Моделювання та розробка цінових стратегій теплових електростанцій на оптовому ринку електроенергії України

Размещено на http://www.allbest.ru/

Державна установа "Інститут економіки та прогнозування національної академії наук України"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата економічних наук

Моделювання та розробка цінових стратегій теплових електростанцій на оптовому ринку електроенергії України

Богославська О.Ю.

08.00.11 - математичні методи, моделі та інформаційні технології в економіці

Київ - 2010

Вступ

Актуальність теми. Процеси ринкових перетворень в економіці України набувають інтенсивного характеру. Побудовану за попередній період ієрархічну структуру електроенергетичного комплексу, яка централізовано здійснювала функції державного управління, замінено на більш лібералізовану модель єдиного Оптового ринку електроенергії (ОРЕ) України, що істотно послабило адміністративні системні зв'язки. Тому вивчення економічних взаємовідносин між виробниками електроенергії та її єдиним покупцем, які склалися на поточний момент на ОРЕ України, є важливим завданням для подальшого стратегічного розвитку вітчизняної електроенергетичної галузі.

Основою енергетики України є теплові електростанції (ТЕС), які працюють на органічному паливі. За 2009 р. обсяг виробництва ТЕС становив 71,1 млрд. кВт•г, що складає 41,1% від обсягів її виробництва всіма електростанціями, які входять до Об'єднаної енергосистеми України. Саме ТЕС забезпечують можливість регулювання добового графіка у пікових і напівпікових навантаженнях за допомогою додаткових маневрених потужностей. ТЕС відіграють важливу роль і в централізованому теплопостачанні міст. Тому питання про подальший розвиток таких електростанцій має пріоритетне значення. Тим часом сьогоднішній стан вітчизняних ТЕС можна розглядати як критичний. Пріоритетність розвитку атомної енергетики з включенням до тарифу на електроенергію цільової надбавки на ліквідацію наслідків аварії на ЧАЕС і виконання заходів щодо підвищення безпеки та добудови енергоблоків АЕС на фоні складного загальноекономічного становища в Україні призвела до того, що фінансування розвитку теплової енергетики здійснювалося за залишковим принципом. Не достатні обсяги інвестиційних коштів, а також неповні платежі за електроенергію спричиняють неможливість відновлювання генеруючого обладнання. З огляду на це, ринкові відносини важливо запроваджувати вже на стадії виробництва електроенергії. Це зумовлюється здатністю електростанцій до конкурентної боротьби за участь у покритті графіка навантаження енергетичної системи. Саме тому актуальним є завдання отримання генеруючими компаніями (ГК) ТЕС більших виплат за електроенергію, відпущену на ринок, адже успішне розв'язання надасть можливість залучити частину цих виплат на реабілітацію і розвиток ТЕС.

Дослідженнями з реформування енергетичної системи та ринку електроенергії займалися такі українські вчені, як В.Геєць, І.Недін, В.Точилін, Т.Вороновський, В.Лір, Р.Подолець, У.Письменна, О.Дейнека, О.Кратт, О.Фролов, О.Суходоля, а також російські науковці М.Воропай, В.Окороков, Б.Папков. Вагомий вклад в економіко-математичне моделювання ринку електроенергії зробили А.Борисенко, С.Саух, З.Борукаєв, К.Остапченко та ін. Проте в зазначених працях розкрито, головним чином, теоретичні та методологічні аспекти розвитку ринку електроенергії. Недостатньо уваги приділяється моделюванню економічних відносин між виробниками та покупцями електроенергії, адже саме ці відносини визначають взаємодію головних суб'єктів ринку електроенергії. Тому така наукова проблематика зумовлює актуальність теми дисертації, її цільову спрямованість і структуру.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалась у рамках планової НДР відділу економічного та нормативно-правового регулювання в енергетиці Інституту загальної енергетики НАН України за темою: "Дослідження ринкових факторів і механізмів взаємовпливу цін і обсягів виробництва в галузях ПЕК України на основі моделей Леонтьєва - Канторовича ("Енергофактор")" (номер держреєстрації 0108U001426). Особистий вклад автора у виконання НДР полягає у розробці пропозицій з удосконалення цінового регулювання в електроенергетичній галузі ПЕК України.

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційного дослідження є обґрунтування теоретичних засад моделювання ринкової взаємодії між оптовим покупцем електроенергії та ГК ТЕС в умовах трансформації організаційної структури ринку електроенергії України і розробка науково-практичних рекомендацій щодо формування ефективних цінових стратегій на підставі використання економіко-математичних моделей. Для досягнення цієї мети в роботі сформульовано та вирішено такі завдання:

проведено аналіз структури та основних техніко-економічних показників електроенергетики України;

виявлено особливості формування й розвитку ринку електроенергії України в контексті загальносвітових тенденцій розвитку енергетики та світових енергетичних ринків;

розроблено математичну модель отримання ГК ТЕС найбільших виплат за електроенергію, відпущену на ринок, за умов відсутності конкуренції між виробниками;

побудовано математичну модель і проведено розрахунки для енергоблоків, об'єднаних в окремі електростанції, метою яких є отримання кожною станцією максимальних виплат, незалежно від дій інших конкурентів;

розв'язано задачі рівноваги в системі ГК ТЕС - ДП "Енергоринок", коли електростанції намагаються отримати максимально можливі виплати за електроенергію, відпущену на ринок, а ДП "Енергоринок", як покупець, прагне мінімізувати свої витрати при її купівлі; знайдено рівноважний стан цієї системи;

за допомогою рівноваги за Нешем досліджено оптимальні стратегії в умовах невизначеності зовнішніх факторів для системи ГК ТЕС - ДП "Енергоринок";

створено відповідну комп'ютерну програму та проведено числову апробацію побудованих математичних моделей, за результатами яких розроблено практичні рекомендації щодо формування ефективних цінових стратегій ГК ТЕС.

