Вдосконалено:

методику визначення критеріїв ефективності, які застосовуються в задачах проектування і розвитку об'єктів транспортування і зберігання нафти і нафтопродуктів у системі нафтопостачання України;

методику техніко-економічного обгрунтування управління мережею трубопровідного транспорту в Україні;

Дістали подальшого наукового розвитку дослідження:

теоретичних основ раціоналізації транспортно-економічних зв'язків у системі нафтопостачання України при проведенні структурних реформ у паливно-енергетичному комплексі України на основі розробленого автором комплексу економіко-математичних моделей;

питання створення відповідного інформаційного забезпечення моделей вибору баз сезонного зберігання нафти і нафтопродуктів з врахуванням нерівномірності споживання у системі нафтопостачання України;

шляхів підвищення ефективності функціонування об'єктів транспортування і зберігання нафти і нафтопродуктів у системі нафтопостачання при проведенні структурних реформ у паливно-енергетичному комплексі України.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що розроблений комплекс економіко-математичних моделей та алгоритмів їх розв'язку надає фахівцям у сфері енергетичної політики додаткові можливості для підвищення ефективності управління об'єктами системи нафтопостачання України при проведенні структурних реформ у паливно-енергетичному комплексі країни.

Основні результати дисертаційного дослідження впроваджені на УДП “Укрінтеравтосервіс”.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є самостійною науковою працею. Особистий внесок автора полягає в розробці теоретико-методичних засад системного дослідження проблем реформування системи нафтопостачання України; розробці комплексу економіко-математичних моделей вибору баз сезонного зберігання нафтопродуктів (спеціалізації нафтобаз) та алгоритмів їх розв'язку у загальному випадку і при спрощуючих припущеннях; дослідженні стохастичного характеру вихідної інформації для розв'язку задач, що виникають у системі нафтопостачання.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, трьох розділів, висновків, списку використаних джерел та двох додатків. Обсяг роботи складає 189 сторінок. Основний текст викладено на 172 сторінках. Він включає 5 рисунків і 3 таблиці. Список використаних джерел становить 100 найменувань вітчизняної і зарубіжної літератури на 9 сторінках.

Основний зміст роботи

У вступі стисло обгрунтована актуальність тематики, окреслені об'єкт та предмет досліджень, сформульовані мета й задачі, визначена наукова новизна одержаних результатів, а також відомості про апробацію та структуру роботи.

У першому розділі “Огляд стану та перспектив розвитку паливно-енергетичного комплексу України у контексті глобальних світових тенденцій” аналізуються об'єкт досліджень та економічні аспекти реформування паливно-енергетичного комплексу України.

Упорядкування ринку нафти і нафтопродуктів - це основа нормального забезпечення української економіки енергоресурсами даного виду.

Система нафтопостачання повинна забезпечувати безперебійне надходження нафтопродуктів споживачам в необхідній для ефективного функціонування підприємств виробничої та кoмунальної сфери кількості, задовільної якості та у достатньо широкому асортименті з мінімальними витратами на експлуатацію об'єктів системи та капітальні вкладення в її розвиток.

Актуальною проблемою комплексу залишаються оптимізація роботи нафтопроводів, розширення потужностей діючих і зведення нових терміналів.

З переходом до ринкової економіки попит на продукцію НПЗ значно змінюється щодо секторів економіки та видів конкретних нафтопродуктів. У 2000 р. їх споживання в Україні знизилося проти 1990 р. на 34.7 млн. т, у тому числі бензину - на 6.2 млн. т, дизельного палива - 9.6 млн. т, топкового мазуту - на 18.9 млн. т. Помітно скоротилося споживання мазуту (у 2002 р. - 2.1 млн. т). Найбільшим його споживачем залишається промисловість - 83.2% (житлово-комунальний сектор - 3.4%, транспорт - 5.5%, будівництво - 1.3%, сільське господарство - 0.8%).

В Україні функціонують 266 перевалочних пунктів, з них 230 одержують нафтопродукти залізницею, 20 - з трубопроводів, 9 - водним транспортом, 7 - змішаним способом (залізницею і водним транспортом). Чималий обсяг нафтопродуктів поставляється безпосередньо від НПЗ великим споживачам (електростанціям, аеропортам, промисловим підприємствам та інше). Підраховано, що раціональна схема транспортування нафтопродуктів дає змогу заощадити 5-10 дол./т.

