Математические модели развития изолированных энергосистем в процессе реформирования электроэнергетики тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Математические модели развития изолированных энергосистем в процессе реформирования электроэнергетики"

БАРДЮКОВ Вадим Григорьевич

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАЗВИТИЯ ИЗОЛИРОВАННЫХ ЭНЕРГОСИСТЕМ В ПРОЦЕССЕ РЕФОРМИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

Специальность

08.00.13 - Математические и инструментальные методы экономики

к.

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Иваново 2005

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Зайцев

Виктор Александрович

Официальные оппоненты: доктор экономических наук,

профессор Окороков

Василий Романович

кандидат экономических наук,

доцент Вылгина

Юлия Вадимовна

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Ивановский государственный университет»

Защита состоится 19 марта 2005 г. в час. на заседании диссертационного совета Д.212.063.04 при ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет» по адресу: 153460, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, д.7, ауд. Г101

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет».

Автореферат разослан « » РЛ^_2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета 7 Дубова С.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы исследования. Причины постоянного внимания исследователей к проблемам энергетики общеизвестны. Энергетическая, в частности, электроэнергетическая отрасль, является основой развития любого современного общества.

Переход экономики России к рыночным отношениям, проводимые реформы управления энергетическими компаниями, оказали существенное влияние на принципы формирования их экономической стратегии. Большая часть АО - энерго в настоящее время имеют связь с Единой энергосистемой страны; для них формируется конкурентный Федеральный оптовый рынок энергии и мощности (ФОРЭМ). Однако по прошествии десятилетнего периода работы акционерных энергетических компаний в условиях рынка стало очевидно, что созданная новая структура управления энергетической отраслью страны и характер экономических отношений между энергетическими компаниями нуждаются в дальнейшем исследовании и совершенствовании.

Одним из эффективных инструментов исследования проблем электроэнергетики являются методы экономико-математического моделирования. Электроэнергетическая отрасль обладает рядом специфических признаков, требующих особого учета как при структурно-организационных преобразованиях отрасли, так и в процессе теоретического ее исследования,. Среди них следует отметить особые свойства электроэнергии, как продукта; техническую зависимость производителей, а также потребителей друг от друга. Эти и другие особенности отрасли должны найти адекватное отражение в новых задачах оптимизации деятельности энергопредприятий в условиях рынка.

Известны примеры успешного решения таких задач; например, проработаны вопросы формирования тарифов на электрическую и тепловую энергию, цен на оптовых рынках электроэнергии и ряда других. Однако эти исследования по большей части относились к деятельности энергопредприятий в рамках Единой энергосистемы.

Вместе с тем в стране функционирует ряд энергосистем, не связанных с ЕЭС или имеющих весьма ограниченные возможности по обмену с ЕЭС энергией и, тем самым, в частности, выхода на ФОРЭМ. Это предопределяет, прежде всего, специфический характер формирования рыночных отношений в этих изолированных энергосистемах. В частности, в отличие от других энергокомпаний, в изолированных системах не всегда возможно и экономически целесообразно полное разделение бизнеса по видам деятельности (производство, передача, сбыт), что, как известно, является одним из ключевых момен-

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА 3 Петербург

тов проводимой энергетической реформы. В силу своеобразия исторического развития и обособленного территориального расположения многие энергопредприятия в этих системах имеют структуру затрат, не свойственную другим энергосистемам страны. Кроме того, большинство таких систем включает относительно небольшое число отдельных производителей, а иногда - и крупных потребителей электрической и тепловой энергии, из-за чего эффекты межэлементного взаимодействия в таких системах могут быть весьма значительными. Учет этих специфических особенностей в экономико-математических моделях, решение конкретных задач оптимизации развития изолированных энергосистем и отдельных предприятий в их составе является актуальной задачей в теоретическом плане и имеет существенное практическое значение.

Цель и задачи исследования. В соответствии со сказанным выше основными целями данного исследования были выбраны: определение принципиальных подходов к построению экономико-математических моделей развития изолированных энергосистем в процессе реформирования электроэнергетики и разработка таких моделей для наиболее важных в практическом отношении задач.

Исходя из этих целей, конкретными задачами исследования определены следующие:

- анализ особенностей изолированных энергосистем и складывающихся в них экономических отношений, выявление отличий в проведении экономической реформы в этих системах, существенно влияющих на выбор конкретных методов построения экономико-математических моделей их развития;

- определение возможных подходов к моделированию спроса и предложения, тарифов на электрическую и тепловую энергию в изолированных энергосистемах;

- разработка экономико-математических моделей отдельных аспектов функционирования изолированных энергосистем, а именно:

оценки влияния проводимых преобразований на экономические показатели деятельности энергопредприятий;

распределения нагрузки между отдельными генерирующими предприятиями, оптимального с точки зрения производителей и потребителей электроэнергии;

повышения надежности электроснабжения в энергосистеме.

