Стохастическая оптимизация структуры и функционирования предприятий теплоснабжения в рыночной среде тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата экономических наук, Михеева, Анна Павловна

Введение.

1. Методология исследований развитая и функционирования систем теплоснабжения в современных условиях.

1.1. Формирование и действие энергосреды.

1.2. Система теплоснабжения как сложная технико-экономическая система.

1.3. Анализ деятельности предприятия теплоснабжения. Й

2. Принципы построения моделей теплообеспечения.

2.1. Принципы технологической и организационно-экономической координации в системах теплоснабжения.

2.2. Общий подход к моделированию развития и функционирования предприятий теплоснабжения.

2.3. Современные методы и средства моделирования систем энергетики

3. Математические и инструментальные методы планирования и управления на предприятии теплоснабжения.

3.1. Описание элементов структуры и функционирования предприятия теплоснабжения.

3.2. Модели развития и функционирования предприятия теплоснабжения.

3.3. Методы решения задач оптимизации структуры и функционирования предприятий.

3.4. Экономический анализ деятельности предприятия теплоснабжения на основе двойственных оценок.

3.5. Программное обеспечение модельных расчетов.

3.6. Возможности использования разработанных моделей для решения задач развития предприятия теплоснабжения.

4. Применение разработанных моделей и методов при оптимизации деятельности предприятия теплоснабжения г. Новочеркасска. ф 4.1. Формирование информационной базы для проведения прикладных исследований.

4.2. Диагностика производственной деятельности предприятия.

4.3. Некоторые математические характеристики итеративного процесса решения. Ю

4.4. Экономический анализ результатов модельных расчетов.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Стохастическая оптимизация структуры и функционирования предприятий теплоснабжения в рыночной среде"

Актуальность темы исследования. Климатические особенности нашей страны во многом определяют социально-экономическую значимость теплоснабжения в обществе. При этом проблемная область этой сферы имеет многоуровневую структуру. Так, на государственном уровне теплоснабжение является самой топливоемкой составляющей энергетического сектора экономики России (более 400 млн т у.т. в год, или 44% от общего потребления энергоресурсов в стране), но, в отличие от других отраслей ТЭК, не имеет единой технической, структурно-инвестиционной, экономической и организационной политики. На региональном и местном уровнях теплоснабжение - это сфера, требующая существенных бюджетных вложений в связи с дотированием и субсидированием услуг.

Решение основных вопросов, связанных с надежным теплоснабжением потребителей, реконструкцией и заменой устаревшего оборудования, обоснованием необходимого объема инвестиций в производственные объекты, обеспечением экономически взаимовыгодного сотрудничества с различными организациями, а также финансовых и социальных проблем в отношениях с потребителями, ложится в основном на предприятия теплоснабжения (ПТС). Развитие ПТС предполагает, прежде всего, совершенствование структуры, системы договорных отношений, системы поддержки принятия решений, способствующих повышению эффективности функционирования ПТС и отрасли в целом.

Важность и многоаспектность проблемы делает актуальным системное рассмотрение задач теплоснабжения, разработку соответствующих концептуальных подходов и методов поиска оптимальных решений. Это и послужило основанием для проведения настоящего исследования.

Степень разработанности проблемы. Исследования систем энергетики и разработка соответствующих моделей и методов с учетом системных свойств, основы которых заложены JI.A. Мелентьевым, нашли свое развитие в работах российских ученых Н.И. Воропая, А.А. Макарова, А.П. Меренкова, Л.С. Попырина, В.А. Смирнова и др.

Спектр решаемых задач в энергетике очень широк. Так, методические вопросы теории надежности, исследования по учету, количественной оценке и управлению надежностью в системах энергетики представлены в работах Л.С. Попырина, Ю Н. Руденко, Е.В. Сенновой, И.А. Ушакова, Ю.А. Фокина, В.И. Эдельмана и др. Информационные технологии и информационная поддержка прогнозирования развития систем энергетики (методические основы построения информационных технологий энергетических исследований) успешно разрабатываются Л.Д. Криворуцким, JI.B. Массель и др. В области исследования стратегии и методов преобразования теплоэнергетического хозяйства России необходимо отметить работы Е.В. Сенновой, А.В. Федяева и др. Одним из развивающихся направлений прикладных исследований является экономическое обоснование вариантов развития систем энергетики, где, в частности, находят применение и методы стохастического программирования, представленные в трудах М.Е. Васильевой, В.А. Кардаша, Е.Н. Ладейщиковой.

