Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Эффективное природопользование моделирование, экономика, управление. Монография
.pdf
121
Объемные и приростные показатели мощностей очистки связаны между
собой следующими соотношениями:
;
1
11
1
1
++
+=
rtrtrt
vvv
(4.50)
.
1
11
1
1
++
+=
rtrtrt
vvv
(4.51)
Блок использования и охраны водных ресурсов
)γ(γ
rtrt
— вектор-столбец объемов безвозвратного водопотребления на
единицу продукции отраслей специализации (инфраструктуры);
)γ(γ
t
1
t
1
rr
— вектор-столбец кратностей разбавления очищенных сточных
вод отраслей специализации (инфраструктуры);
)γ(γ
t
2
t
2
rr
— вектор-столбец кратностей разбавления неочищенных сточных
вод отраслей специализации (инфраструктуры);
rt
z
B
— объем водных ресурсов в году t в зоне r;
)(
rtrt
QQ
— вектор-столбец объемов сточных вод на единицу продукции
отраслей специализации (инфраструктуры);
)η(η
rtrt
— вектор-столбец удельных объемов сточных вод, не требующих
очистки, в общем объеме сточных вод отраслей специализации (инфраструктуры);
)(
rtrt
FF
— матрица концентраций загрязнителей в неочищенных сточных
водах отраслей специализации (инфраструктуры);
)(
rt
11
FF
rt
— матрица концентраций загрязнителей в очищенных сточных
водах отраслей специализации (инфраструктуры);
rt
C
2
— вектор-столбец предельно допустимых выбросов загрязнителей
в водный бассейн в году t в зоне r;
)θ(θ
t
2
t
2
rr
— вектор-столбец максимально возможного объема очистки сточ-
ных вод на единицу объема сточных вод отраслей специализации (инфраструк-
туры);
rt
М
B
— верхняя граница объема воспроизводства водных ресурсов.
Переменные:
)(
t
2
t
2
rr
vv
— вектор-столбец приростов объемов сточных вод в отраслях спе-
циализации (инфраструктуры);
)ψ(ψ
t
2
t2rr
— вектор-столбец объемов неочищенных сточных вод в отраслях
специализации (инфраструктуры);
)(
t
2
t
2
rr
vv
— вектор-столбец приростов объемов сточных вод в отраслях
специализации (инфраструктуры);
( )
rtrt
zzBB
— вектор-столбец объемов (приростов) водных ресурсов.
122
Ограничение на использование водных ресурсов может быть представле-
но в следующем виде:
.ψγγψγγγγ
B221221
rtrtrtrtrtrtrtrtrtrtrtrtrt
zvvzx +++++
(4.52)
Объемы водных ресурсов и объемы их воспроизводства по годам плано-
вого периода связаны соотношениями
.
1
BB
1
B
++
+=
rtrtrt
zzz
(4.53)
При этом объемы воспроизводства водных ресурсов по годам планового
периода ограничены:
.
BB
rtrt
Mz
(4.54)
Запишем баланс производства и очистки сточных вод:
( )
;0ψη
2
=−−−
rtrtrtrtrt
veQx
(4.55)
( )
.0ψη
2
=−−−
rtrtrtrtrt
veQz
(4.56)
При этом должны выполняться ограничения на максимально возможный
объем очистки сточных вод, определяемые как общим объемом сточных вод
в отрасли, так и ее технологическими возможностями:
;θ
22
rtrtrtrt
Qxv
(4.57)
.θ
22
rtrtrtrt
Qzv
(4.58)
Ограничение на выброс загрязняющих веществ в водный бассейн может
быть представлено в следующем виде:
.ψψ
22121
rtrtrtrtrtrtrtrtrt
CvFFvFF +++
(4.59)
Объемные и приростные показатели очистки сточных вод связаны между
собой соотношениями
;
1
22
1
2
++
+=
rtrtrt
vvv
(4.60)
.
1
22
1
2
++
+=
rtrtrt
vvv
(4.61)
123
В приведенной постановке блок охраны водных ресурсов включает только
отраслевую очистку сточных вод. В принципе в модель могут быть включены
условия по совместной очистке стоков на межотраслевых очистных сооружениях.