Теоретической и методологической базой исследования явились теория и общие принципы управления, экономического и экономико-математического анализа в области энергетического производ-

ства, труды ученых, экономистов, энергетиков и математиков - A.A. Арзамасцева, Г.Л. Багиева, В.В. Болотова, В.В. Великороссова, В.В. Глухова, И.В. Гофмана, В.И. Денисова, П.П. Долгова, А.Н. Зла-топольского, Ю.Б, Клюева, Т.В.Лисочкиной, A.A. Макарова, Л.А. Мелентьева, И.В. Недина, A.C. Некрасова, A.B. Новикова, В.Р. Окоро-кова, Л.П. Падалко, Е.С. Петровского, С.Л. Прузнера, Ю.В. Синяка, Ю.А. Соколова, A.A. Черпухина, Л.Д. Хабачева, П.М. Шевкоплясова, В.И. Эдельмана и других, внесших существенный вклад в развитие как собственно методов управления энергетическими компаниями, так и методов моделирования и анализа функционирования энергопредприятий и > энергетических систем.

Предметом диссертационного исследования являются экономико-математические методы моделирования электроэнергетиче-, ских предприятий и их систем.

Объектом исследования являются изолированные электроэнергетические системы и отдельные энергопредприятия в их составе.

Информационной базой исследования явились отчетные данные ОАО «Таймырэнерго», информационные материалы официальных энергетических организаций и печатные издания в области экономического анализа и экономико-математического моделирования.

Основные методы исследования: элементы системного анализа, теории решения экстремальных задач (линейное и нелинейное программирование), теории игр, теории систем массового обслуживания.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

- определены принципиальные подходы к выбору экономико-математических моделей для исследования развития изолированных энергосистем на основе проведенного анализа характерных признаков

k таких систем, отличающиеся необходимостью комплексного учета

экономических интересов всех их элементов;

- выявлены наиболее важные оптимизационные задачи, ре-ь шение которых актуально для изолированных энергосистем, выявлены характерные особенности выбора критериев оптимизации;

- приведены оценки экономической целесообразности и динамики ожидаемого эффекта проводимых структурных преобразований;

- предложены математические модели задач определения равновесных тарифов, оптимального распределения нагрузки, повышения надежности энергоснабжения, существенно отличающиеся от известных учетом особенностей изолированных энергосистем.

На защиту выносятся.

- математическая модель определения равновесных тарифов на электроэнергию в изолированных энергосистемах, разработанная на основе методов теории игр;

- математическая модель оптимального распределения нагрузки между производителями электроэнергии в изолированных энергосистемах;

- математическая модель оценки экономической целесообразности проводимых в рамках реформы отрасли преобразований, их влияния на себестоимость электроэнергии;

-математические модели повышения надежности электроснабжения в энергосистеме путем резервирования линий электропередачи при различных критериях оптимизации.

Практическая ценность результатов диссертационного исследования. Результаты работы могут быть использованы для прогнозирования влияния отдельных мероприятий по разделению бизнеса и освобождению энергопредприятий от непрофильных видов деятельности на их экономические показатели с целью определения оптимальных объема и последовательности их проведения; для определения оптимального распределения нагрузки между отдельными электростанциями в рамках одной генерирующей компании или оптимальной политики предложения электроэнергии на изолированном региональном рынке; для выяснения экономически приемлемых (равновесных) уровней тарифов на таких рынках; для оценки экономической целесообразности и выбора оптимального варианта мероприятий по повышению надежности энергоснабжения.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научных семинарах Института управления, финансов и информационных систем кафедры экономики и финансов ИГХТУ, на Международной научной конференции «Энергосберегающие технологии и оборудование, экологически безопасные производства» (Иваново, 2004).

Основные результаты исследований отражены в научных трудах общим объемом 4,65 п. л., в том числе авторских 4,55 п.л.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных литературных источников, включающего 112 наименований и приложения. Общий объем работы 118 стр, в том числе 104 страницы основного текста. Работа содержит 2 таблицы и 17 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, формулируются его цель и задачи.

В первой главе «Современный этап экономической реформы электроэнергетики и проблемы его отражения в экономико-математических моделях» приведены существенные, по мнению автора, аспекты современного состояния электроэнергетики страны, , проводимой в отрасли реформы. Делается вывод о том, что процесс

реформирования в отрасли незавершен, некоторые вопросы, в частности, реформирования изолированных энергосистем, еще не решены. При имеющихся несомненных положительных результатах, общее состояние отрасли, в том числе оборудования, требует пристального внимания и усилий по совершенствованию управления энергопредприятиями и энергосистемами. Отрасль в целом нуждается в значительных капиталовложениях, что делает принципиально важным достижение инвестиционной привлекательности отдельных предприятий и энергосистем.

