Математическое моделирование инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региона тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Математическое моделирование инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региона"

На правах рукописи

ГУСЕВ ДЕНИС АЛЕКСАНДРОВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНВЕСТИЦИОННОЙ ПРОГРАММЫ РАЗВИТИЯ ГЕНЕРИРУЮЩИХ МОЩНОСТЕЙ РЕГИОНА

Специальность- 08.00.13 - Математические и инструментальные методы экономики

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата экономических наук

Москва - 2005

Работа выполнена на кафедре математических методов в экономике Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Бродецкий Геннадий Леонидович

Официальные оппоненты: доктор экономических наук, профессор

Кузьмин Валерий Владимирович

кандидат экономических наук Веселов Федор Вадимович

Ведущая организация: Государственная академия профессиональной переподготовки и повышения квалификации руководящих работников и специалистов инвестиционной сферы (ГАСИС)

Защита диссертации состоится «23» июня 2005 г. в час. на заседании специализированного совета Д 212.196.01 в Российской экономической академии им. Г.В. Плеханова по адресу: 113054 Москва, Стремянный пер., д. 36, корп. 3., ауд. 3ь2>

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке академии.

Автореферат разослан «Л3> мая 2005 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат экономических наук, доцент Г.Д. Серов

_МЛ^О']^^

I

I. Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации.

Электроэнергетика - основополагающая отрасль экономики РФ, объединяющая множество хозяйственных субъектов, занимающихся производством, передачей и распределением электрической и тепловой энергии, и характеризующаяся высокой степенью централизации управления этими процессами. Основная проблема этой отрасли в настоящее время - критический износ основных фондов, что может привести не только к энергетическому кризису, но и, как следствие, замедлению темпов экономического роста страны.

Восстановление основных фондов электроэнергетики по мнению большинства специалистов сдерживается отсутствием достаточных инвестиционных ресурсов в отрасли и невозможностью их привлечения извне вследствие низкой инвестиционной привлекательности электроэнергетики, обусловленной государственным регулированием тарифов и высокой монополизацией рынка электрической энергии. В этих условиях рост цен на энергоресурсы, как правило, опережает рост административно регулируемого тарифа, рентабельность региональных энергоснабжающих организаций остается низкой и их собственных ресурсов крайне недостаточно для развития генерирующих мощностей. Выход из этой ситуации правительство и большинство специалистов видят в структурной реформе электроэнергетики, связанной с демонополизацией и реструктуризацией отрасли с целью создания конкурентного рынка электроэнергии и решения в его рамках проблем развития отрасли.

В рыночных условиях инвестиционная привлекательность объектов электроэнергетики зависит от обоснованности и эффективности инвестиционных программ развития генерирующих мощностей. Сложность разработки таких программ возрастает с увеличением числа вариантов их формирования и финансирования. Особенно усложняется формирование инвестиционных программ развития генерирующих мощностей для энергодефицитных регионов. В

частности, принятие стратегических ре и^ци бй/РЛВШйН" допускает воз-

БИБЛПОТЕКА. 1

з о» |

можность увеличения объема приобретаемой извне электрической энергии в качестве альтернативы строительству новых электростанций.

При обосновании стратегии энергообеспечения такого региона возникают специфические проблемы при развитии его генерирующих мощностей. С одной стороны, при выгодных условиях приобретения энергии на федеральном оптовом рынке энергии и мощности (ФОРЭМ) рост уровня энергодефицитности региона может быть предпочтительнее инвестирования в генерирующие мощности. С другой стороны, существенная энергетическая зависимость региона от поступления энергии извне может подорвать основы его устойчивого развития и стать угрозой энергетической безопасности.

Сложность разработки инвестиционных программ развития генерирующих мощностей с учетом указанных особенностей в условиях большого числа альтернатив, неоднозначных взаимосвязей между рассматриваемыми процессами, наличия конкурирующих ограничений вызывает необходимость использования при их разработке экономико-математических методов и моделей.

Степень разработанности проблематики диссертации.

Вопросы разработки инвестиционных программ как в общем виде, так и в электроэнергетике рассмотрены в трудах многих российских и зарубежных специалистов. К их числу относятся работы Г. Албаха, Д.А. Арзамасцева, Л.С. Беляева, Г. Вайгартнера, И.М. Волькенау, A.A. Макарова, J1.A. Мелентьева, Г Якоба, К. Ферстнера, Р. Хенна, Г. Якоба и др. В работах зарубежных авторов накоплен и обобщен опыт математического моделирования и оптимизации инвестиционных программ в условиях, близких к совершенной рыночной конкуренции, а в работах отечественных специалистов - в условиях плановой экономики.

Вместе с тем, в условиях рыночных отношений в сфере генерации электроэнергии и энергоснабжения возникают специфические проблемы разработки и согласования стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона и инвестиционной г^ррграммы развития его генерирующих мощностей. Решение

этих проблем требует разработки подхода к формированию инвестиционных программ развития генерирующих мощностей, позволяющего выбрать эффективную стратегию энергообеспечения региона.

Однако вопросы разработки таких подходов в научной литературе исследованы недостаточно. Нерешенность этой проблемы и предопределила цель и задачи диссертационного исследования.

Объект и предмет исследования.

Объект исследования - региональная энергоснабжающая организация, действующая в дефицитной энергосистеме.

Предмет исследования - математические методы и модели разработки инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации.