Місцеві бази забезпечують заправні станції, розташовані у зоні їх обслуговування; продаж нафтопродуктів через останні не перевищує 10% загального обсягу, решта роздрібного продажу здійснюється через нафтобази або транзитом.

Також у першому розділі розглянуті підходи, методи, моделі управління і оптимізації функціонування об'єктів транспортування і зберігання енергоносіїв, зокрема, нафтопродуктів, що удосконалюють методику управління процесами, які мають місце в ПЕК України, однак, не вичерпують коло задач, що стоять перед системою постачання нафти.

Отже, для створення комплексної методики техніко-економічних обґрунтувань функціонування й розвитку мережі трубопровідного транспорту до нафтобаз необхідно розглядати комплекс економіко-математичних моделей раціоналізації транспортно-економічних зв'язків у системі нафтопостачання України.

У другому розділі “Комплексне моделювання раціоналізації транспортно-економічних зв'язків у системі нафтопостачання” розроблена економіко-математична модель вибору баз для сезонного зберігання нафтопродуктів та алгоритм її розв'язку, розроблена модифікована економіко-математична модель вибору баз для сезонного зберігання нафтопродуктів при спрощуючих припущеннях та наведено алгоритм її розв'язку, проведено дослідження стохастичного характеру вихідної інформації для розв'язку задач, що виникають у системі нафтопостачання.

Виробничий потенціал нафтогазового комплексу України сьогодні вже не спроможний забезпечити ритмічну роботу щодо формування запасів нафти і газу, утримувати досягнутий рівень обсягу їх видобутку, проводити реконструкцію об'єктів транспорту та нафтопереробки. За таких умов одним з найважливіших факторів успішного розвитку системи нафтопостачання є ефективне керування наявними запасами нафтопродуктів на всьому шляху їхнього просування, тобто одночасно у місцях нафтовидобутку та НПЗ, нафтобазах і у дрібних споживачів (нафтоскладах).

Особливою категорією запасів нафтопродуктів є сезонні запаси. Сезонні запаси утворюються внаслідок незбалансованості обсягів виробництва та споживання нафтопродуктів протягом періоду , що розглядається, хоча загальні обсяги виробництва та споживання можуть співпадати. До факторів, що обумовлюють нерівномірність споживання нафти і нафтопродуктів в Україні, належать: сезонність (збільшення попиту взимку, і зменшення - влітку), проведення основних видів сільськогосподарських робіт (збільшення попиту під час посівної кампанії та у період збирання врожаю), збільшення попиту під час курортного сезону (насамперед у Криму, на Чорноморському і Азовському узбережжі), стан валютного ринку в Україні (підвищення/зниження курсу доллара щодо національної валюти), політична та економічна кон'юнктура (збільшення/зменшення імпортного мита на нафту і нафтопродукти в Росії - основному експортері енергоносіїв до України), стан світового ринку нафти.

Сезонні резерви нафтопродуктів, обумовлені нерівномірністю споживання протягом року, в основному можуть бути зосереджені на спеціально вибраних нафтобазах сезонного зберігання нафтопродуктів.

Задача вибору баз сезонного зберігання нафтопродуктів може бути сформульована таким чином. Представимо математичну постановку задачі у вигляді задачі типу реконструкції мережі. Граф , який формалізує умови задачі, будується таким чином. Стану кожної нафтобази в момент часу ставиться у відповідність вершина графа , інтенсивність якої дорівнює , тобто обсягу нафтопродуктів, які реалізуються в момент часу .

Дугам

cтавляться у відповідність вартості нарощування пропускної можливості (для однозначності викладення позначимо їх через ) до рівня

(1)

де - початкове значення ємності для зберігання сезонних запасів на -ій нафтобазі;

- середня питома вага нафтопродуктів.

Нехай - величина вантажопотоку, що спрямований по дузі з вершини у вершину .

Для кожної вершини виконується рівняння неперервності:

,

де - інтенсивність -ої вершини

(2)

. (3)

Витрати на будівництво не залежать від моменту часу , що розглядається, тому що при формуванні критеріальної функції враховуються витрати не на кожній ланці, яка відображає процес переходу нафтобази із стану в , а в цілому по базі.

Треба побудувати потік величини , яка мінімізує функціонал

(4)

за умов (1 - 3) - сукупні витрати на доставку нафтопродуктів на нафтобази та реконструкцію, розширення або нове будівництво.

