автореферат диссертации по энергетике, 05.14.01, диссертация на тему:Научно-методические основы, методика и практика разработки показателей развития электроэнергетики во взаимодействии с топливно-энергетическим комплексом и с учетом региональных факторов

РГ6 од

' Ч ('

РОССИЙСКАЯ АЩВД1Я НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕДШЁ

СИБИРСКИЙ ЭИЁРГШЧБСШ! ИНСТИТУТ

На правах рукописи

МАРДЕР Леонид Исаакович

УДК 621.311.1

НАУЧШ-МШДИЧШЮШ ОСНОВЫ, МЕГ И ПРАКТИКА-РАЗРАБОТКИ ГОШАШЕЙ РАЗВИТИЕ .{ТРОЭНЁРГЕГИКИ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ с тошшвш-г НОСКИМ КОМШШСОИ И С УЧЕТОМ РШЮН^. ФАКТОРОВ

Специальность 05.14.01 - Энергетические системы

и комплексы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Иркутск 1594

Работа выполнена в Институте теплофизики Уральского отделения РЛН

. Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Кэтушн Б. Г.

доктор эконоцзчэскнх наук, профессор Ктаав Ю.Б.

доктор технических наук, профессор Розанов М.Н.

Ведущая организация: Институт энергетических исследований РАН

Защита состоится. " мая 1994 г. в 9 часов на заседании специализированного совета Д, 002.30.01 при Сибирском энергетическом институте СО Р/Д {адрес: 664033, •г.Иркутск, ул. Лермонтова, 130). . -

С диссертацией, могна ознакомиться в библиотеке Сибирского вяергетического института СО РАН.

Автор4фэрат разослан "уО" марта 1994 г.

Ученый секретарь Совета, кандидат технических паук ' д.м,'1ришзчкйн

А.Ы.Трш

иБВД лАРАКГЖ1СШ!И РАБОТЫ

Актуальность работы. Электроэнергетика является одной из важнейших отраслей топливно-энергетического комплекса (ТЭК), оказывающих многостороннее и глубокое воздействие на социально-экономическое развитие общества и окружающую среду. Особая роль электроэнергетики в ТЭК обусловливается ее местом в технологической цата как завершающего звена в процессе производства энергии, непосредственно взаимодействующего со сферой энергопотребления и тем самим в большой мере определяющего конечную эффективность всего комплекса. В силу отмеченных обстоятельств и известной универсальности элскт'^сэнер.-иа как энергоносителя на электроэнергетику возлагаются весьма сложные и ответственные функции по осуществлению маневра топливно-энергетическими ресурсами как во времени, так и .в пространстве. Электроэнергетика придает всему ТЭК единство благодаря широкой взаимозаменяемости различных видов топлива, используемых для производства электроэнергии, а также целенаправленному воздействию на структуру ТЭК путем вовлечения в энергобаланс новых источников анергии, Особенно важной становится роль электроэнергетики на переломном этэпе социально-экономического развития страны, что обусловлено структурной перестройкой отраслей ТЭК при переходе к рыночным отлош&мйям.

Учат указанных особенностей требует целенаправленного управления развитием электроэнергетики, обеспечивающего качественное, надежное и устойчивое энергоснабжение народного хозяйства и осуществление эффективны* изменений в территориально-производственных структурах. В то же время управление электроэнергетикой, по сравнений с большинством других отраслей, осложняется повышенной капиталоецкостыо и длительностью инвестиционных процессия, что требует бодшой заблаговременное™ выработки решений по ее развития и техническому перевооружению. При этой необходимо учитывать особенности электроэнергетики как физико-технической.системы, характеризующейся общность» протекающих в ней процессов.

Процесс управления развитием электроэнергетики включает многоэтапные разработки по прогнозированию и перспективному проектированию. Их общей методологической основой на совре-

ценном этапе служит системный подход, сущность которого состоит в концепции единства, целостности и развития энергетики.' Вместе с тем в последнее время проявилась известная ограниченность современных методов системных исследований в энергетике в отношении познания ее взаимодействия с процессами общественного развития и природной средой. 'Об этом предупреждал еще з 1985 р. академик Л.А.Мелектьев и свидетельствуют итоги Мелен-тьевских теоретических чтений. Необходимость развития методологии и инструментария системных исследований наиболее остро ощущается в новых условиях социально-экономического развития, в связи с форьнгрованием рыночных отношений и внедрением новых средств и механизмов управления энергетикой. Происходящие перемены, не затрагиаая, в гамем представлении, в целом осново-,. полагающих принципов системного подхода, требуют существенного изменения технологии и методов прогнозирования и управления развитием электроэнергетики. При этом во многом обесцениваются методы и модели, отвечающие концепции кестко централизованного управления народнохозяйственным комплексом унитарного государства. Становится весьма актуальной разработка новой методологии прогнозирования, адекватно отражающей политические и социально-экономические процессы, а также взаимодействие с природной средой и обеспечение экологической безопасности. В этих условиях "центр тяжести" системных исследований по обоснованию развития и размещения электроэнергетики переносится на региональный уровень. С ростом экономической самостоятельности территорий (областей, краев, республик) и развитием новых форы собственности в значительной степени расширяется круг субъектов системы управления энергетикой, представляющих региональ-кне интересы. Это требует развития методов многокритериального анализа в сочетании с эффективными процедурами принятия решений, основанных на принципах достижения компромисса (консенсуса).

В рассматриваемых условиях проявляется уязвимость традиционных методов оптимизации развития электроэнергетики. Задачи исследования реальных ЭЭС при учете неопределенности и многокритериальное™ описывшотся моделями, в которых число переменных и уравнений зачастую достигает многих сотен и тысяч. Процессы иеслсдссанпя, базирующиеся на использовании методов

математического программирования и современных ЗШ, весьма трудоемки. В то же время получаемые с их помощью результаты, как правило, быстро теряют практическую значимость при изменении внешних условий, особенно экономической ситуации. Для таких задач возникает необходимость в создании специальных методов формирования и анализа областей решений.

Отмеченные.обстоятельства обусловливают необходимость качественных изменений в методологии и технологии прогнозирования развития и размещения электроэнергетики.