Об'єктом дослідження є ринкова взаємодія між ГК ТЕС і ДП "Енергоринок" на оптовому ринку електроенергії України.

Предметом дослідження є економіко-математичні методи і моделі взаємодії економічних агентів на ринку електроенергії.

Методи дослідження. У роботі було використано такі методи дослідження: системного аналізу - для вивчення поведінки основних учасників ринку електроенергії України; випадкового пошуку екстремуму функції - для розв'язання поставлених у роботі задач; оптимізації багатокритеріальних задач - для знаходження можливостей отримання ГК найбільшої виплати за електроенергію, відпущену на ринок; покоординатного спуску - для визначення оптимальної стратегії системи ГК ТЕС - ДП "Енергоринок" в умовах невизначеності зовнішніх факторів; теорії ігор - для розв'язання задачі рівноваги в системі ГК ТЕС - ДП "Енергоринок".

Інформаційну базу дослідження складають законодавчі акти Верховної Ради України, Укази Президента України, постанови Кабінету Міністрів України, Міністерства палива та енергетики України, Національної комісії з регулювання електроенергетики України, статистична інформація Державного комітету статистики України, Національного банку України, аналітично-довідкові матеріали міжнародних організацій - Світового банку, Міжнародного енергетичного агентства, Міжнародного агентства з атомної енергетики.

Наукова новизна одержаних результатів. У дисертаційному дослідженні сформульовано задачу ринкової взаємодії між виробниками та покупцем електроенергії на оптовому ринку електроенергії України і створено систему математичних моделей для вироблення ГК ТЕС ефективних цінових стратегій з метою оптимізації виплат за електроенергію, відпущену на ОРЕ України. Основні положення дисертаційної роботи, які визначають її наукову новизну, полягають у тому, що:

вперше:

створено базову модель для формування цінових стратегій ГК ТЕС, зорієнтовану на досягнення стану ринкової рівноваги між генеруючими компаніями та оптовим покупцем електроенергії з урахуванням антагоністичного характеру взаємодії між "гравцями"; структурована за допомогою моделі система цінових пропозицій виробників електроенергії дозволяє будувати більш точні прогнози щодо ціни і, відповідно, коштів, які виплачує ГК ТЕС ДП "Енергоринок"; створена модель дає можливість об'єктивніше виявляти специфічні чинники та їх вплив на формування цінової стратегії ГК ТЕС;

обґрунтовано і використано економіко-математичну модель розрахунку стану ринкової рівноваги в системі ГК ТЕС - ДП "Енергоринок" на двох рівнях:

1) дослідження взаємодії між покупцем електроенергії та окремими електростанціями;

2) вивчення та оцінка оптового ринку електроенергії в цілому;

встановлено залежність ціни електроенергії, що виробляється ТЕС, від ступеня узгодженості між ними при поданні цінових заявок, при цьому ринковий характер відносин у системі не порушується;

на основі базової моделі створено комплекс моделей для оцінювання та прогнозування обсягів матеріальних і фінансових потоків, а також ємності та структури ринку електроенергії;

удосконалено:

економіко-математичний підхід до оцінки впливу невизначеності добового графіка електричного навантаження на цінові стратегії виробників електроенергії, які дозволяють розрахувати мінімально гарантовані виплати ГК ТЕС та сприяють більш точному бізнес-прогнозуванню економічної діяльності генеруючих компаній у ринкових умовах;

визначення ефективної цінової стратегії для системи з двома "гравцями", що мають протилежні інтереси, яке, на відміну від попередніх, дає можливість забезпечити існування точки мінімаксу; це дозволило обґрунтувати оптимальні економічні стратегії для всіх учасників ОРЕ України;

дістали подальший розвиток:

класифікація існуючих моделей електроенергетичних ринків, яка стала враховувати передумови та особливості етапів їх трансформації в різних країнах, що дало можливість повніше і точніше класифікувати ці моделі;

обґрунтування напрямів реформування інституційної структури Оптового ринку електроенергії України на підставі загальносвітових тенденцій розвитку електроенергетики, що, на відміну від попередніх досліджень, дозволяє враховувати норми Європейської Хартії та вимоги директив Європарламенту.

Практичне значення одержаних результатів. Теоретичні дослідження, виконані у роботі, доведено до рівня методичних розробок, пакетів прикладних програм і рекомендацій з визначенням їх економічної ефективності.

Цінність одержаних результатів полягає в тому, що практика господарських відносин між суб'єктами енергоринку України може бути забезпечена новим модельним інструментарієм, використання якого дозволить покращити економічне становище ГК ТЕС. Створений комплекс моделей може використовуватися керівництвом ГК для отримання оптимальних виплат за електроенергію, відпущену на оптовий ринок.

Результати дослідження впроваджено у ВАТ "Державна енергогенеруюча компанія "Центренерго" у вигляді практичних рекомендацій (довідка про впровадження № 4554 від 14 жовтня 2009 р.).