В современных условиях руководству энергетических предприятий важно иметь правильное представление о возможных путях решения их насущных проблем. В экономике государства наступила относительная стабильность и прогнозируемость. Тарифы на тепловую и электрическую энергию пересматриваются не чаще одного раза в год (еще два-три года назад пересматривались несколько раз в год). Таким образом, для любой энергетической компании, независимо от того, работает она на рынке электроэнергии или нет, единственным источником финансовых средств на реконструкцию, техническое перевооружение, программу производственного и социального развития энергетических предприятий на длительную перспективу является « сокращение затрат.

В силу общеизвестных физико-технических особенностей процессов производства, передачи и потребления электроэнергии математическое моделирование широко и эффективно применялось и применяется для разработки и совершенствования разнообразных электротехнических аппаратов и устройств.

С другой стороны, из-за специфического характера электроэнергии как продукта, практически любая задача «технической» оптимизации является задачей и экономической оптимизации, поскольку отклонения от требуемых параметров вырабатываемой, переда-

ваемой и используемой электроэнергии сказывается на показателях деятельности всех участников процесса, фактически независимо от того, в каком звене технологической цепочки это отклонение произошло. Поэтому решения многих задач, которые были найдены в условиях плановой экономики как технические, и сохраняющие в этом качестве свою значимость и сейчас, являются также и достаточно надежной основой для решения задач экономической оптимизации в условиях экономики рыночной.

Вместе с тем эти задачи оптимизации по большей части или формулировались, так сказать, в «натуральной» форме или относились к экономике всей страны, возможно, к отдельным крупным регионам. Таким образом, именно вопрос о формулировке критериев экономической эффективности является достаточно существенным.

Можно констатировать, что методы математического, в частности экономико-математического моделирования объемно и эффективно применялись и применяются при исследовании различных аспектов функционирования энергетического комплекса. Вместе с тем возникают и новые практически важные задачи, для решения которых требуется модернизация известных - или разработка в чем-то новых -моделей, формальных постановок задач и выбора критерия (критериев) оптимальности.

Если модификация приемов экономико-математического моделирования по отношению к современным проблемам энергетики в целом относится, прежде всего, к адекватной экономической постановке задач, моделирование изолированных энергосистем имеет дополнительные особенности.

Обособленность рассматриваемых систем либо изначально определялась географическим положением региона (Сахалин, Камчатка), либо проистекала из возможности и/или необходимости производства электроэнергии в данном регионе (крупные ГЭС Сибири, ТЭЦ вблизи крупных месторождений дешевого угля и связанные с ними крупные потребители -Норильский ГМК, Братский ЦБК и др.). В обоих случаях изолированность энергосистемы и труднодоступ-ность территории очевидно взаимосвязаны; сложность транспортного сообщения порождает ряд очевидных проблем, нехарактерных для других территорий, и особенностей структуры затрат. В большинстве случаев климатические условия в регионах, где функционируют изолированные энергосистемы, тяжелые; поэтому фактор сезонности проявляется здесь резче.

С другой стороны, практически все энергосистемы, которые можно назвать изолированными, расположены на территориях со слабо развитой инфраструктурой; в частности, и сетевое хозяйство развито слабо. Поэтому приобретают большое значение вопросы надежности передачи электроэнергии.

Формирование тарифов в изолированных энергосистемах также будет проходить по иному, чем в целом в РАО ЕЭС, на ФОРЭМ.

В изолированных энергосистемах заметно проявляется взаимозависимость производителей и потребителей электроэнергии; часто невозможно рассматривать оптимизацию отдельных элементов системы. При небольшом, как правило, числе элементов изолированных систем, статистические (теоретико-вероятностные) методы исследования необходимым образом уступают место методам теории конфликтных ситуаций (теории игр). Итоги анализа ситуации в изолированных энергосистемах сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Важнейшие отличительные особенности изолированных

энергосистем и их производственно-экономические последствия

Отличительная особенность Производственно-экономические последствия

Отсутствие связи с Единой энергосистемой 1. Невозможность участия в торгах на ФОРЭМ

2. Отсутствие значительных резервов мощности, баланс производства и потребления электроэнергий

3. Повышенные требования к надежности энергоснабжения

Географическая удаленность (обособленность) региона Ограниченные возможности обращения к конкурентным рынкам поставок оборудования и материалов, ремонтных и иных видов сервисных работ

Относительно небольшое число крупных производителей и/или крупных потребителей электроэнергии 1 Специфический характер рынка электроэнергии

2. Выраженная производственно-экономическая взаимозависимость элементов системы

Слабо развитая инфраструктура региона Необходимость выполнения отдельными предприятиями непрофильных видов деятельности

Отмеченные в целом особенности изолированных энергосистем и, соответственно, требований к применяемым экономико-математическим методам, учтены в следующей, второй главе «Математическое моделирование функционирования изолированных энергосистем в процессе реформирования».