Цели и задачи работы. Работа преследует две основные

цели:

- обоснование и разработку научно-методической базы управления развитием региональных электроэнергетических систем в новых социально-экономических условиях;

- решение практических проблем, связанных с обоснованием концепции (структурной политики) и стратегии развития и размещения электроэнергетики во взаимодействии с ТЭК и с учетом региональны:! факторов.

Проведенные исследования были направлены на решение следующих основных задач:

1) формирование и моделирование критериев эффективности развития электроэнергетики, отражающих региональные интересы;

2) разработку методического подхода к формировании внешних условий развития электроэнергетики с учетом межотраслевых и межтерриториальных связей;

3) моделирование развития территориально-производствен-, ных систем электроэнергетики в рамках ТЭК и с учетом региональных факторов;

4) разработку методов и моделей обоснования основных параметров электроэнергетических объектов (330), включая рациональную концентрацию электрогенерирущих мощностей в ЭЭС о учетом роста экологических ограничений;

5) создание методов' и моделей исследования эффективности формирования знергоснабжмщих систем в районах Севера о учетом региональных особенностей;

6) разработку принципов, методов и процедур исследования областей решений по развитию ¡г размещению электроэнергетики е условиях неопределенности и многбкриториальности;

7) создание моделей,и методов анализа и прогнозирования характеристик электроэнергетических объектов с учетом региональных условий; ' •

8) разработку методов обоснования•эффективности интеграции региональных ЭЭС в новых условиях хозяйствования,

Методы исследования. Работа базируется на методологии системных исследований в энергетике,.а также на использовании методов математического программирования, имитационного моделирования, теории вероятностей, математической статистики,теории игр, теории надежности, теории электрических цепей, экономических методов.

Научная новизна. В диссертации впервые получены и выносятся на защиту следующие основные результаты:

1. Постановка общей проблемы управления развитием и размещением электроэнергетики региона в рамках ТЭК, включая структуризацию по уровням и задачам, а также формирование основных критериев эффективности и внешних связей в новых политических и социально-экономических условиях.

2. Принципы, методы, оценочные модели и технология разработок по определенно сравнительной эффективности альтернативных вариантов ЭЭО с учетом экологических и социальных факторов и обеспечением сопоставимости технико-экономических показателей. / •

3. Принципы и метода формирования базовой территориально-производственной модели региональной ЭЭО во взаимодействии с ТЭК, а также ее информационного обеспечения, позволяющей рассматривать широкий спектр задач развития м технического перевооружения электроэнергетики с учетом социально-экологических факторов и региональных критериев.

4. Методы, модели и результаты обоснования рациональной концентрации генерирующих мощностей на региональном и локальном уровнях, а также единичных мощностей электростанций и агрегатов с учетом системной надежности, экологических и энзрго-строигельных условий и применения прогрессивных технологий производства электроэнергии.

5. Методический подход к прогнозированию развития энергетики районов Севера и моделирование зон эффективности формирования энергос.набжающих систем на базе различных типов энергоге-нерирукпмх источников с учетом региональных особенностей.

6. Методы исследования развития электроэнергетики в рамках ТЭК, основанные на имитационном подходе и обеспечивающие моделирование внешних условий с учетом неоднозначности исходной информации, проведение машинных экспериментов на базе оптимизационных моделей, аппроксимацию основных структурных и технико-экономических показателей энергосистем, формирование

и исследование областей решений,

7. Методы и технология макрорайонирования территории региона по совокупности условий размещения электростанций,основанные на использовании аппарата многомерной классификации наблюдений и многокритериальном анализе.

8. Модели анализа и прогнозирования показателей электроэнергетических объектов на двух информационных уровнях - энергоэкономическом и инженерно-географическом, позволяющие учесть влияние совокупности технологических, инженерно-строительных

и региональных факторов, а также временные характеристики инвестиционных процесеоз.

9. Методы, технология и результаты исследований по обоснованию развития и размещения электроэнергетики региона в условиях неопределенности с учетом адаптационных свойств, базирующиеся на использовании имитационных моделей аппроксимации показателей ЭЭС.

10. Методы и модели формирования показателей интеграции развития ЭЭС с учетом региональных интересов, а также результаты исследований эффективности интеграции в ОЭЭС Урала.

Основные практические результаты диссертации наши применение при разработке шести методик системных исследований в энергетике, а также в многочисленных работах по развитию энергосистем Урала, Сибири и Азиатского Севера. Эти реэул.таты были использованы Отделением физико-технических проблем энергетики РАН, ИНЭИ РАН, СЭИ СО РАН, ФЭИ (г.Обнинск), институтами "Энергосетьпроент", "Уралэнергосетьлроект", "Севзапэнергосеть-проект", "Сибэнергосетьпроект", ИЭ УрО РАН и другими организациями.

Практическая ценность диссертации состоит в научно-методической поддержке перехода на новую технологию прогнозирования и проектирования развития электроэнергетики, отвечающую изменившимся условиям социально-экономического развития и хозяйствования и обеспечивающую:

- повышение степени обоснованности принимаемых решений по сооругкению и техническое перевооружению электроэнергетических объектом при неопределенности и многокритериальное™ задач;

- более полный учет региональных интересов, способствующий достижению консенсуса в процессе управления развитием энергетики а, следовательно, эффективной реализации энергетических программ;

- сведение к необходимому минимуму объемов технологических, инженерно-строительных и проектно-изыскательских работ, благодаря сужении областей возможных решений на предпроектных стадиях;

- автоматизацию научных разработок в области прогнозирования развития электроэнергетики, а также работ по проектированию энергосистем на базе информационно-моделирующих и имитационных систем.

Научная апробация работы. Основные результаты работы обсуждались на Первых (1988 г.), Вторых (1991 г.) и Третьих (1993 г.) Ыеленгьавсклх теоретических чтениях, на двух международных конференциях, пяти заседаниях секций Научного Совета 0ФТГ1Э АН, более 30 всесоюзных (федеральных) и 15 региональных симпозиумах, конференциях и совещаниях, проходивших в 1979- ■ -1993 гг. в Москве, Санкт-Петербурге, Иркутске, Екатеринбурге, Челябинске, Саратове, Алма-Ате, Риге, Баку, Каунасе, Киеве,. Обнинске, Тюмени, Иванове, Апатитах, Улан-Удэ.