Узагальнені в дисертації розробки увійшли як складова до робіт, які виконувалися кафедрою математичного моделювання економічних систем Національного технічного університету України "КПІ", і можуть використовуватись в учбовому процесі для викладання курсу "Математичне моделювання з економіки".

Особистий вклад здобувача. Дисертаційна робота є результатом самостійного наукового дослідження. Всі результати дослідження, що виносяться на захист, отримано особисто здобувачем і відображено в його опублікованих працях. З наукових праць, опублікованих у співавторстві, у дисертації використано лише ті результати, що належать здобувачу. Особистий вклад автора у праці, опубліковані у співавторстві, наведено окремо у списку публікацій.

Апробація результатів дослідження. Основні положення і результати дисертаційного дослідження доповідалися та обговорювалися на:

науковому семінарі з міжнародною участю "Мала енергетика в системі забезпечення економічної безпеки держави", (Харків, 2006 р.);

ІІ Міжнародній науково-практичній конференції "Трансформаційні процеси в економіці держави та регіонів", (Запоріжжя, 2006 р.);

ХІ Всеукраїнській науково-методичній конференції "Проблеми економічної кібернетики", (Алушта, смт. Партеніт 2006 р.);

VII Всеукраїнській науково-практичній конференції "Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті", (Кривий Ріг, 2007 р.);

наукових семінарах кафедри математичного моделювання економічних систем Національного технічного університету України "КПІ" у 2004-2008рр.;

наукових семінарах Інституту загальної енергетики Національної академії наук України у 2007 - 2010 рр.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 наукових праць загальним обсягом 2,97 друк. арк. (з яких особисто автору належить 2,51 друк. арк.), у т. ч. 1 - у колективній монографії, 5 - у фахових наукових виданнях, 3 - у матеріалах науково-практичних конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається зі вступу, трьох розділів, висновків і списку використаних джерел. Повний обсяг дисертації становить 194 сторінки друкованого тексту і включає 12 таблиць та 30 рисунків на 17 сторінках, у тому числі дві таблиці займають 2 повні сторінки. Список використаних джерел налічує 166 найменувань і займає 19 сторінок.

1. Основний зміст

У першому розділі - "Розвиток ринку електроенергії та напрями його реформування" - проведено теоретичні дослідження етапів формування ринкових відносин в електроенергетиці; розглянуто зарубіжний і вітчизняний досвід дерегуляції ринків електроенергії; окреслено питання комплексного реформування ринку електроенергії України.

На основі аналізу сучасного стану електроенергетичної галузі України зроблено висновок, що виробництво електроенергії базується на використанні традиційних енергетичних ресурсів - мазуту, природного газу, вугілля, гідроенергії, а також ядерної та відновлюваної енергії. З огляду на енергобаланс України, можна констатувати, що забезпечення національної економіки власним газом є недостатнім. На світовому ринку закупівельні ціни на газ постійно зростають. Тому після газової кризи 2006 р. розвиток виробництва електроенергії в Україні передбачає перехід на споживання власних паливних енергоресурсів - вугілля та урану.

Частка електричної енергії, яку виробляють ТЕС, складає майже половину від її загального виробництва в Україні. Беручи до уваги, що за типом палива енергоблоки вітчизняних ТЕС поділяються на газомазутні та вугільні, а також враховуючи необхідність використання власних енергоносіїв обґрунтовано, що розвиток ТЕС, які працюють на вугіллі, є стратегічним завданням. Порівняно висока маневреність ТЕС дозволяє зробити висновок, що їх головне завдання як сьогодні, так і надалі полягає у покритті пікових і напівпікових режимів роботи добового графіка електричного навантаження.

Здійснений в роботі аналіз доводить, що реформи в енергетиці належать до найскладніших в економічній політиці і великою мірою визначаються національною безпекою держави. Енергетичну безпеку необхідно формувати, враховуючи тенденції розвитку як внутрішнього, так і зовнішнього ринків електроенергії.

У роботі проаналізовано різні моделі національних ринків електроенергії, що дозволило скористатися досвідом інших країн для підготовки пропозицій щодо формування в Україні конкурентної моделі ринку електроенергії. Сьогодні у світовій практиці використовуються чотири базові моделі ринку електроенергії: монополія на всіх рівнях; "єдиний покупець"; конкуренція на оптовому ринку; конкуренція на роздрібному ринку. Розглянуті моделі характеризуються послідовним розширенням конкуренції і є етапами переходу в електроенергетичній галузі від монополії до вільного ринку. Аналіз моделей світових ринків електроенергії виявив загальну тенденцію до приватизації та переходу на конкурентну модель роздрібного ринку електроенергії. Фактично ці моделі ілюструють процеси на вітчизняному ринку електроенергії від радянських часів до тепер і розвитку на майбутнє.

У роботі наведено характеристику сучасного стану ринку електроенергії України. Зазначено, що поширення ринкових відносин в енергетиці відбувається шляхом формування оптового ринку електроенергії в умовах поглиблення конкурентних відносин як між виробниками, так і між постачальниками.

Обґрунтовано, що існуюча на ринку електроенергії України модель "єдиного покупця" є моделлю з найменшою конкуренцією, адже конкуренція має місце в даному випадку тільки серед виробників, але навіть вона обмежена, оскільки "єдиний покупець" є державним підприємством. Тому ця модель не забезпечує достатнього рівня економічної свободи для учасників ринку електроенергії. Відповідно до Концепції функціонування та розвитку Оптового ринку електроенергії України, передбачається, що вітчизняний ринок електроенергії буде трансформовано з моделі торгівлі через єдине закупівельне агентство в модель конкуренції на роздрібному ринку електроенергії.

