книги из ГПНТБ / Экономика газовой промышленности

формационных потоков между отдельными элементами каж­ дой системы является задачей построения АСУ топливноэнергетическим хозяйством республики. Тем не менее, приведенный перечень дает представление о масштабах ин­ формационного обеспечения оптимизационных математиче­ ских моделей и о необходимом количественном и качествен­ ном уровнях разработки информации при решении задачи оптимизации баланса республики на ЭЦВМ.

К объемным показателям в области приходной и расход­ ной части баланса относятся прежде всего намечаемые на перспективу возможные объемы производства различных ви­ дов топливно-энергетических ресурсов, объемы производства промышленной продукции в республике, демографические данные о росте населения и т. д. Объемные показатели яв­ ляются основой формирования краевых условий математи­ ческих моделей. Для формирования этих условий недоста­ точно оперировать общими объемными показателями разви­ тия народного хозяйства республики. Необходимо знать конкретное размещение существующих промышленных предприятий на территории республики, намечаемые ва­ рианты строительства новых, реконструкции и вывода суще­ ствующих объектов промышленности. Только в этом случае в математических моделях представляется возможным про­ вести достаточно обоснованное территориальное агреги­ рование источников и потребителей топливно-энергетиче­ ских ресурсов. Не менее важной является проблема пер­ спективного развития транспортной системы республики. Сюда относятся вопросы перспективного развития сети же­ лезных дорог, систем трубопроводного транспорта жидкого и газообразного топлива, линий передач электроэнергии высокого напряжения на далекие расстояния и системы рас­ пределительных сетей.

Для формирования транспортных показателей в мате­ матических моделях должны учитываться пропускная спо­ собность отдельных участков транспортных систем, возмож­ ные маршруты передачи' топлива и электроэнергии из одних районов республики в другие, возможные варианты расширения и реконструкции существующих участков же­ лезных дорог, магистральных газопроводов и линий электро­ передач.

В основе оптимизации систем топливно-энергетиче­ ского хозяйства на различных уровнях иерархии лежат нор­ мативные показатели, характеризующие уровень техниче-

ского совершенства использования различных видов топли­ ва и энергии в высоко-, средне- и низкотемпературных про­ цессах промышленности, а также в процессах коммунально­ бытового сектора. Одним из требований, предъявляемых к нормативной базе, используемой для оптимизации баланса, является обеспечение принципа прогрессивности норматив­ ной информации, учитывающее технический прогресс в отраслях промышленного производства. Положенные в ос­ нову оптимизации прогрессивные нормативы должны учитывать изменения расхода топлива и энергии за счет усо­ вершенствования конструкции тепловых агрегатов, исполь­ зования тепловых отходов, широкого внедрения автоматиза­ ции теплотехнических процессов и дальнейшего совершен­

что эта система должна отражать изменение удельных норм в зависимости от качественной характеристики (вида) топ­ лива, используемого в данном промышленном процессе. Для создания системы нормативов, отражающих эти измене­ ния, необходимо исследовать на частных математических моделях промышленных предприятий связь между энерге­ тическими и технологическими характеристиками энерго­ потребляющих агрегатов.

Энергетические характеристики энергопотребляющих аг­ регатов во взаимосвязи с технологией представляют матема­ тическое описание уровня энергопотребления. Изменение энергетических характеристик агрегатов в зависимости от изменения вида используемого энергоносителя можно рас­ сматривать на уровнях детерминированных и стохастических моделей.

При детерминированном подходе к построению моделей для определения удельных расходов энергоносителей стро­ ятся аналитические функциональные зависимости между искомыми (удельный расход топлива) и определяющими фак­ торами и имеется однозначное решение. При стохастическом же подходе определяется не функциональная, а вероятност­ ная связь между искомыми и определяющими факторами. Для построения стохастической зависимости между величи­ ной энергопотребления и определенными факторами должны быть использованы экспериментальные пассивные методы, т. е. должно быть использовано значительное количество статистического материала, характеризующего условия ра­ боты агрегатов в конкретных условиях промышленной экс­

242

плуатации. Следовательно, научно обоснованные прогрес­ сивные нормативы, используемые при оптимизации топливноэнергетического хозяйства района (республики), могут быть разработаны лишь при широком участии промышленных предприятий.

