книги из ГПНТБ / Экономика газовой промышленности

агрегирования тесно связаны с детализацией источников и потребителей топлива по отраслевому признаку. Степень де­ тализации при территориальном и отраслевом агрегировании источников и потребителей топливно-энергетических ресур­ сов (речь идет об источниках и потребителях, размещенных на территории республики) практически определяет раз­

мерность расчетной матрицы задачи оптимизации баланса

Усср.

Ограничениями на размерность расчетной матрицы за­ дачи оптимизации баланса является возможность детальной разработки массива исходной информации на перспективу и ее погрешность (информационно-технологический фактор), вычислительные возможности математической модели (мате­ матический фактор) и класс ЭЦВМ, на которой производят­ ся вариантные расчеты (технический фактор).

Если даже не существует ограничений в области инфор­ мационного обеспечения, что маловероятно, то математиче­ ский и технический факторы определяют максимальную раз­ мерность системы, реализуемой на ЭЦВМ. Для соблюдения жестких требований, предъявляемых к размерности зада­ чи, в случае более детального территориального агрегирова­ ния, необходимо выполнить более грубую классификацию источников и потребителей топлива в отраслевом разрезе и наоборот. Естественно, что грубое отраслевое агрегирование в области производства и потребления топливно-энергетиче­ ских ресурсов ведет к резкому уменьшению возможностей анализа и интерпретации решений, получаемых на ЭЦВМ.

На вопрос, какова должна быть детализация в модели элементов топливно-энергетического хозяйства и где эта де­ тализация должна быть более дифференцированной, в тер­ риториальном или отраслевом разрезе, по мнению авторов книги, невозможно дать однозначный ответ. Однако, руко­ водствуясь практикой разработки и оптимизации топливноэнергетического баланса УССР, можно сформулировать ос­ новные соображения, которые были положены в основу агре­ гирования.

При территориальном районировании республики следу­ ет учитывать условия размещения и кооперирования отдель­ ных отраслей промышленности, направления и объемы пере­ даваемых потоков топлива и энергии. Необходимо также проанализировать удельный вес, который занимают отдель­ ные районы в общем балансе потребления топливно-энерге­ тических ресурсов.

221

Для районов с плотной концентрацией промышленности характерен более дифференцированный подход при терри­ ториальном агрегировании. При выделении территориаль­ ных районов в модели следует учитывать условия принад­ лежности существующих и потенциальных потребителей га­ за к определенным участкам сети магистральных газопрово­ дов, а также сложившуюся практику разработки топливноэнергетического баланса в планирующих органах Украин­ ской ССР.

С учетом изложенного на ближнюю перспективу в моде­ ли выделялось 12 территориальных районов, что обеспечи­ ло возможность относительно точного учета затрат на маги­ стральный транспорт энергоносителей, а также возможность определения потребности в топливно-энергетических ресур­ сах по крупным экономическим районам республики: До- нецко-Придн'епровскому, Юго-Западному и Южному.

В каждом из выделенных в модели районов, исходя из особенностей территориального размещения отраслей про­ мышленного производства и их энергоемкости, определяет­ ся условный центр потребления топливно-энергетических ресурсов, до которого рассчитываются затраты на маги­ стральный транспорт топлива и энергии от конкретного источника (месторождения топлива, конденсационной эле­ ктростанции). Для уменьшения погрешности при определе­ нии транспортных затрат для крупных потребителей (металлургических и цементных заводов, КЭС и ТЭЦ) выде­ ляются собственные конкретные центры потребления топ­ лива в соответствии с их территориальным размещением в районе. Для более мелких потребителей топливно-энерге­ тических ресурсов затраты определяются до условного цент­ ра потребления района. В последнем случае допускается определенная погрешность при расчете транспортных рас­ ходов, так как предполагается, что все мелкие потребители топлива сконцентрированы в условном центре потребления района.

