Современные системы учета электроэнергии: преимущества, решаемые задачи, окупаемость

Продолжающееся удорожание топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) заставляет энергокомпании и производителей товаров и услуг повышать эффективность использования ТЭР и оптимизировать затраты на оплату ТЭР. Чтобы добиться в этом успеха, необходимо, в первую очередь, организовать полный и точный приборный учет всех ТЭР. Введение Начавшаяся реструктуризация РАО «ЕЭС России», организация оптового рынка электроэнергии, набирающая обороты жилищно-коммунальная реформа и планомерная ликвидация «перекрестного субсидирования» для бытовых потребителей резко повысили интерес производителей и потребителей  электроэнергии к совершенствованию организации учета в целом и к автоматизированным системам учета, контроля и управления электропотреблением (АСКУЭ) в частности. 

Преимущества организации учета при помощи АСКУЭ.

Такие системы долгие годы применяются как за рубежом, так и в России на средних и крупных промышленных предприятиях. Кроме функций учета, они также осуществляют контроль и управление электропотреблением на этих предприятиях. Основной экономический эффект для потребителя от применения таких систем состоит в уменьшении платежей за используемую энергию и мощность, а для энергокомпаний — в снижении пиков потребления и уменьшении капиталовложений на наращивание пиковых генерирующих мощностей.

Наличие АСКУЭ является необходимым условием для выхода потребителей электроэнергии на федеральный оптовый рынок электроэнергии и мощности (ФОРЭМ) и другие рынки электроэнергии.

За счет разницы в тарифах получается значительный дополнительный экономический эффект, позволяющи окупить затраты на создание АСКУЭ за несколько месяцев. Относительно низкое потребление среднего российского бытового абонента, малый удельный вес «быта» в электробалансе страны и многочисленность бытовых абонентов делали, до последнего времени, экономически нецелесообразным простой перенос автоматизированных систем учета, используемых на промышленных предприятиях, даже в многоквартирные городские дома, не говоря уже о сельской местности. При существующих в России тарифах и «перекрестном субсидировании» такие системы просто не окупали себя в разумные сроки.

После ликвидации в России перекрестного субсидирования и доведения тарифов на электроэнергию у бытовых потребителей до уровня себестоимости ее производства существенно увеличится доля бытовых потребителей в балансе доходов сбытовых компаний.

Одновременно обострятся проблемы «неплатежей» и воровства электроэнергии. Это безусловно приведет к отмене существующей у нас в стране повсеместно системы «самообслуживания» и заставит местные энергосбытовые компании заниматься выпиской счетов бытовым потребителям со всеми вытекающими из такого массового мероприятия последствиями. В этих условиях использование АСКУЭ бытовых потребителей (АСКУЭ БП) становится рентабельным и они окупаются в разумные сроки (3-5 лет). В странах с развитой рыночной экономикой, где АСКУЭ БП используются уже много лет, сроки их окупаемости лежат именно в этих пределах.

Основной целью учета электроэнергии является определение объемов ее производства и потребления, а также получение исходной информации для решения целого ряда технико-экономических задач, которые распадаются на две основные группы: задачи, решаемые в энергосистемах, и задачи, решаемые у потребителей. Задачи, решаемые в энергосистемах

Технико-экономические задачи решающие АСКУЭ

Главные технико-экономические задачи, которые с помощью учета электроэнергии решаются в энергосистемах, следующие:

• коммерческие расчеты за электроэнергию между энергоснабжающими организациями и потребителями, а также между энергоснабжающими организациями энергосистемы;
• коммерческие расчеты за межсистемные перетоки электроэнергии и мощности;
• контроль за соблюдением договорных значений потребления электроэнергии и мощности промышленными и приравненными к ним потребителями;
• определение и планирование выработки и  потерь электроэнергии, удельных расходов топлива на электростанциях;
• определение стоимостных показателей производства, передачи и распределения электроэнергии;
• составление балансов электроэнергии и мощности для хозрасчетных подразделений и предприятий энергосистемы.

Задачи решаемые АСКУЭ у потребителей

У потребителей решаются следующие задачи:

• коммерческие расчеты за потребленную электроэнергию с энергоснабжающими организациями;
• контроль за соблюдением договорного потребления электроэнергии и мощности, регулирование электропотребления;
• оперативное управление процессом потребления электроэнергии энергетическими установками, отдельными цехами и участками;
• составление и анализ нормализованных и отчетных энергобалансов предприятия, отдельных цехов, участков и установок;
• разработка и  внедрение оптимальных норм расхода электроэнергии на выпуск продукции;
• планирование и прогнозирование электропотребления и максимальных нагрузок предприятия и отдельных его подразделений;
• обеспечение информацией об электропотреблении внутрипроизводственных хозяйственных расчетов. Учет электроэнергии по функциональному назначению подразделяется на расчетный и технический. Расчетный (коммерческий) учет электроэнергии служит для денежных расчетов, а технический — для контроля расхода электроэнергии внутри электростанций, подстанций и предприятий.
  

