Потери при передаче
Предыдущее обсуждение было ориентировано на определение нагрузки, которая будет применена к термо- и гидроустановкам, чтобы получить равное увеличение стоимости топлива для минимума общих затрат на преобразование. Проблема только отчасти решена, однако рассматриваются потери при передаче.
Ранее упоминалось, что если потери при передачи могут быть оценены, их эффект может использоваться как коэффициент к стоимости топлива (или цена воды для гидро-), чтобы компенсировать для потери энергии в передаче и прийти к экономически правильной загрузке системы.
В разделах относительно передачи энергии и переменного тока было указано, что все линии электропередач имеют сопротивление, определяемое материалом проводника, размером проводника и длиной линии. Также было указано, что потеря трансмиссии в ваттах являлось продуктом линейного тока, возведенного в квадрат и умноженного на сопротивление линии.
В простейшей возможной системе энергетическая установка, связанная единственной линией передачи с нагрузкой, определение потери трансмиссии довольно просто. Рисунок 4-7 показывает данный случай.
Генератор должен, конечно, производить достаточно энергии, чтобы обеспечивать нагрузку плюс потери передачи (в вышеуказанном случае – нагрузка плюс 100 kW). Мощность, требуемая, чтобы обеспечить потери, будет двигать производство на самый высокий уровень постепенного увеличения графика затрат, нацеленным на увеличение стоимости каждого киловатта энергии.
Когда 2 или более энергетические установки связаны нагрузкой через отдельные линии передач, то правильное распределение нагрузки между установками будет результатом, когда дополнительные издержки, включая затраты поставки энергии на потери при передаче, равны.
Проблема состоит из целой структуры сложностей, таких как количество установок, линий, нагрузок и точек пересечения профилей. Методы подсчетов факторов потерь, осуществляемые вручную, становятся непрактичными, и необходимо прибегнуть к аналогу или цифровым компьютерным устройствам, чтобы определить воздействие потерь трансмиссии на энергетическую систему.
Никаких усилий не будет предпринято для выработки математического решения относительно проблемы потери передачи. С целью этого обсуждения будет достаточно утверждать, что координационное уравнение было выведено для того, чтобы определить, что называется фактором штрафа. Фактор штрафа равен 1/ (1 – фактор потери), его можно определить, когда увеличивается фактор потери, и фактор штрафа будет возрастать.
Чтобы определить факторы штрафа, необходимо создать математическую модель системы. После того, как это было сделано, компьютерный аналог фактора штрафа или цифровой компьютер может быть использован, чтобы определить факторы штрафа для любого состояния нагрузки, для каждого положения электростанций или источника канала прямой связи к центру загрузки системы. Когда вычисления фактора штрафа определены как «вне сети», они вручную измеряются логарифмической линейкой для каждого компонента или механизмов фактора штрафа по аналогу устройства управления. Посредством кривой дополнительных издержек, направленной вверх или вниз, в зависимости от фактора штрафа, таким образом, чтобы генерирующие установки загружались строго на конкурентной основе для минимума затрат, включая потери при передаче. Эти методы стали относительно устаревшими, благодаря широкому принятию и применению цифровых компьютеров для контроля энергетической системы.
Когда цифровые компьютеры используются для контроля системы, вычисление факторов штрафа производят через повторяющиеся интервалы, вырабатываются импульсы контроля над установкой, включая текущие факторы штрафа; таким образом, генерирующая система последовательно обслуживается с наиболее экономически выгодным распределением между энергетическими агрегатами.
Ранее было показано, что минимум топлива будет израсходовано, когда энергетические агрегаты эксплуатируются при равных дополнительных издержках. Чтобы продемонстрировать эффект передачи факторов штрафа на категорию нагрузки между энергетическими установками, будет разработан пример, использующий 2 машины, рассмотренные ранее, однако с фактором штрафа 1,2, применяемым к установке В, а фактор штрафа 1.0 – к установке А.
При этих условиях величины входа-выхода и дополнительные издержки кривой установки В будет умножено на 1,2 и перенесено на график. Это сделано, и кривые для установки В, функционирующей с предполагаемым фактором штрафа, показаны на рисунках 4-5 и 4-6. Эффект заключается в том, чтобы увеличить вход-выход и кривые дополнительных издержек. Если фактор штрафа менее 1, то будет показано, что потери в системе будут уменьшены добавлением нагрузки в установку В, и кривые пойдут вниз.
