книги из ГПНТБ / Экономика газовой промышленности
..pdfформационных потоков между отдельными элементами каж дой системы является задачей построения АСУ топливноэнергетическим хозяйством республики. Тем не менее, приведенный перечень дает представление о масштабах ин формационного обеспечения оптимизационных математиче ских моделей и о необходимом количественном и качествен ном уровнях разработки информации при решении задачи оптимизации баланса республики на ЭЦВМ.
К объемным показателям в области приходной и расход ной части баланса относятся прежде всего намечаемые на перспективу возможные объемы производства различных ви дов топливно-энергетических ресурсов, объемы производства промышленной продукции в республике, демографические данные о росте населения и т. д. Объемные показатели яв ляются основой формирования краевых условий математи ческих моделей. Для формирования этих условий недоста точно оперировать общими объемными показателями разви тия народного хозяйства республики. Необходимо знать конкретное размещение существующих промышленных предприятий на территории республики, намечаемые ва рианты строительства новых, реконструкции и вывода суще ствующих объектов промышленности. Только в этом случае в математических моделях представляется возможным про вести достаточно обоснованное территориальное агреги рование источников и потребителей топливно-энергетиче ских ресурсов. Не менее важной является проблема пер спективного развития транспортной системы республики. Сюда относятся вопросы перспективного развития сети же лезных дорог, систем трубопроводного транспорта жидкого и газообразного топлива, линий передач электроэнергии высокого напряжения на далекие расстояния и системы рас пределительных сетей.
Для формирования транспортных показателей в мате матических моделях должны учитываться пропускная спо собность отдельных участков транспортных систем, возмож ные маршруты передачи' топлива и электроэнергии из одних районов республики в другие, возможные варианты расширения и реконструкции существующих участков же лезных дорог, магистральных газопроводов и линий электро передач.
В основе оптимизации систем топливно-энергетиче ского хозяйства на различных уровнях иерархии лежат нор мативные показатели, характеризующие уровень техниче-
16 4-I02I |
241 |
ского совершенства использования различных видов топли ва и энергии в высоко-, средне- и низкотемпературных про цессах промышленности, а также в процессах коммунально бытового сектора. Одним из требований, предъявляемых к нормативной базе, используемой для оптимизации баланса, является обеспечение принципа прогрессивности норматив ной информации, учитывающее технический прогресс в отраслях промышленного производства. Положенные в ос нову оптимизации прогрессивные нормативы должны учитывать изменения расхода топлива и энергии за счет усо вершенствования конструкции тепловых агрегатов, исполь зования тепловых отходов, широкого внедрения автоматиза ции теплотехнических процессов и дальнейшего совершен
ствования |
технологии |
производства. |
Другое требование |
к системе |
нормативных |
показателей |
заключается в том, |
что эта система должна отражать изменение удельных норм в зависимости от качественной характеристики (вида) топ лива, используемого в данном промышленном процессе. Для создания системы нормативов, отражающих эти измене ния, необходимо исследовать на частных математических моделях промышленных предприятий связь между энерге тическими и технологическими характеристиками энерго потребляющих агрегатов.
Энергетические характеристики энергопотребляющих аг регатов во взаимосвязи с технологией представляют матема тическое описание уровня энергопотребления. Изменение энергетических характеристик агрегатов в зависимости от изменения вида используемого энергоносителя можно рас сматривать на уровнях детерминированных и стохастических моделей.
При детерминированном подходе к построению моделей для определения удельных расходов энергоносителей стро ятся аналитические функциональные зависимости между искомыми (удельный расход топлива) и определяющими фак торами и имеется однозначное решение. При стохастическом же подходе определяется не функциональная, а вероятност ная связь между искомыми и определяющими факторами. Для построения стохастической зависимости между величи ной энергопотребления и определенными факторами должны быть использованы экспериментальные пассивные методы, т. е. должно быть использовано значительное количество статистического материала, характеризующего условия ра боты агрегатов в конкретных условиях промышленной экс
242
плуатации. Следовательно, научно обоснованные прогрес сивные нормативы, используемые при оптимизации топливноэнергетического хозяйства района (республики), могут быть разработаны лишь при широком участии промышленных предприятий.
