СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ СНИЖЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена анализу актуальных методик и подходов, направленных на снижение технических потерь электроэнергии в сетях электроснабжения. Рассмотрены ключевые факторы, способствующие потерям, включая износ оборудования, недостаточную автоматизацию и отсутствие оптимального управления. Выполнен обзор организационных, технических и учетных мероприятий, предназначенных для минимизации потерь, таких как регулирование режимов работы сетей, управление потоками мощности и балансировка нагрузки между фазами. Особое внимание уделено перспективам внедрения автоматизированных систем управления, которые могут существенно уменьшить влияние человеческого фактора. Показано, что использование передовых технологий и разработка единой системы управления способствует повышению эффективности энергосистем и снижению уровня потерь электроэнергии.

ABSTRACT

The article is devoted to the analysis of current methods and approaches aimed at reducing technical losses of electric power in power supply networks. Key factors contributing to losses, including equipment wear and tear, insufficient automation and lack of optimal control, are considered. A review of organizational, technical and accounting measures designed to minimize losses, such as regulation of grid operation modes, power flow control and load balancing between phases, is made. Particular attention is paid to the prospects for the introduction of automated control systems, which can significantly reduce the influence of the human factor. It is shown that the use of advanced technologies and the development of a unified control system contributes to improving the efficiency of power systems and reducing the level of power losses.

Ключевые слова: потери электроэнергии, оптимизация режимов, автоматизация энергосистем, организационные мероприятия, управление потоками мощности.

Keywords: power losses, optimization of modes, automation of power systems, organizational measures, power flow management.

ВВЕДЕНИЕ

Снижение потерь электроэнергии – это одна из наиболее актуальных задач, стоящих перед современными энергетическими системами. Увеличение спроса на электроэнергию и износ существующей инфраструктуры способствуют росту технических потерь, что отрицательно сказывается на эффективности работы энергосистем и экономических показателях. Разработка инновационных методов управления, автоматизация процессов и внедрение новых технологий позволяют решать эту проблему комплексно. Настоящая статья посвящена изучению факторов, влияющих на потери электроэнергии, и анализу современных методов их минимизации.

На текущий момент в эксплуатации распределительных электрических сетей наблюдается множество нерешенных проблем. Это связано с ростом численности населения, а также развитием промышленного сектора, что приводит к увеличению как потребления электроэнергии, так и связанных с этим потерь, снижая при этом качество энергоснабжения.

Рост потерь электроэнергии в сетях объясняется объективными процессами, сопровождающими развитие всей энергетической отрасли. Среди основных причин можно выделить постоянное увеличение нагрузок на сети, связанное с растущим потреблением электроэнергии и недостаточной пропускной способностью существующих сетей [1].

Снижение потерь электроэнергии – это комплексная задача, требующая значительных инвестиций для оптимизации работы сетей, совершенствования учета электроэнергии, внедрения современных информационных технологий в управление и обучения персонала [2].

Технические потери электроэнергии делятся на условно-постоянные и переменные (нагрузочные). Условно-постоянные потери не зависят от объема передаваемой мощности, тогда как нагрузочные потери возникают в линиях, трансформаторах и других элементах сети и зависят от передаваемой нагрузки. Цель нормирования потерь – минимизация их до экономически обоснованного уровня [2].

Согласно международной практике, удовлетворительным уровнем потерь электроэнергии при её передаче можно считать значения не более 4–5% от общего объёма отпуска в сеть. Потери на уровне 10% считаются предельным допустимым значением с физической точки зрения [3]. В таблице 1 представлены данные о потерях электроэнергии в различных странах Европы.

Таблица 1.

Потери электричкой энергии в странах Европы

Уровень 10-12% считается максимально возможным для потерь электроэнергии в электрических сетях большинства стран с развитой экономикой [13]. Оптимальные же потери находятся в диапазоне 4-6%. В странах СНГ, в частности в России по отчетам компании «Россети» за 2022 год потери составили 10,2% от общей генерации. Основные потери приходятся на распределительные сети напряжением 110/35/10/6 кВ.

Основными факторами, способствующими потерям электроэнергии, являются:

• Высокий уровень износа оборудования;
• Неэффективное использование энергетических ресурсов;
• Низкий уровень автоматизации процессов;
• Отсутствие чёткой системы управления энергетическими режимами;
• Замедление внедрения инновационных технологий.

Существуют различные методы снижения потерь электроэнергии, которые можно условно разделить на три группы [3, 4]:

1. Организационные меры, не требующие капитальных вложений (например, оптимизация работы в процессе эксплуатации).
2. Технические меры, предполагающие значительные инвестиции (реконструкция, модернизация или строительство новых объектов).
3. Совершенствование систем учета электроэнергии.

Далее рассмотрены организационные мероприятия, так как в рамках статьи наибольший интерес представляет оптимизация потерь.

