Анализ методов оценки экономической эффективности гидрометеорологического обеспечения различных отраслей экономики

Энергетика

Энергетика - топливно-энергетический комплекс, включающий получение, передачу, преобразование и использование различных видов энергии и энергетических ресурсов. Энергетическое хозяйство обеспечивает всеми видами энергии экономики страны и включает в себя:

• 1) электроэнергетическую систему (электрические системы и сети теплоснабжения);
• 2) систему нефте - и газоснабжения;
• 3) систему угольной промышленности;
• 4) систему ядерной энергетики.

Электроэнергия вырабатывается тепловыми (ТЭС), гидравлическими (ГЭС), атомными (АЭС), приливными электростанциями (ПЭС), а также государственными районными электростанциями (ГРЭС).

Гидрометеорологическое обеспечение энергетики, призванное более полно использовать топливные и водные ресурсы, включает самые различные виды изыскательских и расчётных работ, а также оперативное обслуживание.

Содержание и форма гидрометеорологической информации также разнообразны. Тепловая энергетика нуждается, прежде всего, в данных о температуре воздуха, облачности, скорости и направлении ветра для оптимизации режимов работы энергети ческих агрегатов и регулирования отпуска тепла потребителям. Поддержание в исправном состоянии линий электропередачи (ЛЭП) осуществляется с привлечением сведений о гололёдных нагрузках на проводе.

Гидрологическая информация сводится, прежде всего, к оперативным материалам о температуре воды, закачиваемой в систему охлаждения. Если ТЭС использует вариант прямоточного охлаждения, предполагающий забор воды непосредственно из естественного водного объекта и отвод её в конце технологического цикла в тот же водоём или водоток, то необходимы данные об уровнях, а иногда и о расходе воды источника водоснабжения. В переходные периоды гидрологического года приобретает важность информация о ледовой обстановке на реке, озере или водохранилище о наличии шуги, дрейфе льда и т.д.

В горных местностях внимание уделяется сведениям об угрозе схода снежных лавин и селевых потоков, способных разрушить как ЛЭП, так и энергетические предприятия.

Обслуживание гидроэнергетики (ГЭС) сводится к обеспечению гидрологической информацией всего комплекса работ по проектированию, строительству и эксплуатации ГЭС.

Учёт гидрологических прогнозов при эксплуатации ГЭС.

При эксплуатации ГЭС и каскадов ГЭС широко используются прогнозы объёмов притока воды в водохранилища, уровня воды в верхнем и нижнем бьефе, ледовых явлений и других характеристик гидрологического режима реки и водохранилища. Наибольший экономический эффект дают долгосрочные прогнозы притока воды в водохранилища сезонного регулирования, используемые для определения объёма предпаводковой сработки воды. Альтернативой здесь является постоянный объем сработки, рассчитанный на среднюю многолетнюю норму притока в период половодья. Если при этом фактический объём притока окажется выше нормы, то могут потребоваться холостые сбросы воды; если же он будет ниже нормы, то к концу паводка водохранилище может оказаться не заполненным до нормального подпорного горизонта (НПГ). В первом случае потери выработки электроэнергии будут пропорциональны объёму холостых сбросов, во втором - потери части напора в течение времени, необходимого для восстановления НПГ. Экономические последствия недовыработки электроэнергии ГЭС в лучшем случае эквивалентны количеству энергии, вырабатываемому на ТЭС; в худшем - временное ограничение электропотребления на отдельных предприятиях. При этом себестоимость киловатт-часа электроэнергии, полученной на ТЭС больше, чем на ГЭС.

Э.И. Монокрович приводит такой пример [4]. Был подсчитан фактический эффект от использования прогнозов расхода на вегетационный период (апрель - сентябрь) по р. Сырдарье (створ Ак-Джар). Эти прогнозы используются для выбора режима предпаводковой сработки запаса воды Кайракумской ГЭС. Если по прогнозу ожидается расход выше нормы, то сработка ведётся до более низкого горизонта и создаётся большая свободная ёмкость для приёма паводка. Если расход ожидается ниже нормы, то уровень в водохранилище на 31 марта поддерживается более высоким с целью сохранения воды для поливов во второй половине вегетационного сезона и недопущения работы ГЭС с чрезмерно низкими напорами. Эффективность, подсчитанная за 10 летний период путём сопоставления фактически имевших место потерь с теми, которые были бы, если бы потребитель ориентировался на норму. Из 10 прогнозов Узбекистанской Гидрометслужбы удачными оказались 7, неудачными - 2 и один нейтральным. Причём, было удачно предсказано сильное маловодье (1965 г.) и многоводье (1969 г.). Благодаря использованию прогнозов, уменьшению холостых сбросов и сокращению периодов работы с пониженным напором ГЭС за указанный период дополнительно выработано порядка 157 млн. квт. ч.

Кроме полученного эффекта в сфере энергетики, необходимо учитывать прибыль от нормальной работы сельского хозяйства, что увеличит общий экономический эффект.