Не менее важной является проблема разработки норма тивных экономических показателей (показателей удельных капитальных вложений и эксплуатационных затрат) на всех этапах функционирования системы топливно-энергетиче ского хозяйства с учетом нелинейной зависимости этих пока зателей от объемов добычи, транспортирования, использова ния топлива, а также с учетом фактора времени. Например, для функционирующей системы газового хозяйства респуб лики состав этих показателей определяется необходимостью их формирования на следующих этапах: а) определение удельных затрат (удельных капитальных вложений и экс плуатационных расходов), связанных с разведкой и добычей природного газа, для каждого t-ro источника; б) определе ние удельных затрат на транспортирование газа по каждо му г-му участку газопровода, соединяющего і-й источник с /-и потребителем; в) определение удельных затрат, свя занных с хранением природного газа в каждом і'-м пункте хранения; г) определение экономических показателей ис пользования природного газа для каждого /-го потреби теля.
Так как на основе этих показателей формируются оцен ки функционала математических моделей, от представитель ности разработанного на перспективу массива экономиче ской информации зависят конкретные результаты оптимиза ционных решений топливно-энергетического баланса.
Информационные показатели, получаемые в результате оптимизации энергетических задач на более высоком уров не иерархии, необходимы в основном для получения прием лемых решений в рамках локальных моделей на низких уровнях иерархии. Такими показателями, как мы видели, были определяемые в результате оптимизации баланса стра ны: перспективные объемы топлива, подаваемые на террито рию республики из других районов страны; межреспубли канские перетоки электроэнергии; поставки топлива из ме сторождений Украинской ССР в другие республики и на экс порт, а также система замыкающих затрат на топливо и энергию. Для возможности эффективного использования при решении локальных задач системы замыкающих затрат на
1 6 * |
2 4 3 |
|
топливо и энергию в результате оптимизации баланса стра ны должна также выдаваться схема основных направлений потоков топлива и энергии с конкретными центрами потреб ления. Последнее дает возможность при решении моделей на низких уровнях иерархии (промышленные предприятия) ввести обоснованную поправку на затраты в магистральный транспорт энергоносителей.
Приведенный далеко не исчерпывающий перечень про блем в области информационного обеспечения задач оптими зации систем топливно-энергетического хозяйства Украин ской ССР позволяет сделать вывод о том, что проблеме ин формации должно быть уделено большое внимание.
Бурное развитие электронно-вычислительной техники и математических методов открывает широкие возможности в области оптимизации и управления системой топливноэнергетического хозяйства УССР. В то же время использо вание новых методов требует проведения широких каче ственных изменений в существующих формах статистиче ской отчетности промышленных предприятий и формах под готовки, а также использования информации. Практическая же ценность результатов машинных решений, получаемых при использовании информации, не приспособленной для ввода в математическую модель, равна нулю.
Г л а в а IX
ОТРАСЛЕВЫЕ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ПЕРСПЕКТИВНОГО РАЗВИ
ТИЯ ГАЗОСНАБЖАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ РЕСПУБЛИКИ
§ 1. ОБЩАЯ МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ СИСТЕМЫ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ И МОДЕЛИ ОТДЕЛЬНЫХ ВРЕМЕННЫХ ПЕРИОДОВ
При планировании системы газоснабжения УССР в об щей модели топливно-энергетического баланса (в едином комплексе со всеми остальными видами топлива) не учиты вается ряд факторов, которые имеют определяющее значение для рационального функционирования и перспективного раз вития системы газового хозяйства республики. Прежде всего, описанные выше модели топливно-энергетического баланса в вышеприведенной постановке являются стати
244
ческими, поэтому фактор сезонной неравномерности в газопотреблении учитывается в них чисто эвристическим пу тем с выделением в качестве некоторых условных пунктов производства буферных потоков газа. Практически другие варианты регулирования сезонной неравномерности в газопотреблении (за исключением использования весенне-лет них избытков газа на мощных электрических станциях) в этих моделях не рассматриваются. Ввод в формальную по становку общих моделей подземных хранилищ газа нарушает структуру ограничений распределительной задачи и увели чивает количество этапов модели второй степени сложности. А самое важное обстоятельство заключается в том, что при комплексной оптимизации невозможно детально рассмотреть все вопросы добычи газа на отдельных месторождениях рес публики, хранения, транспортирования по разным участ кам магистральных и распределительных газопроводов, перераспределения потоков газа в территориальном и от раслевом разрезах в зависимости от времени года и т, д.
