-

ствия  энерго снабжающих  организаций 

с потребителями, обеспечивающая вза-

имовыгодное  регулирование  объемов 

и режимов электропотребления [2]. Сущ-

ность  УС  заключается  в  целенаправ-

ленном  и  планомерном  воздействии 

энергокомпаний  на  объемы,  структуру 

и режимы электропотребления в обслу-

живаемом регионе.

За  рубежом  предпосылкой  к  созда-

нию  программ  по  реализации  УС  стал 

мировой  энергетический  кризис  1973–

1979  годов,  повлекший  за  собой  рост 

цен  и  дефицит  первичных  ресурсов, 

а  следовательно,  и  повышение  цен  на 

электроэнергию. В США в 1978 году был 

принят  закон  о  национальной  политике 

энергосбережения,  с  помощью  которого 

разрабатывался комплекс мер, получив-

ший название Demand Side Management 

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ

Ключевые

 

слова

:

управление спросом на 

электрическую энергию, 

электроэнергетическая 

система, потенциал, 

перспективы


Page 3
background image

75

(DSM).  DSM  предполагал  два  направления:  повы-

шение  энергоэффективности  потребителей  (сниже-

ние электропотребления) и управление их нагрузкой 

(сдвиг  электропотреб ления  по  отношению  к  пикам 

и провалам графиков нагрузки). Оба направления ос-

новывались  на  финансовом  стимулировании  потре-

бителей, затраты на которое несли непосредственно 

энергокомпании,  получая  взамен  экономию  за  счет 

снижения  вводов  новой  и  отказа  от  эксплуатации 

устаревшей  и  неэкономичной  генерации.  Таким  об-

разом,  экономическая  эффективность  механизмов 

УС базируется на альтернативе строительства новых 

энергетических мощностей и обусловлена существен-

но более низкими затратами на энергосбережение по 

сравнению с дополнительным или пиковым производ-

ством  электроэнергии.  Разница  таких  затрат  может 

составлять от двух до десяти раз при сроках окупае-

мости инвестиций от одного до трех лет [2].

СОВРЕМЕННОЕ

 

СОСТОЯНИЕ

 

И

 

ПОТЕНЦИАЛ

 

УС

В  настоящее  время  лидером  по  привлечению  по-

требителей к УС также является Северная Америка, 

где в различных мероприятиях задействовано более 

500 энергокомпаний и используется порядка 21 ГВт 

мощности  промышленных,  а  также  7  ГВт  мелкомо-

торных и бытовых потребителей [3].

В  Европе  на  сегодня  в  УС  задействовано  около 

20 ГВт мощности потребителей, при этом общий по-

тенциал составляет 100 ГВт с перспективой роста до 

160 ГВт к 2030 году. Наибольшее распространение 

программ УС достигнуто в Финляндии, Франции, Ве-

ликобритании, Бельгии, Швейцарии, Монако.

В странах Азии УС активно используется в Южной 

Корее и Таиланде, где за период с 1993 по 2000 год 

удалось  добиться  снижения  пиковой  нагрузки  на 

556 МВт. Определенные успехи в данной области на-

блюдаются в Китае.

Последние современные тенденции показывают, 

что  УС  позволяет  привлечь  к  своим  целям  от  5  до 

10%  пиковой  нагрузки  потребителей.  В  перспек-

тиве  эта  величина  может  быть  увеличена  до  15%. 

Общемировой объем привлекаемой к УС мощности 

в 2016 году составил 39 ГВт, а к 2025 году способен 

вырасти до 144 ГВт (рисунок 1) [3]. 

По  оценкам  Международного 

энергетического  агентства  (МЭА) 

около  3900  ТВт∙ч  потребляемой 

сегодня  электроэнергии  потенци-

ально  доступно  для  управления 

нагрузкой,  к  2040  году  величина 

этих  показателей  может  достичь 

6900  ТВт∙ч,  что  составит  около 

20%  мирового  потребления  элек-

троэнергии.