Коэффициенты функционала
wt — вектор оценок продукции отраслей специализации в году t, полу-
ченных из моделей макроуровня;
)(
rtrt
kk
— вектор приведенных затрат на выпуск (прирост выпуска) про-
дукции отраслей специализации в зоне r в году t;
)(
11
rtrt
kk
— вектор приведенных затрат на поддержание объема (прирост)
региональных ресурсов в зоне r в году t;
)(
22
rtrt
kk
— вектор приведенных затрат на перевод земельных ресурсов из
одной категории в другую в зоне r в году t;
— вектор приведенных затрат на поддержание (прирост) мощно-
стей по очистке воздуха в отраслях специализации в зоне r в году t;
)(
44
rtrt
kk
— вектор приведенных затрат на поддержание (прирост) мощно-
стей по очистке воздуха в отраслях инфраструктуры в зоне r в году t;
)(
55
rtrt
kk
— вектор приведенных затрат на поддержание (прирост) мощно-
стей по очистке воды в отраслях специализации в зоне r в году t;
)(
66
rtrt
kk
— вектор приведенных затрат на поддержание (прирост) мощно-
стей по очистке воды в инфраструктурных отраслях в зоне r в году t;
)(
77
rtrt
kk
— вектор приведенных затрат на ввоз (вывоз) региональных ре-
сурсов в (из) зону(ы) r в году t.
Задача состоит в нахождении неотрицательных значений переменных,
которые бы удовлетворяли условиям (4.37) — (4.61) и максимизировали эффект
от развития рассматриваемых отраслей в регионе:
++++++++++−
rtrtrtrtrtrtrtrtrtrtrtrt
t
rtrtrtrtrtrtrt
rt
tt
vkvkvkvkskskzkzkxkxkxw
14141313221211
.max
2677262525
→++++++
rtrtrtrtrtrtrtrtrtrtrtrt
vkYkYkvkvkvk
При реализации разработанной модели развития многоотраслевого комплекса в регионе предусматривается участие эксперта и использование челове-
ко-машинной системы расчетов. Анализ результатов, полученных в ходе прак-
тической реализации предложенной модели, позволяет разработать широкий
круг рекомендаций для принятия решений на различных уровнях для ком-
плексных оценок природных ресурсов, которые могут служить основой при
разработке системы экономических нормативов в природопользовании.
124
ГЛАВА 5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕРРИТОРИАЛЬНО-ОТРАСЛЕВОГО
ПОДХОДА К ПЛАНИРОВАНИЮ И УПРАВЛЕНИЮ
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕМ (НА ПРИМЕРЕ НЕФТЕДОБЫЧИ)
5.1. ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЦИОНАЛЬНОГО
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ВОСПРОИЗВОДСТВА ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ
В НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ РАЙОНАХ
Рассмотрим технические, технологические и экономические особенности
процесса нефтедобычи в единой системе «нефтедобыча — окружающая среда».
Предприятия добывающих отраслей характеризуются существенными
масштабами извлечения природного продукта, причем используемые есте-
ственные ресурсы являются ограниченными, исчерпаемыми и в большинстве
случаев невоспроизводимыми. Следствие этого — наличие ограничений на допустимые объемы извлечения ресурсов.
В силу широкомасштабного воздействия на среду нефтедобывающая
промышленность рассматривается в рамках регионального развития. Это единый комплекс взаимосвязанных и взаимозависимых производственных процес-
сов, осуществляемых в определенном порядке. Геолого-поисковые и геолого-
разведочные работы (подготовка запасов) предшествуют добыче, их задачей
является создание надежной базы нефтяной промышленности, на что и ориен-
тированы геолого-разведочные организации. Собственно добыча нефти (разра-
ботка нефтяных месторождений), транспортировка и частично переработка
нефти и попутных видов сырья, транспортировка и хранение нефтепродуктов —
последующие этапы передачи целевого продукта потребителю.
Переработка добываемого сырья, производство электроэнергии, строительство и эксплуатация ряда объектов непроизводственного назначения, вы-
полнение проектных и научно-исследовательских работ — далеко не полный
перечень дополнительных производств, связанных с развитием нефтедобывающей промышленности. Набор этих производств в регионе формируется в расчете на то, что они не будут создавать серьезных препятствий развитию добывающих отраслей и в то же время обеспечат наибольший экономический эф-
фект от приближения производств к источникам сырья и топлива (рис. 5.1).
