Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях Динамика, структура, методы анализа и мероприятия

В. Э. Воротницкий, доктор техн. наук, профессор,

М. А. Калинкина, канд. техн. наук,

Е. В. Комкова, канд. техн. наук, ОАО «ВНИИЭ»,

В. И. Пятигор, инженер ОАО «ФСК ЕЭС»

Введение

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, кризисные явления в стране в целом и в энергетике в частности отрицательным образом влияют на такой важный показатель энергетической эффективности передачи и распределения электроэнергии, как ее потери в электрических сетях.

Характерным при этом является то, что зависимость роста потерь в сетях и кризиса экономики имеет место не только в России и странах СНГ, но и в других странах, вступивших в период перехода от централизованных к рыночным методам управления экономикой. Это, очевидно, связано с ослаблением в такой период контроля за потреблением электроэнергии, снижением платежеспособности значительной части потребителей, в первую очередь населения, с ростом хищений электроэнергии, обострением проблем из-за несовершенства традиционной системы учета электроэнергии и т. д.

Сверхнормативные потери электроэнергии в электрических сетях – это прямые финансовые убытки электросетевых компаний. Экономию от снижения потерь можно было бы направить на техническое переоснащение сетей; увеличение зарплаты персонала; совершенствование организации передачи и распределения электроэнергии; повышение надежности и качества электроснабжения потребителей; уменьшение тарифов на электроэнергию.

Снижение потерь электроэнергии в электрических сетях – сложная комплексная проблема, требующая значительных капитальных вложений, необходимых для оптимизации развития электрических сетей, совершенствования системы учета электроэнергии, внедрения новых информационных технологий в энергосбытовой деятельности и управления режимами сетей, обучения персонала и его оснащения средствами поверки средств измерений электроэнергии и т. п.

Цель статьи – рассмотреть динамику и структуру потерь электроэнергии в электрических сетях России и за рубежом, методы анализа и основные мероприятия по снижению потерь в электрических сетях 0,38–110 кВ.

Таблица (подробнее) Динамика потерь электроэнергии в электрических сетях России за 1994–2003 годы

Динамика и структура потерь электроэнергии

Динамика потерь электроэнергии в электрических сетях России за 1994–2003 годы представлена в таблице [1].

Из нее видно, что за указанный период отпуск электроэнергии в сеть увеличился на 5 %, абсолютные потери выросли на 37 %, а относительные – на 31 %. При этом, если в середине 80-х годов ХХ века потери в сетях бывшего Минэнерго СССР составляли 9,2 %, то в 2003 году они достигли максимального уровня – 13,15 %. В отдельных энергосистемах относительные потери уже превысили 20 % и более, в некоторых электросетевых предприятиях они достигают 40–50 %.

Рисунок 1. (подробнее) Потери электроэнергии в сетях некоторых энергосистем

Анализ зависимости относительных потерь электроэнергии в энергосистемах от доли потребления промышленностью (в % от полезного отпуска) (рис. 1) показывает, что чем выше доля промышленного потребления (Тюменьэнерго 70,5 %), тем ниже уровень относительных потерь – 6,7 %. И наоборот, в энергосистемах со значительной мелкомоторной и бытовой нагрузкой относительные потери электроэнергии, как правило, значительно выше (Дагэнерго, Калмэнерго).

В последние годы в связи с включением нормативных потерь в тариф на услуги по передаче электрической энергии наметилась опасная тенденция подгонки этих нормативов под фактические потери. Такая практика приводит к росту тарифов на услуги по передаче электроэнергии и тарифов на электроэнергию для ее потребителей. Рост тарифов на электроэнергию создаст дополнительные стимулы для ее хищений, что приведет к дальнейшему росту потерь и т. д.

Суммарные технические потери электроэнергии в электрических сетях АО-энерго РФ в 2002 году составили 67,2 млрд кВт•ч. Кроме того, потери в магистральных электрических сетях ОАО "ФСК ЕЭС" – 9,7 млрд кВт•ч. Отчетные потери в 2002 году достигли 103,1 млрд кВт•ч, следовательно, небаланс или коммерческие потери электроэнергии состав-ляют около 27 млрд кВт•ч.

Из общей величины технических потерь около 78 % приходится на электрические сети 110 кВ и ниже, в том числе 33,5 % – на сети 0,4–10 кВ. Если принять во внимание, что коммерческие потери сосредоточены в основном в сетях 0,4–10 кВ, то общая доля потерь в них от суммарных по стране в целом составляет около 60 %. Учитывая, что по объективным причинам загрузка электрических сетей 0,4 кВ будет увеличиваться в связи с опережающим ростом бытового потребления электроэнергии, доля потерь в распределительных сетях в ближайшие годы также будет расти. Соответственно должны будут увеличиваться и усилия персонала по снижению потерь в сетях именно этого класса напряжения.