Кроме затрат на магистральный транспорт топлива и энергии, в модели приближенно должны учитываться так­ же расходы, связанные с распределительным транспортом энергоносителей (природного газа по распределительным газопроводам, электроэнергии по распределительным сетям низкого напряжения, твердого и жидкого топлива по же­ лезнодорожной ветке — отводу от магистральной дороги до промышленного предприятия). Эти затраты формируются

222

по обобщенным группам потребителей, выделяемым в мо­ дели, в зависимости от внутрирайонных расстояний транс­ портирования топлива (энергии) и мощности передавае­ мых потребителям потоков топливно-энергетических ре­

сурсов.

В модели топливно-энергетического баланса УССР по­ требители энергоресурсов группируются в пределах каждо­ го района по видам выпускаемой продукции с учетом спосо­ бов и режимов ее производства. Затем формальные группы потребителей дифференцируются по единому признаку — общности изменения технико-экономических показателей топливоиспользования(энергоиспользования) в зависимос­ ти от вида применяемого энергоносителя. Такое агрегиро­ вание обеспечивает однородность потребителей по тепло­ потребляющему оборудованию и технико-экономическим показателям использования энергоресурсов — удельным расходам топлива (энергии) и удельным потребительским затратам. Кроме того, подобная группировка дает возмож­ ность определить для каждого условного потребителя те ви­ ды топлива, которые могут быть использованы в энергетиче­ ских агрегатах. Каждая сформированная обобщенная группа формально выступает в математической модели как еди­ ный потребитель топливно-энергетических ресурсов. Кро­ ме обобщенных групп, в модели выделяются и конкретные потребители топлива, удельный вес которых в общем балан­ се топливоиспользования значителен. Множество обобщен­ ных и единичных потребителей, выделяемых во всех районах республики, определяет количество уравнений математиче­ ской модели вида (8-3).

Проблема отраслевого агрегирования потребителей, как и территориального, не может быть решена однозначно. При ее решении полезно ориентироваться на практику раз­ работки топливно-энергетического баланса в Госплане УССР. В общем случае в каждом территориальном районемодели можно выделить следующие категории потребителей топливно-энергетических ресурсов: 1) КЭС с агрегатами более 100 Мвт\ 2) КЭС с агрегатами менее 100 Мвт\ 3) ТЭЦ. большой и средней мощности; 4) ТЭЦ малой мощности; 5) районные котельные; 6) промышленные котельные; 7) мел­ кие котельные; 8) производство чугуна; 9) обогрев кауперов;

223

поковок и штамповок; 17) потребность в топливе для ком­ мунально-бытовых нужд; 18) прочие потребители.

Такой метод агрегирования в области использования топ­ ливно-энергетических ресурсов не может рассматриваться как неизменный и устойчивый метод, применяемый при формализации. В зависимости от целей расчета и, главное, от представительности массива технико-экономической ин­ формации, в модели может проводиться более грубое или более детальное агрегирование потребителей топливно-энер­ гетических ресурсов. Например, отдельные группы энерго­ технологических объектов (котельные, обжиговые печи) могут дифференцироваться в зависимости от мощности энер­ готехнологических агрегатов и режимных показателей ра­ боты.

При изложенных выше условиях агрегирования удель­ ный вес потребителей, конкретизированных в расчетной

хматрице задачи, составляет в топливном балансе республи­ ки около 80—85 %.

Кроме указанных категорий, в каждом территориаль­ ном районе модели выделяются прочие потребители топлив­ но-энергетических ресурсов с зафиксированной потребнос­ тью в конкретных видах топлива и электроэнергии. Для этих потребителей в рамках производственно-распределитель­ ной модели решается чисто транспортная задача, т. е. зада­ ча оптимального закрепления условных пунктов потребле­ ния за условными пунктами производства. При принятых условиях агрегирования количество выделяемых групп по­ требителей топливно-энергетических ресурсов в каждом k-u районе зависит от конкретного размещения существую­ щих промышленных производств и намечаемого строитель-ч ства в данном районе новых мощностей в перспективном периоде.