Обґрунтовано, що результатом реформування діючої моделі українського ринку електроенергії повинен стати повномасштабний конкурентний ринок двосторонніх договорів і балансуючий ринок, за технічними параметрами електроенергії, що виробляється, сумісний з розвинутими ринками Європи. Таке масштабне і комплексне реформування електроенергетичного ринку впливатиме на інтереси всіх господарських структур, країн - імпортерів української електроенергії та населення. Тому для уникнення помилок, усі рішення та наслідки, пов'язані з цим новим ринком, мають бути ретельно змодельовані, прораховані та обґрунтовані.

У другому розділі - "Економічний аналіз та моделювання взаємодії між суб'єктами ринку електроенергії України" - вивчено принципи та особливості ціноутворення на ринку електроенергії України; побудовано математичні моделі ринкової взаємодії між суб'єктами енергоринку; визначено особливості купівлі-продажу електроенергії в умовах ринку.

Підтверджено, що електроенергетична галузь має ряд властивостей, що пов'язані зі специфікою електроенергії як товару, технічними та енергетичними характеристиками електростанцій, необхідністю оптимізації витрат виробництва електроенергії. Найважливішими такими особливостями є наступні: 1) неможливість накопичення та зберігання електроенергії; 2) електроенергія є стандартизованим продуктом, який поставляється багатьма виробниками до спільних електромереж і миттєво споживається користувачами, а тому, з фізичної точки зору, неможливо визначити, хто виробив енергію, - можна тільки зафіксувати обсяги постачання до загальної електромережі від кожного виробника та обсяги споживання з неї кожним користувачем; 3) необхідність забезпечення синхронної роботи всіх електростанцій ОЕС України та єдиної стандартної частоти напруги в електромережі; 4) потреба в наявності в енергосистемі певної кількості електростанцій, здатних швидко і в достатньо широких межах змінювати рівень генерації, тобто мати високу маневреність (з огляду на необхідність оперативного балансування енергосистеми і характер навантаження, що різко змінюється протягом доби); 5) у зв'язку із здатністю електромереж транспортувати весь обсяг електроенергії, необхідної для споживання в даний момент, необхідність ретельного планування таких режимів електропередачі, щоб не було перевантаження на жодній з її ліній.

При аналізі ціноутворення, з огляду на наведені властивості електроенергії як товару, автором обґрунтовано, що вітчизняний ринок електроенергії є ринком недосконалої конкуренції, а точніше - однієї з її крайніх форм - монопсонії. Ці особливості було враховано в обмеженнях при побудові математичних моделей, розглянутих у третьому розділі дисертаційної роботи.

На сьогодні на ринку електроенергії України використовується змішана система ціноутворення: з одного боку, це конкуренція між виробниками електроенергії за право участі у покритті графіка електричного навантаження, а з іншого - ціни на електроенергію контролюються державою. Основну роль у визначенні вартості електроенергії для виробництва і споживання відіграє оптовий тариф, який регулюється державою в особі НКРЕ. Недосконалість діючої політики ціноутворення на електричну енергію спричиняє складне становище промислових підприємств. В Україні спостерігається непропорційне співвідношення між тарифами на електроенергію для промислових та побутових споживачів.

У роботі встановлено, що для ГК ТЕС створено умови, які сприяють конкуренції. Вся вироблена електроенергія закуповується ДП "Енергоринок", яке реалізує її за оптовими цінами державним акціонерним енергопостачальним компаніям, які, у свою чергу, продають її за роздрібними тарифами обласним користувачам. Такий механізм забезпечує рівноправне постачання електроенергії всім областям, і в тому числі тим, де електростанції відсутні або їх потужність недостатня. Ціни виробників електроенергії визначаються ДП "Енергоринок" відповідно до поданих конкуренто спроможних цінових заявок. Енергопостачальні компанії продають електроенергію за регульованим і нерегульованим тарифами. Регульований тариф визначається як сума оптового тарифу, що склався на оптовому ринку електроенергії, а також тарифів на передачу і збут електроенергії за допомогою місцевих електричних мереж, які регулюються з боку НКРЕ. Постачальник електричної енергії за нерегульованим тарифом повинен купити її на ОРЕ України та розрахуватися з місцевими електромережами за тарифами, затвердженими НКРЕ за використання електричної мережі. Роздрібний тариф для користувачів визначається угодою між постачальниками та користувачами електроенергії.

Відповідно до Правил ОРЕ України, розроблених НКРЕ, при складанні добового графіка електричного навантаження визначаються погодинна гранична ціна системи, плата за робочу потужність і плата за маневреність блока, тобто оптова ціна купівлі електроенергії у її виробників. На підставі фактичних закупівельних оптових цін розраховуються фактичні ринкові оптові ціни, що використовуються як підстава для розрахунку платежів виробникам та оплати з боку постачальників.

Аналіз діяльності учасників ринку електроенергії дозволив поділити їх за участю у покритті добового графіка електричного навантаження на дві групи. До першої з них належать ГК, які працюють у базовому режимі, а їх сумарне електричне навантаження визначається кількістю працюючих блоків. До таких ГК належать Національна атомна енергогенеруюча компанія "Енергоатом", ДАО ДАК "Укргідроенерго", теплоелектроцентралі, а також виробники, що використовують нетрадиційні джерела енергії. Для них тарифи на електроенергію, яка відпускається на ОРЕ України, встановлює НКРЕ, причому вони не залежать від часу доби.