Цель и задачи исследования.

Целью диссертационного исследования является разработка подходов к формированию эффективной стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона в условиях реформируемого рынка электроэнергии на основе оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации.

В соответствии с сформулированной целью в работе последовательно решены следующие задачи диссертационного исследования:

- разработана классификация стратегий энергообеспечения энергодефицитного региона в условиях реформируемого рынка элеюроэнергии;

- сформулирована постановка задачи формирования рыночной стратегии энергообеспечения региона на основе оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей;

- разработаны и обоснованы критерий оптимальности инвестиционной программы развития генерирующих мощностей и система технико-экономических ограничений, включающая блоки технологических и инвестиционно-финансовых ограничений;

- разработаны экономико-математическая модель и численный алгоритм выбора оптимальной стратегии энергообеспечения региона и инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжаю-щей организации;

- проведена апробация разработанной экономико-математической модели и численных методов на информационной базе ОАО "Малая энергетика" и предложен набор вариантов эффективных стратегий энергообеспечения и инвестиционных профамм развития генерирующих мощностей для ОАО "Архэнер-го" Архангельской области в условиях возможных сценариев изменения рынков электроэнергии и энергоресурсов.

Методологическая, теоретическая и информационная основа исследования. Теоретико-методологическую основу исследования составили труды отечественных и зарубежных специалистов, статьи в научных сборниках и периодической печати по проблемам математического моделирования развития электроэнергетики.

Теоретическую базу рассматриваемой области исследования составили теория анализа и управления инвестиционными проектами, теория принятия решений.

Информационную основу исследования составили справочные и статистические материалы, отражающие состояние отечественной электроэнергетики, федеральные законы и нормативные акты, регулирующих функционирование и реформирование отрасли, а также материалы ОАО "Малая энергетика" и ежегодные отчеты ОАО "Архэнерго".

Научная новизна результатов диссертационного исследования состоит в совершенствовании комплексного подхода к формированию оптимальной стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона, основанного на разработанной автором математической модели оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации.

На защиту выносятся следующие результаты, полученные лично автором:

- проведена классификация базовых стратегий энергообеспечения энергодефицитного региона, которая позволила локализовать область возможных инвестиционных решений для формирования эффективных вариантов развития генерирующих мощностей;

- усовершенствованы методы формирования стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона на основе математической модели оптимизации инвестиционной программы развития его генерирующих мощностей по альтернативным типам электростанций и альтернативным вариантам финансирования проектов;

- разработан и обоснован критерий оптимальности инвестиционной программы развития генерирующих мощностей, учитывающий дисконтированные эффекты от реализации инвестиционных проектов и перепродажи региональным потребителям энергии, закупаемой на ФОРЭМ;

- разработана система технико-экономических ограничений матемашче-ской модели, включающая балансовые ограничения, а также ограничения по инвестиционно-финансовым ресурсам, и обоснована корректность се использования в задачах оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей;

- предложен вычислительный алгоритм реализации процедуры поиска оптимальной стратегии энергообеспечения, основанный на решении частично-целочисленной задачи линейного программирования;

- проведена апробация оптимизационной модели развития генерирующих мощностей на информационной базе ОАО "Малая энергетика", которая позволила предложить альтернативные варианты стратегий энергообеспечения и инвестиционных программ для ОАО "Архэнерго" Архангельской области и выбрать оптимальные по указанному выше критерию.

Теоретическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в разработке новых и совершенствовании известных подходов к фор-

мированию эффективной стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона на основе разработанной автором экономико-математической модели оптимизации инвестиционной программы развития его генерирующих мощностей.

Практическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в возможности использования построенной автором экономико-математической модели при принятии инвестиционных решений развития генерирующих мощностей энергоснабжающих организаций в энергодефицитных регионах.

Апробация результатов исследования.

Основные результаты диссертационного исследования доложены, обсуждены и одобрены на Международных научно-практических конференциях "Малая энергетика - 2002" (Москва), "Малая энергетика - 2003" (Обнинск), на молодежной научно-практической конференции "Государственная экономическая политика России: проблемы, тенденции, перспективы" (Москва, 2003) и на заседаниях кафедры математических методов в экономике Российской экономической академии им Г.В. Плеханова.

Разработанная в диссертации математическая модель реализована в ОАО "Малая энергетика" для решения задач развития энергоснабжения городов северных регионов России.

Публикации.

Основные положения диссертационного исследования опубликованы автором в семи работах общим объемом 1,5 п.л.

Структура и объем работы.

Диссертационное исследование состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 107 наименований, содержит 13 таблиц и 10 рисунков. Общий объем исследования составляет 145 страниц.

II. Основное содержание работы

В первой главе "Развитие генерирующих мощностей электроэнергетики России: основные этапы и перспективы" исследованы основные тенденции развития производственной базы электроэнергетики РФ, выявлены перспективы ее реформирования и проблематика привлечения инвестиций, рассмотрены специфические проблемы электроэнергетики энергодефицитного региона, определен набор возможных стратегий его энергообеспечения и проведена их классификация.

В работе отмечено, что в электроэнергетике РФ уровень износа основных фондов приобретает угрожающий характер. Основная часть действующих электростанций введена в эксплуатацию в 70-х гг. ХХ-го столетия и по оценкам специалистов в ближайшие годы полностью исчерпает технический ресурс. При этом объем ввода новых генерирующих мощностей продолжает оставаться на недопустимо низком уровне. Выбытие генерирующих мощностей угрожает энергетическим кризисом и снижает уровень энергетической безопасности России.

