Формирование модели минимизации издержек при поставках энергоносителей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Грозненский государственный нефтяной технический университет им. акад. М.Д. Миллионщикова

Формирование модели минимизации издержек при поставках энергоносителей

М.В. Дебиев

З.С. Садаева

В энергетической отрасли России, как и в экономике в целом, возник и развивается ряд новых явлений и тенденций, которые создают дополнительные проблемы в развитии энергетики. В связи с этим, наряду с необходимостью активного внедрения в отрасли реальных рыночных механизмов, повышение эффективности использования энергоресурсов, внедрение новых перспективных и альтернативных источников является одной из важнейших задач инновационного развития энергетической отрасли России [1].

Много внимания уделяется системным вопросам развития энергетической отрасли за рубежом [2]. Имеются отдельные издания по литературным обзорам по различным аспектам развития энергетики; в частности, по эффективности использования энергии в индустрии, экологическим проблемам, потреблению в домашних хозяйствах, инновации в энергетике, динамике потребления, связи между объемами потребления энергии и развитием экономики, минимизации издержек при поставках тепло- и энергоносителей [3].

Проблема доставки тепловой и электрической энергий от производителя к потребителю относится к числу наиболее проблемных и ответственных для производителя. Неудовлетворительное решение этой проблемы в условиях рыночных отношений может привести к значительным потерям для производителей, к сбоям в работе производственных и иных объектов, недовольству потребителей [4]. В то же время появился ряд новых факторов, усложняющих ее решение [5]. Это - блокирование и задержка поставок со стороны различных посредников (сбои в работе, проблемы во взаиморасчетах, действия конкурентов), несанкционированные отборы и хищения со стороны как посредников, так и отдельных юридических и физических лиц, возможные хулиганские диверсионные и иные злоумышленные действия на различных участках транспортной магистрали, недобросовестность потребителей, прежде всего, по вопросам оплаты за поставленный ресурс [6].

Таким образом, при проектировании, эксплуатации и совершенствовании систем транспортировки энергоресурсов необходимо учитывать не только факторы, связанные с издержками на транспортирование и ограничениями по пропускной способности отдельных сечений, но и факторы, относящиеся к надежности, безопасности, безаварийности и устойчивости процесса поставок [7].

Перейдем к описанию модели. В наиболее упрощенном рассмотрении систему энергоснабжения можно рассматривать как совокупность из трех взаимодействующих подсистем [8]:

а) производитель энергоресурсов - источник энергоресурсов (все объекты, которые выдают газ, тепло- и энергоресурс: установки комплексной подготовки газа, газоперерабатывающие заводы, подземные хранилища газа как источник поставок газа, электрические станции, теплоцентрали, котельные и т.п.);

б) сеть транспортных магистралей (участки газопроводов с компрессорными станциями, линии электропередач, тепловые магистрали и т.п.);

в) потребители - все объекты и субъекты, осуществляющие отбор газо-, электро- и теплоресурсов из транспортных магистралей.

Описанная система может быть формализована в виде взвешенного ориентированного графа, содержащего узлов, где - число поставщиков, - число потребителей, - число транзитных (промежуточных) пунктов, связанных, в частности, с посредническим услугами, и дуг, соединяющих эти узлы. Число входных узлов графа равно , число выходных - . Обозначим через и множества номеров поставщиков и потребителей соответственно. Для каждой дуги задается пропускная способность , то есть предельно допустимый объем потока энергоресурсов, который эта дуга может пропустить, - затраты, связанные с доставкой единичного потока энергоресурса из i-го узла в j-ый, а также векторы { ()}и { ()}, где - оценка вероятности возникновения аварии на данном участке магистрали, - оценка вероятности несанкционированного хищения энергоресурса, - оценка вероятности злонамеренного действия, повреждающего или разрушающего участок магистрали, - оценка вероятности повреждения участка в результате различных стихийных (природных) явлений, техногенных аварий, - суммарная величина потерь и издержек, связанных с ликвидацией последствий каждого из перечисленных типов негативного воздействия на участок магистрали, соединяющий i-ый и j-ый узлы при условии, что объем поставок энергоресурса по данной дуге равен . Если i-ый и j-ый узлы непосредственно не связаны дугой, то полагаем . Аналогичные векторы { ()} и { ()} задается для каждого узла, где и для интерпретируются аналогично применительно к i-ому узлу, а и - оценка вероятности блокировки узла и связанных с этим потерь и издержек при условии, что суммарный объем энергоресурса, поступающей в i-ый узел, равен . Очевидно, что . Если узел i соответствует поставщику (потребителю), то для него задается наибольший предельный объем поставки (наименьший предельный объем потребления соответственно). Отметим, что в качестве потребителей могут выступать и промежуточные узлы, использующие часть ресурса на собственные нужды.