В России по некоторым оценкам 

к мероприятиям по УС может быть 

привлечено от 4 до 6 ГВт мощно-

сти  потребителей  [3].  Основные 

факторы,  мешающие  масштаб-

ному  привлечению  потребителей 

к УС в отечественных условиях:

 

– большая  годовая  и  суточная  неравномерность 

графиков нагрузки в ряде объединенных энерго-

систем, что определяет краткосрочное и неэф-

фективное использование УС;

 

– противоречие  УС  интересам  энергокомпаний, 

нацеленных на рост объема продаж и прибыли от 

реализации электроэнергии;

 

– недостаток финансирования программ УС;

 

– трудности в распределении обязанностей между 

участниками УС;

 

– недостаточное внимание к возможностям УС при 

проведении реформ в электроэнергетике.

Старт массовых программ УС в России пришел-

ся  на  2017  год  —  период  профицита  мощностей 

в энергосистеме в размере 20 Гвт [4]. В связи с этим 

первый  опыт  применения  УС  оказался  скорее  не-

удачным. Так из 19 случаев разгрузки потребителей 

за 2017 год и первую половину 2018 года 13 прои-

зошли в тестовом режиме. Наибольшую активность 

участия в УС проявили активы ОК «РУСАЛ».

Тем  не  менее,  основываясь  на  общемировом 

опыте, потенциал УС находится в одном ряду с тра-

диционной  и  возобновляемой  генерацией,  а  также 

с  накопителями  энергии  и  способен  обеспечивать 

энергосистеме определенную гибкость.

МЕХАНИЗМЫ

 

РАЗВИТИЯ

 

УС

На  энергетических  рынках,  где  имеется  многолет-

ний опыт УС, динамика развития данного сегмента 

происходила от «простого к сложному», то есть сна-

чала охватывались крупные потребители и в даль-

нейшем постепенно привлекались все более мел-

кие нагрузки. 

Теоретически  к  участию  в  мероприятиях  по  УС 

на электрическую энергию могут быть привлечены 

различные потребители, отличающиеся между со-

бой как режимами работы и технологическими про-

цессами  потребления  электроэнергии,  так  и  уста-

новленной  мощностью  своих  электроприемников. 

Приоритетными  же  для  участия  в  мероприятиях 

по УС являются потребители, нагрузка которых мо-

жет быть кратковременно снижена или сдвинута во 

времени  без  ущерба  для  основной  деятельности, 

например,  потребители  из  сферы  эксплуатации 

Рис

. 1. 

Объем

 

УС

 

на

 

мировых

 

рынках

 2016–2025 

гг

. (Navigant Research, 2016)

2016

160 000

140 000

120 000

100 000

80 000

60 000

40 000

20 000

2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025

МВт

Северная Америка
Европа
Азиатско-Тихоокеанский регион
Латинская Америка
Ближний Восток и Африка

 5 (62) 2020


Page 4
background image

76

Рис

. 2. 

Типы

 

конфигурации

 

управления

 

спросом

VI

III

V

II

IV

I

зданий, такие как электропотребляющие установки 

для обогрева и кондиционирования.

Крупные системообразующие потребители в силу 

величины своей мощности имеют возможность пря-

мого  выхода  на  оптовый  рынок  электроэнергии. 

Мелкомоторные  же  потребители  из-за  своего  от-

носительно  небольшого  электропотребления  такой 

возможности лишены. Также в силу большого коли-

чества и разнообразия технологических параметров 

они практически не поддаются прямому управлению 

(диспетчеризации)  со  стороны  электроэнергетиче-

ской системы. В связи с этим весь пласт мелкомо-

торных потребителей долгое время был практически 

отрезан от участия в мероприятиях по УС.

В то же время именно мелкомоторные потреби-

тели  (малые  производственные  и  торговые  пред-

приятия,  административные  здания,  бюджетные 

учреж дения и бытовые потребители) в силу отсут-

ствия жестких ограничений по своим технологиче-

ским  процессам  после  упорядочивания  режимов 

своей  работы  являются  наиболее  маневренным 

классом  потребителей  и  представляют  наиболь-

ший  интерес  для  организованного  привлечения 

к реализации программ УС. 