Автор указывает причины неудовлетворительного развития генерирующих мощностей, основная из которых - недостаточный приток инвестиций в электроэнергетику в условиях монополизированного рынка электрической энергии и государственного регулирования тарифов В электроэнергетике в настоящее время инвестирование в основной капитал происходит во многом за счет амортизационных отчислений и включения инвестиционной составляющей прибыли в тарифы. В условиях, когда государство пытается сдерживать тарифы в электроэнергетике, рост производственных издержек отрасли вследствие роста цен на потребляемые энергоресурсы, как правило, опережает рост административно установленного тарифа, что приводит к низкой рентабельности региональных энергоснабжающих организаций и обусловливает невозможность финансирования инвестиционных программ за счет их собственных

средств'. Указанное обстоятельство является фактором, снижающим привлекательность отрасли для частных инвестиций. Другие факторы - высокая капиталоемкость энергетических объектов и долгие сроки их строительства, неразвитое^ рыночных отношений в электроэнергетике, проявляющаяся в отсутствии свободного входа на монополизированный рынок электроэнергии и свободного доступа к сетевой инфраструктуре отрасли, а также государственные ограничения на предоставление имущества энерюснабжающих организаций в залог. Кроме эгою, практика регулирования тарифов не обеспечивает достаточного уровня прибыли для платы за привлечение внешних долгосрочных кредитных ресурсов, что сдерживает развитие отрасли.

Неблагоприятные тенденции в электроэнергетике по мнению правительства и большинс1ва специалистов могут быть преодолены за счет реформы, связанной с созданием конкурентного рынка электроэнергии на основе демонополизации и реструктуризации отрасли. Конкуренция должна привести к повышению заинтересованности производителей электроэнергии в снижении издержек производства, которое в перспективе будет стимулировать инвестиционную деятельность с целью модернизации генерирующих мощностей. Важнейшим условием для эгого станет принципиальное изменение ценовой политики в отрасли, учитывающее реальную экономическую стоимость энергообеспечения потребителей.

Реформирование отрасли и формирование конкурентного рынка электроэнергии вызывает необходимость разработки новых и совершенствования известных подходов к формированию стратегий энергообеспечения энергодефицитных регионов. По нашему мнению, проблема обоснования такой стратегии должна рассматриваться как проблема выбора между вариантами развития генерирующих мощностей региона и приобретением энергии на ФОРЭМ. На этот выбор решающее влияние оказывают соотношения между производственными

1 Например, согласно годовому отчету ОАО "'Архэнерго" в 2002 г. средний тариф за электро-энср1ию в Архангельской области составил 95 коп за кВт-час, тогда как производственные издержки - 96 коп

издержками на генерацию и ценами приобретаемой энергии, а также технологические сетевые ограничения на объем приобретаемой энергии и уровень развития энергогенерирующих технологий. В зависимости от этих соотношений спрос на электроэнергию экономически эффективно удовлетворять или за счет собственных генерирующих мощностей или за счет приобретения энергии вне региона.

В работе проведена классификация базовых стратегий энергообеспечения региона по следующим признакам: основной источник получения энергии (внутренний - генерация, внешний - приобретение извне), уровень энергодефицитности (увеличение, снижение, постоянство) и рассмотрены особенности их реализации. В частности, реализация стратегии удовлетворения спроса за счет собственных генерирующих мощностей предусматривает разработку инвестиционной программы их развития. При реализации стратегии приобретения энергии вне региона следует учитывать, что, начиная с определенного уровня, рост энергетической зависимости региона может подорвать основы его устойчивого развития и стать угрозой энергетической безопасности.

В работе отмечено, что разработка инвестиционной программы развития генерирующих мощностей предусматривает выбор видов энергоресурсов, типов электростанций, вариантов финансирования инвестиционных проектов (ИП) и последовательности их реализации. В условиях большого числа таких альтернатив возникает необходимость использования оптимизационных математических моделей для решения задач развития генерирующих мощностей региона.

Во второй главе "Математическое моделирование развития генерирующих мощностей региона" рассмотрены ограничения и основные факторы реализуемости стратегий энергообеспечения региона; модифицированы для российских условий финансовые ограничения инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной электроэнергетики; поставлена задача формирования стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона

на основе оптимизации инвестиционной программы развития его генерирующих мощностей.

В работе показано, что стратегии энергообеспечения региона должны учитывать ограничения по объемам производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии. Эти ограничения представлены в виде балансов, которые отражают взаимосвязи между производством и потреблением мощности и энергии. На показатели этих балансов влияют такие факторы, как уровень энергодефицитности региона, пропускная способность межсистемных линий электропередач (с учетом потерь), режимы эксплуатации электростанций и др. С учетом возможности развития генерирующих мощностей указанные балансы в формализованном виде представлены уравнениями мощности (1) и энергии (2):

I т

IX+5>.+6д/=£\+/ (1)

Ы Ы

/ т

+ ХХл + КК у' = Аг+К у' (2)

/-1 /-1

1де 5\, - количество установленной мощности действующих в энергосистеме региона электрос1анций 1-того шпа. 1=1,. ,Ь; х,- искомое количество мощности вводимых электростанций ¡-того типа, 1 = 1.. - коэффициент потерь мощности; у' - количество мощности, получаемое ит дру1их энергосистем, £>л - количество мощности, предоставляемое потребителям; у" - количество мощности, передаваемое в другие энергосистемы; Ит -число часов использования установленной мощности действующих в энергосистеме электростанций 1-тою типа, - число часов использования установленной мощности вводимых электростанций ¡-того типа; ¿у - коэффициент потерь электрической энергии; ¡у - число часов использования мощности, полученной из других энерюсистем; - количество энергии, предоставляемое потребителям; И" - число часов использования мощности, переданной в другие энергосистемы.