Рисунок 1. Обзор мероприятий по снижению потерь электроэнергии

К числу организационных мероприятий по снижению потерь электроэнергии можно отнести следующие:

1. Обеспечение оптимального уровня напряжения в узлах сети. Это достигается поддержанием допустимого уровня напряжения в периоды максимальных нагрузок и номинального уровня напряжения в периоды минимальных нагрузок.
2. Улучшение режимов работы электрической сети. Под данным мероприятием понимается рациональное распределение перетоков мощности как между агрегатами на электростанциях, так и между самими электростанциями в рамках энергосистемы. Сюда также относится оптимизация функционирования компенсирующих устройств, трансформаторов и прочего электрооборудования.
3. Управление потоками мощности в неоднородных сетях. Это касается замкнутых сетей с несколькими номинальными уровнями напряжения. Мероприятия включают размыкание распределительных сетей в точках с минимальными потерями, а также подбор подходящих групп соединения обмоток трансформаторов на узлах связи.
4. Выравнивание нагрузок фаз в электрической сети для минимизации дисбаланса.
5. Сокращение сроков выполнения ремонтных работ и их проведение строго по утверждённому графику.

Таким образом, для уменьшения потерь электроэнергии разработан широкий спектр мероприятий. Выбор и реализация конкретного действия всегда основываются на его технологической оправданности и экономической целесообразности.

В ряде исследований [5, 6, 7, 8] подчеркивается, что наиболее результативными мерами по снижению потерь электроэнергии являются:

• снижение расхода электроэнергии на собственные нужды;
• оптимизация установившихся режимов энергосистемы по уровням напряжения и реактивной мощности;
• отключение оборудования сетей в периоды низких нагрузок.

Однако, несмотря на их эффективность, данные мероприятия сопряжены с рядом сложностей. Во-первых, они требуют участия диспетчерского персонала, а человеческий фактор нередко приводит к ошибкам, увеличению времени выполнения задач и необходимости в глубоких профессиональных знаниях. Во-вторых, отсутствует универсальный алгоритм для комплексного сокращения технологических потерь.

Создание автоматизированной системы оптимизации потерь, способной выполнять схемно-режимные мероприятия на основе заранее заданных алгоритмов, позволит достичь более высокой эффективности, чем при использовании традиционных методов. Таким образом, внедрение методов автоматического управления режимами энергосистем является необходимой мерой для существенного снижения потерь электроэнергии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для эффективного снижения технических потерь электроэнергии необходим комплексный подход, включающий внедрение современных технологий, автоматизацию процессов и совершенствование систем управления. Перспективным направлением является создание автоматизированных систем таких, как SCADA, АСКУЭ, RastrWin, которые позволяют выполнять управление режимами в реальном времени, минимизируя влияние человеческого фактора. Это позволит повысить устойчивость энергосистемы в условиях растущих нагрузок и обеспечить стабильное энергоснабжение потребителей.

Список литературы:

1. Горелов Ю.И., Исаев Р.М. Потери электроэнергии в распределительных электрических сетях// Известия ТулГУ. Технические науки. 2012. Вып. 12. Ч. 3 – С 17-22.
2. Расчет, нормирование и снижение потерь электроэнергии при ее передаче по электрическим сетям. Учебно-методическое пособие. Воротницкий В.Э, Заслонов С.В., Калинкина М.А. –Москва, 2006г
3. Куличенков, В. П. Как уменьшить потери электроэнергии / В. П. Куличенков // Энергет. стратегия. – 2010. – № 3 (15). – С. 20–24.
4. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. М.: Энергоатомиздат, 1989 г. 592 с.
5. Бохмат И. С, Воротницкий В. Э., Татаринов Е. П. Снижение коммерческих потерь в электроэнергетических системах. - "Электрические станции", 1998, № 9.
6. Инструкция по снижению технологического расхода электрической энергии на передачу по электрическим сетям энергосистем и энергообъединений. М., СПО Союзтехэнерго, 1987.
7. Типовая инструкция по учету электроэнергии при ее производстве, передаче и распределении. РД 34.09.101-94. М., СПО ОРГРЭС, 1995.
8. Сборник нормативных и методических документов по измерениям, коммерческому и техническому учету электрической энергии и мощности. Издательство "НЦ ЭНАС", М., 1998.
9. Эмад Хуссен Садик; Ракан Халил Антар. «Minimizing Power Losses in Distribution Networks: A Comprehensive Review», в Chinese Journal of Electrical Engineering, т. 10, № 4, стр. 20–36, декабрь 2024 г.
10. Самбая К.С., Джаябарати Т. «Loss minimization techniques for optimal operation and planning of distribution systems: A review of different methodologies». Int Trans Electr Energ Syst. 2020;30: e12230. https://doi.org/10.1002/2050‐7038.1223048.
11. Дьюрр, С., Абабей, К. и Ионел, Д.М. (2020). «A Case for Using Distributed Energy Storage for Load Balancing and Power Loss Minimization in Distribution Networks». Electric Power Components and Systems, 48(9–10), 1063–1076. https://doi.org/10.1080/15325008.2020.1825556.
12. Матье Амиотт; Мартин Ордонез «Power Loss Prediction for Distributed Energy Resources: Rapid Loss Estimation Equation» in IEEE Transactions on Industrial Electronics, том. 68, выпуск. 3, стр. 2289-2299, март 2021, doi: 10.1109/TIE.2020.2973895.
13. Вэб-сайт компании «Россети» Стратегический отчет за 2022 год: https://ar2022.mrsk-1.ru/strategic-report/operating-results#power-transmission-power-losses