Для сравнения на рис. 2, 3 приведены данные по относительным потерям электроэнергии в электрических сетях стран дальнего зарубежья. Из рис. 2 видно, что потери электроэнергии в странах Западной Европы, в Японии находятся в диапазоне 4,0 – 8,9 %. Несколько выше – 9,8–11,0 % – в Канаде и Новой Зеландии, а также в большинстве стран Африки (рис. 3) [2].

Рисунок 2. (подробнее) Потери электроэнергии в электрических сетях дальнего зарубежья

Анализ динамики абсолютных и относительных потерь электроэнергии в электрических сетях России, режимов работы сетей и их загрузка показывает, что практически отсутствуют весомые причины роста технических потерь. К ним в основном относится рост потерь электроэнергии на корону в линиях 110 кВ и выше из-за избытков реактивной мощности в часы минимума нагрузки и рост загрузки низковольтных сетей из-за увеличения доли бытового потребления электроэнергии. Основная же причина роста потерь – увеличение коммерческой составляющей. Для принятия мер по сдерживанию этого роста и снижения потерь необходимо знать структуру коммерческих потерь.

Рисунок 3. (подробнее) Относительные потери электроэнергии в электрических сетях стран Африки

Структура коммерческих потерь электроэнергии

В идеальном случае коммерческие потери электроэнергии в электрической сети, определяемые расчетным путем, должны быть равны нулю. В реальных условиях отпуск в сеть, полезный отпуск и технические потери определяются с погрешностями. Их разности фактически и являются структурными составляющими коммерческих потерь. Они должны быть по возможности сведены к минимуму за счет выполнения соответствующих мероприятий по их снижению.

В общем случае составляющие коммерческих потерь электроэнергии можно объединить в три группы:

- обусловленные погрешностями измерений отпущенной в сеть и полезно отпущенной электроэнергии потребителям;

- обусловленные занижением полезного отпуска из-за недостатков энергосбытовой деятельности и хищений электроэнергии;

- обусловленные задолженностью по оплате за электроэнергию.

1. Коммерческие потери электроэнергии, обусловленные погрешностями измерений отпущенной в сеть и полезно отпущенной электроэнергии потребителям

Погрешность измерений электроэнергии может быть разбита на более чем 30 составляющих [3].

К основным наиболее значимым составляющим погрешностей измерительных комплексов, в которые могут входить трансформатор тока, трансформатор напряжения, счетчик электроэнергии, линия присоединения счетчика электроэнергии к трансформатору напряжения, относятся:

1) погрешности измерений электроэнергии в нормальных условиях работы измерительного комплекса, определяемые классами точности трансформатора тока, трансформатора напряжения и счетчика электроэнергии (допустимые метрологические потери электроэнергии);

2) дополнительные погрешности измерений электроэнергии в реальных ненормированных условиях эксплуатации измерительных комплексов, обусловленные:

- заниженным против нормативного коэффициентом мощности нагрузки (дополнительной угловой погрешностью);

- влиянием на счетчик электроэнергии магнитных и электромагнитных полей различной частоты;

- недогрузкой и перегрузкой трансформатора тока, трансформатора напряжения и счетчика электроэнергии;

- несимметрией и уровнем подведенного к измерительному комплексу напряжения;

- работой счетчика электроэнергии в неотапливаемых помещениях с недопустимо низкой температурой;

- недостаточной чувствительностью счетчиков электроэнергии при их малых нагрузках, особенно в ночные часы;

3) систематические погрешности, обусловленные сверхнормативными сроками службы измерительного комплекса. В частности, по результатам проверки Мособлэнергонадзором состояния приборов учета электроэнергии у бытовых потребителей электроэнергии в городах Московской области установлено, что 81 % электросчетчиков общего количества проверенных подлежит замене и не соответствуют ГОСТ 6570-75 «Счетчики электрические активной и реактивной энергии индукционные. Общие технические условия» по погрешностям измерений. При этом 51 % электросчетчиков имеют в среднем отрицательную погрешность минус 13 %;

4) погрешности, связанные с неправильными схемами подключения электросчетчиков, трансформаторов тока и трансформаторов напряжения, в частности, нарушениями фазировки подключения счетчиков;

5) погрешности, обусловленные неисправными приборами учета электроэнергии;

6) погрешности снятия показаний электросчетчиков из-за:

- ошибок или умышленных искажений записей показаний;

- неодновременности или невыполнения установленных сроков снятия показаний счетчиков, нарушения графиков обхода счетчиков;

- ошибок в определении коэффициентов пересчета показаний счетчиков в электроэнергию.