  Соответственно, электросчетчики, устанавливаемые для расчетного учета, называются расчетными счетчиками, а устанавливаемые для технического учета — счетчиками технического учета.

Что автоматизирует АСКУЭ?

Состояние АСКУЭ на промышленных предприятиях и в энергосистемах АСКУЭ предприятий позволяют автоматизировать следующие основные функции:

• оперативный (в реальном времени) контроль электропотребления по энергии и мощности предприятия, цехов, участков и  остановок;
• оперативное управление режимом электропотребления с учетом договорных значений электроэнергии и мощности, а также тарифов;
• формирование информации для коммерческих расчетов за потребленную активную и реактивную электроэнергию;
• формирование информации для статистической отчетности, технико-экономического планирования, прогнозирования и анализа, разработки нормативов электропотребления и мероприятий по энергосбережению;
• формирование данных для внутрипроизводственного  возрата. Промышленные потребители в России начали оснащаться АСКУЭ раньше и интенсивнее энергоснабжающих организаций.
  

  Сегодня количество работающих у потребителей энергии АСКУЭ, по экспертным оценкам, превышает 10 тысяч комплектов.

  Хотя 90 % АСКУЭ используются в качестве технического, а не расчетного учета (в основном из-за  противодействия энергоснабжающих организаций), они дают владельцам значительный экономический эффект за счет более точного определения договорных величин нагрузки и, как правило, окупаются в течение года.

Так, например, по данным НТП «Энергоконтроль», внедрение в 2001 г. КТС «Энергия+» на Иркутском алюминиевом заводе Сибирскоральской алюминиевой компании позволило:

• снизить заявляемую мощность в часы максимума на 2,5 %; – снизить фактически достигаемую мощность в часы максимума не менее чем на 4,6 МВт;
• уменьшить небаланс распределения электроэнергии по подразделениям завода с 10-12 % до 0,6 -1 %.
  

  По оценкам специалистов завода, сумма годового экономического эффекта по окончании модернизации автоматизированного учета электроэнергии составила не менее 3 184 000 рублей, при общих затратах на ее проведение в 546 000 рублей.

  Срок окупаемости затрат составил два месяца. Расчетные АСКУЭ также окупаются в короткие сроки. Так, например, по данным ГУ «Энерготестконтроль», при расчете в 2000 г. ожидаемой экономической эффективности предполагаемых к внедрению АСКУЭ при выходе на ФОРЭМ только из-за разницы в тарифах на отдельных промышленных предприятиях получались следующие результаты. АО «Севкабель» (г. Санкт-Петербург):

• годовая оплата энергии и мощности на розничном рынке электроэнергии:

6 657 502 руб; – стоимость энергии и мощности на ФОРЭМ: 3 937 203 руб; – выгода АО «Севкабель» при выходе на ФОРЭМ: 2 720 299 руб. АО «Химволокно» (г. Курск): – годовая оплата энергии и мощности на розничномрынке электроэнергии: 74 597 553 руб; – cтоимость энергии и мощности на ФОРЭМ: 45 369 701 руб; – выгода АО «Химволокно» при выходе на ФОРЭМ: 29 227 852 руб.

Настало время радикального изменения политики энергоснабжающих организаций в отношении потребителей, оснащающих свои предприятия АСКУЭ, от неприятия и противодействия — к поощрению внедрения АСКУЭ для взаимных коммерческих расчетов за потребленные энергоресурсы. При этом противоречивые интересы могут быть взаимно удовлетворены. С достаточной уверенностью можно предположить, что энергоснабжающие организации опасаются того, что при массовом оснащении потребителей АСКУЭ они начнут оплачивать не «договорную», а фактическую величину потребляемой мощности и технологический резерв мощности (10-15 %), необходимый для ведения энергетических режимов, окажется неоплаченным.

Однако на уровне местного законодательства может быть установлен порядок, при котором, например, потребитель, оснащенный АСКУЭ, будет оплачивать фактически потребленную мощность с повышающим коэффициентом (1,1-1,15), учитывающим существование этого резерва мощности.