С  целью  решения  данной  проблемы  20  марта 

2019  года  было  утверждено  Постановление  Прави-

тельства  РФ  №  287  [5],  в  котором  определены  пра-

вила действия механизма УС с участием агрегаторов 

УС — организаций, объединяющих ресурсы различ-

ных потребителей для предоставления услуг по УС. 

Согласно этому постановлению в ряде регионов Рос-

сии были образованы и заработали в пилотном режи-

ме работе агрегаторы УС [3], призванные обес печить:

 

– поиск потребителей, обладающих возможностями 

изменения  графика  своего  электропотребления 

без ущерба или с минимальным ущербом своей 

деятельности (производство, режим работы, быт 

и т.д.);

 

– проведение  оценки  имеющихся  у  потребителей 

возможностей  изменения  электропотребления 

и разработку оптимальных алгоритмов их участия 

в программах УС;

 

– оснащение  потребителей  необходимыми  систе-

мами автоматизации;

 

– выполнение функции представительства на опто-

вом рынке;

 

– предоставление  на  оптовом  рынке  ресурсов 

упорядоченного совместного изменения нагруз-

ки групп потребителей в виде единого элемента 

(например, виртуальной электростанции) — пула 

регулируемых по нагрузке потребителей, объек-

тов  ВИЭ  и  распределенной  генерации,  а  также 

накопителей,  связанных  между  собой  единым 

программным  обеспечением  и  находящихся 

в общей системе управления (примером вирту-

альной электростанции может служить успешно 

работающий Британский Limejump);

 

– несение  ответственности  за  взаимное  исполне-

ние  обязательств  сторон-участников  рыночных 

отношений.

В  задачи  агрегаторов  УС  входит  и  обеспечение 

затрат на подготовку потребителей к участию в УС, 

к основным задачам относятся [3]:

 

– капзатраты на превращение нагрузки из пассив-

ной в управляемую;

 

– капзатраты  и  операционные  затраты  на  инте-

грацию потребителей в информационно-измери-

тельный контур;

 

– капзатраты и операционные затраты на налажи-

вание коммерческого учета электроэнергии, обе-

спечение расчетов и платежей;

 

– издержки  посреднической  деятельности  (оплата 

услуг  банков,  биллинговых  компаний,  текущего 

обслуживания оборудования и т.д.).

Данные затраты, как правило, являются решаю-

щим фактором при формировании программ УС.

В  качестве  основных  походов  к  потребителям 

агрегаторами  спроса  предполагается  использовать 

их,  так  называемые,  явное  (explicit,  dispatchable) 

и  неявное  (implicit,  nondispatchable)  вовлечение 

в управление спросом [4].

В программах явного УС нагрузка изменяется под 

действием команд либо с помощью системы автома-

тического  управления  нагрузкой  из  диспетчерского 

центра. Такое управление подразумевает финансо-

вое стимулирование участвующих в нем потребите-

лей и наиболее подходит для промышленного, ком-

мерческого и сельскохозяйственного секторов.

Неявное УС основано на ценах (price-based) или 

на  времени  (time-based)  и  предполагает  использо-

вание  потребителями  различных  видов  дифферен-

цированных  по  времени  тарифов,  которые  отража-

ют стоимость электроэнергии в различные периоды 

времени. Неявное УС, в первую очередь, направле-

но на секторы небольших коммерческих и бытовых 

потребителей.

Условно можно выделить шесть типов конфигура-

ции УС (рисунок 2) [6]:

1)  отсечение  пика  —  снижение  пика  нагрузки  без 

перераспределения спроса на другие часы суток;

2)  электросбережение — пропорциональное сниже-

ние графика спроса во все периоды;

3)  стимулирование  электропотребления  —  пропор-

циональное  повышение  графика  спроса  во  все 

периоды;

4)  сдвиг  нагрузки  —  почасовое  управление  пиком 

графика нагрузки;

5)  заполнение доли — покрытие минимумов нагруз-

ки для выравнивания с пиковыми периодами;

6)  гибкая форма управления — гибкое непрерывное 

изменение конфигурации графика спроса.