По данным Г.И. Угренинова, оправдываемость долгосрочных прогнозов в среднем составляет 80-85%. И если, например, выработка электроэнергии Камской ГЭС составляет 687 млн. квт. ч./год в среднем за многолетний период, то при использовании абсолютно точного прогноза (идеальный случай) гидрографа весеннего притока эта выработка составила бы 728 млн. квт ч/год. Отсюда делается простой вывод, что повышение оправдываемое™ прогноза на 5 % даст дополнительную выработку 10-14 млн. квт ч/год с соответствующим экономическим эффектом в денежном выражении. А если учесть весь Волжско-Камский каскад ГЭС то эффективность прогнозов возрастёт многократно [6].

Расчёты экономической эффективности норматавной информации при гидрологическом обосновании проектов громоздки, но не представляют методических трудностей и ведутся с использованием формул (4.8-4.10). Обычно практические расчёты экономической эффективности путём сравнения базового и оптимального «пакетов» гидрометеорологических сведений не выполняются. Уточнённые нормативные данные позволяют получить более оптимальные результаты при выполнении проектных работ. Поэтому затраты на их получение полностью окупаются.

Так, по данным Г.И. Угренинова, анализ оправдываемое™ и заблаговременности прогнозов притока в Каховское водохранилище позволил существенно сократить фронт водопропускных отверстий при создании проекта Каховской ГЭС, и следовательно уменьшить капиталовложения, при этом разность (Ki -К₂,о) в формуле (4.9) достигла многих миллионов рублей. Высокая оправдываемое™ прогнозов исключает возможность крупного просчёта, влекущего за собой аварию, т.е. в формуле (4.9) можно Са = 0, если Са - эксплуатационные затраты за период аварий в результате непредусмотренного прогнозами высокого половодья или паводка.

Гидрологические прогнозы применяются в энергетике, прежде всего для оптимизации режимов регулирования стока и планирования выработки электроэнергии. Предупредительные цели, включающие защиту дамбы, плотины и сооружений от разрушения, также требуют прогностической информации, но обычно запас прочности гидростанций таков, что этот аспект гидрологического обеспечения играет заметную роль, прежде всего в процессе строительства: при перекрытии русел, отведении рек и т.д.

Экономическая эффективность гидропрогнозов определяется режимом регулирования стока, осуществляемого той или иной ГЭС. При многолетнем регулировании стока, наиболее эффективны прогнозы притока, составленные с большой заблаговременностью.

Прогнозы меньшей заблаговременности используются для текущей корректировки режимов регулирования стока.

Оценку экономической эффективности прогнозов в работе водохранилищ многолетнего регулирования целесообразно начинать с анализа гидролого-экономической ситуации в многоводные сезоны, причём интерес представляет, прежде всего, предсказание объёма притока в целом на период заблаговременности без детализации распределения за этот период.

Для повышения эффективности эксплуатации водохранилищ сезонного регулирования, кроме прогнозов объёма притока на многоводный сезон, необходимы сведения об ожидаемом гидрографе или, как минимум, о датах начала половодья или паводочного периода, о сроке наступления пика половодья и т.д.

Суточное и недельное регулирование стока не позволяет в должной мере использовать долгосрочные гидрологические прогнозы в эксплуатационных целях для повышения выработки электроэнергии. Здесь обычно используются квартальные и месячные прогнозы стока.

На практике оценка экономической эффективности использования прогностической информации в энергетике часто сводится к оценке экономического эффекта единичных прогнозов, особенно в случае предсказания резко аномальных явлений. В качестве экономического эффекта принимается разность потерь:

№уу' = КУьУ-КУьУ' > (51)

где R у - потери при ориентировке на норму, т.е. при решении ? = у и фактически осуществившемся явлении

Ryhy = 0y_h-Oy_hy, (5.2)

a Ry_hy’ - то же при полном доверии к прогнозу, т.е. I = у';

^Ry_hy' = Ф* -tyi,y'' >

(53)

Оу _h •> fyh У ^и &У/гУ ~ (полезность решения) выработка электроэнергии, соответственно при «абсолютно точном» знании притока y_h, при выборе типового среднего многолетнего режима регулирования у и при корректировке этого режима с учётом прогноза у.

В действительности потери Ry_hy и Ry_hy неполно оценивают даже конъюнктурную ситуацию за период заблаговременности конкретного прогноза, тж. потребитель не всегда использует в качестве решения стратегию полного доверия прогнозу I = у¹ или неукоснительно следует среднему многолетнему графику притока.

Оценка полезности единичных прогнозов даёт лишь информацию к построению матрицы потерь R = || R_yj (_к || или к выявлению функции R{y,(.) не описывая явления в целом.

Отдельные прогнозы могут приводить к существенным потерям при высокой эффективности методики в целом. Это регулярные прогнозы, составляемые в определённые сроки в течение длительного периода. Предсказания экстремальных явлений, не предусмотренных проектами сооружений, например, предупреждения о катастрофических селях, лавинах или оползнях в береговой зоне горных водохранилищ, должны оцениваться по-иному, с учётом уникальности события.