Могут быть и другие способы учета затрат на поддержание необходимого технологического резерва мощности на электростанциях в методиках расчета тарифов на электроэнергию. В подавляющем большинстве энергосистем пиковость нагрузки год из года возрастает и стимулирование потребителей для выравнивания графика нагрузки при недостатке капиталовложений на наращивание пиковых мощностей или строительство ГАЭС — экономически выгодное занятие.

Несмотря на то, что большинство АСКУЭ, которыми сегодня оснащены энергосистемы в существующих границах, могут быть использованы и в дальнейшем, при структурных изменениях в энергетике и установлении новых границ между вновь создаваемыми структурными подразделениями, они должны будут серьезно реконструироваться и дополняться.

При реструктуризации энергетики изменятся адреса пользователей информацией АСКУЭ, объемы этой информации и периодичность ее сбора.

В свою очередь, это может повлечь за собой необходимость модернизации, или даже замены существующих АСКУЭ на более совершенные. Технические средства АСКУЭ производят десятки российских заводов и компаний. Наиболее распространенные АСКУЭ российского производства представлены в таблице, где в строке «Поддерживаемые каналы связи с удаленным центром информации» использованы следующие сокращения: КТК — коммутируемый телефонный канал; ВТК — выделенный телефонный канал; ВНК — выделенный надтональный канал; РК — радиоканал.

АСКУЭ бытовых потребителей

После доведения тарифов у населения до уровня себестоимости электроэнергии, реструктуризации РАО «ЕЭС России» и неизбежной отмены системы «самообслуживания» каждой российской энергосбытовой организации придется решать целый комплекс проблем, основными из которых являются следующие.

1. Переход к периодическому (ежемесячному или ежеквартальному) массовому списанию показаний счетчиков контролерами энергосбытовых компаний резко обострит проблему попадания самих контролеров к местам установки счетчиков, не говоря уже о многократном увеличении численности контролеров.
   

   В качестве альтернативы становится актуальной организация дистанционного считывания показаний счетчиков.

2. При организации массового списания показаний счетчиков контролерами необходимо будет свести к минимуму искажение показаний счетчиков самими контролерами в результате самопроизвольных ошибок или преднамеренных действий. В качестве альтернативы следует рассматривать возможность оснащения счетчиков устройствами для считывания с них показаний на машинные носители информации, а самих контролеров — переносными пультами для осуществления такого считывания.
   

   В результате контролеры превращаются в «носителей пультов» и лишаются возможности изменять показания счетчиков.

3. В связи с прекращением перекрестного субсидирования в электроэнергетике и доведении уровня тарифов на электрическую энергию для населения до фактической стоимости ее производства, передачи и распределения произойдет повышение тарифов в два-три раза и для смягчения нежелательных социальных последствий для населения неизбежно придется вводить различные новые виды тарифов (блочные или ступенчатые, когда стоимость электроэнергии зависит от объема ее потребления, дифференцированные по зонам суток и дням недели и т.п.) и новые системы оплаты за израсходованную электроэнергию (система предоплаты, например).

Однако, если исходить из необходимости строгого соблюдения положений действующего «Гражданского Кодекса Российской Федерации» и федеральных законов «О конкуренции и ограничении монополистической деятельности на товарных рынках» и «О защите прав потребителей» потребитель сам должен выбирать наиболее выгодный для него тариф (как это делается в большинстве стран с развитой рыночной экономикой).

Это неизбежно приведет к появлению в одном многоквартирном доме нескольких различных типов электросчетчиков, что значительно усложнит и удорожит эксплуатацию этих дорогостоящих устройств, обострит вопрос об их сохранности в этажных щитках, а в отдельных случаях потребует нестандартных решений по их размещению, когда они не будут вписываться в стандартные щитки.

Кроме этого, каждый раз, когда потребитель захочет по менять свою тарифную систему, необходимо будет демонтировать у него старые счетчики и устанавливать новые.

Для ликвидации возникающих при этом трудностей необходимо вносить соответствующие изменения и дополнения в нормы проектирования и другие НТД. Массовая выписка счетов для многочисленных бытовых потребителей и необходимость исключения неизбежно возникающих при этом ошибок потребуют максимальной механизации и автоматизации этого процесса. Во многих странах с развитой рыночной экономикой все ранее перечисленные проблемы энергосбытовых организаций решаются путем внедрения АСКУЭ у бытовых потребителей.