2. Коммерческие потери, обусловленные занижением полезного отпуска из-за недостатков энергосбытовой деятельности

Эти потери включают несколько составляющих:

- потери при выставлении счетов;

- несоответствие дат снятия показаний расчетных счетчиков с расчетным периодом;

- расчеты потребленной электроэнергии абонентом на основе договоров безучетного электропотребления;

- наличие бесхозных потребителей;

- потери от хищений электроэнергии.

2.1. Потери при выставлении счетов обусловлены:

1) неточностью данных о потребителях электроэнергии, в том числе:

- недостаточной или ошибочной информацией о заключенных договорах на пользование электроэнергией;

- ошибками в корректировке данных о потребителях и т. п.;

2) ошибками при выставлении счетов, в том числе:

- невыставленными счетами потребителям из-за отсутствия точной информации по ним и постоянного контроля за актуализацией этой информации;

- отсутствием контроля и ошибками в выставлении счетов клиентам, пользующимся специальными тарифами;

- отсутствием контроля и учета откорректированных счетов и т. п.

2.2. Несоответствие дат снятия показаний расчетных счетчиков с расчетным периодом

Наличие большого количества потребителей и, как правило, недостаточная укомплектованность АО-энерго персоналом (контролерами, электромонтерами), а также весьма ограниченное использование автоматизированных систем учета электроэнергии приводят к тому, что показания счетчиков у большинства потребителей снимаются раньше расчетного периода или же передаются самим потребителем.

В обоих случаях снижается полезный отпуск и, как следствие, увеличиваются коммерческие потери.

Особенно это характерно для второго случая, когда показания снимаются самим потребителем, что позволяет ему занижать потребление и относить платежи на поздние сроки.

2.3. Расчеты потребленной электроэнергии абонентом на основе договоров безучетного электропотребления

При отсутствии учета электроэнергии у абонента определение потребления осуществляется расчетным образом, что сказывается на правильности определения полезного отпуска и, как следствие, на значении коммерческих потерь.

2.4. Коммерческие потери электроэнергии, обусловленные наличием бесхозных потребителей

Кризисные явления в стране, появление новых акционерных обществ привели к тому, что в большинстве энергосистем в последние годы появились и уже довольно значительное время существуют жилые дома, общежития, целые жилые поселки, которые не стоят на балансе каких-либо организаций. Электро- и теплоэнергию, поставляемые в эти дома, жильцы никому не оплачивают. Попытки энергосистем отключить неплательщиков не дают результатов, так как жители вновь самовольно подключаются к сетям. Электроустановки этих домов никем не обслуживаются, их техническое состояние грозит авариями и не обеспечивает безопасность жизни и имуществу граждан.

2.5. Потери от хищений электроэнергии в связи незаконным подключением потребителей и мошенничеством с приборами учета и т. д.

Это одна из наиболее существенных составляющих коммерческих потерь, которая является предметом заботы энергетиков в большинстве стран мира.

Обобщение международного и отечественного опыта по борьбе с хищениями электроэнергии показало, что в основном ими занимаются бытовые потребители. Имеют место кражи электроэнергии, осуществляемые промышленными и торговыми предприятиями, но объем этих краж нельзя считать определяющим.

Хищения электроэнергии имеют достаточно четкую тенденцию к росту, особенно в регионах с неблагополучным теплоснабжением потребителей в холодные периоды года, а также практически во всех регионах в осенне-весенние периоды, когда температура воздуха уже сильно понизилась, а отопление еще не включено.

3. Коммерческие потери, обусловленные задолженностью по оплате за электроэнергию – финансовые потери

Данная составляющая обусловлена задержками в оплате позже установленной даты (в том числе неодновременностью оплаты за электроэнергию бытовыми потребителями – так называемой «сезонной составляющей»).

Весьма существенная составляющая коммерческих потерь электроэнергии имеет место в связи с тем, что бытовые потребители объективно не в состоянии одновременно снять показания счетчиков и оплатить за электроэнергию. Как правило, платежи отстают от реального электропотребления, что, безусловно, вносит погрешность в определение фактического полезного отпуска бытовым потребителем и в расчет фактического небаланса электроэнергии, так как отставание может составлять 1–3 месяцев и более.