У дисертаційному дослідженні розглянуто ГК другої групи, до якої належать ГК ТЕС, які забезпечують можливість регулювання покриття добового графіка електричного навантаження за допомогою додаткових маневрених потужностей. Ціни для виробників цієї групи формуються за Правилами ОРЕ України.

Враховуючи властивості електроенергії як товару, необхідно у кожний момент часу підтримувати на електростанціях потужність, яка б відповідала споживанню. Для забезпечення вимог балансу виробленої та спожитої електроенергії в ОЕС України створено єдину централізовану диспетчерську систему оперативно-технологічного управління. Поточним документом роботи ОЕС України є добовий графік електричного навантаження, що розробляється ДП "Енергоринок" на основі даних, отриманих від ГК. ДП "Енергоринок" виступає єдиним покупцем електроенергії у її виробників і виконує функції розпорядника системи розрахунків на ОРЕ України.

На сучасному етапі економічного розвитку, коли в Україні відбуваються процеси децентралізації планування в галузі та управління електроенергетичними системами, а також реформування загальних принципів функціонування і взаємодії суб'єктів енергетичної галузі, виникли нові проблеми, які потребують дослідження нових моделей процесів організаційного управління, аналізу та прогнозу фінансово-господарської діяльності ОЕС України в умовах ринку.

На сьогодні було опрацьовано економіко-математичні моделі, що розглядають енергетику як систему різних рівнів. Це моделі макроекономічного рівня, що вивчають енергетику як сектор загальної економічної системи держави. На наступному рівні енергетичний комплекс моделюється як відособлена система, що складається з декількох підсистем. Найбільш деталізовані моделі характеризують розвиток і планування окремих галузевих систем енергетики. Саме на такому рівні і відбувається моделювання в цій роботі. Виявлено, що існуючі моделі балансу попиту та пропозиції на ОРЕ України, товарно-грошових потоків в енергетиці, реально функціонуючого ОРЕ для автоматизованої системи розрахунку платежів суб'єктів електроенергетичного ринку та ін. не розглядають комплекс економічних питань між виробником електричної енергії та її покупцем.

У розділі 3 - "Формування раціональних стратегій поведінки економічних агентів у системі ГК ТЕС - ДП "Енергоринок" України" - розв'язано практичні задачі оптимізації процесів взаємодії суб'єктів на ринку електроенергії України за допомогою методів математичного моделювання.

Основна ідея ОРЕ України полягає в реалізації можливості мінімізації цін купівлі електроенергії від окремих ТЕС, які конкурують за електричне навантаження. Тим часом, ГК заінтересовані в отриманні якомога більших виплат за електроенергію, відпущену в ринок. Таким чином, між суб'єктами ринку виникають ситуації, які здебільшого, мають протилежні цілі.

Для ГК ТЕС середня ціна (тариф) на продаж електричної енергії на ОРЕ України, розраховується на основі оплати за електроенергію, заявленої робочої потужності, маневреності, платежу за пуски блоків, додаткової оплати за відхилення виробітку від графіка для виконання умов роботи ОЕС України.

Щодня виробники електроенергії надають розпорядникові системи розрахунку цінову заявку та заявку робочої потужності щодо кожного блока, який може працювати наступної доби. Набір заявлених цін має відображати рівень цін, за якими виробники електроенергії здатні відпускати її на ОРЕ України.

У дисертаційній роботі розглянуто декілька задач отримання ГК ТЕС найбільших виплат за електроенергію, відпущену на ринок.

Насамперед, створено математичну модель, яка здійснює перехід від реальної системи на розрахункову модель. Зроблено припущення, що існує К генеруючих енергоблоків, які перебувають в умовах маневру. На i-й момент часу j-й енергоблок виставляє межі для зміни цін на електроенергію . Зв'язок ціни і робочої потужності - прирістна характеристика енергоблока - задається експериментальною однозначно зростаючою функцією . Плата за перебування енергоблока в маневрі задається функцією , яка розраховується згідно з Правилами ОРЕ України.

Далі зазначено, що в заявці кожний енергоблок може вказати від двох до чотирьох послідовних точок, які є точками злому прирістної характеристики. Таким чином, змінна z може набувати від двох до чотирьох дискретних значень; - перша цінова точка злому прирістної характеристики; - остання цінова точка злому прирістної характеристики.

Оператор енергоринку будує добову криву електричного навантаження , відповідно до якої погодинну потужність повинні реалізувати енергоблоки ТЕС в сукупності. У момент часу і оператор енергоринку набирає потрібну потужність кривої навантаження з пропозицій енергоблоків ТЕС, намагаючись зменшити свої витрати. Якщо потрібне електричне навантаження набрано, то ті енергоблоки, які не увійшли до добового графіка електричного навантаження, працюють на нульовій робочій потужності, а всім блокам, які виробляють електроенергію, енергоринок сплачує за її одиницю таку ціну:

,(1)

де - нижнє і верхнє значення номерів енергоблоків ТЕС, які працюють в і-й момент часу.

Середньодобові виплати всім енергоблокам ТЕС мають такий вигляд:

.(2)

Енергоринок в i-й момент часу зобов'язаний продати L покупцям електроенергію за ціною:

.(3)

Тоді середньодобові виплати, здійснювані енергоринком, складатимуть:

,(4)

де - кількість електроенергії, закуплена K-м споживачем в i-й момент часу.