Выдвигается тезис о том, что своеобразные взаимоотношения между экономическими агентами - производителями и потребителями электрической энергии, когда ни один из них не может рассматривать собственные интересы вне зависимости от интересов других, но и в определенной степени способен влиять на их положение, создает ситуацию, включающую в себя характеристики одновременно олигополии и олигопсонии. Моделирование таких ситуаций традиционно осуществляется методами теории игр.

В работе предлагается вариант такого описания функционирования изолированной энергосистемы - в виде кооперативной игры, в которой стратегиями участников являются'

для производителя Г, - выбор определенного тарифа XV, на электроэнергию;

для потребителя Ц, - покупка (заказ) определенного объема V,, э/энергии у производителя Ц,.

В качестве функции выигрыша производителя предлагается взять прибыль, получаемую в результате продажи электроэнергии, в качестве функции выигрыша потребителя - предприятия, также выбирается прибыль, причем потребление электроэнергии рассматривается как одна из статей затрат. Для случая один потребитель - дин производитель получено выражение для тарифа и объема выпуска электроэнергии, являющихся равновесными ( по Нэшу) стратегиями участников. Показано, что эти равновесные стратегии существуют, только если критерием оптимальности является суммарная прибыль участников, причем конкретные значения оптимальных стратегий и критерия оптимальности качество ситуации равновесия зависит от верхней границы тарифа на электроэнергию. Поэтому вмешательство РЭК в процесс купли-продажи электроэнергии выглядит вполне целесообразным.

В работе приведена также одна конкретная теоретико-игровая модель установления тарифов в замкнутой энергосистеме, для случая двух производителей и одного потребителя.

В работе рассматривается также возможность описание функционирования изолированной энергосистемы как системы массового обслуживания, в которой «заявками» являются запросы на поставку

электроэнергии, а обслуживанием - ее фактический отпуск в данный момент времени.

Практическое применение конкретизированных моделей таких типов может служить базой для оценки обоснованности применяемых в энергосистеме тарифов.

Проводимые реформы предполагают выделение самостоятельных предприятий по генерации, транспорту и сбыту электроэнергии, а также снижение (или исключение) затрат непрофильного характера. В работе, в первом случае, получено достаточное простое и естественное условие экономической целесообразности реформирования по критерию - увеличение удельной прибыли на 1квтч отпущенной электроэнергии, а именно:

к* + и* + Ь*< к + и + Ь (1)

где к , и и Ь - «дореформенные» затраты энергопредприятия на 1 квтч электроэнергии: и - не связанные непосредственно с производством электроэнергии, но необходимые для поддержания производственного процесса (ремонт и т.п.); к связанные с реализацией электроэнер-, » *

гии (передача, сбыт); П - непрофильные, а к , и - послереформен-

ные цены «обслуживания» 1 квтч вновь созданными структурными . *

единицами, п - новые удельные непрофильные затраты. При этом разность между прежним тарифом Т (сохраняющемся для потребителя) и новым Т , по которому энергопредприятие отпускает электроэнергию сетям, то есть Т — Т , должна иметь значение между величинами левой и правой частями неравенства ( 1 ). В работе показано, что неравенство ( 1 ) допускает естественную, реальную интерпретацию как для Единой энергосистемы, так и для изолированных энергосистем.

Специфика электроэнергии как продукта, а именно, невозможность ее хранения, здесь играет ключевую роль' очевидной основой оптимальной стратегии в противном случае было бы создание запасов продукции, произведенной в «выгодное» по себестоимости время для реализации по выгодной цене (при высокой рентабельности). Поскольку электроэнергия может производиться несколькими способами, и даже однотипные станции могут отличаться численными значениями параметров, определяющих производственные издержки конкретного предприятия, представляет интерес определить оптимальное (например, по прибыли) распределение нагрузки между электростанциями в течение ха-

рактерного периода изменчивости издержек и, соответственно, себестоимости. Эта задача тесно связана (представляет в определенном смысле другую формулировку) с уже рассмотренной игровой моделью определения равновесных тарифов.

Пусть

<3(1:) - количество электроэнергии, отпускаемой в единицу времени и в момент 1 ( за некоторый небольшой промежуток времени Д1,1 измеряется в месяцах от начала года),

Т - тариф за отпускаемую в единицу времени электроэнергию, принимаемый здесь постоянным и

и=и(1) - удельные издержки.

Принимая, для упрощения, что прочие расходы и доходы ПЭ1 (например, в частности, для ТЭС на выработку тепловой энергии), известным образом зафиксированы, мы получаем следующую задачу оптимизации отдельного энергопроизводителя (период оптимизации - год): определить функцию 0(1) так, чтобы 12

\{Т - и (О) Я (ОЛ тах (2)

о

при ограничениях

12 о

где Огод - требуемый потребителем годовой объем поставок, Д(? - приемлемое для него отклонение в поставке

Далее (на дискретном аналоге задачи ( 2 ), являющемся задачей линейного программирования) сравниваются возможные постановки задач оптимизации с точки зрения отдельного энергопредприятия; предприятий, объединенных в генерирующую компанию и конкурирующих энергопредприятий. В последнем случае предпочтения потребителя, по-видимому, наиболее естественно будут определяться тарифами (в данном случае, естественно, различными у производителей); последние могут быть определены в рамках упомянутых выше игровых моделей.