Отже, математична постановка задачі визначення оптимальних розмірів ємностей для зберігання сезонних запасів нафтопродуктів та їх розміщення на нафтобазах дає можливість побудувати економіко-математичну модель вибору баз сезонного зберігання нафтопродуктів із врахуванням невизначеності споживання, що, в свою чергу, допомагає підвищити достовірність економічного обгрунтування організаційно-технічних заходів, як на стадії планування цих заходів, так і для оцінки їх результатів.

Процес розв'язку задачі спеціалізації нафтобаз із врахуванням шляхів транспортування нафтопродуктів на нафтобази представляється у вигляді двоетапної ітераційної процедури. На першому етапі визначається оптимальний потік у відповідній мережі з обмеженою пропускною спроможністю методом, який умовно називається комбінованим. Він заснований на одночасному розв'язку прямої та двоїстої задач і являє собою синтез методу Форда-Фалкерсона визначення максимального потоку в мережі з угорським методом розв'язку транспортної задачі. На цьому етапі пропускні спроможності дуг, які відповідають кожній нафтобазі, вважаємо рівними максимально можливим обсягам розширення на базі.

Для оперативної нафтобази результати отримуються у такому вигляді:

розрахункова оперативна ємність;

ємність, що використовується для зберігання сезонних запасів нафтопродуктів _;

розмір додаткової ємності, що встановлюється на існуючій площадці: .

Для бази сезонного зберігання нафтопродуктів:

розрахункова величина ємності;

розмір додаткової ємності, що встановлюється на існуючій площадці:

У якості додаткової інформації отримаємо такі дані:

обсяги нафтопродуктів, що завозяться на -ту базу протягом -го місяця.

величина капіталовкладень у розвиток вибраного варіанту спеціалізації нафтобаз.

Якщо відсутня інформація про - вартість доставки одиниці нафтопродуктів у залежності від виду транспорту та моменту часу , що розглядається, - тоді модель (1 - 4) спрощується. На відміну від першої моделі, загальні надходження нафтопродуктів у районі, що розглядається, у момент часу дорівнюють , обсяги запасів складають відповідно та , обсяги реалізації нафтопродуктів з кожної нафтобази у -й місяць дорівнюють , існуючі ємності для зберігання запасів нафтопродуктів дорівнюють (для порівнянності даних переводяться із ємносних одиниць у вагові = і враховуються у вигляді пропускних можливостей відповідних дуг).

Потрібно визначити напрямок реконструкції нафтобаз району, що розглядається, з метою створення додаткових ємностей для зберігання сезонних запасів нафтопродуктів з мінімальними витратами на розширення резервуарного парка.

Розв'язок задачі в цьому випадку здійснюється за допомогою спеціально розробленого еврістичного алгоритму. Метод розв'язку являє собою ітераційний процес.

На кожній ітерації пропускні спроможності деяких дуг нарощуються доти, доки максимальний потік у мережі, що реконструюється, не досягає заданої величини. Дуги, що підлягають реконструкції, вибираються за допомогою процедури випадкового пошуку. Відповідність між номерами нафтобаз та множиною дуг встановлюється у процесі побудови мережі.

Таким чином, отримана мережа з одним джерелом та одним стоком, визначена кінцевим графом (), кожна вершина якого характеризується інтенсивністю , а кожна дуга () - пропускною спроможністю .

=

Пропускні спроможності дуг ()/=+, = (, =), а також дуг () (=, =, ) можна нарощувати шляхом реконструкції.

Цей факт відповідає варіанту розширення, реконструкції чи додаткового будівництва бази. Назвемо ці дуги дугами -го виду.

представляє собою існуючу пропускну спроможність дуг -го виду:

=,

= (5)

Нехай - величина вантажопотока, спрямованого по дузі () з вершини у вершину . Різниця між загальним вантажопотоком, що входить у будь-яку вершину та виходить з неї, повинна дорівнювати інтенсивності цієї вершини, тобто для -ої вершини виконується рівняння неперервності

-, =. (6)

Крім того,

- для =; , та

, , =+1 () для всіх інших дуг. (7)

Задача типу реконструкції ланок мережі зводиться до визначення набору чисел , на яких величина максимального потока досягає заданого значення

=, (),

при виконанні обмежень (5 - 7) та мінімізуючих

. (8)

Вибір нафтобаз, що підлягають розширенню пропонується здійснювати за допомогою процедури випадкового пошуку.

Будь-яке перспективне планування розвитку економічних систем здійснюється в умовах, у яких присутній фактор невизначеності, обумовлений неможливістю точного передбачення масштабів і темпів науково-технічного прогресу, відсутністю достатньо точної інформації про динаміку та структуру реалізації товарів, невизначеністю природних умов та цілою низкою інших причин.