В работе также сформулирована группа ограничений, определяющая условия финансовой реализуемости ИП в составе инвестиционной программы

развития генерирующих мощностей. При этом автором проведен сравнительный анализ оптимизационных моделей инвестиционных программ (модели Дж. Дина, Хакса-Вайгартнера, Г. Албаха, Ферстнера-Хенна, Якоба) для региональной электроэнергетики в условиях рыночной экономики. С использованием результатов этого анализа автором разработана система ограничений, учитывающая особенности финансирования ИП в российских условиях. В частности, к ним относятся невозможность привлечения частных инвестиций для объектов ядерной энергетики, а также специфические льготные условия реализации некоторых ИП, требующие для каждого из них формирования индивидуального набора вариантов финансирования по структуре капитала и последовательности денежных потоков. Разработанная система ограничений является модифицика-цией инвестиционно-финансовых ограничений модели Г. Албаха и представлена в следующем виде:

где С]р- отрицательное сатьдо платежей 1-го ИП при финансировании его по варианту ] в период времени Г х - дискретная переменная, равная единице в сиучае принятия к реализации ¡-го ИП по варианту финансирования ] или равная нулю в противном случае; Е<г)- располагаемые собственные средства для инвестирования и обслуживания привлеченного капитала в период времени Т

Инвестиционно-финансовые ограничения (3) учитывают условие неделимости ИП и ставят набор вариантов финансирования в соответствие каждому ИП в составе инвестиционной программы развития генерирующих мощностей. Их смысловое содержание состоит в том, что отрицательное сальдо (по годам) поступлений и платежей ИП не должно превышать объема располагаемых средств региональной энергоснабжающей организации для инвестирования и обслуживания привлеченных средств.

Рис. 1. иллюстрирует взаимосвязи между рассматриваемыми процессами в рамках поставленной задачи формирования стратегии энергообеспечения энер-

т п

(3)

годефицитного региона на основе оптимизации генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации. Исходными данными для ее решения служат условия ФОРЭМ и региональных рынков электроэнергии и энергоресурсов, технико-экономические характеристики действующих в энергосистеме региона и вводимых электростанций, инвестиционно-финансовые условия реализации соответствующих ИП.

Критериальная функция

Чистый дисконтированный поход инвестиционной программы развития :енерируюших мощностей

т:

Суммарная дисконтированная прибыль от перепродажи энергии приобретаемой на ФОРЭМ

Мах

Клок инвестиционно-финансовых ограничения:

Сумма отрицательных сальдо денежных потоков реализуемых инвестиционных проектов не превышает объема располагаемых средств для инвестирования и обслуживания привлеченного капитала в год I

Тарифы на энергию и цены на энергоресурсы

(условия ФОРЭМ и региональных рынков электроэнергии и энерюресурсов)

Блок балансов мощности и энергии

Энергия и Энергия и Энергия и мощ-

мощность О мощность дей- ность, приобре-

вводимых С1 вующих 4> таемые на

электро- электро- ФОРЭМ

станций станций ре-

региона гиона

I-1

Энергия и мощность, предоставленные потребителям и переданные I другие регионы

Рис 1. Структура основных взаимосвязей магематичсской модели развития генерирующих мощностей региона

Ограничения функционирования энергосистемы представлены блоком балансов мощности и энергии, условия реализации ИП - блоком инвестиционно-финансовых ограничений. В ходе решения задачи предполагается определить оптимальную инвестиционную программу развития генерирующих мощностей и объемы энергии, закупаемой с ФОРЭМ, по разработанному автором критерию, состоящему из двух компонент, представленных на рис. 1. Содержание критерия обусловлено необходимостью в условиях энергодефицитности сопоставлять эффективность вариантов удовлетворения спроса на энергию за

счет собственных генерирующих мощностей и за счет приобретения энергии с ФОРЭМ.

В третьей главе "Оптимизационная математическая модель инвестиционной программы развития генерирующих мощностей энергоснабжающей организации энергодефицитного региона" приведены математическая модель оптимизации развития генерирующих мощностей по альтернативным типам электростанций и альтернативным вариантам финансирования ИП, и вычислительный алгоритм ее реализации, которые прошли апробацию на информационной базе ОАО "Малая энергетика" для ОАО "Архэнерго"- региональной энергоснабжающей организации Архангельской области.

В работе математическая модель представлена в полной и в компактной версиях. Полная версия в отличии от компактной позволяет дополнительно учитывать комбинированную выработку электрической и тепловой энергии теплоэлектростанциями. В постановке задачи это реализуется путем введения дополнительных балансовых уравнений для тепловых энергии и мощности. Кроме этого, в полной версии учтены различные категории потребителей и соответствующие им тарифы, удельный расход потребляемого топлива на выработку единицы энергии при формировании топливной составляющей производственных издержек и другие технико-экономические факторы, характеризующие рыночное окружение моделируемого объекта.