Все эти вопросы в достаточной мере точно выясняются на отраслевых математических моделях при системном под ходе к оптимизации топливно-энергетического хозяйства.
Мы уже отмечали, что системный подход вызывает необ ходимость разработки математических моделей по всем от раслям топливной промышленности, электроэнергетики, по отдельным районам республики.
Если все такие модели разработаны на одном математиче ском уровне, то можно осуществлять итерационный процесс их реализации на ЭЦВМ, в котором средствами увязки меж ду собой частных решений отдельных моделей служат двой ственные экономико-математические оценки (симплексмножители) [11]. Следует подчеркнуть, что такой процесс становится возможным в случае, когда разработан комплекс отраслевых моделей (по единой газоснабжающей системе республики, нефтяной и нефтеперерабатывающей про мышленности, топливной и топливоперерабатывающей про мышленности УССР и т. д.), к чему, естественно, следует стремиться.
В то же время замыкающие затраты на топливо и энер гию (как аналог двойственных оценок) не могут служить средством увязки локального решения модели любой отрас левой системы с оптимальным развитием топливно-энерге тического хозяйства. Эти затраты как средство увязки част ных решений могут быть эффективно использованы лишь на
245
низких уровнях оптимизации единого топливно-энергетиче ского хозяйства, скажем, при разработке энергетических ба лансов промышленных предприятий.
В данной главе излагаются методы математического мо делирования и решения только одной из отраслевых систем, а именно газоснабжающей, поэтому не существует строгого доказательства того, что полученные на модели решения пол ностью увязываются с развитием всех подсистем топливноэнергетического хозяйства. Тем не менее, проводимые на этой модели многовариантные расчеты позволяют опреде лить тенденции в степени устойчивости и особенностях га зоснабжения отдельных потребителей в перспективном пе риоде, перераспределение потоков газа на территории рес публики во временном разрезе, рациональные варианты ре гулирования сезонной неравномерности в газопотреблении, степень загрузки отдельных участков газопроводов и т. д.
В общей постановке задача комплексного распределения потоков газа между промышленными процессами, т. е. задача, которая должна решаться в модели развития систе мы газового хозяйства УССР, заключается в совместном определении параметров газоснабжающей системы при усло вии максимизации суммарного народнохозяйственного эф фекта, получаемого в результате применения газа в промыш ленных процессах вместо энергоносителя т-го вида.
В процессе формализации задачи перспективного распре деления потоков природного газа между отдельными кате гориями потребителей должны учитываться основные этапы функционирования газового хозяйства от добычи до использо вания газа в энерготехнологической установке. При этом в единую систему газового хозяйства республики включа ются: а) система внутренних и внешних источников газа; б) система магистральных газопроводов; в) система подзем ных хранилищ газа; г) система распределительных газопро водов; д) система потребителей газа.
Каждый из этапов функционирования системы характе ризуется определенными условиями, которые учитываются при математическом моделировании задачи типом вводимых ограничений. Материальные затраты, связанные с осуще ствлением каждого этапа, учитываются в функционале ма тематической модели, на который накладывается требование максимизации или минимизации.