Сравнительная табуляция при новых условиях показана в таблице 4-3. Таблица показывает, что минимум затрат на топливо произойдет при 47 MW на установке А и 53 MW – на установке B (при равных дополнительных издержках на топливо - $33/MWh.
Экономический обмен энергией
Другая проблема, с которой сталкивается оператор системы, - это определение, когда экономически выгодно покупать энергию или продавать ее другим системам. Когда энергия приобретается и поступает в систему, то энергия, которая должна быть произведена, чтобы осуществлять загрузку системы, уменьшается на количество энергии, полученной из другой системы. И наоборот: когда энергия продается, производство энергии должно быть равно нагрузке системы плюс количество на продажу.
Предшествующее обсуждение продемонстрировало, что когда выпуск энергии энергетической установки возрастает, то дополнительные издержки установки и дополнительные издержки системы увеличиваются. И наоборот: когда энергию получают из другой системы, то единица нагрузки уменьшается.
Когда энергия продается, то дополнительные издержки должны определяться из расчета, чтобы иметь возможность устанавливать цену для возможных покупателей энергии.
Когда энергия продается, производственные издержки уменьшаются, и данное сбережение имеет цену, которая должна определяться. Стоимость сбережения при покупке называется пониженными издержками.
Формулировка этих двух терминов следующая:
1. Дополнительные издержки – это издержки, которые случаются при выработке дополнительного количества энергии.
2. Пониженные издержки – издержки, сохраненные на невыработке количества энергии.
Эти единицы обычно используются как центы на киловатт-часы или доллары на
мегаватт-часы.
Методы, используемые для определения дополнительных издержек при сделке-продаже, заключается в том, чтобы взять среднее количество дополнительных издержек существующей системы и новых дополнительных издержек и установить среднюю цифру для предполагаемого покупателя. В качестве примера предположим, что существующие затраты равны $0,03 /kWh. Если предполагается продажа 100 MW, то затраты на нагрузку новой системы будут $0,035/kWh. Средние издержки тогда составят (0,03 + 0,035)/2 = $0,0325/kWh.
Точно так обратный процесс используется, когда энергия приобретается. Предположим, что существующая цена равна $0,03 kWh, а желательно приобрести нужно
100 MW энергии. Количество полученной энергии уменьшит издержки системы до $0,025/kWh. Пониженные издержки (среднее сбережение) составит ($0,03 + $0,025)/2 = 0.0275/kWh.
Рассматривая сделки, включающие покупку или продажу энергии, в качестве определения того, каким образом энергетические установки будут загружены при максимуме экономии, то должен рассматриваться эффект потерь при передаче. Как было указано, для того, чтобы тщательно определить, каким образом энергетические установки будут загружены, единица дополнительных издержек умножается на фактор штрафа, чтобы рассчитать значение энергии в центре нагрузки системы.
Когда энергию получают из другой системы через канал прямой связи, она проходит точно так же, как если бы поступала из энергетической установки в точке связи. Цена в точке святи умножается на фактор штрафа, чтобы определить стоимость приобретаемой энергии в центре загрузки, сравниваемой с той, которая получена из других энергетических установок в системе.
Когда оценивается продажа энергии, то правильным является противоположная ситуация. В этом случае энергия передается из центра загрузки в точку связи с системой закупа, и желательно определить стоимость энергии в точке связи. Чтобы определить это, нужно стоимость энергии (системы дополнительных издержек) в центре загрузки разделить на фактор штрафа.
Примеры в обоих случаях будут приведены. Во-первых, предположим, что система дополнительных издержек $0,03/kWh в центре загрузки. Покупка 100 MW предполагается по установленной цене, равной $ 0,026/kWh. Фактор штрафа из точки связи в центр загрузки определен как 1,15.
Чтобы оценить тщательно экономические условия предлагаемой покупки, будет необходимо определить как цену приобретаемой энергии в центре загрузки, так и пониженные издержки приобретения для системы. Цена в центре загрузки будет равна $0,026 х 1,15 = $0,0299/kWh. Если преобразование в системе уменьшается на 100MW из-за покупки, а затраты системы уменьшены до $0,027, то пониженные издержки будут ($0,03 + 0,027)/2 = $0,0285/kWh. В этом случае не будет экономии при покупке энергии, так как затраты закупаемой энергии больше, чем пониженные издержки при экономии.