Публикации'. По теме диссертации опубликовано более 90 печатных работ, в том числе в трех коллективных монографиях, 16 центральных куриалах, 41 сборнике и в трудах симпозиумов, конференций и семинаров. Результаты работ изложены в десятках отчетов по НИР, выполненных в Институте теплофизики УрО РАН и в Уральских отдалениях институтов "Знергосетьпроект" и "Тепло-олектропроект".

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных на 315 страницах основного машинописного текста, 43 рисунков, 50 таблиц, списка использованных источников, включающего 273 наименованиями приложения. Общий объем работы составляет ,450, страниц.

ОСНОВНОЕ СЗДРКАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследований; анализируется состояние изученности проблемы; формулируются цели и основные задачи работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов; содержатся сведения об апробации и внедрении разработок; дается структура работы и краткая аннотация глав.

В главе I "Постановка задачи управления развитием электроэнергетики в новых социально-экономических условиях" дается общая характеристика электроэнергетических систем (ЭЭС) как объектов исследования. Приводятся классификация и анализ основных свойств ЭЭС - структурных, развития, функционирования и управления, а таюсе особенностей их проявления при переходе к ринку. При этом возрастает важность учета свойств эмерджент-ности" (целостности систем), иерархичности структуры (в увязке с новыми формам хозяйствования), динамичности инвестиционных процессов (с учетом самофинансирования и самоокупаемости затрат), неопределенности будущих условий развития и функционирования (и* сопряженных 'с этим экономических рисков), многокритериальное™, целевой согласованности реизний, синергизма.

Приводится анализ внешних связей региональных ЭЭС в ранках ТЭК, их взаимодействия с электропотребляющей'системой, а та'кне- с производственным комплексом региона, социальной сферой и природной средой.

Анализируется современное состояние электроэнергетики и тенденции ее развития в зоне ЕЭЭС и в изолированных энерго-снабжащих системах Севера. Рассмотрены региональные проблемы электроэнергетики, связанные с развитием и размещением электростанций. Показаны существенные ограничения на концентрацию мощностей, накладываемые экологическими условиями.

Отдельный раздел посвящен обзору современных методов системных исследований, базирующихся на теории больших систем энергетики (БСЭ). Основной вклад в развитие этих методов внесли коллективы сотрудников Энергетического института им.Г.М. Кржижановского, Сибирского энергетического института СО РАН, Института энергетических исследований РАН, Экергосстытроекта, Московского энергетического, Санкт-Петербургского, Уральского и Киевского политехнических, Новосибирского ял-зктротехни-

ческого институтов, Физико-энергетического института АН Латвии и других организаций.

Показано, что при переходе к рыночной экономике теория БСЭ может, по-прежнему, служить методологической основой прогнозирования электроэнергетики и управления ее развитием и функционированием, с соответствующим переносом "центра тяжести" на исследования горизонтальных связей территориально-производственных систем.

В складывающейся новой схеме управления развитием энергетики выделяются четыре стадии разработок: I) концепция энергетической политики; 2) стратегия развития энергетики; 3) региональные энергетические программы; 4) бизнес -планы. Такая стадийность должна обеспечить последовательное решение задач развития электроэнергетики с разработкой показателей: I) основных производственных и территориальных пропорций в развитии потребляющих и генерирующих систем (структуры и режимов энергопотребления, типов ЭЭО, видов топлива и др); 2) состава ЭЭО (типоразмеров основного оборудования, местоположения, последовательности и сроков проектирования, строительства и освоения мощностей); 3) сбалансированного развития энергетики регионов и территорий во времени с учетом обеспечения оборудованием, топливом и другими ресурсами, влияния на природную среду, а • также управления инвестиционными процессами и функционированием; 4) финансово-экономической эффективности ЭЭО.

Рассмотрены принципы формирования критериев эффективности ЭЭС в увязке со. 'структурой системы управления энергетикой и интересами субъектов'данной системы. Исходя из этого, выделены группы критериев: надежности, экономической эффективности, социальной приемлемости, экологичности, ресурсоемкое™, эффективности энергоиспользования, реализуемости. Переход к рыночным отношениям в наибольшей мере отразится на формировании экономических критериев. В связи с этим представляется, что известные критерии народнохозяйственной эффективности в формах приведенных и интегральных затрат могут быть использованы только для задач верхних уровней иерархии. При обосновании бизнес-планов (предпринимательских проектов) возникает необходимость в привлечении критериев финансово-экономической эффективности, в частности, используемых с международной практике критериев,

построенных по схеме "затраты-эффекты".

В заключительном разделе главы обсуяздаются пути повышения эффективности системных исследований в электроэнергетике и на »той основе формулируются вопроси, рассматриваемые в диссертации.

Глава 2 "Принципы и методы формирования моделей развития ¡электроэнергетики" посвящена рассмотрению характерных типов энергетических задач по уровням территориально-производственной иерархии энергосистем в части учета взаимодействия с ТЭН И влияния региональных факторов. К таким задачам отнесены: I) обоснование типов, параметров и размещения ЭЭО; 2) прогнозирование развития региональных ЭЭС; 3) обоснование рациональной концентрации злеггрогенерирующих мощностей в ЕЭЭС; 4) формирование акергоснабжагацих систем в районах Севера.

•^д^РЙЙ??. соор.ужешзд ЭЭО. Очевидно, что выделение такой стадии системных исследований должно относиться к первоочередным ЭЭО, для которых возможны альтернативы, существенно отли-чащиеся по степени воздействия на развитие производительных сил, а также на природную и социальную среду. К данной категории объектов, в основном, принадлежат генерирующие источники разных типов - ГЭС, КЭС на органическом и ядерном топливе, крупные ТЭЦ. Сопоставление альтертотевтея вариантов ЭЭО должно осуществляться по всему технолегачеекдау комплексу, включая вместе с энергетическими источниками » сетями сопряженные звенья ТЭК: добычу (производство), переработку и транспорт топлива.

Дана характеристика разработанной технологической схемы сопоставления вариантов, включающей этатг: I) определение внешних условий сооружения и функционирования ЭЭО; 2) формирование вариантов по типам и основным энергетическим параметрам ЭЭО; 3) обеспечение товдества производственных и социально-экологических эффектов; 4) подоптимизация технологических параметров; 5) определение показателей сравнительной эффективности вариантов.

