Применение системного анализа для исследования энергетической проблемы региона

Размещено на http://www.allbest.ru/

Применение системного анализа для решения одной из энергетических проблем региона

Минаков В.А.

г. Горно-Алтайск

«Системный анализ - наиболее конструктивное направление, используемое для практических приложений теории систем к решению проблем довольно широкого спектра. Конструктивность системного анализа связана с тем, что он предлагает методику проведения работ, позволяющую не упустить из рассмотрения существенные факторы, определяющие построения эффективных систем управления в конкретных условиях» [1, 4].

Профессор социологии Ожиганов Э.Н. на одной из лекций, посвященных современным методам принятия управленческих решений в РАГС отметил, что наиболее перспективным на сегодняшний день является системный подход и порекомендовал в качестве образца метод анализа иерархий (МАИ), разработанный английским ученым Томасом Саати. Принадлежность данного метода к теории систем Т.Саати убедительно демонстрирует в [2, 68]. Метод анализа иерархий является систематической процедурой для иерархического представления элементов, определяющих суть любой проблемы. Метод состоит в декомпозиции проблемы на все более простые составляющие части и дальнейшей обработке последовательности суждений лица, принимающего решение (ЛПР), по парным сравнениям. В результате может быть выражена относительная степень (интенсивность) взаимодействия элементов в иерархии. Эти суждения затем выражаются численно. Метод анализа иерархии включает процедуры синтеза множественных суждений, получения приоритетности критериев и нахождения альтернативных решений.

Решение проблемы есть процесс поэтапного установления приоритетов. На первом этапе выявляются наиболее важные элементы проблемы, на втором -- наилучший способ проверки наблюдений, испытания и оценки элементов; следующим этапом может быть выработка способа применения решения и оценка его качества. Весь процесс подвергается проверке и переосмысливанию до тех пор, пока не будет уверенности, что процесс охватил все важные (характеристики, необходимые для представления и решения проблемы. Процесс может быть проведен над последовательностью иерархий: в этом случае результаты, полученные в одной из них, используются в качестве входных данных при изучении следующей. Предложенный метод систематизирует процесс решения такой многоступенчатой задачи.

Наконец, если допустить, что интуиция и субъективные оценки являются основным исходным материалом, на основании которого индивидуум получает ясное представление о своих творческих возможностях, то суждение о превосходстве одного элемента над другим и интенсивность этих суждений можно использовать для выражения внутренних чувств и склонностей. Суждения расширяют рамки общения, укрупняя кластеры и элементы, имеющиеся в иерархии по определенной проблеме.

Такой подход к решению проблемы выбора исходит из естественной способности людей думать логически и творчески, определять события и устанавливать отношения между ними.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ ЭТАПОВ МАИ

1.Очертить проблему и определить, что вы хотите узнать.

2.Построить иерархию, начиная с вершины (цели -- с точки зрения управления), через промежуточные уровни (критерии, по которым зависят последующие уровни) к самому нижнему уровню (который обычно является перечнем альтернатив).

3. Построить множество матриц парных сравнений для каждого из нижних уровней -- по одной матрице для каждого элемента примыкающего сверху уровня. Этот элемент называют направляемым по отношению к элементу, находящемуся на нижнем уровне, так как элемент нижнего уровня влияет на расположенный выше элемент. В полной простой иерархии любой элемент воздействует на каждый элемент примыкающего сверху уровня Элементы любого уровня сравниваются друг с другом относительно их воздействия на направляемый элемент. Таким образом, получаем квадратную матрицу суждений. Попарные сравнения проводятся в терминах доминирования одного из элементов над другим. Эти суждения затем выражаются в целых числах (см. табл. 1.3 для величин суждений). Если элемент А доминирует над элементом Б, то клетка, соответствующая строке А и столбцу Б, заполняется целым числом, а клетка, соответствующая строке Б и столбцу А, заполняется обратным к нему числом (дробью). Если элемент Б доминирует над элементом А, то происходит обратное: целое число ставится в позицию Б, А, а обратная величина автоматически в позицию А, Б Если считается, что А и Б одинаковы, в обе позиции ставится единица.

4.На этапе 3 для получения каждой матрицы требуется п(п ----1)/2 суждений (что при каждом парном сравнении автоматически приписываются обратные величины).

5.После проведения всех парных сравнений и ввода данных по собственному значению можно определить согласованность.

6. Этапы 3, 4 и 5 проводятся для всех уровней и групп в иерархии.