В действующей методике составления баланса электроэнергии отпуск электроэнергии населению определяется по факту оплаты и принимается за 100 %.

Реально же отпуск населению совершенно иной, может быть определен весьма приблизительно и достаточно сложно прогнозируем в силу ряда причин:

- значительная часть населения, особенно в сельской местности, производит оплату с периодичностью один раз в 2–3 месяца;

- уровень оплаты подвержен сезонности из-за владельцев дачных участков, осуществляющих единовременные платежи в летний период;

- уровень коммерческих потерь существенно возрастает после повышения тарифов, поскольку население завышает показания счетчиков и оплачивает большее количество электроэнергии по старым, более низким тарифам. В результате в месяц, предшествующий повышению тарифа, полезный отпуск населению возрастает, а в последующие 1–3 месяца он ниже.

И хотя недоплачиваемый населением отпуск электроэнергии нельзя считать полностью потерянным, сложность заключается в достоверной его оценке, что может быть сделано лишь с некоторыми допущениями.

Вторая составляющая коммерческих (финансовых) потерь – долговременные, безнадежные долги и неоплаченные счета из-за:

- неудовлетворительной процедуры востребования оплаты. Сюда же включается часть абонентов, являющихся злостными неплательщикам, имеющими многомесячную задолженность, которую невозможно востребовать даже по решению суда ввиду отсутствия доходов согласно заключениям судебных приставов;

- неплатежеспособности потребителей;

- плохого учета неоплаченных счетов и управления оплатой, в том числе потери документов об оплате и т. п.

Энергетические обследования электрических сетей и энергосбытовой деятельности – наиболее эффективный метод анализа технических и коммерческих потерь

Для определения приоритетных направлений и очередности внедрения мероприятий по снижению потерь необходим тщательный анализ энергетических балансов электрических сетей в целом и их отдельных узлов (подстанций); технического состояния, условий применения и погрешностей приборов учета электроэнергии (трансформаторов тока, напряжения и счетчиков); организации работы по внедрению мероприятий по снижению потерь. Другими словами, необходимо достаточно детальное энергетическое обследование электрических сетей.

Необходимость энергетических обследований для энергосбережения подтверждается не только опытом передовых предприятий и организаций, но и закреплена важнейшими государственными документами, а также рядом государственных стандартов.

Энергетические обследования должны проводиться в соответствии с Федеральным законом «Об энергосбережении», Постановлением Правительства РФ от 2.11.1995 года № 1087 «О неотложных мерах по энергосбережению», а также в соответствии с утвержденными Минтопэнерго России 25.03.1998 года Правилами проведения энергетических обследований организаций.

В ходе обследования электрических сетей должен проводиться анализ:

- отчетных данных по балансам и потерям электроэнергии в электрических сетях, результатов расчетов технических и коммерческих потерь электроэнергии, программного обеспечения этих расчетов;

- систем коммерческого и технического учета электроэнергии;

- организации управления сбытом электроэнергии;

- режимов работы электрических сетей и качества электрической энергии;

- технического состояния основного оборудования электрических сетей;

- мероприятий по снижению потерь и повышению качества электроэнергии и их эффективности.

Как показали энергетические обследования ряда предприятий электрических сетей, мероприятия по снижению потерь электроэнергии можно разбить на шесть групп:

1. Мероприятия по оптимизации режимов электрических сетей и совершенствованию их эксплуатации.

2. Мероприятия по строительству, реконструкции, техперевооружению и развитию электрических сетей, вводу в работу энергосберегающего оборудования.

3. Мероприятия по совершенствованию расчетного и технического учета, метрологического обеспечения измерений электроэнергии.

4. Мероприятия по уточнению расчетов нормативов потерь, балансов электроэнергии по фидерам, центрам питания и электрической сети в целом.

5. Мероприятия по выявлению, предотвращению и снижению хищений электроэнергии.

6. Мероприятия по совершенствованию организации работ, стимулированию снижения потерь, повышению квалификации персонала, контролю эффективности его деятельности.

Литература

1. Лисицын Н. В. Анализ динамики потребления электроэнергии в России за 1990–2001 гг. // Энергетик. 2003. № 1. С. 3–7.

2. Зарубежные энергообъединения / А. Ф. Бондаренко, Н. В. Лисицын, Ф. Я. Морозов. М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2001.

3. Загорский Я. Т., Комкова Е. В. Границы погрешности измерений при расчетном и техническом учете электроэнергии // Электричество. 2001. № 8. С. 14–17.

 Продолжение в следующем номере