Требуется распределить поток поставок энергоресурсов от поставщиков к потребителям таким образом, чтобы суммарная величина затрат, потерь и издержек была бы минимальной с учетом выполнения всех балансовых ограничений. Данная задача может быть формализована следующим образом:

,

при условии выполнения следующих соотношений:

а) объем поставок от каждого поставщика не превосходит его предельных возможностей: для всех ;

б) объем поставок каждому потребителю должен быть не меньше его предельных потребностей: для всех ;

в) объем энергоресурса, передаваемого по каждой дуге, не должен превосходить ее пропускной возможности: для всех ;

г) для каждого узла разность объемов входящего и исходящего объемов энергоресурса должна быть равна объему потребления в этом узле:

,

где для полагаем .

В рамках данной модели самостоятельной проблемой является оценка всех ее параметров, и, в частности, функций потерь и. Анализ показывает, что во многих ситуациях зависимость функций иот и имеет квадратичный характер, и в этом случае сформулированная задача представляет собой задачу квадратичного программирования. Наконец отметим, что если некоторый участок транспортной магистрали складывается из отдельных различающихся кусков, то, в предположении независимости нежелательных воздействий на транспортный участок на отдельных кусках магистрали, дополнительные вероятности представляются в виде произведения аналогичных вероятностей для каждого из кусков.

Приведенная модель может быть обобщена на случай, когда возможно наличие потерь ресурса при его транспортировке (например, электроэнергии). Описанная в работе модель не учитывает динамику изменения характеристик системы в течение времени; например, вероятностей изменяются в течение суток, имеют сезонные отличия [9]. Поэтому в рамках данной модели при изменении параметров необходимо рассчитывать заново объемы поставок. Изменения характеристик системы во времени также могут быть учтены в рамках рассматриваемой модели [10].

Построенная формализованная модель позволяет реализовать более эффективную технологию транспортировки энергоресурсов с учетом требований по устойчивости функционирования системы.

Литература

энергоресурс транспортировка поставка

1. Дебиев М.В., Попов Г.А. Анализ схем развития энергетических мощностей в регионе на основе сценарного подхода // Вестник АГТУ. Серия: Управление, вычислительная техника и информатика, 2012. № 1. С. 35-40.

2. Truffer, B., Markard, J., Binz, C., & Jacobsson, S. A literature review on Energy Innovation Systems: Structure of an emerging scholarly field and its future research directions. EIS Radar Paper. 2012, November. 40p. URL: eis-all.dk/upload/eis/eis_radarpaper_final.pdf.

3. Дебиев М.В., Попов Г.А. Моделирование процессов распределения ресурсов на уменьшение потерь энергоресурсов на примере Чеченской Республики //XXIV Международная научная конференция ММТТ-24. Саратов, 2011. Т. 2. С. 64-67.

4. Илькевич Н. И., Исследования влияния цен и тарифов на газ, электро- и теплоэнергию для Уральского региона на стоимость продукции энергоемких потребителей // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2007. N 2. С. 154-159.

5. Керимов И.А., Гайсумов М.Я., Ахматханов Р.С. Программа развития энергетики Чеченской Республики на 2011-2030 гг. // Наука и образование в Чеченской Республике: состояние и перспективы развития. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 10-летию со дня основания КНИИ РАН (7 апреля 2011 г., г. Грозный). Грозный, 2011. С. 38-63.

6. Bowden Nicholas, Payne James E. The causal relationship between U.S. energy consumption and real output: A disaggregated analysis, Journal of Policy Modeling, Elsevier, 2009, vol. 31(2). Pp. 180-188.

7. Керимов И.А., Дебиев М.В, Магомадов Р.А-М, Хамсуркаев Х.И. Ресурсы солнечной и ветровой энергии Чеченской Республики // Инженерный вестник Дона, 2012, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y 2012/677.

8. Керимов И.А., Дебиев М.В, Магомадов Р.А-М, Хамсуркаев Х.И. Использование гидроаккумулирующих агрегатов в энергосистеме Чеченской Республики // Инженерный вестник Дона, 2012, № 1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y 2012/673.

9. Бобряков Александр Владимирович. Разработка и реализация научно-технических и управленческих методов повышения эффективности отраслевого энергопотребления бюджетной сферы: диссертация доктора технических наук: 05.14.04, 05.13.01; [Место защиты: Моск. энергет. ин-т].- Москва, 2007.- 367 с.: ил. РГБ ОД, 71 07-5/711.

10. Безруких П.П., Сидоренко Г.И. Основные методические положения выбора демонстрационных объектов возобновляемой энергетики (на примере Республики Карелия) // Энергетическая политика, Выпуск 4, 2004. С. 8-21.

Размещено на Allbest.ru