Изложены принципы и методы формирования оценочных моделей показателей эффективности ЭЭО, учитывающих внешние связи, многовариантность и многокритериальность задач, неполноту исходной информации, динамизм инвестиционных процессов, обеспе-

чение сопоставимости технико-экономических показателей разных типов объектов, а также преемственность с сопряженными стадиями разработок. Приведен структурный анализ основных критериев эффективности. Дш методический подход к увязке экономических критериев с социально-экологическими в новых условиях хозяйствования путем учета соответствующих затрат на развитие социальной инфраструктуры, платы за природные ресурсы, создание страховых фондов и др.

Развитие региональных ЭЭС. Учитывая свойства ЗЗС, в основу моделирования их развития положены принципы: I) использование в качестве инструментария оптимизационных моделей территориально-производственной структуры и динамики развития ЭЭС в рамках ТЭК; 2) формирование моделей по уровням территориально-временной иерархии энергосистем; 3) декомпозиция областей исследований и итеративная увязка решений; 4) использование агрегированных характеристик (по группам объектов, территориальным зонам, ресурсам и др.); 5) построение по модульному принципу, предусматривающему ввделение взаимосвязанных функциональных блоков; 6) учет неоднозначности исходной информации; 7) многокритериальный подход с агрегированием оценок по критериям.

В диссертации дана характеристика предложенной.базовой модели региональной ЭЭС, на которую возлагаются функции: I) решение общеэнергетических задач; 2) взаимодействие с моделями систем более высоких уровней иерархии (ЕЭЭС, ТЭК), а также сопряженных территориально-производственных систем; 3) обоснование системных условий и показателей для частных энергетических задач. Модель сформирована.для проведения исследований по развитию и размещению электроэнергетики региона в рамках ОЭЭС или ее крупной секции, в составе которых вьщеляются РЭЭС, а при необходимости - отдельные крупные энергоузлы (ЭУ). Рассмотрены особенности моделирования характеристик действующих (с учетом их технического перевооружения) и вновь вводимых ЭЭО по основный типам энергетического оборудования и режимам работы. Модель приспособлена для проведения многокритериального анализа развития и размещения электроэнергетики по экономическим и региональным критериям.

Для изучения взаимодействия энергетических и региональных факт ров в модель введены специализируемые блоки: зколо-

гический и энергос^роительный. Модель экологического блока включает ограничения: I) по выбросам вредных веществ в атмосферу от ТЭС на органическом топливе; 2) по потреблению водных и земельных ресурсов; 3) по мощности электростанций в территориальных зонах (по обеспеченности площадками). Модель энергостроительного блока содержит ограничения двух видов: I) по возможным тешам наращивания мощностей; 2) по годовым объемам строителыго-монтажнмх работ.

Получена обобщенная форма представления региональных ограничений в базовой модели:

\ о у- А _

(2.1)

гкь ;

-. С(гт С <

¿(.¿у*; гг'с

^ О, «2.2,

. сет

где ^гги Xгг'И ~ соответственно мощности электростанций и пропускные способности электрических сетей (индексы: I - типа объекта; Z - района; V - режима работы; £ -

вида топлива; - технологического способа; í - этапа вре-

а а сег

мени; и ~ удельные расходы лимитированного

ресурса к ; переменная, описывающая величину потреб-

ления ресурса К ; ^¿«г предельно допустимое потребление ресурса /<'по региону (или заданной территориальной зоне) на этапе t ; ~ дополнительное потребление ресурса Л"

(сверх ограничений). ?оп

Введение переменных </гк6 11 '¡/гк* в функционал модели обеспечивает, при соответствующих значениях коэффициентов целевой функции ( ), возможность учета эластичности спроса на народнохозяйственные и природные ресурсы.

Ввиду выявленных чрезмерно больших размерностей задачи рассмотрены основные пути сокращения числа переменных: I) применение приемов декомпозиции; 2) использование корреляционных связей между признаками; 3) уменьшение числа градаций при агрегировании; 4) переход от динамических моделей к статическим (условно-динамическим).

Показано, что применение линейных оптимизационных моделей наиболее аффективно при исследовании территориально-производственной структуры ЭЭС в увязке с ТЭК. Приводятся способы повышения адекватности моделей, особенно в отношении учета свойств нелинейности, дискретности и динамизма исследуемых систем (путем учета целочисленности характеристик отдельных объектов; сочетания оценочных моделей с оптимизационными; дезагрегирования областей решений с помощью дискретных моделей).

Концентрация электрогенерирующих мощностей в БЭЭС. По условиям моделирования выделены четыре уровня концентрации мощностей электрогенерирукщих источников: I) агрегатный; 2) станционный» 3) локальный (для отдельных географических пунктов - энергоузлов); 4) региональный (для территориальных топливно-энергетических комплексов).

В осносу проведения исследований по обоснованию рациональной концентрации мощностей на первых трех уровнях пеяаиен разработанный под руководством автора комплекс оценечно-олм-мнзационных моделей (в выполнении расчетов участвовали С.С. Ананичева и П.Е.Мезенцев). В составе этого комплекса были выделены два блока моделей: I) для определения допустимой концентрации мощностей по совокупности электроэнергетических! экологических и энергостроительных условий (с учетом новых технологий производства -энергии)} 2) Для нахождения областей . оптимальных решений.

При моделировании на агрегатном уровне были выделены этапы исследований: I) формирование альтернативных вариантов единичных мощностей энергетического оборудования; 2) прогноз технико-экономических показателей (с учетом энергомашиностроения); 3) оценка затрат на обеспечение системной надежности (расчеты проведены Ю.Я.Чукреевым); 4) определение показателей сравнительной эффективности вариантов; 5) многокритериальный анализ областей решений (по экономическому критерию, трудоемкости и металлоемкости).

Обобщенные характеристики вариантов представлены в виде:

з.к * / (, , г, ), (2.3).

где 3'К - оценка ''эффективности С -го варианта (<г* = Л -7 ) по критерию к ( к =/,/<); /V,. и - соответствнно

установленные мощности электростанций и агрегатов; - шаг ввода агрегатов.

■ Исследования на станционном и локальном уровнях концентрации проводились в рамках общей технологической схемы, включающей этапы формирования расчетных условий и построение трех основных блоков моделей: станционного, электросетевого и имитационного.