Значительные  изменения  привычной  концепции 

УС начали происходить относительно недавно в свя-

зи с наметившимся ростом привлекательности перед 

централизованными  системами  энергоснабжения 

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ


Page 5
background image

77

распределенной генерации (РГ). Во многом это объ-

ясняется следующим [7]:

 

– расположение генерации непосредственно в зоне 

потребления;

 

– сравнительно  малые  капиталовложения  и  сроки 

ввода генерирующего оборудования;

 

– возможность  использования  в  качестве  топлива 

отходов  или  побочных  продуктов  производства, 

а также местных видов топлива.

На  сегодняшний  день  лидерами  по  использова-

нию распределенной генерации являются:

 

– предприятия  нефтегазовой,  горнодобывающей,

металлургической,  целлюлозно-бумажной  и  хи-

мической  отраслей,  основная  особенность  кото-

рых  —  наличие  собственных  энергоресурсов 

и отдаленность от основных энергоисточников;

 

– агрокомплексы,  предприятия  по  переработке 

растительной  продукции,  лесозаготовительные 

и  деревообрабатывающие  предприятия,  имею-

щие  большое  количество  подлежащих  утилиза-

ции технологических отходов;

 

– хладокомплексы,  склады  —  предприятия,  для 

которых наличие собственной генерации необхо-

димо в качестве резервной, а зачастую и более 

выгодно  по  отношению  к  централизованному 

энергоснабжению;

 

– производства  с  четкими  планами  выпуска  про-

дукции и перспективами развития с относительно 

большими объемами электропотребления, позво-

ляющими  обеспечить  эффективную  загрузку 

и  эксплуатацию  собственной  генерации,  делаю-

щие ее выгоднее электропотребления от внешних 

источников.

В соответствии с «Энергетической стратегией Рос-

сии  на  период  до  2030  года»  доля  распределенной 

генерации  в  стране  может  достичь  20%  от  общего 

производства  электроэнергии.  Этому  будут  способ-

ствовать следующие стимулирующие факторы [6]: 

 

– неопределенности  развития  централизованной 

электроэнергетики;

 

– рост цен на «централизованную» электроэнергию;

 

– предсказуемость  затрат  на  эксплуатацию  соб-

ственной генерации;

 

– снижение рисков дефицита мощности;

 

– возможность маневров в развитии производства;

 

– повышение надежности и безопасности электро-

снабжения;

 

– снижение потерь в передающих сетях;

 

– развитие  возобновляемых  источников  энергии 

(ВИЭ).

Из этого следует, что полномасштабное развитие 

РГ должно тесно сочетаться с УС, в частности с по-

мощью технологий Smart Grid, обеспечивающих воз-

можности их совместной интеграции в единую энерге-

тическую систему [8].

ВЫВОДЫ

УС является сравнительно новым, но уже хорошо 

зарекомендовавшим себя инструментом для обес-

печения  гибкости  электроэнергетической  систе-

мы,  основное  назначение  которого  —  снижение 

электро потребления в пиковые часы взамен функ-

ционирования  наименее  эффективных  объектов 

генерации.

УС не включает в себя изменение электропотре-

бления,  обусловленное  распорядком  нормальной 

хозяйственной  деятельности  потребителей,  напри-

мер,  снижение  электропотребления  в  праздничные 

и выходные дни.

Происходящая  в  рамках  УС  продажа  управляе-

мой нагрузки осуществляется с помощью изменения 

цен на электроэнергию за счет сокращения общеси-

стемных затрат в обмен на стимулирующие выплаты 

потребителям.

Изначально  снижение  электропотребления  при

УС осуществлялось за счет изменения нагрузки по-

требителей с помощью мероприятий по электросбе-

режению или регулированию во временном разре-

зе. В последнее время возможности регулирования 

нагрузки  потребителей  существенно  расширились 

за счет использования средств распределенной ге-

нерации, а также накопителей электроэнергии. 

УС  имеет  большой  потенциал  и  до  сих  пор  не

изученные возможности, в связи с чем требует при-

стального внимания и изучения для повышения сво-

ей эффективности.  

ЛИТЕРАТУРА
1.  Сергеев  Н.Н.  Основные  направ-

ления  развития  и  модернизации 

электроэнергетики  //  Вестник  Уд-

муртского  университета.  Серия 

«Экономика и право», 2016, т. 26, 

вып. 1. С. 49–53.