В связи с ограниченным объемом автореферата рассмотрим компактную версию представленной в диссертации математической модели, основу которой составляют приведенные ниже категории.

Индексы: г - период начала реализации ИП (год); I - период времени (год), I = 1, ,Т, 1 - тип вводимой электростанции и соответствующего ИП ее сооружения, \ = 1. ..т:] - вариант финансирования ИП, ] = 1,... ,п; 1 - тип действующих в энергосистеме электростанций, 1 = 1,.. ,Ь Экзогенные переменные: Я - срок периода принятия решений, позднее которою ИП не мадут быть начаты;- количество усыновленной мощности в году I вводимой электростанции ¡-го типа при начале реализации ИП в году г по варианту финансирования] (МВт), количество установленной мощности 1-ого типа действующих в энергосис-

теме электростанций, в году t (МВт);а^'- коэффициент потерь мощности, закупаемой с ФОРЭМ в году t, 1)д" - количество мощности, предоставляемой региональным потребите.мм в году t (MB г), ßi," - количество мощности, передаваемое в дру1ие энергосистемы в год t (МВт), Ь[у- коэффициент потерь энергии в году t; - количество годового числа часов использования в году t установленной мощности вводимой электростанций i-io типа, при начале реализации ИП в год г по варианту финансирования j; b'p''- коэффициент потерь энергии в году t; Н^] - количество годового числа часов использования установленной мощности в году t действующих в энергосистеме электростанций 1-ого типа, аЦ'- коэффициент потерь энергии, приобретаемой с ФОРЭМ в году t; D^' - количество энср1ии, продаваемой потребителям в голу t (млн кВт час); В"' - количество энергии, передаваемое в другие энергосистемы (млн. кВт час): С''" - отрицательное сальдо поступлений и платежей i-ro ИП при начале реализации его году г по варианту финансирования j в году t (нарастающим итогом), F(,) - располагаемые средства региональной энергоснабжающей организации для инвестирования и обслуживания привлеченггого капитала в году t (нарастающим итогом); ат-коэффициент дисконтирования в году t: А" - сальдо всех поступлений и платежей в году t i-ю ИП при реализации его в год г по варианту финансирования j (нарастающим итогом); P,J"~ прибыль (убыток) от перепродажи региональным потребителям кВт часа энергии, приобретаемой с ФОРЭМ Эндогенные переменные: х'г)- дискретная переменная, равная единице в случае принятия к реализации ИП на сооружение электростанции i-ro типа по варианту финансирования j в году т или равная нулю в противном случае, /v"- количество мощности, приобретаемой с ФОРЭМ в год t (МВт): уЦ1- количество энергии, приобретаемой с ФОРЭМ в год t (млн кВт час) Ограничения:

IÜW + + «W = ¿>2' + для t=l,...,T (4)

г=1 /=1 J-I М

Уравнения (4) - баланс (по годам) количества электрической мощности: левая часть - производство и приобретение ее с ФОРЭМ, а правая часть - ее потребление и продажа в другие энергосистемы.

V ТТ/>(г,/2(г'')<?<г"х,г' + Тл"'/!1"?"' + - Г><" а. й<" . 1 т

"Щ 0 "V +2-,0»'п>г1'ъм1 + Ум - ин лпя 1=1,..., Г (5)

г=1 /-1 ]~\ М

Уравнения (5) - баланс (по годам) количества электрической энергии: левая часть - производство и приобретение ее с ФОРЭМ, а правая часть - ее потребление и продажа в другие энергосистемы

I т п

ШСГ'ЧГ,^",ДЛЯ1=1,...,Т (6)

г I 1 1 }-\

Неравенства (6) показывают, что отрицательное сальдо ("по годам) поступлений и платежей ИП не должно превышать объема располагаемых средств региональной энергоснабжающей организации для инвестирования и обслуживания привлеченного капитала.

т п

дляг=1,...,т (7)

Неравенства (7) показывают, что в год г число принимаемых к реализации ИП не может превышать единицы (равенство обязывает принимать к реализации наиболее эффективный ИП из рассматриваемого набора, а нестрогое неравенство, напрошв, не обязывает).

х{р =0 для г >И. при г"=1,...,Т;1= = \,...,п (8)

Равенства (8) показывают, что ИП не могут быть начаты позднее периода принятия решений.

При этом также накладываются условия неотрицательности эндогенных переменных; задаются минимально приемлемые значения чистого дисконтированного дохода инвестиционных программ развития генерирующих мощностей; технологические сетевые ограничения на объемы приобретенной электрической энергии и мощности с ФОРЭМ в год I. Критерий оптимальности:

Т Т т п Т

ШЕ^Ч'"*;" шах (9)

Ы Г=1 1=1 1=1

Критериальная функция (9) характеризует чистый дисконтированный доход при реализации стратегии энергообеспечения региона и представлена суммой двух взаимодополняющих компонент: чистого дисконтированного дохода инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации и дисконтированной прибыли от перепродажи региональным потребителям энергии, приобретаемой с ФОРЭМ. Такая форма критерия вызвана необходимостью в условиях энергодефицитности сопоставлять эффективность вариантов удовлетворения спроса на электроэнергию за счет наращивания собственных генерирующих мощностей и за счет приобретения ее с ФОРЭМ.