Модель станционного блока приведена к виду:

"" 3 > "<'9** /«Л"/***;, (2.4)

где л ? г г? - годовые приросты генерирующей мощности в период I ( £ = Л г ) с дифференциацией по типам ( £ ), видам топлива () и макрозонам ( <? ).

Рассмотрен ряд модификаций аналитических моделей электросетевого блока. Наиболее удобной оказалась модель:

где 6г1 - плотность прироста потребности в мощности, & г -радиус зоны действия генерирующего источника.- Ее построение базируется на аппроксимации показателей развития сетей, получаемых с помощью соответствующих оптимизационных комплексов, в основе которых лежат принципы геометрического моделирования.

В имитационном блоке осуществлен синтез моделей станционного и электросетевого блоков с получением обобщенной базовой модели:

3 М?* Л/. лЛ/ I (2.6)

Опираясь на эту модель,проведена итеративная увязка зон эффективности концентрации мощностей на агрегатном, станционном и локальном уровнях. Даны также предложения по ее использованию на региональном уровне при обосновании топливно-энер- , гетических комплексов.

Предложенный методический подход и разработанные на его основе модели использовались при исследо'шнн:! рациональной

концентрации генерирующих мощностей в ЕЭЭС с учетом надежности электроснабжения, роста экологических ограничений и применения прогрессивных технологий производства электроэнергии. Как показывают полученные результаты, при укрупнении агрегатов в той или иной мере повыыается экономичность производства электроэнергии, так как увеличение единичных мощностей оборудования сопровождаете снижением удельной металлоемкости, а также затрат в энергомашиностроении и энергетическом строительстве, Однако отмеченные эффекты в наибольшей мере ощутимы при увеличении единичной мощности до 800-1000 Шт. Дальнейшее укрупнение агрегатов не дает эффекта (в основном, из-за роста затрат на резервирование). Исследование концентрации генерирующих мощностей электростанций (на локальном уровне) проводилось в диапазоне плотностей прироста потребностей ( 6 ) от 2 до 8 кВт/м^ год при различном влиянии региональных факторов (инженерно-строительных условий, объемов природоохранных мероприятий, компенсационных затрат и др.). Анализ результатов показал, что укрупнение мощностей сверх 2-4 ГВт не дает экономического эффекта. В та ке время могут быть достигнуты отдельные региональные эффекты - снижение удельной землеемкости, потребности в трудовых ресурсах и др. Таким образом, в рассматриваемых условиях выбор мощностей электростанций будет в основном-определяться инженерно-строительными и социально-экологическими факторами.

Формирование энергоснабжамцих систем в районах Севера. Обобщены разработки по принципам и методам моделирования развития энергетики Крайнего Севера с учетом региональных особенностей (работы проводились с участием С.М.Баутина, А.Л.Мызина, В.И.Подкорытова и А.К.Корякина). Сложность обоснования типов, состава и параметров ЭЭ0 в данной зоне обусловлена ее обширностью, экстремальностью и существенной неоднородностью инженерно-географических и топливно-энергетических условий, важностью учета интересов коренного населения, низкой устойчивостью природной среды к техногенным нагрузкам, высоким удельным весом затрат на промышленную и социальную инфраструктуру и обеспечение экологической безопасности, повышенной длительностью инвестиционных процессов. Приоритетное значение для районов Севера имеют разработки: по регионализации типов и параметров энерго-

установок, в том числе создаваемых на базе нетрадиционных энергетических ресурсов и ядерного топлива; по взаимной увязке развития электро-, тепло- и топливоснабжающих систем, вклю-■ чая комбинированное производство электрической и тепловой энергии и применение электротеплоснабжения; по обоснованию зон эффективн°сти децентрализованного и централизованного электроснабжения.

В связи с особенностями рассматриваемых районов, возрастает роль методов районирования территории по условиям развития и размещения электроэнергетики, базирующихся на использовании таксономии, распознавания образов и имитационного моделирования. В диссертации приводятся технология разработок и результаты проведенного районирования по трем направлениям, предусматривающим: I) дифференциацию территории по совокупности инженерно-географических условий сооружения ЭЭО; 2) прост-. ранственному моделированию технико-экономических характеристик (на примере территориальных коэффициентов стоимости строительства электрокетевых объектов в северных районах Тюменской области); 3) выявлению зон сравнительной эффективности альтернативных вариантов энергоснабкающих систем с учетом региональных факторов (применительно к определению эффективности объединения на параллельную работу изолированных знергоузлов и эффективности электротеплоснабжения). - ' . ,

' ' -В глава 3 "Разработка методов исследования влияния условий формирования ТЭК и региональных факторов на развитие электроэнергетики с применением имитационного подхода", в первом . ее разделе, изложены общие принципы построения имитационных систем (ИС) применительно к поставленным задачам. Данные системы должны создаваться как информационно-моделирующи.- и соответствовать технологии обоснования и принятия решений по развитию электроэнергетики. В основу их формирован/я положены исследования взаимосвязей между прогнозируемыми показателями электроэнергетики и показателями внешних условий ее развития и функционирования. Состав показателей электроэнергетики сформирован по трем ступеням агрегирования. К первой из них отнесены параметры 0Э0 по отдельным территориальным зоилм ( ), ко второй - интегральные показатели рпзпятия электроэнергетики по региону в целом - суммарное мощности ЭЭО по типзм и др.

ia

( Хи ) и к третьей ступени - показатели эффективности (приведенные или^ интегральные затраты) и потребности г, основных ресурсах ( 3 ).

Приводится методический подход к моделировании расчетных условий развития электроэнергетики с учетом кк кпогопаря/атрнч: ности и неопределенности, ¡¡ризнано целесообразным выделение четырех групп агрегирования показателей, характеризующих соответственно обеспеченность топливными ресурсами ( ), потребность в элеятрогенерирующей мощности ( ), технико-экономические показатели ЭЭО ( ) и региональные ограничения по^испольэованию народнохозяйственных и природных ресурсов (Zp ). Моделирование расчетных условий предусматривает формирование ситуационных матриц, базирующееся на использовании методов планирования экспериментов.