Крім того, необхідно виконати обмеження щодо реалізації кривої електричного навантаження:

(5)

Прагнення ДП "Енергоринок" зменшити свої витрати при наборі потрібної робочої потужності в i-й момент часу виражається у вигляді максимізації функції:

.(6)

Для формулювання та дослідження задач щодо раціональної поведінки ТЕС на ринку електроенергії використовується набір енергоблоків з декількох системоутворюючих електростанцій. Вибір обмеженої кількості ТЕС дозволяє істотно спростити задачу та отримати її розв'язок. Тим часом, аналіз отриманих результатів може бути поширений на реальний енергоринок, який включає всю сукупність маневрових блоків енергосистеми країни.

У першій задачі розглянуто спрощену ситуацію, коли всі ТЕС мають єдине керівництво та єдину політику. Всі їх енергоблоки рівноправні, не конкурують між собою. При цьому кожний енергоблок подає свої розрахункові цінові заявки незалежно від інших і включається оператором ДП "Енергоринок" до графіка добового електричного навантаження тільки на основі його розрахункової заявленої ціни.

Завданням ГК ТЕС є вибір такої стратегії станції, щоб отримувані нею платежі були максимальними. У кожний розрахунковий період, який дорівнює 1 годині, виробники електроенергії отримують тим більшу виплату, чим більшу величину становить у цей період гранична ціна системи (ГЦС). ГЦС залежить від питомої вартості електроенергії найдорожчого за ціновими заявками енергоблока, відібраного для роботи в даний розрахунковий період.

Кожний енергоблок, згідно з його ціновою заявкою, може працювати на декількох рівнях робочої потужності. В результаті розгляду всіх можливих комбінацій наборів робочих потужностей енергоблоків обрано такий склад обладнання, щоб задовольнити дві вимоги: по-перше, виконати заданий графік електричного навантаження, а по-друге, отримати максимальний сумарний середньодобовий платіж виробникам електроенергії.

Для розв'язання цієї задачі застосовано метод випадкового пошуку екстремуму функції за допомогою генератора випадкових чисел, звертаючись до якого в будь-який потрібний момент можна реалізувати n-вимірний випадковий вектор із заданим законом розподілу. У такий спосіб знайдено набір блоків, при якому виплати виробникам електроенергії є максимальними в момент описаного наближення.

Результати розрахунків наведено на рис. 1. На графіку позначено величину середньодобової виплати для початкового набору блоків (точка А) і максимальні значення цієї величини (точка В). Дані отримано за результатами чотирьох серій розрахунків.

За допомогою проведених розрахунків з'ясовано, що різниця середньодобових виплат енергоблокам між оптимізованим і початковим наборами цих енергоблоків складає в середньому 17%. Таке збільшення виплат пояснюється раціональним використанням режимів роботи енергоблоків в інтересах ТЕС. Модель дозволяє визначити максимальні можливості цих електростанцій щодо оплати за електроенергію та оцінити ємність електроенергетичного ринку щодо виплат станціям за електроенергію, відпущену для ДП "Енергоринок". Але за реалізацію цієї ємності ТЕС конкурують окремо. Тому далі було розглянуто задачу, яка дозволяє кожній станції обрати таку стратегію подання цінових заявок, яка б максимізувала отримувані нею виплати.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Середньодобова виплата одній ТЕС:

,(7)

де - кількість енергоблоків m-ї ТЕС;

L - загальна кількість ТЕС.

Оптимізаційна стратегія ТЕС полягає в тому, щоб обрати склад обладнання, який би максимізував векторний критерій при обмеженні (5). Таким чином, як модель поведінки станції виступає задача векторної оптимізації.

Знайдено ефективні розв'язки вихідної задачі з використанням критеріїв у вигляді лінійної згортки:

,(8)

де m - номер станції; .

Якщо функція має єдиний максимум у даній точці, то ця точка є ефективною. Таким чином, знайдено максимальне значення функції для кожного значення вектора:

.(9)

Перебираючи різні комбінації значень вектора , отримуємо набір векторів , які максимізують функцію . Ці точки і будуть ефективними.

На рис. 2 наведено множину точок, кожна з яких характеризує якусь розрахункову виплату електростанціям в обраній сукупності. Ефективні за Парето розв'язки позначено великими точками.

Розв'язком задачі багатокритеріальної оптимізації вважатимемо точку, в якій значення вектору цільових функцій за нормою мінімально відрізняються від ідеальної точки. На рис. 2 цю точку позначено зірочкою.

У розглянутому прикладі сукупні максимальні виплати електростанціям становлять 533 937 грн., що на 15,5% перевищує виплати ДП "Енергоринок". Отримані результати щодо збільшення виплати станціям, порівняно з попередніми розрахунками, коли ТЕС не конкурували між собою, зменшилися на 1,5%. Таке зменшення є неминучим і пояснюється конкуренцією між ТЕС на електроенергетичному ринку. Виконуючи аналогічні розрахунки для довільного набору електростанцій, можна розв'язувати практичні задачі для реальних ТЕС енергосистеми України, що дозволить оптимізувати виплати за електроенергію, відпущену на ринок електроенергії.

У наступній задачі, на відміну від попередньої, відображено реальну картину ринку електроенергії завдяки взаємодії між ГК ТЕС і ДП "Енергоринок". Це, безумовно, ускладнює пошук оптимальних рішень.