В соответствии с изложенным критерием оптималь ности данной системы ^служит . максимальный народнохо
246
зяйственный эффект, получаемый за счет распределения при родного газа между определенными категориями потреби
телей. • Исходя из возможности применения различных энерго
носителей в промышленных процессах, этот эффект для /-й обобщенной группы потребителей измеряется путем сопо ставления затрат варианта использования т-го энергоноси теля (по всему технологическому циклу) и варианта исполь зования природного газа. Обозначив базисный вариант использования потребителем т-го энергоносителя индексом т, а вариант использования тем же потребителем природно го газа индексом г, получим в общем виде выражение для измерения удельного эффекта от применения газообраз ного топлива
кз;+ з£ер+ з;
A3УД ■
|
,+ |
^ Т1гР.г |
рубіт |
уел. |
т., |
|
(9-1) |
|
где |
3* — удельные |
Рг |
|
|
добычу |
т-го |
||
приведенные затраты на |
||||||||
энергоносителя, |
рубіт уел. те, |
3jjep— удельные |
приведен |
|||||
ные |
затраты на |
переработку |
т-го энергоносителя, |
рубіт |
||||
уел. |
те, 3* Т— удельные приведенные |
затраты |
на |
маги |
стральный транспорт т-го энергоносителя, руб/m уел. те, Зр т — удельные приведенные затраты на распределительный
транспорт т-го энергоносителя, рубіт уел. те, рт — норма расхода т-го энергоносителя на единицу продукции /-й категории потребителей, т уел. т.Іед. пробе, 3*и— удель
ные приведенные затраты (без топливной составляющей)
на производство единицы продукции в /-й категории |
потре |
бителей при применении т-го энергоносителя, руб/ед. |
пробе, |
3£—удельные приведенные затраты на добычу газа, рубіт уел.
т ; |
3 ^ Т— удельные приведенные затраты на транспорт га |
за |
по магистральным газопроводам, рубіт уел. те, Згх — |
удельные приведенные затраты на хранение газа, рубіт уел. те, 3£ т — удельные приведенные затраты на транспорт
газа по распределительным сетям, рубіт уел. те, т]г — об щий коэффициент, учитывающий потери газа при добыче, хранении и транспорте до потребителя; рг — норма рас хода газа на единицу продукции /-й категории потребителей, т уел. т.Іед, пробе, 3£и— удельные приведенные затраты
247
(без топливной составляющей) на производство единицы продукции в /-й категории потребителей при использовании природного газа, руб.Іед. прод.
В зависимости от того, какие варианты использования энергоносителей рассматриваются для каждой категории потребителей, выражение (9-1) видоизменяется и в каждом случае конкретизируется.
Общим при сопоставлении вариантов с индексами т и г является необходимость учета затрат по всему технологи ческому циклу, характерному для данного варианта и рас сматриваемой категории потребителей. При сопоставлении технико-экономических показателей вариантов по выра жению (9-1) должны выполняться следующие основные требования: 1) каждый из вариантов использования энер гоносителей должен рассматриваться в оптимальных для него условиях; 2) варианты для каждой /-й группы потре бителей должны быть сопоставимы.
Для выполнения первого требования каждый из вариан тов использования энергоносителей в промышленном про цессе должен рассматриваться при соблюдении всех воз можных условий эксплуатации оборудования, позволяющих снизить энергетические и неэнергетические затраты на про изводство конечной продукции. Для выполнения второго требования при использовании любого энергоносителя в промышленном процессе необходимо соблюдать следую щее основное условие: народное хозяйство должно получить заданное количество продукции заданного ассортимента и требуемого качества.
В качестве базисных энергоносителей т-го вида для от дельных категорий потребителей в задаче рассматриваются такие виды топлива (энергии), которые наряду с природным газом широко используются в настоящее время в конкрет ных энерготехнологических процессах или являются пер спективными с точки зрения их применения в этих процес сах в будущем. К этим энергоносителям в задаче отнесены донецкий уголь и продукты его переработки, мазут, электро энергия, промышленные газы.
Определив для большинства потребителей базисный ва риант использования конкретного энергоносителя, преобра
зуем выражение (9-1) следующим образом: |
|
|
A3 |
- [(3Д+ 3?іеР + 3“-т + 3р-т)Рт + 3™ ~ |
1 |
уд |
рг |
|
248
—Т|г(3; + 5[I T-f 3ГУ-f 3; Т) рубіт уел. т. |
(9-2) |
Обозначив в выражении (9-2) первое слагаемое через A3', получим окончательную общую формулу представления оце нок функционала модели
АЗУД= A3' — т]г (Згд+ Згы 7+ З хг + Згр т) руб/m уел. т. (9-3)
Для учета экономических показателей, входящих в вы ражения (9-1) — (9-3) на территории республики выделя ются определенные территориальные районы размещения источников, потребителей и объектов хранения природно го газа. Внутри каждого такого района единичные потре бители газа объединяются в конкретные группы по призна ку общности влияния применяемого энергоносителя на экономику промышленного процесса. Каждая из таких обоб щенных групп выступает в математической модели в ка честве единого потребителя газа.