Взависимости от масштабов намечаемого строительства энергетических и промышленных предприятий каждая обоб­ щенная категория потребителей, для которых в общей моде­ ли должен определяться вид используемого топлива, де­ лится на группы существующих и новых объектов.

Необходимость выделения при формализации существую­ щих иновых объектов-потребителей топливно-энергетических ресурсов объясняется: а) резким отличием в технико-эконо­ мических показателях использования топлива для суще­ ствующих и новых энергетических и промышленных про­ цессов (котельных агрегатов различной мощности и обжи-

224

говых печей); б) возможностью широкой взаимозамены энер­ гоносителей для электростанций, котельных и ТЭЦ, стро­ ительство которых осуществляется в перспективном периоде, и более ограниченными по сравнению с новыми объектами возможностями взаимозамены энергоносителей для суще­ ствующих потребителей топливно-энергетических ресурсов. Последнее объясняется тем, что существующие энергетиче­ ские агрегаты, как правило, приспособлены к использова­ нию одного или нескольких видов топлива. Смена вида топ­ лива приводит в ряде случаев к необходимости коренной реконструкции котельных агрегатов, т. е. к необходимости использования дополнительных капитальных вложений. Следовательно, чтобы в топливно-энергетическом балансе обоснованно решать вопросы перевода котельных установок (обжиговых печей) с одного вида топлива на другой, необ­ ходимо агрегаты существующих объектов дифференцировать на определенные подгруппы. Отличительным признаком такой подгруппы является приспособленность энерготехно­ логических агрегатов к сжиганию конкретного вида топли­ ва (или смеси топлив).

Напомним еще раз, что основные принципы агрегирова­ ния излагаются применительно к оптимизации топливноэнергетического баланса республики на близкую перспективу.

При решении задачи на отдаленную перспективу отпа­ дает необходимость в столь подробном агрегировании. Од­ нако при оптимизации баланса на ближайшие пять лет под­ робное агрегирование в области потребления необходимо, так как результаты машинной реализации задачи должны быть получены в более подробном отраслевом разрезе по сравнению с принятым в настоящее время при разработке топливного баланса в Госплане УССР.

Естественно, что подробная детализация в области по­ требления при оптимизации перспективного топливно-энер­ гетического баланса УССР приводит к резкому увеличению размерности задачи и значительным трудностям в области разработки дополнительного массива технико-экономиче­ ской информации. Однако неучет при агрегировании факто­ ра приспособленности агрегатов к сжиганию конкретных видов топлива приводит (как видно из практики оптимиза­ ции баланса УССР) к существенной погрешности результа­ тов оптимизационных вариантных расчетов.

В основу агрегирования топливно-энергетических ре­ сурсов в производственно-распределительной модели опти­

мизации баланса УССР должны быть также положены тер­ риториальный и производственно-экономический признаки. При формировании условных пунктов производства топлив­ но-энергетических ресурсов в приходной части баланса не­ обходимо учитывать следующие основные условия:

1.Необходимость отражения в приходной части баланса потоков топлива и энергии, выдаваемых за пределы респуб­ лики, а также потоков топливно-энергетических ресурсов, получаемых из других районов страны. Эти внешние связи должны формироваться в соответствии с результатами опти­ мизации союзного топливно-энергетического баланса.

2.Зависимость технико-экономических показателей топ­ лива одного и того же месторождения от масштабов добычи.

3.Более полный по сравнению с балансом страны учет местных видов топлива с их дифференциацией по террито­ риальному признаку.

Указанные условия определяют лишь общие принципы агрегирования в приходной части баланса. При этом особое внимание следует обращать на необходимость единой увязки при оптимизации системы страны и республики. Одним из элементов этой системы увязки и является принцип форми­ рования ресурсов приходной части баланса республики по результатам оптимизации баланса СССР (пункт 1). Кроме того, при формировании вектора ресурсов на плани­ руемый период необходимо учесть существующую нелиней­ ность экономических показателей от объемов добычи топли­ ва по месторождениям республики (для оптимизации по ре­ альным приведенным затратам). Для учета нелинейности в рамках линейной задачи необходимо выполнить допол­ нительную группировку топливных ресурсов по очередям роста добычи. Каждая такая очередь будет характеризо­ ваться определенными экономическими показателями. Ес­ тественно, что учет нелинейности увеличивает количество условных пунктов производства приходной части баланса, а следовательно, количество ограничений модели типа (8-2).