2.  Гительман  Л.Д.,  Ратников  Б.Е., 

Кожевников  М.В.  Управление 

спросом  на  электроэнергию:  за-

рубежный опыт и адаптация к рос-

сийским  условиям  //  ЭАУ,  2012, 

№ 6. С. 61–65.

3.  Опадчий  Ф.,  Холкин  Д.,  Сидоро-

вич  В.  и  др.  Управление  спросом 

в  электроэнергетике  России:  от-

крывающиеся  возможности.  М.: 

Energinet, 2019. 100 с.

4.  Ишкова Е., Кулешов М., Рычков С. 

Поведенческое  управление  спро-

сом  //  Энергорынок,  2018,  №  4. 

С. 14–23.

5.  Постановление 

Правительства 

РФ от 20.03.2019 г. № 287 «О вне-

сении  изменений  в  некоторые 

акты  Правительства  Российской 

Федерации  по  вопросам  функци-

онирования  агрегаторов  управ-

ления  спросом  на  электрическую 

энергию в Единой энергетической 

системе  России,  а  также  совер-

шенствования  механизма  ценоза-

висимого  снижения  потребления 

электрической энергии и оказания 

услуг  по  обеспечению  системной 

надежности».  Москва.  27  марта 

2019.

6.  Дзюба  А.П.  Использование  на-

копителей  электроэнергии  в  ка-

честве  инструментов  управления 

спросом на электропотребление // 

Вестник Марийского государствен-

ного  университета.  Серия  «Сель-

скохозяйственные  науки.  Эконо-

мические  науки»,  2019,  т.  5,  №  2. 

С. 228–238.

7.  Куликов А.Л., Осокин В.Л., Папков 

Б.В. Проблемы и особенности рас-

пределенной  электроэнергетики 

//  Вестник  НГИЭИ,  2019,  №  11. 

С. 123–136.

8.  Волкова  И.О.,  Кобец  Б.Б.  Роль 

распределенной  генерации  в  ре-

ализации  концепции  Smart  Grid  // 

ЭКО, 2011, № 4. С. 87–94.

 5 (62) 2020


Читать онлайн

Управление спросом служит важным инструментом для обеспечения гибкости электроэнергетической системы, поскольку обеспечивает поддержание и регулирование баланса выработки и потребления электроэнергии и обладает общесистемным эффектом, формирующимся за счет снижения цен на электроэнергию для потребителей и оптимизации загрузки и структуры генерирующих и электросетевых мощностей. В статье рассматривается современное состояние и перспективы развития управления спросом, в том числе с учетом такой важной составляющей, как распределенная генерация. Оценивается его потенциал и возможность применения различных механизмов развития.

Поделиться:

«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Повышение эффективности почасового прогнозирования электропотребления с помощью моделей машинного обучения на примере Иркутской энергосистемы. Часть 2

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция
Томин Н.В. Корнилов В.Н. Курбацкий В.Г.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Превентивное управление нагрузкой в сетях 0,4 кВ в целях предотвращения возникновения аварийных ситуаций

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Релейная защита и автоматика
Удинцев Д.Н. Милованов П.К. Зуев А.И.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Принципы формирования цифровой платформы для управления надежностью распределительных электрических сетей в современных условиях эксплуатации

Управление сетями / Развитие сетей Энергоснабжение / Энергоэффективность Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция
Крупенев Д.С. Пискунова В.М. Гальфингер А.Г.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Новые технологии удаленного мониторинга и энергоэффективности электрооборудования сетей

Энергоснабжение / Энергоэффективность Цифровая трансформация / Цифровые сети / Цифровая подстанция Диагностика и мониторинг
ООО «Сименс»
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение» № 1(70), январь-февраль 2022

Обеспечить равные возможности для всех при справедливом распределении ответственности

Интервью Управление производственными активами / Техническое обслуживание и ремонты / Подготовка к ОЗП Энергоснабжение / Энергоэффективность
Интервью с Председателем Комитета по энергетике Государственной Думы Завальным П.Н.
«ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЯ. Передача и распределение»