С использованием разработанной математической модели в диссертации сформирована инвестиционная программа развития генерирующих мощностей ОАО "Архэнерго" (Архангельская область). Область является энергодефицитным регионом, значительная часть (до одной трети) потребности которого в электроэнергии покрывается за счет приобретения ее с ФОРЭМ, что обусловливает актуальность постановки и решения проблемы выбора стратегии энергообеспечения региона.

В работе рассматриваются три сценария развития рынков электроэнергии и энергоресурсов: оптимистический, умеренно-оптимистический и пессимистический, которые отличаются, прежде всего, соотношением темпов роста тарифов на энергию и пен на энергоресурсы, а также темпами роста энергопотребления. При этом учитываются и альтернативные варианты развития генерирующих мощностей следующих типов: теплоэлектростанции (ТЭС) на угле с котлами с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) с установленной мощностью 100 МВт, парогазовые ТЭС с установленной мощностью 100 МВт, атомные станции малой мощности (АЭС ММ) на базе реактора КЛТ-40 с установленной мощностью 70 МВт.

ИП по сооружению каждого из электроэнергетических объектов рассматриваемых типов предусматривали реализацию одного из двух альтернативных

вариантов финансирования (оба - полностью за счет заемных средств, при первом - величина ежегодных выплат процентов по займу постоянна, при втором -величина погашения основной суммы займа постоянна).

В табл. 1. сопоставлены дисконтированные эффекты от реализации ИП и перепродажи региональным потребителям энергии, приобретаемой на ФОРЭМ. В соответствии с разработанным критерием инвестиционная программа развития генерирующих мощностей принималась к реализации только в случае ее большей эффективности относительно альтернативной возможности удовлетворения спроса на электроэнергию за счет приобретения энергии вне региона с учетом технологических ограничений на ее передачу.

Таблица 1

Обобщающие показатели инвестиционных программ развития генерирующих мощностей

ОАО "Архэнерго"

Сценарий Чистый дисконтированный доход при реализации стратегии энергообеспечения, гыс. дол. США В том числе дисконтированные эффекты, тыс. дол. США Уровень энер! оде-фицитности в последний год расчетного периода. % (в первом году принят за 100%)

от инвестиционной программы от перепродажи электроэнергии, купленной на ФОРЭМ

Оптимистический 18867 9811 9056 65

Умеренно-оптимистический 12963 6483 6480 78

Пессимистический 16179 627 15552 134

В результате расчетов для каждого из рассмотренных сценариев развития рынков электроэнергии и энергоресурсов определены стратегии энергообеспечения региона и оптимальные инвестиционные программы развития генерирующих мощностей ОАО "Архэнерго" (табл. 2.).

Таблица 2.

Основные характеристики инвестиционных программ развития генерирующих мощностей ___ОАО "Архэнерго"_

Сценарий Сгратегия энергообеспечения Инвестиционная программа

Оптимистический Инвестирование в развитие генерирующих мощностей Начать реализацию парогазовой ТЭС на первом году расчетного периода по второму варианту финансирования

Начать реализацию АЭС ММ на базе реактора КЛТ-40 на пятом году расчетного периода по второму варианту финансирования

Умеренно-оптимистический Инвестирование в развитие генерирующих мощностей Начать реализацию ТЭС с ЦКС на угле на первом году расчетного периода по второму варианту финансирования

„ , Увеличение объема Пессимистиче- 1 1 электроэнергии, при, обретаемой с ФОРЭМ Нулевая

В работе предложены практические рекомендации по срокам введения в эксплуатацию и вариантам финансирования АЭС ММ в Архангельской области в рамках стратегии ее энергообеспечения.

В заключении представлены результаты и основные выводы диссертационного исследования.

III. Публикации автора по теме диссертации:

1. Гусев Д.А. Математическое моделирование в сценарном анализ рисков инвестиционного проекта // Экономика и технология: Межвузовский сборник научных трудов. Вып 13. - М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2002 , - с. 48-49. - 0,1 п л.

2 Гусев Д.А Риск-анализ инвестиционных проектов в малой энергетике // Малая энергетика: труды Международной научно-практической конференции. 19-20 ноября 2002 г , - М : 2002., - с. 463-465. - 0,2 п л.

3. Гусев Д.А О роли малой атомной энергетики в развитии северных регионов России // Государственная экономическая политика России: проблемы, тенденции, перспективы (29 апреля 2003 г.): Материалы молодежной научно-практической конференции. - М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2003.. - с. 28-30. - 0,1 п.л

4 Гусев ДА Математическое моделирование развития региональной энертиче-ской системы Северо-запада Российской Федерации // Малая энергетика труды Международной научно-практической конференции 11-14 ноября 2003 г , - Обнинск- 2002 , - с. 271275. - 0,2 п л.

5. Гусев Д.А. Оптимизационные математические модели развития энергосистем и перспективы их применения в региональных прмраммах // Экономика природопользования. Обзорная информация. - 2004 г - №1- с. 28-34. - 0,4 п.л

6 Гусев Д А Основные этапы совершенствования математических моделей развития электроэнергетических систем '/ Концепции -2004г -№2(14).с 98-100 -0,4п.л.

7 Гусев Д А. Математическая модель инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региона // Восемнадцатые Международные Плехановские чтения (4-7 апреля 2005 г.): Тезисы докладов аспирантов, магистрантов, докторантов и научных сотрудников. - М.: Изд-во Рос. экон. акад., 2005., - с 27 - 0,1 п л

Отпечатано в типографии Российской экономической академии им Г В. Плеханова Заказ №66 Тираж 100 экз.