Количество вырабатываемой гидроэлектроэнергии в мо­ дели задается на планируемый период и не включается в век­ тор ресурсов при оптимизации, на это количество уменьша­ ется планируемая потребность в электроэнергии отдельных территориальных районов республики. При формировании вектора ресурсов не рассматриваются также вопросы опти­ мизации глубины переработки нефти на нефтеперерабаты­ вающих заводах республики. Каждый нефтеперерабатываю-

226

Щий завод представлен в модели как источник производства мазута. В этом состоит одно из существенных формальных упрощений единой модели, так как в ней не рассматривают­ ся проблемы оптимального функционирования нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности УССР.

Степень детализации и агрегирования топливно-энерге­ тических ресурсов приходной части баланса может быть различной.

Представление о принципах агрегирования и методах формирования вектора ресурсов при оптимизации топливноэнергетического баланса республики на ближнюю перспек­ тиву дает следующий состав энергоносителей: 1) донецкий уголь рядовой; 2) донецкий уголь сортовой; 3) отсев донец­ ких углей; 4) львовско-волынский уголь; 5) днепровский бурый уголь; 6) буроугольный брикет; 7) мазут ДонецкоПриднепровского района УССР; 8) мазут Юго-Западного района УССР; 9) мазут Южного района УССР; 10) мазут Северного Кавказа; 11) мазут Башкирии; 12) мазут Нижнего Поволжья; 13) мазут центральных районов РСФСР; 14) ма­ зут Закавказья; 15) природный газ восточных областей УССР; 16) природный газ западных областей УССР; 17) при­ родный газ юга УССР; 18) природный газ Северного Кав­ каза; 19) природный газ Средней Азии; 20) торф кусковой (по районам); 21) торф фрезерный (по районам); 22) торфо­ брикет (по районам); 23) дрова; 24) сжиженный газ (по районам); 25) ядерное топливо; 26) дистиллят.

При таком формировании вектора ресурсов природный газ включается в оптимизацию вместе со всеми остальными топливно-энергетическими ресурсами. Вопросы развития добычи газа и снабжения им отраслей народного хозяйства республики решаются в едином комплексе и увязке'с добы­ чей и использованием остальных видов топлива. В то же время, как видно из перечня топливно-энергетических ре­ сурсов при формировании приходной части баланса, вопро­ сы развития газовой промышленности и использования при­ родного газа могут решаться в единой модели весьма при­ ближенно, без учета внутренних особенностей и связей единой газоснабжающей системы УССР.

Выполняемое в модели агрегирование топливно-энерге­ тических ресурсов и потребителей топлива и энергии, раз­ мещенных на территории республики, обусловливается так­ же комплексом поставленных задач, которые необходимо ре­ шить в процессе оптимизации баланса. Для условий Укра-

инской ССР основными задачами, решаемыми в рамках еди­ ной модели, являются:

а) рациональное распределение топливно-энергетиче­ ских ресурсов (при фиксированных внешних связях, полу­ ченных в результате оптимизации баланса страны) между потребителями, расположенными на территории респуб­ лики;

б) определение потоков топлива, направляемых в от­ дельные территориальные районы УССР;

в) направления использования местных видов топлива в энергетических процессах и на коммунально-бытовые нужды;

г) определение потребности в топливе отдельных отрас­ лей промышленности УССР;

д) определение перспективной потребности в отдельных видах топлива крупных экономических районов: ДонецкоПриднепровского, Юго-Западного и Южного;

е) определение конкретных видов топлива и объемов по­ ставки топливных ресурсов для крупных КЭС и ТЭЦ, а также предприятий промышленности строительных материа­ лов.