125
Ресурсы
(нефть, газ, лес, торф, строительные материалы)
Инфраструктура
производственная
Связь
Транспорт
Материальнотехническое снабжение
Отрасли специализации
Геологоразведка
Нефтедобыча
Газодобыча
Газопереработка
Нефте-
и конденсатопереработка
Инфраструктура
социальная
Торговля
Здравоохранение
Образование
Бытовое обслуживание
Коммунальное хозяйство
Потери
Нефти
Газа
Леса
Строительных
материалов
Комплексирующие
производства
Машиностроение
Энергетика
Ремонтная база
Строительство
Лесное
Деревообрабатывающее
Химическое
Нефтехимия
Газохимия
Микробиология
Отходы
Жидкие
Твердые
Газообразные
Рис. 5.1. Схема «Производственно-ресурсный потенциал нефтегазового комплекса»
При рассмотрении и учете природоохранных факторов для нефтедобывающих регионов возможно выделение двух видов воздействия: отрасли специализации и остальных отраслей. При этом состав характерных загрязнителей
среды, их объем и источники поступления определяются главным образом
только отраслью специализации. Следовательно, при моделировании в условиях и ограничениях задачи наиболее полно должны учитываться особенности
отрасли специализации — нефтедобычи. Задания по развитию нефтедобычи
в зависимости от потребностей региона и страны в сырье, региональные критерии качества окружающей среды, направления научно-технического прогресса
отрасли задаются на входе моделей и являются экзогенными. Эти показатели
могу рассматриваться также в качестве управляющих внешних параметров.
Например, когда в зависимости от уровня требований по сохранению качества
126
окружающей среды модели осуществляется выбор (перебор) перспективных
направлений развития нефтедобычи в регионе.
В развитии любого нефтедобывающего района можно выделить четыре
стадии, каждая из которых характеризуется глубиной (качественная характеристика) и масштабом (количественная характеристика) воздействия на геологическую, водную и воздушную среду. На первой стадии идет интенсивный рост
добычи нефти. При этом наблюдается незначительная обводненность продукции и высокие дебиты скважин по району вследствие значительного числа
крупных и средних нефтяных месторождений, вовлекаемых в разработку. В последние годы этой стадии достигается максимальный объем добычи нефти. На
второй стадии поддерживается высокий уровень добычи, нарастает обводненность, эксплуатационные скважины переходят на механизированную добычу.
Третья стадия характеризуется снижением объемов добываемой нефти, преобладанием механизированного способа добычи, сокращением фонда действую-
щих скважин. Четвертая стадия — стадия завершения добычи нефти в районе,
причем тип падения уровня добычи на этой стадии существенно ниже, чем на
предыдущей. Годы начала и окончания каждого периода варьируются в широких пределах, которые зависят как от средств, затрачиваемых на добычу нефти
и подготовку запасов на данном этапе, так и от характера развития региона на
предыдущих стадиях. Интенсивное наращивание добычи на подъеме приводит
к сокращению продолжительности этой стадии, а также и следующего за ней
периода стабилизации, поскольку поддержание высокого уровня добычи нефти
в течение длительного периода затруднительно. То же самое происходит с про-
должительностью и третьей стадии падения. Напротив, при плановых темпах
роста добычи и достижении к концу стадии подъема сравнительно невысокого
уровня добычи увеличивается продолжительность последующих стадий.
Отнесение районов добычи к определенным стадиям развития служит базой
для некоторой группировки месторождений по их технологическим качествам.
Такая группировка месторождений в дополнение к природно-географическим
условиям территории является основой для выделения специфических модельных
зон по влиянию производства на окружающую среду. Так, в Среднем Приобье сосредоточены крупные месторождения с высокими дебитами и благоприятными
горно-геологическими параметрами. Разработка месторождений здесь переходит
к стадии падающей добычи. В других районах Западной Сибири нефтяные ресурсы характеризуются худшими показателями, а их разработка может быть отнесена
в основном к первой, нарастающей стадии.
127
Территории функционирования производственных объединений выступают как очаги наиболее интенсивного техногенного воздействия на среду.
Здесь сосредоточены добывающие скважины, нефтесборные и распределительные пункты, сеть промысловых нефтепроводов, объекты транспорта, производ-
ственной и социально-бытовой инфраструктуры. За пределами этих территорий
проходят коридоры магистральных трубопроводов, линий электропередачи, автодороги и железные дороги. Воздействие на среду инфраструктурных объектов следует относить ко всему комплексу производств, и учет этого воздей-
ствия требует специальных подходов.