С учетом особенностей функционирования газового хо зяйства математическая модель задачи распределения ре сурсов природного газа на формальном языке описывается следующим образом:
т |
п |
I |
|
|
|
|
|
т + < $ > ,] xi!r + |
|||
2 |
2 |
2 |
^ З2'п - |
|
|
(3j + + |
|||||
i = l |
/ = 1 r = |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
n |
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
2 |
2 |
2 |
(A3;- - |
(5д + |
5 m.t + + , Ы |
X |
||||
|
/= 1 |
/= 1 |
r = I |
|
|
|
|
|
|
|
|
X уцг + |
2 |
2 2 |
|
[A3; - - V /,( + + 3- T+ |
3r + |
||||||
|
|
|
i'= l /=1 r=\ |
|
|
|
|
|
|
||
при условиях |
|
+ 5 р.т)^'/>] zi'P -*■max |
|
(9-4) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 2 x\iirx Ur + 2 2 |
2 |
|
|
i = l , |
2 ,..., tn\ (9-5) |
||||||
/=lr=l |
|
|
i'=lj=lr=l |
|
|
|
|
|
|||
|
|
П I |
|
|
|
i = к 2,.. |
|
(9-6) |
|||
|
|
2 1 2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
/*1 /•=! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 2 |
|
|
^ |
|
— |
> |
.p; |
(9-7) |
||
|
'^‘i'irZi'i' |
|
a i’> i* |
|
1 2 |
|
|||||
|
/=1 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
24»
|
m l |
m |
l |
2 уur + |
p l |
|
|
|
2 2 x‘>r + 2 |
2 2 <&/;/= 1. 2,....n; |
|||||
|
1 = 1 r= I |
t= l |
/■—1 |
i'—l r= 1 |
|
||
|
m / |
|
|
m / |
|
|
(9-8) |
|
|
|
|
P |
I |
||
|
2 2 “/%' = 2 2 |
уUr + 2 2 Z‘V> /= I. 2,...,n; (9-9) |
|||||
|
1=1 /-=1 |
|
|
/=1 r —1 |
pr |
i'= l |
r= l |
|
/ mr nr |
|
|
mr |
|
\ |
|
Г |
2 2 ЪцгХц, + 2 |
2 |
ЬичЯчг )КЯА r = 1,2.......I, |
||||
1 |
Ч=‘/г=‘ |
|
|
'V=1 |
/'=1 |
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
(9-10) |
где ir£i, jr £ /, Г (+ '.
(9-11)
где tV (4 jr 6 /> C 6 7'-
X//, > 0; уur > 0; z/7, > 0. |
(9-12) |
В формулы введены следующие обозначения параметров: і — множество источников производства природного газа; / — множество обобщенных групп потребления газа; і' — множество объектов хранения газа; г — множество газо
проводов магистральной и распределительной сети; а] — наличие ресурсов газа в і-м источнике в весенне-летний период; а}1— наличие ресурсов газа в і-м источнике в осен
ію «зимний период; а,і — активная емкость і -го подземно го хранилища газа; Ь/ — годовая расчетная потребность в газе /-й обобщенной группы потребителей; qr — пропуск ная способность г-го газопровода; tx t2— временная про должительность соответственно весенне-летнего и осеннезимнего периодов; хцг — объем газа, который получает /-я обобщенная группа потребителей из і-го источника по г-му газопроводу в весенне-летний период; уцг — объем газа, который получает /-я обобщенная группа потребителей из і-го источника по г-му газопроводу в осенне-зимний пери од; Zi-jr — объем газа, который получает /-я обобщенная группа потребителей из і-го пункта хранения по г-му га зопроводу в осенне-зимний период; щ-г — коэффициент, учитывающий потери газа при добыче и транспортировании
250