Выяснение этих вопросов в общей модели определяет методы и особенности набора расчетной матрицы перспектив­ ного топливно-энергетического баланса УССР.

§ 3. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ РАСЧЕТНОЙ МАТРИЦЫ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА УССР

При реализации задачи оптимизации топливно-энергети­ ческого баланса УССР в рамках производственно-распре­ делительной математической модели разработанный массив исходной технико-экономической информации на перспекти­ ву сосредоточивается в матрицах отдельных территориаль­ ных районов республики, где по строкам показываются условные пункты производства, а по столбцам—условные пункты потребления топливно-энергетических ресурсов. Форма такой матрицы для /г-го района приведена на рис. 1

На пересечении і-й строки и /-го столбца в каждой клет­ ке проставляются значения коэффициента ‘кц ограничений (8-3) и соответствующего коэффициента Зц функционала ма­ тематической модели. Количество таких матриц соответству­ ет количеству районов, выделенных в математической мо­ дели.

228

В настоящее время разработаны обслуживающие под­ программы, позволяющие передать функции формирования расчетных матриц типа приведенной на рис. I непосредствен­ но электронной вычислительной машине *.

Набор расчетных матриц отдельных территориальных районов модели может осуществляться в двух модифика­ циях. В первой из них свободные члены ограничений (8-3)

Рис. 1. Форма матрицы для k-ro района при оптимизации топливно-энергетического баланса УССР на единой производствен­ но-распределительной математической модели.

модели интерпретируются как заданные на расчетный пери­ од годовые объемы производства конечной продукции. В этом случае

nii

где пц — норма расхода і-го энергоносителя на единицу ко­ нечной продукции, производимой /-м потребителем, т уел.

т./ед. прод.

Во второй модификации компоненты вектора потребнос­ ти интерпретируются в каждом /-м столбце расчетной матри­ цы как потребность j-й обобщенной группы потребителей в наиболее экономичном виде топлива, исходя из условий полного удовлетворения потребности j-й группы. При такой

* Подобные подпрограммы разработаны в Главном вычислительном центре Госплана СССР.

229

где «Ф.іп— минимальная норма расхода топлива для всех і-х

энергоносителей, используемых в данном /-м энерготехноло­ гическом процессе на производство конечной продукции, т уел. т.Іед. прод.; П,- — планируемое производство продук­ ции в /-й обобщенной группе потребителей топливно-энер­ гетических ресурсов.

Тогда коэффициенты Хц можно определить из следующе­ го выражения:

„min

Хи = -jf—; і = 1, 2, . . . , т; } = 1, 2, . . , , п, (8-7)

пц

т. е. в каждой клетке /-го столбца расчетной матрицы про­ ставляются отношения нормы расхода наиболее экономич­ ного вида энергоносителя ко всем остальным видам энерго­ носителей, которые по технологическим и техническим воз­ можностям могут быть использованы в данном энерго-техно­ логическом процессе. Вследствие этого для всех коэффициен­

Вторая модификация компонент вектора ресурсов в моде­ ли более удобна, чем первая.

Это объясняется тем, что несмотря на изменение удель­ ных расходов топлива для объектов потребления по годам планируемого периода, отношения нормативов остаются в до­ статочной степени устойчивыми, т. е. для коэффициентов Хц во временном разрезе выполняется приближенное со­

где t — первый расчетный период, на который выполняется оптимизация баланса; (t + s) — предельный расчетный пе­ риод, на который выполняется оптимизация баланса.

Выполнение соотношения (8-8) дает возможность'значи­ тельно уменьшить объем работы, связанный с подготовкой исходных матриц к реализации на ЭЦВМ.

Сезонная неравномерность в потреблении природного газа учитывается в расчетной матрице следующим образом.

Кроме основных потоков газа, по строкам матрицы выде­ ляются буферные потоки газообразного топлива. Для кате­

230