Таким образом, наиболее рациональной основой деления внутри нефтедобывающего района можно считать его производственную структуру и на
этой основе дифференцировать территорию не только по природным факторам,
но и по степени загрязнения. В то же время это дает возможность адресовать
природоохранные требования соответствующим хозяйственным единицам, поскольку нарушение природного равновесия в нефтедобывающих районах про-
исходит при всех видах работ: бурении скважин, обустройстве промыслов,
строительстве трубопроводов и эксплуатации многочисленных нефтепромысловых объектов. Поэтому при моделировании необходимо учитывать все про-
изводственные звенья нефтедобычи в рамках производственного объединения.
Производственный процесс в отрасли является многоэтапным. Последовательные этапы производства жестко увязываются между собой в единую непрерывную технологию, а также с внешней средой. Наличие жестких связей
между этапами производства требует согласованности их функционирования.
Показатели конечного этапа как результирующие показатели производства
в целом (объем добычи сырой нефти заданной кондиции, объем попутного
нефтяного газа) оказываются под влиянием параметров начальных этапов цепочки. Отсюда целостную систему показателей можно определить лишь на базе
оценки всех взаимосвязей параметров последовательных этапов. При этом
практически исключается относительная самостоятельность промежуточных
этапов, так как на каждом из них осуществляются физико-химические процессы, улучшающие качество монопродукта.
Нефтедобывающая промышленность, как и остальные добывающие отрасли, характеризуются высокой фондоемкостью и низкой материалоемкостью
продукции, но отличается от них не столь значительным уровнем трудовых за-
трат, приходящихся на единицу продукции. Низкий уровень материалоемкости,
а также соотношение показателей фондо- и материалоемкости нефтедобычи определяют структуру себестоимости ее продукции, в которой преобладающими
128
элементами являются заработная плата и амортизация. Последние отражены
при расчете удельных затрат как в целевой функции оптимизационной модели,
так и при имитационном моделировании.
Нефтедобыча является одним из главных источников поступления углеводородов и окиси углерода в окружающую среду, представляя тем самым
большую опасность загрязнения гидросферы и атмосферы. Объемы этих двух
загрязнителей сопоставимы между собой и с объемами выбросов пыли. В целом нефтедобыча, а также и нефтепереработка выбрасывают в окружающую
среду углеводородов в 100 раз больше, чем электроэнергетика, в расчете на
единицу производимого продукта. Основная доля загрязнения связана с поте-
рями нефти — аварийными и технологическими, которые измеряются миллио-
нами тонн в год. Практически вся территория в районах нефтедобычи интен-
сивно замазучена, реки, озера, болота покрыты нефтяной пленкой, что ведет
к нарушению растительности, гибели рыб и животных. Все это придает особую
важность проблеме определения и оценки потерь по всем типам производственного процесса на базе единой системы показателей, что оправдывает ор-
ганизацию специального блока в имитационной модели («блок потерь»).
Производственные процессы нефтедобывающей отрасли характеризуются
также значительным потреблением водных ресурсов. Основными водопотребляющими процессами являются система поддержания пластового давления и бурение
скважин. В нефтедобывающей отрасли используется повторно-последовательное
водоснабжение, т. е. практически замкнутый процесс водопотребления без сброса
в водоемы или с ограниченным сбросом в поглощающие горизонты.
Очистке подвергаются в основном хозяйственно-бытовые и частично
производственные сбросы. При этом большое значение имеют производствен-
ные возможности очистных сооружений — мощность и вид очистки. Главным
образом применяется механический способ очистки воды. В связи с этим значительное количество нефтепродуктов ежегодно сбрасывается в водные объекты. В этих условиях возрастает актуальность проблемы управления процессами
водопотребления на базе экономических рычагов повышения надежности
функционирования сооружений водоподготовки и водоочистки. Поэтому в оптимизационной модели заданы ограничения на объем забора свежей воды из
источника и основные соотношения по использованию, очистке и сбросу сточ-
ных вод, рассчитаны соответствующие затраты на весь объем водоподготовки
и водоочистки, а также ущерб природе от сброса загрязненных вод.
Научно-технический прогресс в отрасли характеризуется инерционностью,
поэтому не приводит к существенному изменению структуры производства.