Цель работы - разработка комплекса моделей и методов развития и функционирования ПТС для повышения эффективности и обоснованности планирования их основной деятельности, подверженной влиянию случайных факторов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие задачи:

- анализ современного состояния сферы теплоснабжения, исследование различных уровней управления теплоснабжением и определение роли и места ПТС в системе теплоснабжения;

- изучение методологической базы и существующих подходов к моделированию деятельности ПТС;

- разработка оптимизационных моделей развития и функционирования ПТС на основе двухэтапных задач стохастического программирования, в полной мере отражающих специфику отрасли;

- адаптация прямого метода стохастического программирования в соответствии с особенностями каждой модели;

- разработка имитационных моделей развития и функционирования ПТС на основе предложенных оптимизационных моделей,

- разработка системного алгоритма реализации комплекса моделей, включающего предложенные оптимизационные и имитационные модели, для решения задач развития ПТС;

- алгоритмизация методов решения задач развития и функционирования ПТС с применением предложенных моделей и разработка соответствующего программного обеспечения для автоматизации процессов гибкого планирования и эффективного управления на ПТС.

Объект исследования - предприятия теплоснабжения как коммерческие организации, осуществляющие на обслуживаемой территории продажу потребителям произведенной и (или) купленной тепловой энергии (мощности).

Предмет исследования - экономические отношения, возникающие как между предприятиями системы теплоснабжения территориального образования, так и в результате взаимодействия с внешней средой.

Теоретической и методологической базой диссертационного исследования явились труды российских и зарубежных ученых в области экономики энергетики, теории надежности энергетических систем, теории принятия решений, математического моделирования.

В ходе исследований применена методология системного подхода. В качестве конкретных инструментальных средств использованы имитационное моделирование, методы теории вероятностей и математической статистики, методы линейного и стохастического программирования, методы разработки информационных технологий.

Эмпирическую основу исследования образуют данные о деятельности муниципального теплоэнергетического предприятия тепловых сетей г. Новочеркасска, официальные материалы, опубликованные в периодической печати, и информация с официальных Web-сайтов.

Научная новизна результатов работы заключается в следующих положениях:

- уточнено понятие системы теплоснабжения территориального образования с учетом экономической целостности системы;

- разработаны стохастические оптимизационные модели развития и функционирования ПТС, отличающиеся от уже известных тем, что моделируемая область разделена на две частя: деятельность по поддержанию производственных мощностей в работоспособном состоянии и непосредственное предоставление услуг теплоснабжения потребителям;

- построены стохастические квазиградиенты, отражающие специфику формальной структуры разработанных моделей, заключающуюся в том, что обе модели являются двухэтапными задачами стохастического программирования, при этом ограничения первого этапа модели развития учитываются непосредственно в процедуре проектирования квазиградиента, а в модели функционирования в качестве методического упрощения используются свойства инерционно-стратегических связей;

- построены имитационные модели развития и функционирования ПТС, структурной основой которых стали разработанные оптимизационные модели;

- предложена методика применения комплекса моделей, объединяющего разработанные оптимизационные и имитационные модели, где основой экономического анализа является система ситуационных двойственных оценок;

- выполнена программная реализация информационно-вычислительного комплекса для анализа и прогнозирования развития предприятия теплоснабжения, основанная на методических разработках автора.

Достоверность научных положений и результатов исследования основывается на применении теории и методов математического анализа, стохастического программирования, теории вероятностей и математической статистики. Разработанные алгоритмы опираются на строго доказанные теоремы о сходимости итеративных процедур и соответствуют принятым предположениям этих теорем. Адекватность полученных моделей оценивалась их проверкой в расчетах на фактических данных муниципального теплоэнергетического предприятия тепловых сетей г. Новочеркасска.

Практическая ценность работы. Экспериментальные расчеты на материалах предприятия, обеспечивающего теплоэнергией один из районов города Новочеркасска, показали практическую пригодность разработанных инструментальных средств. Полученные результаты расчетов явились эффективной информационной поддержкой производственной и управленческой деятельности предприятия и могут быть использованы также для обоснования тарифов на тепловую энергию.

Результаты исследований использованы в учебном процессе в виде лекционного материала и методических рекомендаций по дисциплине «Экономико-математические методы и модели» кафедры «Менеджмента и экономико-математических методов» Новочеркасской государственной мелиоративной академии (НГМА) для студентов специальности «Экономика и управление на предприятиях коммунального хозяйства».