Енергоринок в і-й момент часу купує електроенергію у ГК ТЕС за ціною, розрахованою за формулою (2), намагаючись мінімізувати власні витрати. Прагнення ДП "Енергоринок" до зменшення своїх витрат () в i-й момент часу виражається у максимізації функції:

Размещено на http://www.allbest.ru/

.(10)

Для розв'язання задачі економічної рівноваги знайдено граничні значення цін на електроенергію, які виставляють блоки ТЕС, тобто числа , які, у свою чергу, максимізують за Парето векторний критерій якості:

(11)

при обмеженнях

(12)

Розв'язок задачі знайдено шляхом максимізації одного критерію для деякого невід'ємного :

. (13)

Загальні максимальні виплати всім ТЕС становлять 524 183 грн., або на 13% більше, ніж виплати ДП "Енергоринок" при початковому наборі блоків.

Кожна ТЕС будує стратегію своєї поведінки незалежно від дій інших станцій. У математичній теорії ігор така ситуація називається безкоаліційним варіантом гри. Для розв'язку обрано рівновагу за Нешем. Для реалізації цієї задачі було використано метод покоординатного спуску. В нашому випадку знайдено сідлову точку. Це означає, що максимальний виграш для ТЕС збігається з мінімальним програшем для електроенергетичного ринку. Стратегія з виграшем, який відповідає виплаті у сідловій точці, і буде оптимальною.

В усіх попередніх моделях формування раціональних стратегій ТЕС щодо цінових заявок графік добового електричного навантаження, який формується на поточну добу, був фіксованим. У наступній задачі розроблено стратегію, яку покладено в основу побудови раціональної поведінки ТЕС щодо цінових заявок у випадку невизначеності графіка добового електричного навантаження.

Мета -го "гравця" полягає в тому, щоб виставити таку цінову заявку, яка б максимізувала його виплати . Особливість гри зумовлена тим, що при прийнятті рішення (виборі своєї цінової заявки) кожний "гравець" орієнтується на можливість реалізації найгірших для нього значень невизначеності .

ГК ТЕС за допомогою вищеописаного алгоритму подають цінові заявки до ДП "Енергоринок" у такий спосіб, щоб виплати, які вони отримують, були найбільшими. Ці виплати розраховуються на встановлений розрахунковий графік електричного навантаження, але реальний графік дещо відрізняється від розрахункового, тобто виникає деяка невизначеність. Це означає, що керівництво ТЕС подало, можливо, не оптимальний для них склад цінових заявок, і тому величина виплат електростанціям може зменшитися. Розраховано максимальну величину, на яку можуть зменшитися виплати електростанціям, тобто знайдено той мінімум від максимальної виплати, який вони гарантовано отримують при відхиленні реального графіка від прогнозних значень.

Для модельного розрахунку було взято відхилення реального графіка електричного навантаження від розрахункового на ±10%. Цінові заявки розраховувались електростанціями на прогнозний добовий графік споживання. Тому склад обладнання для покриття реального графіка електричного навантаження формуватиметься ДП "Енергоринок" на основі саме таких заявок. Знайдено мінімальне для кожної години значення виплат електричній станції. У свою чергу, сума цих значень дасть мінімальне значення максимальних виплат станції при найнесприятливішому для неї графіку електричного навантаження. У результаті ми отримали гарантовані виплати станціям в умовах невизначеності графіка електричного навантаження. Максимальні виплати станції для прогнозного графіка складають 589 582,1 грн., а мінімальна величина цих виплат - 538 129,8 грн., або 91,3% від попереднього значення.

енергоблок електростанція економічний математичний

Висновки

У дисертації вирішено важливе науково-практичне завдання - розроблено математичні моделі економічних взаємовідносин у системі ГК ТЕС - ДП "Енергоринок" України для ефективного функціонування цієї економічної системи.

Основні результати роботи полягають у такому:

На основі аналізу сучасного стану ринку електроенергії України показано, що розвиток ринкового середовища в електроенергетиці відбувається у напрямі формування конкурентних відносин не тільки між виробниками електроенергії, але й між її постачальниками.

Дослідження ринку електроенергії України виконано з урахуванням загальносвітових тенденцій розвитку економічних взаємовідносин в енергетиці. На підставі порівняльного аналізу моделей ринків електроенергії, які відображають інституційно-функціональну структуру електроенергетичних ринків різних країн, показано, що для енергоринку України перспективнішою є модель балансуючого ринку та двосторонніх договорів.

На підставі того, що електроенергія як товар має особливості, які відрізняють її від інших видів товару, показано необхідність централізованого оперативно-диспетчерського управління електроенергетикою. В Україні ці функції виконує держава в особі ДП "Енергоринок", що дає їй змогу впливати на ринкову ціну. Конкуренція при цьому реалізується не тільки через ціну, а й через нецінові фактори. На основі вищесказаного показано, що за своєю структурою сучасний ринок електроенергії є ринком недосконалої конкуренції, а саме - однієї з її крайніх форм - монопсонії.

Розроблено комплекс математичних моделей для розрахунку цінових стратегій ТЕС, зорієнтованих на досягнення стану ринкової рівноваги між суб'єктами ринку електроенергії. Ці моделі використовують цінові заявки, які подають ТЕС, для визначення питомої вартості електроенергії, що надходить на ОРЕ України. За допомогою таких моделей встановлено залежність остаточної вартості електроенергії від характеру поведінки суб'єктів енергоринку, а також особливості взаємовпливу суб'єктів ринку.