В мировой практике подобные системы имеют обозначение « AMR systems» ( Automatic meter reading systems) — система автоматического считывания показаний счетчиков. Почти все мировые счетчико-строительные компании много лет работали над созданием простых, надежных и «дешевых» систем для бытовых потребителей.

При разработке таких систем соблюдались два основных подхода: система должна быть окупаемой и обеспечивать повышенную надежность функционирования. В настоящее время такие системы созданы, производятся серийно и массово внедряются во многих странах как развитых, так и развивающихся. Отличительной особенностью большинства подобных систем является использование PLC технологий, то есть передачи данных по силовой сети.

Технические решения, используемые в системах AMR на базе PLC технологии, позволяют:

• у большинства потребителей сохранить дешевые однотарифные счетчики индукционной системы или электронные с передачей данных от них по силовой сети в групповые устройства сбора данных;
• внедрять у каждого потребителя любые новые тарифные системы, изменяя только программное обеспечение в устройстве сбора данных, без каких бы то не было монтажных работ и замены счетчиков;
• списывать показания счетчиков по многоквартирному дому за несколько секунд дистанционно, не входя в помещения, где они установлены, при этом сами контролеры лишаются возможности изменять показания  четчиков;
• выявлять хищения электроэнергии, сигнализировать об этом и даже дистанционно отключать неплательщиков. Системы с передачей информации по силовой сети универсальны и многофункциональны, так как наравне с обработкой информации о потреблении различных видов энергетических ресурсов они могут легко быть дополнены и другими функциями, например, охранно-пожарной сигнализацией.

Это только повышает их эффективность и снижает сроки окупаемости.

В России разработки АСКУЭ БП с спользованием PLC технологий ведутся во многих организациях, но большинство этих разработок находятся в стадии опытно-промышленной эксплуатации.

Исторически первыми системами автоматизированного контроля и учета потребления электроэнергии в бытовом секторе, сколько-нибудь массово внедренными на практике, были Интегрированная автоматизированная система управления энергосбережением «ЭНЭЛЭКО» и «ЭМОС-МЗЭП», затем появилась АСКУЭР «Континиум». Первая из них — проводная с передачей  информации в центры сбора по радиоканалу, остальные — с передачей информации внутри объекта по силовой сети.

В последних двух есть модификации с комплексным использованием проводного и сетевого каналов связи внутри многоквартирного дома.

При уровне тарифов для населения 80-90 коп\кВт•час срок окупаемости данных систем составляет те же 3-4 года, как и, например, в Италии, при капиталовложениях на точку учета (один счетчик) не более 75-100 долл.

Эти затраты сопоставимы с затратами на внедрение двухтарифной системы учета, очень популярной во многих регионах России. Однако двухтарифная система — это закрытая система с ограниченными возможностями, а системы, основанные на использовании PLC-технологий, многофункциональны и открыты для постоянного расширения как по объему обслуживаемых счетчиков, так и по набору исполняемых функций.

Такие системы могут быть легко интегрированы в системы диспетчерского управления жилищным хозяйством, получающие все более широкое развитие в городах России.

В некоторых регионах нашей страны уже практически опробована схема финансирования внедрения АСКУЭ в быту через тарифы. При реструктуризации РАО «ЕЭС России» и выделении энергосбытовых и сетевых организаций в самостоятельные структуры, где доля бытовых потребителей будет значительной, вопросы снижения коммерческих потерь от недоплат потребителей и прямого воровства ТЭР станут без преувеличения вопросами финансовой жизни или смерти данных компаний. Если прибавить к этому необходимость замены доставшегося в наследство этим компаниям устаревшего парка счетчиков, то, по моему глубокому убеждению, внедрение отечественных АСКУЭ БП с использованием PLC- ехнологий поможет ЖКХ решить проблемы снижения коммерческих потерь, внедрения прогрессивных тарифов и прямого управления потреблением ТЭР у бытовых потребителей.

Направления технического прогресса в области развития технических средств учета электрической энергии В России и за рубежом у промышленных потребителей для автоматизации измерения, сбора, предварительной обработки, хранения и выдачи в каналы связи и передачи по ним данных об электроэнергии и мощности на уровни иерархии управления АСКУЭ используются следующие технические средства:

• индукционные и электронные трехфазные счетчики активной и реактивной электроэнергии, доукомплектованные или имеющие встроенные специальные датчики импульсов (электронные счетчики);
• информационно-измерительные системы (ИИС) и устройства сбора данных (УСД), обеспечивающие сбор, обработку, накопление, хранение и передачу через каналы связи на верхний уровень управления информации о расходе электроэнергии и мощности в контролируемых точках;
• технические средства системы сбора и передачи информации от ИИС до средств обработки информации, включая каналы связи, модемы, устройства коммутации сигналов и т.д. Устройства, выполненные на базе современной микропроцессорной техники, получили название информационно-измерительных систем (ИИС) и устройств сбора данных (УСД).