Основные положения, выносимые на защиту:

- понятие системы теплоснабжения территориального образования уточнено путем включения дополнительных участников (инвесторов, местных властей и тарифных комиссий) для обеспечения экономической целостности системы;

- разработанные стохастические оптимизационные модели развития и функционирования ПТС позволяют решать задачи развития как структуры предприятия (с учетом управляющих воздействий инвесторов), так и системы его взаимоотношений с поставщиками в соответствии с особенностями потребительского рынка услуг теплоснабжения;

- предложенные модификации прямого метода стохастического программирования, учитывая структурные особенности каждой модели, упрощают итеративные процедуры нахождения оптимального решения;

- разработанные стохастические имитационные модели развития и функционирования ПТС, дополняя оптимизационные модели, расширяют область их приложения и позволяют комплексно подходить к решению соответствующих задач;

- использование разработанного модельного, алгоритмического и программного инструментария позволяет повысить эффективность функционирования ПТС, оценить перспективы его развития и обоснованно подходить к формированию тарифов.

Апробация работы. Работа выполнена в соответствии с научным направлением Южно-Российского государственного технического университета (НПИ) «Проблемы развития социально-экономических процессов в условиях перехода к рыночным отношениям», раздел «Разработка математических моделей и методов для решения задач оптимизации социально-экономических и эколого-экономических систем», а также с п. 1.4 «Разработка и исследование моделей и математических методов анализа микроэкономических процессов и систем: отраслей народного хозяйства, фирм и предприятий, домашних хозяйств, рынков, механизмов формирования спроса и потребления, способов количественной оценки предпринимательских рисков и обоснования инвестиционных решений» и п. 2.3 «Разработка систем поддержки принятия решений для рационализации организационных структур и оптимизации управления экономикой на всех уровнях» паспорта специальности 08.00.13 - «Математические и инструментальные методы экономики».

Основные положения и результаты работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 4-м Всероссийском симпозиуме "Математическое моделирование и компьютерные технологии" (г. Кисловодск, 2000 г.); 13-й международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях" (г. Санкт-Петербург, 2000 г.); Всероссийской научной конференции "Математическое моделирование в научных исследованиях" (г. Ставрополь.

• 10

2000 г.); международной научно-практической конференции "Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах" (г. Новочеркасск, 2000 г.); международной научно-практической конференции "Методы и алгоритмы прикладной математики в технике, медицине и экономике" (г. Новочеркасск, 2001 г.); международной научно-практической конференции "Современные энергетические системы и комплексы и управление ими" • (г. Новочеркасск, 2002 г.); научном семинаре молодых ученых и аспирантов «Математическая экономика и экономическая информатика» (г. Новочеркасск, февраль 2002 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах общим объемом 2,9 печатных листа.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и трех приложений, имеет общий объем 144 страницы, включая 16 рисунков и 14 таблиц.

Диссертация: заключение по теме "Математические и инструментальные методы экономики", Михеева, Анна Павловна

Основные результаты выполненных теоретических и экспериментальных исследований заключаются в следующем:

1 Проведен анализ современного состояния сферы теплоснабжения и исследованы различные уровни управления теплоснабжением, что позволило рассмотреть в комплексе проблемы данной сферы и выявить их основные причины, определить направления и разработать необходимые мероприятия по развитию теплоснабжения, а также выявить роль и участие в этих процессах всех заинтересованных сторон.

2. Разработаны стохастические оптимизационные модели развития и функционирования ПТС, которые отражают специфику отрасли и учитывают существующие тенденции по формированию цивилизованных договорных отношений, способствуя, таким образом, экономически взаимовыгодному партнерству предприятия со всеми сторонними организациями, потребителями услуг и уровнями власти.

3. Предложены алгоритмы прямого метода стохастического программирования, адаптированные в соответствии со структурными особенностями каждой модели, которые значительно упрощают процесс нахождения оптимального решения за счет обоснованного построения стохастических квазиградиентов и процедур их проектирования.

4. Разработаны имитационные модели функционирования и развития предприятия, которые вместе с оптимизационными моделями образуют единый комплекс взаимодействующих моделей.

5. Предложен системный алгоритм реализации разработанного комплекса моделей, применение которого позволяет диагностировать деятельность ПТС, определять предпочтительность развития и выбирать проекты реконструкции наиболее приоритетных производственных объектов предприятия, планировать производство и ресурсное обеспечение. На основе полученных результатов ф анализируется действующая система тарифообразования и рассматриваются возможности ее модификации.

6. Создан реализующий методические разработки автора программный комплекс «Теплоснабжение», который автоматизирует расчеты, обеспечивает их быстроту и точность, а также упрощает организацию входных данных и анализ результатов.

7. Проведены прикладные исследования на примере муниципального теплоэнергетического предприятия тепловых сетей г. Новочеркасска, которые показали практическую реализуемость и эффективность разработанного программно-инструментального комплекса для оптимизации деятельности ПТС.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