Врахування невизначеності вихідної інформації в задачах розвитку та розміщення виробництва як у самих загальних постановках, так і в деяких конкретних формах, що відображають специфіку об'єктів, які розглядаються, підвищує надійність результатів їх вирішення.

Оскільки в запропонованому підході до розв'язку ємність баз сезонного регулювання запасів нафтопродуктів на перспективу визначається із розрахунку зберігання сезонних запасів на нафтобазах, стає очевидною важливість врахування стохастичного характеру споживання нафтопродуктів.

Для практичної реалізації найбільш прийнятним є представлення невизначених параметрів у вигляді дискретних випадкових величин з кінцевим числом значень.

Побудуємо математичну модель задачі вибору баз сезонного регулювання запасів нафтопродуктів, вважаючи випадковими величинами обсяги реалізації нафтопродуктів з кожної нафтобази в момент t перспективного періоду, що розглядається, які не можуть бути точно передбачені (відсутність достатньо точних відомостей про динамічні та територіальні аспекти розвитку системи нафтопостачання, невизначеність природних умов та інше).

За основу візьмемо модель (1 - 4).

Для розв'язку такої задачі доцільним представляється двоетапний підхід Дж. Данціга та А. Маданського.

Таким чином, приходимо до задачі стохастичного програмування.

Стохастична нелінійна задача на мережі зводиться до мінімізації витрат

, (9)

за умов

,

де - випадкова реалізація .

(10)

(11)

. (12)

Процес розв'язку цієї задачі представляється розділеним на два етапи. На першому етапі визначається план , який необов'язково задовольняє всім умовам задачі (1 - 4) при усіх можливих реалізаціях . Потім фіксується реалізація випадкового параметру і в залежності від нев'язки вводяться , які коректують прийняте рішення. Мінімізується математичне очікування суми значень цільової функції задачі для прийнятого рішення та нев'язки - невідповідності прийнятого плану умовам задачі.

Тоді стохастична задача запишеться як нелінійна задача на мережі:

,(13)

при обмеженнях

(14)

. (15)

Остаточно, модель (13 - 15), яка являє собою нелінійну задачу на мережі типу (1 - 4), перепишеться у вигляді: потрібно побудувати потік, величини , яка мінімізує функцію

,

при обмеженнях

Розмірність отриманої задачі перевищує розмірність вихідної задачі за рахунок введення додаткових вершин та дуг мережі, що моделюють умови стохастичної задачі.

Отже, сформульована таким чином стохастична постановка задачі вибору баз сезонного зберігання нафтопродуктів враховує стохастичний характер споживання нафтопродуктів і надає можливість більш ефективно використати вихідну інформацію для розв'язку поставленої задачі.

У третьому розділі “Техніко-економічні основи розв'язку комплексу задач раціоналізації транспортно-економічних зв'язків у системі нафтопостачання України” проаналізовані критерії ефективності, які застосовуються в задачах проектування будівництва і розвитку об'єктів транспортування і зберігання нафти і нафтопродуктів у системі нафтопостачання.

Важливою умовою широкого практичного застосування сучасних математичних методів в процесі управління і проектування розвитку і розміщення об'єктів системи нафтопостачання є створення системи техніко-економічних показників з врахуванням специфіки функціонування основних об'єктів транспортування і зберігання нафти і нафтопродуктів в окремих регіонах країни. Перед цим повинна бути проведена робота по створенню загальної науково обгрунтованої методики збирання, обробки і формування необхідної техніко-економічної інформації.

Визначено, що в зв'язку зі значущістю сезонних коливань попиту на нафту і нафтопродукти необхідно розглядати техніко-економічні показники роботи транспорту і нафтобаз не тільки в середньорічному, але й у сезонному розрізі.

Визначено, що основними напрямками уточнення системи транспортно-економічних показників є:

раціоналізація перевезень нафти і нафтопродуктів між видами транспорту;

ув'язка режимів роботи трубопровідного транспорту і нафтобаз.

Можливості інформаційного забезпечення економіко-математичних моделей, що розробляються, часто диктують постановку задач, обумовлюють вибір критеріальної функції, визначають практичну цінність отриманих результатів.