Другая ситуация могла бы изложить, как систему с дополнительными издержками $0,03/kWh при существующей нагрузке попросили поставить 100 MW в другую систему с дополнительными издержками $0,042/kWh при существующей нагрузке. Предположим, что дополнительные издержки системы, продающей энергию, равны $0,035/kWh с дополнительной нагрузкой, а также, что фактор штрафа до точки связи равен 1,02 при доставке 100MW. Устанавливаемая цена будет:
изначальная цена + новая цена Х _________1_______
2 фактор штрафа
либо
0,03 + 0,035 Х _________1_______
2 1,02
Система, приобретающая энергию, определит пониженные издержки следующим образом. Предполжим, что производство снижено на 100 MW, издержки системы будут уменьшены до $0,038/kWh, а фактор штрафа из точки связи к центру загрузки равен 1,05. Пониженные издержки будут равны ($0,042 + 0,038)/2 Х 1,05 = $0,042/kWh. Разность между пониженными издержками покупателя и дополнительными издержками продавца будут равны $0,042 – 0,0318 = 0,0102/kWh.
В сделках купли-продажи такого типа, о которых указано выше, обычным является развивка сбережений между системами покупки и продажи. Иными словами, средняя сумма пониженных издержек покупателя и дополнительных издержек продавца будет определяться, как в примере, только что описанном.
Пониженные издержки покупателя = $0,042/kWh.
Дополнительные издержки продавца = $0,0318/kWh.
Средняя величина = 0,042 + 0,0318 = $0,0369/kWh
Система, которая приобретает энергию, заплатит $0,0369/kWh и сэкономит разницу между тем, что затрачено на производство энергии, и издержками закупленной энергии. В этом случае $0,042 – 0,0369 = 0,0051/kWh, что показывает при доставке 100 MW экономию в $510 в час. Продавец в качестве выигрыша получит то же самое количество.
Очевидно, когда существенная разница между издержками в системах, то желательно совместными усилиями вступать в сделки такого типа, как было рассмотрено. Большинство договорных условий между системами относительно экономии энергии имеют минимум разницы ($0,005/kWh) до того, как такие сделки одобрены. Это делается для того, чтобы избежать ошибок в оценке нагрузки, которая может колебаться в течение периода поставки, который обычно является фиксированным, например, час. Кроме того, определение дополнительных издержек и пониженных издержек могут быть неточными, а пока существенное различие существует, могут случаться потери вместо экономии.
В некоторых случаях вместо средних дополнительных издержек продавца и пониженных издержек покупателя продажа энергии подсчитывается путем умножения дополнительных издержек продавца на фиксированный процент, например, 15. Например, продаже может повлиять на дополнительные издержки продавца: $0,03/kWh Х 115 % или $0,03 Х 1,15 = 0,00345/kWh. Этот метод подсчета стоимости энергии используется, когда покупатель, возможно, не знает пониженные издержки. Иногда контракты разрешают сделки другим методом.
В дополнение к вопросам о затратах энергии, контракты обычно также содержат условия о покрытии затрат на выпуск, если необходимо начать выпуск, чтобы обеспечить объем и энергию на продажу. Цены за объем также обычно включены в условия договоров.
Краткое изложение
Этот раздел может быть резюмирован напоминанием о том, что целью в работе энергетической системы является производство и передача энергии, чтобы соответствовать загрузке системы при минимуме затрат на производство, а также с тщательным рассмотрением влияния на систему безопасности. Эта цель достигается, когда все производство функционирует с одинаковыми дополнительными издержками, а также с учетом потерь при передаче.
Предприятия, функционирующие на выработке энергии из воды, могут быть объединены в систему путем установления стоимости воды, используемой на гидро-предприятиях, а затем загрузив их дополнительными издержками, сравнивать с предприятиями, работающими на тепловой энергии.
Экономия в затратах по топливу может быть достигнута путем тщательного соблюдения экономики при загрузке энергетических установок.
Покупка и продажа энергии может также быть использована для минимизации расходов на производство энергии. В рассмотрении таких сделок стоимость закупленной энергии может сравниваться со сбережением, которое может стать результатом не произведенной энергии, вовлеченной в покупку.