В основу исследований положено построение моделей аппроксимации показателей разнития электроэнергетики, представленных системами одновременных регрессионных уравнений:

£ix„n(zjj (ЗЛ)

ыхи<(г)\ - f f?¿ r¿} +J KyJ; ' ■ í{x<,«<kh > к iz'j ^

L J ^

E {3, (z)}■ - Z &j¿f*¿Cz) (3.2)

где ( ), ( ( ЭсиК) и ( , ) - соответствен-

но компоненты векторов » х^ и 3 ; (9 - параметры уравнений регрессии; {, у ) • ^^У'

- вектор задаваемых функций от соответствующих переменных.

Первая группа моделей (3.1) Предназначена для аппроксимации наиболее дифференцированных показателей развития электроэнергетики, описываемых вектором . Вторая группа моде, лей (3.2) выполняет те же функции для агрегированных показателей, являющихся: компонентами векторов и 3* . По своему

характеру модели этой группы относятся к классу эконометриче-ских моделей, выраженных в структурной форма. В структуре разработанной ИС ввделены блоки: I) определение состава моделируемых .выходных показателей (эндогенных переменных); 2) формирование базовой модели; 3) определение состава показателей внешних условий (экзогенных переменных) и диапазонов их варьирования; 4) установление количества уровней экзогенных переменных и соответствующих им интервалов; 5) качественная оценка эффектов взаимодействия факторов; 6) выбор типов регрессионных моделей для аппроксимации показателей; ?) составление плана имитационных экспериментов; В) формирование обучающей и контрольной выборок; 9) выполнение серии расчетов на базовой модели; 10) проведение регрессионного анализа. Рассмотрены основные требования к данной НС, обусловленные спецификой задач и модификаций разрабатываемых моделей. При относительно небольших размерностях задач (с числом факторов до 6-8) для построения моделей могут быть применены дробные реплики полных факторных экспериментов, дополненные при необходимости центральной и звездными точками, а для задач большой размерности, •которые наиболее типичны для Исследуемых систем, должны конструироваться специальные планы экспериментов, обладающих свойствами оптимальности.

Показана: эффективность использования моделей аппроксимации показателей электроэнергетики при исследованиях облас.'зй решений в условиях неопределенности и иногокритериальности. Это достигнуто благодаря предложенному усовершенствованию процедур формирования "платежных матриц" с применением аппроксимирующих моделей для непосредственного получения характеристик вариантов, что позволяет сократить потребность в Трудоемких оптимизационных расчётах на базовых моделях ЭЭС.

Далее рассмотрены.особенности применения имитационного подхода при исследовании эффективности 330 на предпроектных стадиях разработок. В формируемую ИС включены три группы блоков. Первая из них служит для проведения системного анализа. Сюда входит: I) выявление альтернативных вариантов по типам, размещению и основным параметрам ЭЭО; 2) формирование критериев и моделей сравнительной эффективности вариантов; 3) разработка и анализ интегральных показателей ЭЭО. Вторая группа

включает специализированные блоки - технологический, инженерно-строительный, экологический, социальный, в рамках которых должны быть выявлены условия сооружения и функционирования объектов и определены их основные показатели. Блоки третьей группы предназначена для информационного и программно-вычислительного сопровождения задачи.

В основу ИС положены оценочные модели прогнозирования' показателей ЭЭО, а также модели многокритериального анализа, учитывающие: I) многообразие и качественную неоднородность показателей, влияющих та условия размещения, основные параметры и эффективность ЭЭО; 2) существенную неполноту исходной информации; 3) большой круг субъектов, интересы которых в той или иной мере затрагивает сооружение и функционирование ЭЭО. Предложена схема проведения многокритериального анализа эффективности альтернативных вариантов, базирующаяся на сочетании регулярных методов (отыскания Парето-оптимальных альтернатив, скаляризации функционала, ранжирования критериев по предпочтительности, применения аппарата нечетких множеств и др.) с экспертными процедурами.

Учитывая многостороннее и крупномасштабное воздействие ЭЭО на развитие производительных сил, а также на социальную и природную среду, отдельно рассмотрена задача проведения макрорайонирования территории по региональным условиям размещения электростанций (применительно к КЭС). При построении имитационной системы предусмотрено использование двух групп методов. В основе первой из них лежит функциональное районирование территории картографическими способами.. Вторая группа методов предусматривает использование аппарата многомерной классификации наблюдений и векторной оптимизации. В ее рамках обсуждаются разные технологические схемы, базирующиеся как на непосредственном отыскании областей Парето и их постепенном сужении (с использованием статистических методов и экспертных оценок), так и на проведении векторной оптимизации (с применением, в частности, метода определяющего направления, разработанного А.Л.Мызлным).

Глава 4 "Разработка методов и моделей анализа и прогнозирования характеристик электроэнергетических объектов в задачах развития и размещения электроэнергетики" посвящена моделированию совокупности технико-экономических показателей ЭЭО в рамках формирования информационного обеспечения энергетических задач.

В процессе разработок было выделено два уровня моделирования - энергоэкономический и инженерно-географический. На первом из них изучались зависимости показателей ЭЭО от главных управляемых параметров - производственных мощностей, вида топлива, режимов работы и др. (при элиминировании региональных факторов), ¿-¡а втором уровне дополнительно учтено влияние совокупностей природно-географических, инженерно-строительных и социально-экологических факторов, определяющих технический профиль объектов.

Моделирование характеристик ЭЭО на энергоэкономическом уровне подразделено на два этапа: формирование числоьых моделей и их аналитическое описание .

Построение числовых моделей опирается, главным образом, - на результаты технологического прогнозирования и проактно-конструктореких разработок, В основе принятого методического подхода лежит структурный анализ показателей ЭЭО, который проведен применительно к КЭС. В ходе этого анализа выделено ■16 укрупненных узлов электростанций, сгруппированных по д'.ум составляющим - блочной и общестанционной. По блочной составляющей выявлена общая тенденция к снижению удельных затрат в сооружение ЭЭО с увеличением их мощностей. В то же время по общестанционной составляющей обнаружена противоположная тенденция. Это вызвано тем, что с укрупнением электростанций в значительной мере усложняются условия отвода земель, обеспечения потребности в охлаждающей воде, предотвращения вредного воздействия на окружающую среду.