Побудовано комплекс математичних моделей вітчизняного електроенергетичного ринку, структура яких базується на різних припущеннях щодо взаємодії суб'єктів ОРЕ України. Розв'язок цих математичних моделей дозволив отримати такі результати:

При допущенні відсутності конкуренції між ГК ТЕС збільшення виплати за електроенергію, відпущену на ринок, порівняно з розрахованою за існуючим механізмом, досягло 17%.

У моделях, які враховують конкуренцію, було отримано множину розв'язків, ефективних за Парето. При цьому виплати електростанціям збільшилися на 15,5%.

У задачі, яка найбільше наближена до реальних умов функціонування ОРЕ України, враховано інтереси єдиного покупця електроенергії, що є протилежними інтересам ТЕС. При такому варіанті розрахунку виплати ГК ТЕС збільшилися лише на 13%.

Модель, яка враховує фактор невизначеності, а саме - коливання фактичного добового графіка електричного навантаження відносно прогнозного, дає можливість розрахувати мінімально гарантовані виплати ГК ТЕС.

Базуючись на методиці знаходження оптимального за Нешем розв'язку для агентів системи ГК ТЕС - ДП "Енергоринок" України, які мають протилежні інтереси, обґрунтовано існування "сідлової" точки у стратегіях поведінки учасників цієї системи. Це є доказом наявності оптимальних економічних стратегій для всіх учасників ОРЕ України.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Богославская О. Ю. Равновесные стратегии агентов в системе "Энергорынок - тепловые электростанции" / О. Ю. Богославская, В. Е. Капустян // Малая энергетика в системе обеспечения экономической безопасности государства : монография. - Г. К. Вороновский (ред.), И. В. Недин (ред.). - К. : Знания Украины, 2006. - С. 290-295. (Автор брала участь у розробці математичної моделі, яку покладено в основу моделювання взаємовідносин між виробниками та покупцем електроенергії; проведено аналіз результатів розрахунків.)

2. Богославська О. Ю. Цінова політика теплових електростанцій (ТЕС) у системі "Енергоринок - ТЕС" України / О. Ю. Богославська, В. О. Капустян // Наукові вісті НТУУ "КПІ". - 2006. - № 2. - С. 5-11. (Автором розроблено алгоритм і програму розрахунків щодо отримання електростанцією максимально можливих виплат за електроенергію, відпущену на ринок.)

3. Богославська О. Ю. Ефективність управління електростанціями на енергоринку України / О. Ю. Богославська, В. О. Капустян // Модели управления в рыночной экономике : спец. выпуск, сб. науч. тр. [общ. ред. и предисл. Ю. Г. Лысенко] ; Донецкий нац. ун-т. - Донецк : ДонНУ, 2006. - Т. 2. - С. 57-63. (Автором сформульовано задачу, розроблено алгоритм, узагальнено результати розрахунків і зроблено висновки.)

4. Богославська О. Ю. Раціональні стратегії економічних агентів на ринку електроенергії України / О. Ю. Богославська // Економічний вісник НТУУ "КПІ". - 2007(4). - С. 121-125.

5. Бондаревська І. М. Світовий досвід організації ринків в електроенергетиці / І. М. Бондаревська, О. Ю. Богославська // Економіка промисловості України : зб. наук. пр. - К. : РВПС України, 2006. - С. 117-123. (Автором здійснено узагальнюючий аналіз накопичених результатів по моделях ринків електроенергії, зроблено висновки щодо розвитку ринку електроенергії України.)

6. Богославська О. Ю. Гарантовані стратегії агентів у системі "Енергоринок - теплові електростанції" України / О. Ю. Богославська, В. О. Капустян // Вісник Криворізького економічного інституту КНЕУ ім. Вадима Гетьмана; зб. наук. праць. - 2007. - № 2 (10). - С. 53-55. (Автором запропоновано теоретичну основу для створення математичної моделі, розроблено алгоритм і програму, проведено відповідні розрахунки.)

7. Богославська О. Ю., Капустян В. О. Оптимізація економічних відносин на енергоринку України за допомогою математичного моделювання : мат. ІІ міжнар. науково-практичної конф. ["Трансформаційні процеси в економіці держави та регіонів"], (Запоріжжя, 19-20 жовтня 2006 р.) / Запорізький національний університет. - Запоріжжя : ЗНУ, 2006. - С. 25-26. (0,11 друк. арк.)

8. Богославська О. Ю., Капустян В. О. Гарантовані стратегії агентів у системі "Енергоринок - теплові електростанції" України : мат. VII Всеукраїнської науково-практичної конф. ["Комп'ютерне моделювання та інформаційні технології в науці, економіці та освіті"], (Кривий Ріг, 24-25 квітня 2007 р.) / Криворізький економічний інститут КНЕУ ім. Вадима Гетьмана. - Кривий Ріг : КЕІ ДВНЗ КНЕУ ім. Вадима Гетьмана, 2007. - С. 24-26. (0,13 друк. арк.)

9. Богославская О. Ю., Капустян В. Е. Эффективность управления электростанциями на энергорынке Украины в условиях неопределенности : мат. ХІ Всеукраїнської науково-методичної конф. ["Проблеми економічної кібернетики"], (Алушта, смт. Партеніт, 2-4 жовтня 2006 р.) / Всеукраїнське громадське об'єднання "Українська асоціація економічної кібернетики"; Національна академія наук України; Міністерство освіти і науки України. - Донецьк : ТОВ "Юго-Восток, Лтд", 2006. - С. 165-166. (0,1 друк. арк.)

Размещено на Allbest.ru

...