Не менее важной является проблема разработки норма­ тивных экономических показателей (показателей удельных капитальных вложений и эксплуатационных затрат) на всех этапах функционирования системы топливно-энергетиче­ ского хозяйства с учетом нелинейной зависимости этих пока­ зателей от объемов добычи, транспортирования, использова­ ния топлива, а также с учетом фактора времени. Например, для функционирующей системы газового хозяйства респуб­ лики состав этих показателей определяется необходимостью их формирования на следующих этапах: а) определение удельных затрат (удельных капитальных вложений и экс­ плуатационных расходов), связанных с разведкой и добычей природного газа, для каждого t-ro источника; б) определе­ ние удельных затрат на транспортирование газа по каждо­ му г-му участку газопровода, соединяющего і-й источник с /-и потребителем; в) определение удельных затрат, свя­ занных с хранением природного газа в каждом і'-м пункте хранения; г) определение экономических показателей ис­ пользования природного газа для каждого /-го потреби­ теля.

Так как на основе этих показателей формируются оцен­ ки функционала математических моделей, от представитель­ ности разработанного на перспективу массива экономиче­ ской информации зависят конкретные результаты оптимиза­ ционных решений топливно-энергетического баланса.

Информационные показатели, получаемые в результате оптимизации энергетических задач на более высоком уров­ не иерархии, необходимы в основном для получения прием­ лемых решений в рамках локальных моделей на низких уровнях иерархии. Такими показателями, как мы видели, были определяемые в результате оптимизации баланса стра­ ны: перспективные объемы топлива, подаваемые на террито­ рию республики из других районов страны; межреспубли­ канские перетоки электроэнергии; поставки топлива из ме­ сторождений Украинской ССР в другие республики и на экс­ порт, а также система замыкающих затрат на топливо и энергию. Для возможности эффективного использования при решении локальных задач системы замыкающих затрат на

топливо и энергию в результате оптимизации баланса стра­ ны должна также выдаваться схема основных направлений потоков топлива и энергии с конкретными центрами потреб­ ления. Последнее дает возможность при решении моделей на низких уровнях иерархии (промышленные предприятия) ввести обоснованную поправку на затраты в магистральный транспорт энергоносителей.

Приведенный далеко не исчерпывающий перечень про­ блем в области информационного обеспечения задач оптими­ зации систем топливно-энергетического хозяйства Украин­ ской ССР позволяет сделать вывод о том, что проблеме ин­ формации должно быть уделено большое внимание.

Бурное развитие электронно-вычислительной техники и математических методов открывает широкие возможности в области оптимизации и управления системой топливноэнергетического хозяйства УССР. В то же время использо­ вание новых методов требует проведения широких каче­ ственных изменений в существующих формах статистиче­ ской отчетности промышленных предприятий и формах под­ готовки, а также использования информации. Практическая же ценность результатов машинных решений, получаемых при использовании информации, не приспособленной для ввода в математическую модель, равна нулю.

Г л а в а IX

ОТРАСЛЕВЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ПЕРСПЕКТИВНОГО РАЗВИ­

ТИЯ ГАЗОСНАБЖАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ РЕСПУБЛИКИ

§ 1. ОБЩАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ И МОДЕЛИ ОТДЕЛЬНЫХ ВРЕМЕННЫХ ПЕРИОДОВ

При планировании системы газоснабжения УССР в об­ щей модели топливно-энергетического баланса (в едином комплексе со всеми остальными видами топлива) не учиты­ вается ряд факторов, которые имеют определяющее значение для рационального функционирования и перспективного раз­ вития системы газового хозяйства республики. Прежде всего, описанные выше модели топливно-энергетического баланса в вышеприведенной постановке являются стати­

244

ческими, поэтому фактор сезонной неравномерности в газопотреблении учитывается в них чисто эвристическим пу­ тем с выделением в качестве некоторых условных пунктов производства буферных потоков газа. Практически другие варианты регулирования сезонной неравномерности в газопотреблении (за исключением использования весенне-лет­ них избытков газа на мощных электрических станциях) в этих моделях не рассматриваются. Ввод в формальную по­ становку общих моделей подземных хранилищ газа нарушает структуру ограничений распределительной задачи и увели­ чивает количество этапов модели второй степени сложности. А самое важное обстоятельство заключается в том, что при комплексной оптимизации невозможно детально рассмотреть все вопросы добычи газа на отдельных месторождениях рес­ публики, хранения, транспортирования по разным участ­ кам магистральных и распределительных газопроводов, перераспределения потоков газа в территориальном и от­ раслевом разрезах в зависимости от времени года и т, д.