к

I

«12008

PH Б Русский фонд

2006-4 5712

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Гусев, Денис Александрович

Введение.

Глава 1. Развитие генерирующих мощностей электроэнергетики России: основные этапы и перспективы.

§1. Основные этапы развития генерирующих мощностей электроэнергетики России в 20 веке.

§2. Перспективы развития генерирующих мощностей отрасли в условиях ее реформирования.

§3. Специфика энергообеспечения энергодефицитных регионов и разработки инвестиционных программ развития их генерирующих мощностей

Глава 2. Математическое моделирование развития генерирующих мощностей.

§1. Общие проблемы математического моделирования развития электроэнергетики и пути их решения.

§2. Математические модели развития генерирующих мощностей на региональном уровне.

§3. Математические модели оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной электроэнергетики

§4. Формирование стратегий энергообеспечения энергодефицитного региона на основе оптимизации развития его генерирующих мощностей.

Глава 3. Оптимизационная математическая модель инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региона.

§1. Математическая модель оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей.

§2. Характеристики электроэнергетики Архангельской области и OAQ

Архэнерго".

§3. Анализ результатов математического моделирования.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Математическое моделирование инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региона"

Электроэнергетика - основополагающая отрасль экономики РФ, объединяющая множество хозяйственных субъектов, занимающихся производством, передачей и распределением электрической и тепловой энергии, и характеризующаяся высокой степенью централизации управления этими процессами. Основная проблема этой отрасли в настоящее время — критический износ основных фондов, что может привести не только к энергетическому кризису, но и, как следствие, замедлению темпов экономического роста страны.

Восстановление основных фондов электроэнергетики по мнению большинства специалистов сдерживается отсутствием достаточных инвестиционных ресурсов в отрасли и невозможностью их привлечения извне вследствие низкой инвестиционной привлекательности электроэнергетики, обусловленной государственным регулированием тарифов и высокой монополизацией рынка электрической энергии. В этих условиях рост цен на энергоресурсы, как правило, опережает рост административно регулируемого тарифа, рентабельность региональных энергоснабжающих организаций остается низкой и их собственных ресурсов крайне недостаточно для развития генерирующих мощностей. Выход из этой ситуации правительство и большинство специалистов видят в структурной реформе электроэнергетики, связанной с демонополизацией и реструктуризацией отрасли с целью создания конкурентного рынка электроэнергии и решения в его рамках проблем развития отрасли.

В рыночных условиях инвестиционная привлекательность объектов электроэнергетики зависит от обоснованности и эффективности инвестиционных программ развития генерирующих мощностей. Сложность разработки таких программ возрастает с увеличением числа вариантов их формирования и финансирования. Особенно усложняется формирование инвестиционных программ развития генерирующих мощностей для энергодефицитных регионов. В частности, принятие стратегических решений в таких регионах допускает возможность увеличения объема приобретаемой извне электрической энергии в качестве альтернативы строительству новых электростанций.

При обосновании стратегии энергообеспечения такого региона возникают специфические проблемы при развитии его генерирующих мощностей. С одной стороны, при выгодных условиях приобретения энергии на федеральном оптовом рынке энергии и мощности (ФОРЭМ) рост уровня энергодефицитности региона может быть предпочтительнее инвестирования в генерирующие мощности. С другой стороны, существенная энергетическая зависимость региона от поступления энергии извне может подорвать основы его устойчивого развития и стать угрозой энергетической безопасности.

Сложность разработки инвестиционных программ развития генерирующих мощностей с учетом указанных особенностей в условиях большого числа альтернатив, неоднозначных взаимосвязей между рассматриваемыми процессами, наличия конкурирующих ограничений вызывает необходимость использования при их разработке экономико-математических методов и моделей.

Вопросы разработки инвестиционных программ как в общем виде, так и в электроэнергетике рассмотрены в трудах многих российских и зарубежных специалистов. К их числу относятся работы Г. Албаха, Д.А. Арзамасцева, JI.C. Беляева, Г. Вайгартнера, И.М. Волькенау, A.A. Макарова, JI.A. Мелентьева, Г. Якоба, К. Ферстнера, Р. Хенна, Г. Якоба и др. В работах зарубежных авторов накоплен и обобщен опыт математического моделирования и оптимизации инвестиционных программ в условиях, близких к совершенной рыночной конкуренции, а в работах отечественных специалистов - в условиях плановой экономики.

Вместе с тем, в условиях рыночных отношений в сфере генерации электроэнергии и энергоснабжения возникают специфические проблемы разработки и согласования стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона и инвестиционной программы развития его генерирующих мощностей. Решение этих проблем требует разработки подхода к формированию инвестиционных программ развития генерирующих мощностей, позволяющего выбрать эффективную стратегию энергообеспечения региона.

Однако вопросы разработки таких подходов в научной литературе исследованы недостаточно. Нерешенность этой проблемы и предопределила цель и задачи диссертационного исследования.

Объект исследования - региональная энергоснабжающая организация, действующая в дефицитной энергосистеме.

Предмет исследования - математические методы и модели разработки инвестиционной программы развития генерирующих мощностей регионально^ энергоснабжающей организации.

Целью диссертационного исследования является разработка подходов к формированию эффективной стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона в условиях реформируемого рынка электроэнергии на основе оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации.