129
Осуществляются постепенное совершенствование технологий на действующих
промыслах и постепенный переход на более совершенные с производственноэкономической и экологической точек зрения — на новые. Поэтому для пер-
спективного периода важно выбрать соответствующую структуру производства, обеспечивающую минимум производственных затрат с наименьшим негативным воздействием на окружающую природную среду. Это обстоятельство
принимается во внимание при формировании в модели системы природоохранных мероприятий, которая неявно задает производственные возможности по
предотвращению негативного воздействия на среду.
Таким образом, для данного типа производства (нефте- и газодобыча) на
первый план выступают задачи определения системы взаимосвязанных показателей функционирования и управления процессами производства и природопользования. Необходимо выбрать наиболее значимые и в то же время реально
обеспеченные информацией технико-экономические и экологические показатели, которые тесно взаимосвязаны и могут быть отражены при моделировании.
Описание влияния нефтедобывающей промышленности на окружающую
среду на базе шести блоков показателей оправдано с экономической точки зре-
ния (рис. 5.2). В каждом блоке рассчитываются несколько основных эколого-
экономических показателей, характеризующих воздействие на природную среду, а также затраты на предотвращение отрицательных последствий от функци-
онирования производства в динамике на заданный период.
Рассмотрим блоки показателей (см. рис. 5.2). Одним из основных принципов хозяйственного освоения водных ресурсов на современном этапе являет-
ся комплексный подход как к эксплуатации водного источника (определяющий
межотраслевое распределение водных ресурсов), так и к использованию воды
как природного ресурса без сброса в водоемы. В этом случае весь комплекс водоохранных мероприятий может войти в качестве составного элемента в технологический процесс производства. Этим положением определяется также состав показателей водопотребления, в котором выделяются потребности в водных ресур-
сах на производственные и хозяйственно-бытовые нужды непосредственно на
промыслах, а также коммунального хозяйства. В добыче нефти основной объем
воды, примерно 70 %, используется на заводнение нефтяных пластов. Объемы воды, используемые на ремонт скважин, составляют около 1 %. На вспомогательные
и хозяйственно-бытовые нужды расходуется до 0,2 % от общего объема потребляемой воды. Расход воды в бурении скважин приближается к 2–3 % от расхода во-
ды на добычу нефти. Забор осуществляется из поверхностных и подземных ис-
точников пресных вод.
130
Рис. 5.2. Основные показатели, характеризующие экологическое воздействие
нефтедобычи на природную среду
В связи с нерациональным использованием данного ресурса наблюдаются
два вида отрицательных изменений вод, вызванных добычей нефти: количе-
ственное и качественное.
Эти изменения характеризуются такими показателями, как забор свежей
воды из источника и объемы повторно-последовательного водоснабжения, соот-
ношение сброса загрязненных, нормативно чистых и очищенных сточных вод,
содержание углеводородов в сточных водах и пр. При недостаточных объемах
Б л о к I Водопользование
А. В процессе производства
1. Расход свежей воды в системе поддержания пластового давления.
2. Расход воды в бурении.
3. Захоронение отходов бурения.
4. Утечка сточных вод на нефтепромыслах.
Б. В коммунальном хозяйстве
1. Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды.
2. Сброс загрязненных вод в поверхностные водоемы.
3. Сброс нефтепродуктов со сточными водами.
4. Мощности очистных сооружений.
Б л о к II Землепользование
1. Отторжение земельных угодий на буровые работы.
2. Изъятие земель под нефтепромыслы и транспортное хозяйство.
3. Замывание больших площадей илом вследствие неправильного сооружения карьеров гидро-
намыва.
Б л о к III Потери углеводородов
(по звеньям производства)
1. Потери нефти при бурении.
2. Потери технологические.
3. Потери аварийные.
4. Потери попутного газа и нефти при сжигании газа в факелах.
Б л о к IV Охрана воздушного бассейна
1. Выбросы загрязняющих веществ в воздух по звеньям производства.
2. Предельно допустимые выбросы в атмосферу по характерным примесям.
3. Состав характерный примесей, выбрасываемых данным производством.
Б л о к V Ущерб от загрязнения и нарушения природной среды
1. Ущерб, наносимый природным объектом.
2. Ущерб в сельском, лесном, рыбном хозяйствах, у водопотребителей.
3. Ущерб, наносимый здоровью населения, «нравственный» и «психологический» ущерб.
Б л о к VI Капиталовложения на охрану среды
1. Производственные (по звеньям).
2. Централизованные государственные (на коммунальное хозяйство, рекультивацию и пр.).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]