Все эти вопросы в достаточной мере точно выясняются на отраслевых математических моделях при системном под­ ходе к оптимизации топливно-энергетического хозяйства.

Мы уже отмечали, что системный подход вызывает необ­ ходимость разработки математических моделей по всем от­ раслям топливной промышленности, электроэнергетики, по отдельным районам республики.

Если все такие модели разработаны на одном математиче­ ском уровне, то можно осуществлять итерационный процесс их реализации на ЭЦВМ, в котором средствами увязки меж­ ду собой частных решений отдельных моделей служат двой­ ственные экономико-математические оценки (симплексмножители) [11]. Следует подчеркнуть, что такой процесс становится возможным в случае, когда разработан комплекс отраслевых моделей (по единой газоснабжающей системе республики, нефтяной и нефтеперерабатывающей про­ мышленности, топливной и топливоперерабатывающей про­ мышленности УССР и т. д.), к чему, естественно, следует стремиться.

В то же время замыкающие затраты на топливо и энер­ гию (как аналог двойственных оценок) не могут служить средством увязки локального решения модели любой отрас­ левой системы с оптимальным развитием топливно-энерге­ тического хозяйства. Эти затраты как средство увязки част­ ных решений могут быть эффективно использованы лишь на

245

низких уровнях оптимизации единого топливно-энергетиче­ ского хозяйства, скажем, при разработке энергетических ба­ лансов промышленных предприятий.

В данной главе излагаются методы математического мо­ делирования и решения только одной из отраслевых систем, а именно газоснабжающей, поэтому не существует строгого доказательства того, что полученные на модели решения пол­ ностью увязываются с развитием всех подсистем топливноэнергетического хозяйства. Тем не менее, проводимые на этой модели многовариантные расчеты позволяют опреде­ лить тенденции в степени устойчивости и особенностях га­ зоснабжения отдельных потребителей в перспективном пе­ риоде, перераспределение потоков газа на территории рес­ публики во временном разрезе, рациональные варианты ре­ гулирования сезонной неравномерности в газопотреблении, степень загрузки отдельных участков газопроводов и т. д.

В общей постановке задача комплексного распределения потоков газа между промышленными процессами, т. е. задача, которая должна решаться в модели развития систе­ мы газового хозяйства УССР, заключается в совместном определении параметров газоснабжающей системы при усло­ вии максимизации суммарного народнохозяйственного эф­ фекта, получаемого в результате применения газа в промыш­ ленных процессах вместо энергоносителя т-го вида.

В процессе формализации задачи перспективного распре­ деления потоков природного газа между отдельными кате­ гориями потребителей должны учитываться основные этапы функционирования газового хозяйства от добычи до использо­ вания газа в энерготехнологической установке. При этом в единую систему газового хозяйства республики включа­ ются: а) система внутренних и внешних источников газа; б) система магистральных газопроводов; в) система подзем­ ных хранилищ газа; г) система распределительных газопро­ водов; д) система потребителей газа.

Каждый из этапов функционирования системы характе­ ризуется определенными условиями, которые учитываются при математическом моделировании задачи типом вводимых ограничений. Материальные затраты, связанные с осуще­ ствлением каждого этапа, учитываются в функционале ма­ тематической модели, на который накладывается требование максимизации или минимизации.

В соответствии с изложенным критерием оптималь­ ности данной системы ^служит . максимальный народнохо­

246

зяйственный эффект, получаемый за счет распределения при­ родного газа между определенными категориями потреби­

телей. • Исходя из возможности применения различных энерго­

носителей в промышленных процессах, этот эффект для /-й обобщенной группы потребителей измеряется путем сопо­ ставления затрат варианта использования т-го энергоноси­ теля (по всему технологическому циклу) и варианта исполь­ зования природного газа. Обозначив базисный вариант использования потребителем т-го энергоносителя индексом т, а вариант использования тем же потребителем природно­ го газа индексом г, получим в общем виде выражение для измерения удельного эффекта от применения газообраз­ ного топлива

кз;+ з£ер+ з;

A3УД ■

стральный транспорт т-го энергоносителя, руб/m уел. те, Зр т — удельные приведенные затраты на распределительный

транспорт т-го энергоносителя, рубіт уел. те, рт — норма расхода т-го энергоносителя на единицу продукции /-й категории потребителей, т уел. т.Іед. пробе, 3*и— удель­

ные приведенные затраты (без топливной составляющей)

3£—удельные приведенные затраты на добычу газа, рубіт уел.