Следует отметить, что вследствие высокой трудоемкости разработок числовые модели реально могут быть получены для относительно небольшого числа базовых типов ЭЭО. Эти ограничения можно преодолеть при перехода от числовых моделей к аналитическим с приданием последним прогностических свойств - интерполяционных и экстраполяционных. Для этих целей

наиболее приспособлены рассмотренные дискретно-непрерывные модели (ДШ) характеристик ЭЭО, имеющие общий вид:

V * (х) , гп^Тм, (4.1)

где У - моделируемый показатель, - вектор параметров ЭЭО, Ат - непересекающиеся области признакового.пространства.

При формировании ДМ выделялись следующие этапы: I) разделение исходной совокупности наблюдений на две выборки -обучающую и контрольную; 2) построение и анализ непрерывной модели для всей совокупности переменных; 3) выявление дискретной части; 4) аналитическое описание непрерывных частей моделей и оценка погрешностей.

Опираясь на результаты статистических исследований, признано целесообразным рассматривать два подуровня моделирования. К первому из них отнесено получение зависимости характеристик ЭЭО от заданных управляемых параметров ( /V , /V , видов топлива). На втором подуровне дополнительно вовлекаются параметры, описывающие технический профиль ЭЭО (качественная характеристика топлива, система технического водоснабжения, классы напряжений для выдачи мощности и др.).

Для выделения дискретной части моделей использовались методы распознавания образов. Непрерывные части ДНМ описаны методами регрессионного анализа с применением двух классов функций - лолиноминальных и степенных.

При переходе к инженерно-географическому уровню моделирования выделено пять основных блоков параметров: экономико-географический, физико-географический, гидрологический, биогеографический и инженерно-строительный. Ввиду специфических особенностей данного уровня (большая размерность массивов параметров, их коррелированность и др.) возникла необходимость о применении специальных методов многомерного статистического анализа. Процесс моделирования был разбит на этапы: I) формирование массивов переменных и обучающей выборки; 2) корреляционный анализ'г "всей 1 совокупности инженерно-географических показателей; 3) замена исходных показателей на-коррелируемдаи (ортогональными) факторами; 4) построение фпкторно-ре грсссиоккьас моделей (5РМ).

Методика разрабатывалась применительно к моделированию прогнозных показателей конденсационных электростанций на органическом и ядерном топливе. Модели экономических характеристик ЭЭО были подразделены на два типа: региональные (для макроуровня) и локальные (для конкретных площадок). В проводившихся исследованиях для характеристики региональных условий использовалось 38 параметров, в том числе экономико-гео-грэфических - 10, физико-географических- II, гидрологических - 5, биогеографических - 7, инженерно-строительных - 5. Локальные условия сооружения ЭЭО были описаны 18 параметрами.

Между выделенными параметрами обнаружены отчетливо выраженные корреляционные связи, что создало предпосылки для применения факторного анализа, с тем, чтобы сократить размерность пространства переменных. Изучены две модификации схем факторного анализа: блочная - при факторизации параметров по отдельным блокам и полная - при факторизации всей совокупности параметров (без расчленения на блоки). Исследования показали, что по рассмотренным блокам совокупности исходных инженерно-географических параметров удалось заменить не более, чем трем ортогональными факторами, учитывающими свнце 75$ суммарной дисперсии переменных, а общее число факторов по всем блокам составило II. При факторном анализе по полной схеме тог же результат получен при использовании шести факторов.

Для аналитического представления экономических характеристик (3 ) предложено использовать АРМ, в которых в состав аргументов наряду с энергоэкономическими параметрами X, включены факторы Р , заменяющие исходные инженерно--,еогра-фические параметры :

з е„ 2 О. дг3£- * г > (4.2)

где £¿,,(9, ~ коэффициенты модели.

Разработана методика формирования ФРМ применительно к моделированию удельных капиталовложений в КЭС ( К ). Характеристика некоторых модификаций полученных региональных моделей для общестанционной составляющей ^по обжитой

территории Российской Федерации) приводится в табл.4.I.

( Таблица 4.1

Характеристика модификаций Ш4 общестанционной • составляющей для КЭС на органическом

топливе ( Я - коэффициент множественной корреляции, «Г/С - погрешность аппроксимации, «я£ -ширина доверительного интервала при оС =0,05)

Модификации моделей Число аргументов модели /г сГЛ', % %

Всего в т.ч. йакторов о,е.

I. Блочная 15 II 0,871 18-20 t 8

2. Полная 10 6 0,893 13-15 4 5

Дальнейшее улучшение качества моделирования достигнуто шря , переходе к "синтетическим" моделям, включающим региональные и локальные факторы. В частности, погрешности аппроксимации таких моделей оказались вдвое меньшими по сравнению с моделями, учитывающими ли;аь региональные факторы.

В последнем разделе главы отражено формирование динамических характеристик Э30-, в качестве которых рассматривались удельные приведенные и интегральные затраты, а также прогноз- , ные отпускные цены на электроэнергию. При получении этих характеристик учитывались динамика протекания инвестиционных процессов, временные лаги ме;кду затратами и производственными эффектами, изменение эксллутационных издержек во времени, а также обеспечение самофинансирования 330.

Динамические характеристики сформированы в виде зависимостей экономических функционалов от шести групп показателей: I) энергоэкономических - ; 2) инженерно-географических (региональных и локальных) -и ; 3) инвестиционных - ; 4) энергостроительных - Хсгр ; Б) эксллутацион-

ных - )? ; 6) фактора времени - I :

/

Сложность моделирования на данном уровне в значительной мере обусловливается возрастанием размерности задачи по сравнению со статической постановкой вследствие добавления факторов, учитывающих динамизм исследуемых процессов. Поэтому при формировании динамических затрат пришлось прибегнуть к декомпозиции процесса конструирования моделой. Это выразилось, в частности, в сведении экономических функционалов к аддитивному виду.(с подразделением ^ на составляющие капиталовложений, постоянных издержек, топливную, социальную, экологическую и др.), а также в выделении специального класса базовых моделей для задаваемых (расчетных) условий сооружения и функционирования ЭЭО. • .