Все виды ИИС и УСД проходят метрологическую аттестацию и приемку органами Госстандарта как средства коммерческого учета электроэнергии и имеют защиту от несанкционированного доступа. Кроме необходимых вычислительных функций и функций архивирования данных, ИИС, как правило, могут выполнять также функции управления нагрузкой путем сигнализации и переключений. На базе современных ИИС и УСД могут образовываться локальные и многоуровневые автоматизированные системы контроля, учета и управления электропотребления (АСКУЭ), которые предполагают наличие центральной вычислительной системы, расположенной на пункте управления и периодически опрашивающей по каналам связи периферийные системы, расположенные на контролируемых объектах.

Анализ параметров и характеристик ИИС, проведенный в 2002 г., позволяет сделать следующие выводы:

• за 25 лет техническая идеология ИИС претерпела значительные изменения и продолжает совершенствоваться;
• технические характеристики ИИС отличаются не только количеством обслуживаемых точек учета и возможностями организации каналов связи для передачи данных на верхние уровни управления, как это было ранее (до 1995 г.), но и постоянно увеличивающимся объемом использования в них цифровых технологий обработки информации, способами ее хранения и все возрастающей универсальностью для применения сложных многоставочных дифференцированных тарифов;
• все выпускаемые и готовящиеся к производству изделия могут быть метрологически аттестованы, а внутренние часы аппаратуры (таймер) позволяют учитывать различные тарифные зоны;
• все выпускаемые и готовящиеся к производству устройства способны образовывать локальные АСКУЭ на объектах, в том числе имеющие внутреннюю, иерархическую структуру;
• большинство устройств имеют средства передачи информации по каналам связи и позволяют создавать иерархические структуры АСКУЭ ЭС;
• выпускаемые промышленностью ИИС являются достаточно сложными микропроцессорными устройствами и для их надежной работы требуется постоянное обслуживание квалифицированными специалистами;
• большинство ИИС, предназначенных для промышленных предприятий, не позволяют построить на их основе экономически приемлемую АСКУЭ для бытовых потребителей (большое время окупаемости затрат на создание АСКУЭ-быт, малое число точек учета, необходимость выделения специальных каналов связи, необходимость постоянного эксплуатационного обслуживания систем и каналов связи, отсутствие в их составе устройств расчета за потребленную электроэнергию, отключения неплательщиков и т.д.).

Прогресс в области счетчикостроения в настоящее время характеризуется все более широким использованием счетчиков электронной системы, повышением их надежности и снижением стоимости.

В результате чего по этим параметрам они уже приблизились к счетчикам индукционной системы и начали все более интенсивно вытеснять их с рынка. Новые счетчики оснащаются информационными цифровыми выходами, позволяющими включать их в ИИС и организовывать дистанционное считывание показаний. Основным параметром учета, безусловно, является точность, зависящая не только от счетчиков, но и от измерительных трансформаторов тока (ТТ) и напряжения (ТН), а также от величины потерь в проводах, соединяющих ТТ и ТН со счетчиками.

С появлением рабочих счетчиков класса 0,2 наступил предел целесообразности повышения их точности, особенно в условиях России, где не выпускаются ТТ и ТН выше класса 0,5.

Поэтому сегодня основные резервы  повышения точности учета лежат в области совершенствования конструкций, условий эксплуатации и более жестких требований к Госповеркам ТТ и ТН в цепях расчетного учета. Проблема очень многопланова и сложна, поэтому и решать ее необходимо по нескольким направлениям:

• требовать от промышленности разработки новых ТТ и ТН класса 0,2 вместо 0,5, как это давно сделано в большинстве стран Запада;
• улучшать эксплуатацию измерительных трансформаторов, не допуская перегрузок ТН и недогрузок ТТ;
• совершенствовать методики периодических госповерок ТТ и ТН. ВЫВОДЫ В настоящее время все технические вопросы создания любых необходимых потребителю ИИС разрешимы как с использованием отечественной, так и зарубежной техники. Вопросы приоритетного развития того или иного направления в области учета определяются только экономической целесообразностью.

Автор: Тубинис В.В., зам. директора ГУ «Энерготестконтроль»