В изолированных энергосистемах, при отсутствии избытка мощностей, рост сбыта электроэнергии во многом определяется надежностью энергоснабжения. При этом в повышении надежности заинтересованы все субъекты системы.

Пусть, в течение выбранного интервала времени оптимизации, среднеожидаемое значение некоторого критерия оптимизации (например, прибыли), одного из элементов системы равно до проведения мероприятий М, после проведения (без учета затрат на про*

ведение мероприятий!) - М = М+АМ, а затраты на проведение мероприятий (независимо от того, кто их проводит) равны Z. Тогда, для двух заинтересованных участников критерием оптимизации будет

R = ДМ, + ДМ2 - Z шах

и мероприятия экономически целесообразны, если Rom — 0. Представляет интерес способ распределения Z между участниками, если фактически Я0пт строго положительно. Пусть, например, интерес участников к дополнительной прибыли "х" описывается некоторыми функциями полезности (х). Тогда, при одних и гех же ограничениях

Zi + Z2 = Z, Zi > AMi, Z2>AM2

получаем три возможных задачи оптимизации: - для каждого из участников: cpi;2 (Zj j2) —> шах (эти задачи могут отличаться при дальнейшем исследовании, если участники - производитель и потребитель) - и для системы в целом:

ф! (Zj) + ф2 (Z2) -> шах

В работе в качестве мероприятий по повышению надежности рассматривается случай строительства резервных линий ЛЭП.

В промышленно развитых регионах имеется достаточно плотная сеть линий электропередачи, позволяющая обеспечивать надежное электроснабжение потребителей; развитие сети требует относительно меньших затрат, чем в регионах функционирования большинства изолированных энергосистем. Сбыт электроэнергии для компаний, входящих в Единую Энергосистему, отделен - или будет отделен в ближайшей перспективе - от генерации, так что производители электроэнергии в значительной мере свободны от необходимости технической поддержки сбыта. В изолированных энергосистемах строительство новых ЛЭП - с целью повышения надежности энергоснабжения и/или увеличения сбыта электроэнергии - требует, как правило, более значительных затрат.

Приведем одну из задач, рассмотренных в работе. Требуется, в дополнение к имеющимся линиям ЛЭП, связывающим энергопроизводителя Г с двумя потребителями электроэнергии П1 и П2 построить

резервную перемычку (Ц - длины линий, 4 - координаты подключения резервной линии, считая от пункта «Г»). Предполагается, что вероятность аварии пропорциональна длине линии и рассматриваемому интервалу времени Т (коэффициент пропорциональности А*).

Тогда суммарный среднеожидаемый доход энергопредприятия за некоторый период времени Т без резервирующей перемычки равен (за вычетом постоянных затрат на восстановление линии)

М (В) = ¿,(1- А, Д г ) + Ь2{\ - Я2Д г ) ,

где At - время, необходимое для ликвидации аварии, t>k - максимальный «безаварийный доход от потребителя П|<; а при ее наличии

М\В) = Ь](\-Я]Ат(1-^-)) + Ь2{ 1 - Л2Ат( 1 -

А 2

Пусть затраты на строительство резервной линии пропорциональны ее длине (коэффициент пропорциональности К). Тогда оптимальное

расположение перемычки определяем из условия (а - угол между линиями к потребителям):

М\В) -М{В)~ кф? + 1г2 - 21J2 cos а +

+ ДМ(£>,) + AM(D2) max

где AM(D] 2) -увеличение доходов потребителей (выражение для них приводится),

а целесообразность строительства - из условия неотрицательности целевой функции в точке оптимума (решение задачи поиска оптимума приведено в работе). Интерес также представляет распределение положительного суммарного эффекта. Так, производитель может увеличить - до некоторого равновесного состояния -тариф например, путем включения в него надбавки за повышение надежности энергоснабжения. Для одного частного случая эта возможность исследована в работе.

В третьей главе «Оптимизационные расчеты в изолированной системе с крупными производителями и потребителями электроэнергии» частично на основе реальных производственных данных ОАО «Таймырэнерго», частично на модельных примерах, конкретизируются некоторые детали решения задач, приведенных в главе 2 в достаточно абстрактной формулировке.