удельные приведенные затраты на хранение газа, рубіт уел. те, 3£ т — удельные приведенные затраты на транспорт

газа по распределительным сетям, рубіт уел. те, т]г — об­ щий коэффициент, учитывающий потери газа при добыче, хранении и транспорте до потребителя; рг — норма рас­ хода газа на единицу продукции /-й категории потребителей, т уел. т.Іед, пробе, 3£и— удельные приведенные затраты

247

(без топливной составляющей) на производство единицы продукции в /-й категории потребителей при использовании природного газа, руб.Іед. прод.

В зависимости от того, какие варианты использования энергоносителей рассматриваются для каждой категории потребителей, выражение (9-1) видоизменяется и в каждом случае конкретизируется.

Общим при сопоставлении вариантов с индексами т и г является необходимость учета затрат по всему технологи­ ческому циклу, характерному для данного варианта и рас­ сматриваемой категории потребителей. При сопоставлении технико-экономических показателей вариантов по выра­ жению (9-1) должны выполняться следующие основные требования: 1) каждый из вариантов использования энер­ гоносителей должен рассматриваться в оптимальных для него условиях; 2) варианты для каждой /-й группы потре­ бителей должны быть сопоставимы.

Для выполнения первого требования каждый из вариан­ тов использования энергоносителей в промышленном про­ цессе должен рассматриваться при соблюдении всех воз­ можных условий эксплуатации оборудования, позволяющих снизить энергетические и неэнергетические затраты на про­ изводство конечной продукции. Для выполнения второго требования при использовании любого энергоносителя в промышленном процессе необходимо соблюдать следую­ щее основное условие: народное хозяйство должно получить заданное количество продукции заданного ассортимента и требуемого качества.

В качестве базисных энергоносителей т-го вида для от­ дельных категорий потребителей в задаче рассматриваются такие виды топлива (энергии), которые наряду с природным газом широко используются в настоящее время в конкрет­ ных энерготехнологических процессах или являются пер­ спективными с точки зрения их применения в этих процес­ сах в будущем. К этим энергоносителям в задаче отнесены донецкий уголь и продукты его переработки, мазут, электро­ энергия, промышленные газы.

Определив для большинства потребителей базисный ва­ риант использования конкретного энергоносителя, преобра­

248

Обозначив в выражении (9-2) первое слагаемое через A3', получим окончательную общую формулу представления оце­ нок функционала модели

АЗУД= A3' — т]г (Згд+ Згы 7+ З хг + Згр т) руб/m уел. т. (9-3)

Для учета экономических показателей, входящих в вы­ ражения (9-1) — (9-3) на территории республики выделя­ ются определенные территориальные районы размещения источников, потребителей и объектов хранения природно­ го газа. Внутри каждого такого района единичные потре­ бители газа объединяются в конкретные группы по призна­ ку общности влияния применяемого энергоносителя на экономику промышленного процесса. Каждая из таких обоб­ щенных групп выступает в математической модели в ка­ честве единого потребителя газа.

С учетом особенностей функционирования газового хо­ зяйства математическая модель задачи распределения ре­ сурсов природного газа на формальном языке описывается следующим образом:

24»

где ir£i, jr £ /, Г (+ '.

(9-11)

где tV (4 jr 6 /> C 6 7'-

В формулы введены следующие обозначения параметров: і — множество источников производства природного газа; / — множество обобщенных групп потребления газа; і' — множество объектов хранения газа; г — множество газо­

проводов магистральной и распределительной сети; а] — наличие ресурсов газа в і-м источнике в весенне-летний период; а}1— наличие ресурсов газа в і-м источнике в осен­

ію «зимний период; а,і — активная емкость і -го подземно­ го хранилища газа; Ь/ — годовая расчетная потребность в газе /-й обобщенной группы потребителей; qr — пропуск­ ная способность г-го газопровода; tx t2— временная про­ должительность соответственно весенне-летнего и осеннезимнего периодов; хцг — объем газа, который получает /-я обобщенная группа потребителей из і-го источника по г-му газопроводу в весенне-летний период; уцг — объем газа, который получает /-я обобщенная группа потребителей из і-го источника по г-му газопроводу в осенне-зимний пери­ од; Zi-jr — объем газа, который получает /-я обобщенная группа потребителей из і-го пункта хранения по г-му га­ зопроводу в осенне-зимний период; щ-г — коэффициент, учитывающий потери газа при добыче и транспортировании

250