Для розв'язку задачі вибору баз для сезонного зберігання нафтопродуктів і визначення розмірів додаткових ємностей, що треба встановити, (загальний випадок) необхідні наступні вихідні дані:

річні дані про вантажообіг нафтобаз для контрольних років періоду, для якого виконується задача;

дані про розміри початкових запасів нафтопродуктів на нафтобазах;

існуючі розміри резервуарного парку;

максимально можливі значення розширення резервуарного парку нафтобаз;

дані, що характеризують динаміку споживання протягом року, що розглядається, виражені у відсотках від загального вантажообігу;

пропускні спроможності під'їздних шляхів до нафтобаз, диференційовані по місяцях року, що розглядається;

питомі капіталовкладення, розраховані на одиницю ємності для можливих інтервалів розширення;

питомі експлуатаційні витрати на переробку, розраховані на одиницю ємності;

питомі вартості постачання одиниці нафтопродуктів у залежності від виду транспорту і моменту часу .

Найбільш важливими, трудомісткими і складними за характером є питання формування вихідних даних про попит споживачів і джерела його задоволення в умовах ринкової економіки.

Для правильного розрахунку ємностей необхідно мати у своєму розпорядженні статистичні дані про розміри перехідних запасів на нафтобазах за низку років, щоб на основі цих значень скласти прогнози початкових обсягів запасів на перспективу з врахуванням можливих інтервалів їх змін. Такі дані можна отримати лише безпосередньо на самих нафтобазах.

Великі труднощі при формуванні функціоналу цілі у задачі спеціалізації нафтобаз виникають в зв'язку з обчисленням експлуатаційних витрат по нафтобазах, оскільки в облікові дані по існуючій формі облікової і фінансової звітності включаються витрати, які не мають прямого відношення до діяльності нафтобаз.

У зв'язку зі значущістю сезонних коливань попиту на нафтопродукти (особливо у сільськогосподарських регіонах) виникає необхідність розрахунку техніко-економічних показників не тільки у середньорічному, але й у сезонному розрізі.

Врахування сезонного фактору споживання в моделі вибору нафтобаз сезонного зберігання нафтопродуктів потребує розробки методик визначення економічної ефективності сезонного (водного, автомобільного) і цілорічного (залізничного, трубопровідного транспорту) не по середньорічних показниках, а по умовним ставкам, відкоректованим для літніх і зимових умов роботи цілорічного транспорту. Це випливає з того факту, що при обчисленні транспортних витрат окремо враховуються витрати, пов'язані з обсягами перевезень.

Оскільки у літні місяці водний транспорт бере на себе пікові навантаження залізниці і таким чином згладжує сезонну нерівномірність роботи залізниці, то ця обставина повинна бути врахована при розрахунку середньорічних ставок по залізничному транспорту.

Оскільки такі дані на теперішній час складно отримати, практичне застосування моделі (1 - 4), усі необхідні розрахунки слід виконувати за методом розв'язку вихідної задачі при спрощених припущеннях, тобто за відсутності питомої вартості постачання нафтопродуктів, розрахованих для різних способів транспортування і різних .

Умови роботи водного транспорту відображені в моделях (1 - 4) і (5 - 7) шляхом завдання нескінченно великих значень вартісних показників постачання нафтопродуктів у міжнавігаційний період або нульових значеннях пропускних спроможностей.

У практиці перспективного планування для визначення потреби у нафтопродуктах використовуються розрахунково-аналітичний і розрахунково-статистичний методи. Для отримання більш точних результатів можуть бути використані методи прогнозування. При цьому методика прогнозування попиту на нафтопродукти диференціюється у відповідності з часовими аспектами планування.

Застосування економіко-математичних методів на стадії техніко-економічного обгрунтування будівництва і проектування трубопровідного транспорту значно вдосконалює технологію проектування. Однак, існуючі окремі процеси розв'язку оптимізаційних задач і неформалізований процес ув'язки результатів їх розв'язку знижує загальний позитивний ефект застосування методів економіко-математичного моделювання.

Висновки

Подальший розвиток паливно-енергетичного комплексу України пов'язаний з раціоналізацією транспортно-економічних зв'язків у системі нафтопостачання України як важливої складової паливно-енергетичного комплексу. Особливої гостроти ця проблема набуває в сучасних умовах функціонування системи нафтопостачання України з огляду на необхідність проведення структурних реформ у цілому паливно-енергетичному комплексі України під впливом внутрішніх і зовнішніх факторів. Важливе значення для вирішення цих питань має комплекс економіко-математичних моделей раціоналізації транспортно-економічних зв'язків у системі нафтопостачання України, розроблений у дисертаційній роботі.