Во-первых, подробно исследуется вопрос о распределении нагрузки в энергосистеме, включающей ГЭС, ТЭС и крупного потребителя (здесь производители существенно отличаются характером изменения себестоимости в течение года). В дополнение к результатам главы 2 анализируется возможная на практике ситуация, когда собственником части генерирующих мощностей (ТЭС) является потребитель электроэнергии. Так, в этом последнем случае целевой функцией потребителя может быть

К = (и!0)+ ...+11|2(}12) + Т№+ ...+ \У]2) -4ШШ,

где Т - тариф на электроэнергию, получаемую от ГЭС ( время дискретно, единица - месяц), а^ ,Бь Wk - себестоимость электроэнергии ТЭС и объемы выработки электроэнергии на ТЭС и ГЭС соответственно. Ограничения в этой задаче могут иметь, например, следующий вид:

8к — Кк (обеспечение потребности в энергии в месяц) ■ -"+"3.12012 — А (обеспечение минимума работы ТЭС)

8к>0, \Ук>0, 8к<0, ...+ \¥12<В

(последнее ограничение - по стоку из водохранилища) Для расчетов были использованы данные по Корейской ГЭС и литературные данные по затратам на ТЭС (ак меняется примерно как зт(тс(к-3)/6). В примере две ТЭС имели пропорциональные ак (с коэффициентом 1,2) но разные ограничения по мощности (Омах ниже у более «дорогой» ТЭС2),коэффициенты А и а одинаковы, \Vmax составляет 50% от максимума требуемой постав-

ки. Характер распределения нагрузки ( в процентах от требуемого объема поставок)приведен на рис.2. Результат ( по ГЭС) примерно соответствует реальному изменению поставок с Корейской ГЭС на Норильский ГМК

100%

75% -50% 25% 0%

1

□ ТЭЦ 2 0ТЭЦ 1

□ Г)С

4 5 6 7 8 9 10 11 12 Время, месяцы

Рис. 1. Распределение нагрузки в энергосистеме Далее в работе исследуется вопрос о влиянии проводимых мероприятий по модификации затрат на себестоимость производимой электроэнергии (с учетом того, что часть таких затрат необходимым образом связана с поддержанием инфраструктуры).

Пусть V - объем электроэнергии, расходуемый на непрофильные потребности;

Н - сумма других непрофильных затрат; С - себестоимость производимой электроэнергии Цель реформирования энергопредприятий (и не только их) можно выразить как V—> гтип = У0, Н—> тт = Н0. Из известной фор-(1С дС (IV дС(1Н

мулы —=----1---можно получить дифференциальное

Л дУ & дИ Ж

¿С 2

уравнение вида -=+ , (3)

<к

которое может оказаться полезным для качественного исследования зависимости С = С(У,Н). В частности, анализ показывает, что эффект от мероприятий по сокращению V и Н выше при малых объемах производства (что естественно) и вообще совокупный эффект от мероприятий, по сокращению V и Н выше при начальной высокой себестоимости и убывает со временем. Проведены расчеты, в которых реальные данные по поведению величин и V аппроксимировались зависимостями вида

W(k) = (D+Ecos(7tk/6)),

V(k) = Aexp(-Mk))(B+Ccos(nk/6)),

к - непрерывное время, месяцев от начала наблюдения. Качество аппроксимации, как можно видеть из рис.2, достаточно хорошее; тем же свойством обладает аппроксимация для W. Найденные конкретные зависимости были использованы для оценки характера изменения себестоимости вообще и влияния на него отдельных коэффициентов из этих выражений.

Рис 2. Качественный характер аппроксимации изменения внепроизводственного потребления электроэнергии.

~~ - исходные данные, А - расчет

Выяснилось, в частности, что уравнение ( 3 ) плохо учитывает сильно выраженной сезонности изменения ¥ и V, но хорошо «работает» при их монотонности. В заключении сформулированы выводы по работе:

1. Специфичность изолированных энергосистем как объекта исследования ведет к необходимости выбора и применения специальных методов экономико-математического моделирования, в том числе подходов к формированию критериев оптимизации.

2. Предложены математические методы, позволяющие оценить влияние на динамику основных производственно-экономических показателей деятельности энергопредприятий в процессе реформирования электроэнергетики меро-

приятии по выделению непрофильных видов деятельности и других видов сокращения непроизводственных расходов, в том числе с учетом возможного риска ухудшения (финансового) состояния энергопредприятия

3. Предложены основанные на элементах теории игр и теории массового обслуживания возможные варианты формирования тарифов в изолированных энергосистемах.

4. Сформулирована и проанализирована задача об оптимальном с точки зрения - отдельных производителей электроэнергии; потребителей; энергосистемы - распределении нагрузки между отдельными генерирующими предприятиями, в том чис- , ле для электростанций разных типов (ГЭС, ТЭС).

5. Предложен один вариант задачи оптимального с точки зрения производителей и потребителей электрической энергии повышения надежности энергоснабжения в изолированной энергосистеме (путем строительства резервирующих линий электропередачи).

Публикации по теме исследования

1. Снижение затрат по видам деятельности Курейской ГЭС //Проблемы экономики, финансов и управления производством. Пятнадцатый выпуск, Иваново, 2004 - 0,25 п.л. (в соавторстве, авт. - 0,15 п.л.)