7.Теперь используется иерархический синтез для взвешивания собственных векторов весами критериев и вычисляется сумма по всем соответствующим взвешенным компонентам собственных векторов уровня иерархии, лежащего ниже.

8.Согласованность всей иерархии можно найти, перемножая каждый индекс согласованности на приоритет соответствующего критерия и суммируя полученные числа. Результат затем делится на выражение такого же типа, но со случайным индексом согласованности, соответствующим размерам каждой взвешенной приоритетами матрицы.

Следует отметить, во-первых, что приемлемым является ОС около 10% или менее. В противном случае качество суждений следует улучшить, возможно пересмотрев способ, следуя которому
задаются вопросы при проведении парных сравнений. Если это не поможет улучшить согласованность, то, вероятно; задачу следует более точно структурировать, т. е. сгруппировать аналогичные элементы под более значащими критериями. Потребуется возврат к этапу 2, хотя пересмотра могут потребовать только сомнительные части иерархии.

При проведении оценок следует иметь в виду все сравниваемые элементы, чтобы сравнения были релевантными. Нетрудно убедиться в том, что для проведения обоснованных численных сравнений не следует сравнивать более чем 7 -9 элементов. В случае работы с более широким классом объектов, элементы группируются (в качестве первой оценки) в сравниваемые классы приблизительно из семи элементов в каждом. Элемент с наивысшим весом в классе также включается в следующий класс элементов с большими весами и как своеобразный стержень между двумя классами придает однородность шкале. Процедура повторяется от одного класса к смежному классу, пока все элементы не будут взвешены соответствующим образом.

В некоторых задачах с большим числом альтернатив нам не всегда нужно проводить парные сравнения между ними. Вместо этого вводим субкритерии (например, высокий, средний, низкий) и устанавливаем важность этих субкритериев по отношению к критериям. Затем берем каждую альтернативу, проверяем, который из субкритериев описывает ее наилучшим образом, и принимаем приоритет этого субкритерия. Далее складываем все приоритеты для этой альтернативы, и, наконец, нормализуем величины альтернатив, чтобы получить их общий приоритет.

ПРОБЛЕМА СТРОИТЕЛЬСТВА КАТУНСКОЙ ГЭС

Одной из актуальных проблем для Республики Алтай является энергоснабжение. Решение данной проблемы связывается с перспективой строительства собственной ГЭС на реке Катунь, либо сети мелких электростанций на горных реках. В настоящее время ситуацию нельзя назвать благоприятной. Затраты энергетиков по электроснабжению республики выше, чем в Алтайском крае. Удаленность республиканских потребителей от энергоснабжающего центра, малые перетоки электроэнергии на большие расстояния вызывают высокие удельные затраты по обслуживанию электрических сетей и большие технические потери электроэнергии в сетях, что, в свою, очередь, отражается на увеличении тарифа для потребителей республики.

В результате анализа публикаций СМИ, посвященных решению данной проблемы удалось определить восемь критериев, которым, должен удовлетворять вариант решения проблемы энергоснабжения. Эти критерии можно разбить на два кластера: экономический и экологический. Хотя можно было начать с исследования сравнительной важности кластеров более детальное изучение подразумевает определение сравнительной важности всех факторов, помимо кластеров.

Задачу можно сформулировать как выбор более предпочтительного из трех вариантов.

А. Оставить ситуацию прежней, т.е. энергоснабжающий центр в Алтайском крае.

Б. Строительство большой Катунской ГЭС.

В. Строительство сети мелких электростанций на горных реках.

Первый шаг состоит в декомпозиции и представлении задачи в иерархической форме. На первом (высшем) уровне находится общая цель -- энергоснабжение (варианты А, Б, В). На втором уровне находятся восемь факторов или критериев, уточняющих цель, и на третьем (нижнем) уровне находятся три варианта решения энергетической проблемы, которые должны быть оценены по отношению к критериям второго уровня. Далее следует определение критериев и графическое представление иерархии.

Выделяем критерии:

1. Затраты на строительство источников энергии.

2. Себистоимость конечного продукта.

3. Потери при передаче электроэнергии

4. Зависимость от энергетической политики края в республики уже практиковались веерные отключения

5. Нарушение климатических условий вследствие образования водохранилища.

6. Возможное размывание ртутных месторождений, влекущее серьезную опасность отравления воды.

7. Засорение дна водохранилища не вырубленными деревьями по типу Саяно-Шушенской ГЭС. Возможно, поскольку крутые склоны не позволят применить технику для расчистки будущего дна.