В соответствии с сформулированной целью в работе последовательно решены следующие задачи диссертационного исследования:

- разработана классификация стратегий энергообеспечения энергодефицитного региона в условиях реформируемого рынка электроэнергии;

- сформулирована постановка задачи формирования рыночной стратегии энергообеспечения региона на основе оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей;

- разработаны и обоснованы критерий оптимальности инвестиционной программы развития генерирующих мощностей и система технико-экономических ограничений, включающая блоки технологических и инвестиционно-финансовых ограничений;

- разработаны экономико-математическая модель и численный алгоритм выбора оптимальной стратегии энергообеспечения региона и инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации;

- проведена апробация разработанной экономико-математической модели и численных методов на информационной базе ОАО "Малая энергетика" и предложен набор вариантов эффективных стратегий энергообеспечения и инвестиционных программ развития генерирующих мощностей для ОАО "Архэнерго" Архангельской области в условиях возможных сценариев изменения рынков электроэнергии и энергоресурсов.

Теоретико-методологическую основу исследования составили труд^] отечественных и зарубежных специалистов, статьи в научных сборниках и периодической печати по проблемам математического моделирования развития электроэнергетики. Теоретическую базу рассматриваемой области исследования составили теория анализа и управления инвестиционными проектами, теория принятия решений. Информационную основу исследования составили справочные и статистические материалы, отражающие состояние отечественной электроэнергетики, федеральные законы и нормативные акты, регулирующих функционирование и реформирование отрасли, а также материалы ОАО "Малая энергетика" и ежегодные отчеты ОАО "Архэнерго".

Научная новизна результатов диссертационного исследования состоит в разработке комплексного подхода к формированию оптимальной стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона, включающего математическую модель оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей региональной энергоснабжающей организации в условиях реформирования электроэнергетики РФ.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Гусев, Денис Александрович

Основные результаты диссертационного исследования доложены, обсуждены и одобрены на Международных научно-практических конференциях "Малая энергетика - 2002" (Москва), "Малая энергетика - 2003" (Обнинск), на молодежной научно-практической конференции "Государственная экономическая политика России: проблемы, тенденции, перспективы" (Москва, 2003) и на заседаниях кафедры математических методов в экономике Российской экономической академии им Г.В. Плеханова.

Заключение

В рыночных условиях инвестиционная привлекательность объектов электроэнергетики зависит от обоснованности и эффективности инвестиционных программ развития генерирующих мощностей. Сложность разработки таких программ возрастает с увеличением числа вариантов и>-{ формирования и финансирования. Особенно усложняется формирование инвестиционных программ развития генерирующих мощностей для энергодефицитных регионов. В частности, принятие стратегических решений в таких регионах допускает возможность увеличения объема приобретаемой извне электрической энергии в качестве альтернативы строительству новых электростанций. Сложность разработки инвестиционных программ развития генерирующих мощностей с учетом указанных особенностей в условиях большого числа альтернатив, неоднозначных взаимосвязей между рассматриваемыми процессами, наличия конкурирующих ограничений вызывает необходимость использования при их разработке экономико-математических методов и моделей.

С использованием разработанной математической модели в диссертации сформирована инвестиционная программа развития генерирующих мощностей ОАО "Архэнерго" (Архангельская область). Область является энергодефицитным регионом, значительная часть (до одной трети) потребности которого в электроэнергии покрывается за счет приобретения ее с ФОРЭМ, что обусловливает актуальность постановки и решения проблемы выбора стратегии энергообеспечения региона.

В работе получены следующие результаты: проведена классификация базовых стратегий энергообеспечения энергодефицитного региона, которая позволила локализовать область возможных инвестиционных решений для формирования эффективных вариантов развития генерирующих мощностей; * усовершенствованы методы формирования стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона на основе оптимизации инвестиционной программы развития его генерирующих мощностей по альтернативным типам электростанций и альтернативным вариантам финансирования проектов; разработан и обоснован критерий оптимальности инвестиционной программы развития генерирующих мощностей в математической модели, учитывающий дисконтированные эффекты от реализации инвестиционных проектов и перепродажи региональным потребителям энергии, закупаемой на ФОРЭМ; разработана система технико-экономических ограничений математической модели, включающая балансовые ограничения, а также ограничения по инвестиционно-финансовым ресурсам, и обоснование корректности ее использования в задачах оптимизации инвестиционной программы развития генерирующих мощностей; предложен вычислительный алгоритм реализации в математической модели процедуры поиска оптимальной стратегии энергообеспечения, основанный на решении частично-целочисленной задачи линейного программирования; проведена апробация оптимизационной модели развития генерирующих мощностей на информационной базе ОАО "Малая энергетика", которая позволила предложить альтернативные варианты стратегий энергообеспечения и инвестиционных программ для ОАО "Архэнерго" Архангельской области выбрать оптимальные по указанному выше критерию.

Теоретическая значимость результатов диссертационного исследования состоит в разработке новых и совершенствовании известных подходов к формированию эффективной стратегии энергообеспечения энергодефицитного региона на основе разработанной автором экономико-математической модели оптимизации инвестиционной программы развития его генерирующих мощностей.

Практическая значимость результатов диссертационного исследования заключается в возможности использования построенной автором экономико-математической модели при принятии инвестиционных решений развития генерирующих мощностей энергоснабжающих организаций в энергодефицитных регионах.