2. К вопросу об оптимальной последовательности реформирования энергосистем//Сб. трудов межд, научн. конф. «Энергосберегающие технологии и оборудование., экологически безопасные производства», т 1, Иваново, 2004. - 0,05 п.л.

3. К построению модели развития энергопредприятий в реформируемой изолированной энергосистеме//Проблемы экономики Проблемы 1 экономики, финансов и управления производством. Сборник научных

трудов вузов России. Шестнадцатый выпуск, Иваново 2004 - 0,35 п.л..

4. Математические модели развития изолированных энергосистем. « Научное издание. Иваново, 2005 - 4 п.л.

Подписано в печать 0е, г Усл.пл. / I? Уч изд.л 3 3 Формат 60x84 1/16. Тираж ЮО эю. Заказ /£ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический

университет. 133000 г.Иваново, пр-т Ф.Энгельса,?. Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ГОУ ВПО «ИГХТУ»

РНБ Русский фонд

2005-4 41248

i

!

J

/

г i \якп os ■

2812

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Бардюков, Вадим Григорьевич

Введение

СОДЕРЖАНИЕ

Глава 1. Современный этап экономической реформы электроэнергетики и проблемы его отражения в экономико-математических моделях.

1.1. Анализ состояния электроэнергетики в условиях реформирования отрасли.

1.2. Математическое моделирование в энергетике.

К- 1.3 О специфике изолированных энергосистем, моделирования их функционирования, реформирования и развития.

Глава 2. Математическое моделирование изолированных энергосистем в процессе реформирования.

2.1. Марковские модели функционирования изолированной энергосистемы.

2.2 Игровые модели изолированных систем.

2.3. Об одном возможном способе формирования тарифов в изолированной энергосистеме.

2.4 Моделирование процессов реформирования: оценка экономической целесообразности

2.5. Моделирование и оптимизация распределения нагрузки в изолированных энергосистемах.

2.6. Моделирование принятия решений по повышению надежности энергоснабжения и увеличения сбыта электроэнергии.

Глава 3. Оптимизационные расчеты в изолированной энергосистеме с крупными производителями и потребителями электроэнергии.

3.1. Распределение нагрузки меяеду ГЭС и ТЭЦ. снабжающих электроэнергией крупного потребителя.

3.2. Моделирование и анализ конкретной динамики сокращения затрат (по данным Курейской ГЭС).

Диссертация: введение по экономике, на тему "Математические модели развития изолированных энергосистем в процессе реформирования электроэнергетики"

Причины постоянного внимания исследователей к проблемам энергетики общеизвестны. Энергетическая, в частности, электроэнергетическая отрасль, является основой развития любого современного общества.

Переход экономики России к рыночным отношениям, проводимые реформы управления энергетическими компаниями, оказали существенное влияние на принципы формирования их экономической стратегии. Большая часть АО - энерго в настоящее время связаны Единой энергосистемой страны; для них формируется конкурентный Федеральный оптовый рынок энергии и мощности (ФОРЭМ). Однако по прошествии десятилетнего периода работы акционерных энергетических компаний в условиях рынка стало очевидно, что созданная новая структура управления энергетической отраслью страны и характер экономических отношений между энергетическими компаниями нуждается в дальнейшем реформировании и совершенствовании.

Одним из эффективных инструментов исследования проблем электроэнергетики являются методы экономико-математического моделирования. При этом необходимо иметь в виду, что электроэнергетическая отрасль обладает рядом специфических особенностей, требующих особого учета как при структурно-организационных преобразованиях отрасли, так и в процессе теоретического ее исследования,. Среди них следует отметить особые свойства электроэнергии, как продукта; техническую зависимость производителей, а также потребителей друг от друга. Эти и другие особенности отрасли должны найти адекватное отражение в новых задачах оптимизации деятельности энергопредприятий в условиях рынка.

Известны примеры успешного решения таких задач; например, проработаны вопросы формирования тарифов на электрическую и тепловую энергию, цен на оптовых рынках электроэнергии и ряда других. Однако эти исследования по большей части относились к деятельности энергопредприятий в рамках Единой энергосистемы.

Вместе с тем в стране функционирует ряд энергосистем, не связанных с ЕЭС или имеющих весьма ограниченные возможности по обмену с ЕЭС энергией и, тем самым, в частности, выхода на ФОРЭМ. Это предопределяет, прежде всего, специфический характер формирования рыночных отношений в этих изолированных энергосистемах. В частности, в отличие от других энергокомпаний, в изолированных системах не всегда возможно и экономически целесообразно полное разделение бизнеса по видам деятельности (производство, передача, сбыт), что, как известно, является одним из ключевых моментов проводимой энергетической реформы. В силу особенностей исторического развития и территориального расположения многие энергопредприятия в этих системах имеют структуру затрат, не свойственную другим энергосистемам страны. Кроме того, большинство таких систем включает относительно небольшое число отдельных производителей, а иногда - и крупных потребителей электрической и тепловой энергии; эффекты межэлементного взаимодействия в таких системах могут быть весьма значительными. Необходимость Учет этих специфических особенностей в экономико-математических моделях, решения конкретных задач оптимизации развития изолированных энергосистем и отдельных предприятий в их составе определили актуальность темы исследования .