8. Размывание карстового грунта, которое может повлечь изменение русла реки, загрязнение воды.

Объем статьи не позволяет последовательно описать все этапы исследования, поэтому рассмотрим только основные моменты, которые в целом дают представление о возможностях применения данного метода.

Таблица 1.Решение энергетической проблемы: матрица попарных сравнений для уровня 2

Таблица 2.Решение энергетической проблемы: матрица попарных сравнений для уровня 3

Более подробно о вариантах решения проблемы:

Вариант А Если оставить все как есть, т.е. покупать электроэнергию у Алтайского края, вычеркиваются затраты на строительство гидроэлектростанции, однако в регионе уже были веерные отключения, население возмущается высокой платой за электроэнергию. Вместе с тем снимаются все экологические проблемы. В то же время большой процент потери электроэнергии при передаче на значительные расстояния. Ко всему прочему в случае постройки собственной ГЭС излишки электроэнергии можно будет продавать за пределы республики, тем самым в какой-то степени постепенно окупив затраты.

Вариант Б Самый дорогостоящий, но и самый эффективной в смысле отдачи вариант. Однако большая Катунская ГЭС возможно произведет нарушение экологического равновесия в регионе. Место водохранилища расположено рядом с Курортной зоной Чемальского района, нарушение климата: повышение влажности и изменение температуры возможно повлияет на едва ли не самое приоритетное направление развития экономики республики - туризм. Кроме этого возникнут трудности с расчисткой лесистых склонов, что как известно на Саяно-Шушенской ГЭС привело к блокировке двух каскадов.

Вариант В Сеть мелких гидроэлектростанций, подобных уже существующим на реках Чемал и Кайру (мощностью по 400 кВт.) более «мягкий» с точки зрения нарушения экологии, хотя потребует исследования на предмет вероятности нахождения ртутных месторождений в зоне ГЭС. Чтобы перекрыть потребности республики необходимо строительство 35 мелких гидроэлектростанций, затраты на строительство которых предположительно соотносимы с затратами на одну большую ГЭС. Возникнут также проблемы при передаче электроэнергии. Кроме этого следует учесть проблему замерзания небольших рек в зимний период, хотя для Катуни это тоже актуально.

Таблица 3.Решение энергетической проблемы: матрица попарных сравнений для уровня 2

Как теперь интерпретировать полученные таким образом приоритеты? Ясно, что наличие низкой себестоимости воспринимается как наиболее важный критерий при выборе варианта решения энергетической проблемы, поскольку суть возникшей проблемы именно в этом.

Можно было бы выбрать для рассмотрения только 3 или 4 наиболее важных критерия -- скажем себестоимость, затраты на строительство, зависимость от энергетической политики края, при проведении последующих вычислений, так как они окажут наибольшее влияние на окончательный выбор.

Для того чтобы проделать это, следует просто сложить приоритеты наиболее важных критериев и разделить каждый на сумму, получив таким образом новый нормализованный вектор приоритетов для более легкого исследования набора критериев. В этом примере сохраняются все критерии для проведения с помощью МАИ всего процесса в полном объеме.

В табл. 4. вновь вводятся парные сравнения для третьего уровня иерархии, иллюстрирующие сравнительную желательность вариантов А, Б и В по отношению к критериям второго уровня. Видно, что вариант А -- лучший по критерию затрат на строительство, а вариант Б воспринимается как лучший относительно себестоимости электроэнергии.

Следующим этапом является применение принципа синтеза. Для выявления составных, или глобальных, приоритетов домов в матрице локальные приоритеты располагаются по отношению к каждому критерию, каждый столбец векторов умножается на приоритет соответствующего критерия и результат складывается вдоль каждой строки.

Таблица 4.Решение энергетической проблемы: матрица попарных сравнений для уровня 3

Введение экологических приоритетов наряду с экономическими в принципе предопределило выбор варианта А. Если в сравнении кластеров экономического и экологического, отдать предпочтение экономическому результат будет иным. Таким образом МАИ позволяет оптимизировать процесс принятия решений, оставаясь естественно в рамках субъективных суждений экспертной группы.

ЛИТЕРАТУРА

энергоснабжение катунский гэс иерархия

1. Филатов В.С, Емельянов А.А., Кукушкин А.А. Системный анализ в управлении. - М., «Финансы и статистика», 2002.

2. Саати Т. Аналитическое планирование. Организация систем. - М., «Радио и связь», 1991.

Размещено на Allbest.ru