Цель и задачи исследования. В соответствии со сказанным выше основными целями данного исследования были выбраны изучение свойств экономико-математических моделей развития изолированных систем, находящихся в процессе реформирования.

Исходя из этих целей конкретными задачами исследования являются следующие:

- анализ особенностей изолированных энергосистем и складывающихся в них экономических отношений, выявление отличий в проведении экономической реформы в этих системах, существенно влияющих на выбор конкретных методов построения экономико-математических моделей их развития; определение возможных подходов к моделированию спроса и предложения, тарифов на электрическую и тепловую энергию в изолированных энергосистемах; разработка экономико-математических моделей отдельных аспектов функционирования изолированных энергосистем, а именно оценки влияния проводимых преобразований на экономические показатели деятельности энергопредприятий; распределения нагрузки между отдельными генерирующими предприятиями, оптимального с точки зрения производителей и потребителей электроэнергии; повышения надежности электроснабжения в энергосистеме.

Теоретической и методологической базой исследования явились теория и общие принципы управления, экономического и экономико-математического анализа в области энергетического производства, труды ученых, экономистов, энергетиков и математиков - А.А. Арзамасцева, Г.Л. Багиева, В.В. Болотова, В.В. Великороссова, В.В. Глухова, И.В. Гофмана, В.И. Денисова, П.П. Долгова, А.Н. Златопольского, Ю.Б, Клюева, Т.В.Лисочкиной, А.А. Макарова, JI.A. Мелентьева, И.В. Недина, А.С. Некрасова, А.В. Новикова, В.Р. Окорокова, Л.П. Падалко, Е.С. Петровского, С.Л. Прузнера, Ю.В. Синяка, Ю.А. Соколова, А.А. Черпухина, Л.Д. Хабачева, П.М. Шевкоштясова, В.И. Эдельмана и других, внесших существенный вклад в развитие как собственно методов управления энергетическими компаниями, так и методов моделирования и анализа функционирования энергопредприятий и энергетических систем .

Предметом диссертационного исследования являются экономико-математические методы моделирования электроэнергетических предприятий и их систем.

Объектом исследования являются изолированные электроэнергетические системы и отдельные энергопредприятия в их составе.

Информационной базой исследования явились отчетные данные ОАО «Таймырэнерго», информационные материалы официальных энергетических организаций и печатные издания в области экономического анализа и экономико-математического моделирования.

Основные методы исследования: элементы системного анализа, теории решения экстремальных задач (линейное и нелинейное программирование), теории игр, систем массового обслуживания.

Результаты работы могут быть использованы для прогнозирования влияния отдельных мероприятий по разделению бизнеса и освобождению энергопредприятий от непрофильных видов деятельности на их экономические показатели с целью определения оптимальных объема и последовательности их проведения; для определения оптимального распределения нагрузки между отдельными электростанциями в рамках одной генерирующей компании или оптимальной политики предложения электроэнергии на изолированном региональном рынке; для выяснения экономически приемлемых (равновесных) уровней тарифов на таких рынках; для оценки экономической целесообразности и выбора оптимального варианта мероприятий по повышению надежности энергоснабжения.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Бардюков, Вадим Григорьевич

Основные выводы и результаты проведенного исследования можно выразить следующим образом.

1. Специфичность изолированных энергосистем как объекта исследования ведет к необходимости выбора и применения и специальных методов экономико-математического моделирования, в том числе подходов к формированию критериев оптимизации.

2. В работе предложены математические методы модели, позволяющие оценить экономическую целесообразность и влияние на динамику основных производственно-экономических показателей деятельности энергопредприятий в процессе реформирования мероприятий по выделению непрофильных видов деятельности и других видов сокращения непроизводственных расходов, в том числе с учетом возможного риска ухудшения (финансового) состояния энергопредприятия.

3. Предложены основанные на элементах теории игр и теории массового обслуживания возможные варианты формирования тарифов в изолированных энергосистемах.условия существования общеприемлимых тарифов в энергосистеме.

4. Сформулирована и проанализирована задача об оптимальном - с точек зрения отдельных производителей электроэнергищпотребителей; энергосистемы;— распределении нагрузки между отдельными генерирующими предприятиями, в том числе для электростанций разных типов (ГЭС, ТЭС).

5. Предложен один вариант задачи оптимального - с точки зрения производителей и потребителей электрической энергии - резервирования (путем строительства линий электропередач) в изолированной энергосистеме.

Заключение.