Методика построения базовых моделей динамических затрат разработана применительно к КЭС на органическом и ядерном топливе. Для автоматизации весьма трудоемких технико-экономических расчетов потребовалось создание программно-вычислительного комплекса (в его разработке участвовали В.Ф.Дмитриева, М.В.Мишарин, Е.Д.СтаЙиова). В диссертации приводится анализ полученной- зависимости динамических затрат от единичной мощности и числа блочных агрегатов, шагов их ввода, видов топлива и других факторов. В частности, обнаружено, что зона оптимальных решений соответствует установке на КЭС 6-8 агрегатов.

Ввиду многообразия расчетных условий признана целесообразной разработка аналитических моделей динамических затрат. Рассмотрены методы формирования таких моделей - в виде ДНМ (по аналогии со статическими моделями удельных капиталовложений). Анализ результатов моделирования показал, что погрешности аппроксимации затрат при использовании наиболее простых - линейных регрессионных моделей лежат в интервале О,В - 2%. Однако такие модели оказались статистически значимыми лишь для ограниченного числа типов ЭЭО. В большинстве случаев предпочтение должно отдаваться нелинейным моделям.

В главе 5 "Разработка показателей развития электроэнергетики региона с использованием имитационных моделей" изложена методика формирования и анализа областей решений при обосновании стратегии развития электроэнергетики региона и входящих В него территориальных.подразделений п .условиях неопределенности, а также приведены результаты исследований по зона

Урала, базирующиеся на предложенной технологической схеме (глава 3).

Дана общая характеристика оптимизационной территориально-производственной модели развития электроэнергетики рассматриваемого региона во взаимодействии с ТЭК, разработанной совместно с К.Б.Коковым. В этой модели возможные варианты по типам, составу, размещению и основным параметрам электростанций и системообразующих сетей описаны 505 переменными, а производственные связи и ограничения - 255 уравнениями и неравенствами. В качестве функционала приняты квазидинамические приведенные затраты в электроэнергетику региона с учетом сопряженных отраслей ТЭК и внешних связей.

Совокупность внешних условий развития региональной электроэнергетики Z представлена 14 показателями, характеризующими уровни и режимы элецгропотребления (в целом по ОЭХ Урала и территориальным зонам), масштабы получения энергии из ЕЭЭС, энергетические ресурсы (по видам топлива, включая ядерное), основные экономические характеристики. В результате анализа долговременных тенденций выявлены значительные диапазоны неоднозначности прогнозных оценок по большинству показателей (от 20 до 10®). При этом по II показателям было признано достаточным учитывать-два уровня варьирования, (минимальный и максимальный), а по оставшимся трем» к которым отнесены ресурсы- внешних топливных баз, из-за чрезмерно большой неопределенности, пришлось ввести третий (промежуточный) уровень варьирования.'

Нетрудно, убедиться, что перебор значений рассматриваемых показателей по схеме полного факторного эксперимента (1Ш) приводит к числу сочетаний равному 2 х = 55296. Для сокращения размерйости применена специальная схема планирования имитационных экспериментов для полиноминальных моделей, с матрицей х 3^// 36, включающей 36 наблюдений.

После выполнения серии оптимизационных расчетов (с использованием ПВК "Энергия", разработанного СЭИ СО РАН) произведена группировка основных показателей, образующих области решений. Признано целесообразным выделение трех групп таких показателей. К первой из них отнесены показатели развития электроэнергетики территориальных ЭЭС {X ), ко

второй - агрегированные показатели по типам ЭЭО в целом по региону (У ) и к третьей - сводные экономические характеристики (3 ) _ суммарные приведенные затраты и их структурные составляющие. Отмеченная неопределенность внешних условий привела к существенной "размытости" областей решений: диапазоны варьирования показателей первой л второй групп составили от 50 до 100%, а по третьей группе - около 50$. Для описания показателей развития электроэнергетики сформированы линейные аппроксимационные модели:

= ' (5.1)

^ - % бсг* ■ ^ ' (5'2>

Зе ■= гс^ ■ (5.3)

где ^с^г , и — компоненты векторов X , у , 3 \

О.¿ч*} , и се - параметры уравнений регрессии;

3. з - компоненты вектора внешних условий.

По результатам исследований наименьшими погрешностями аппроксимации обладают модели показателей третьей группы (порядка' 6%). Затем (по возрастанию погрешности моделей) располагается большинство показателей второй группы. Как и следов;лэ ожидать, наиболее высокой оказалась погрешность моделирования показателей первой группы (от 15 до 43$). По всей вероятности такие модели могут быть использованы для качественной оценки альтернативных вариантов ЭЭО. Рассмотрены методы повышения эффективности аппроксимационных моделей, основными-из которых признаны: I) включение в число аргументов эндогенных переменных (например, мощностей электростанций на альтернативных видах топлива); 2) замена задаваемых величин ограничений по топливным ресурсам их значениями, вошедшими в соответствующие оптимальные планы; 3) применение индивидуальных модификаций моделей для каждого прогнозируемого показателя в отдельности»

Далее приводятся результаты исследований альтернативных направлений развития электроэнергетики Уральского регионам условиях неопределенности, базирующиеся на использовании полученных аппроксимационных Моделей. В процессе исследований

рассмотрены 12 ситуаций внешних условий, описываемых заданными сочетаниями показателей: потребности в электроэнергии (максимальный и минимальный-уровни); возможных масштабов использования топливных ресурсов (газ, уголь, ядерное топливо); технико-экономических характеристик электроэнергетики и сопряжении;, отраслей (оптимистические и пессимистичес- ■ кие оценки). Для каждой ситуации с помощью упомянутых аппро-^ кеимационных моделей были определены мощности электрогенери-■ рующих источников по типам (видам ТЭР), а также получены соответствующие оценки затрат на развитие энергетики и ее адаптацию к изменению Енешних условий. Это позволило сформировать элементы "платежной" матрицы.

Последующий анализ выполнен на основе критериев принятия. решений в условиях неопределенности с учетом экономических рисков.' Выявлен доминирующий вариант развития электроэнергетики, соответствующий сооружению электростанций в газоугольном исполнении при ориентации на максимальную расчетную потребность в генерирующей мощности. Наряду с ним в область конкурирующих решений вошли варианты сооружения разнотипных КЭС (на органическом и ядерном топливе) при той же потребности в мощности. Неконкурентноспособными оказались варианты, ориентированные на минимальные уровни электропотребления (из-за больших затрат на их адаптацию, связанных с возмещением ущербов).

Опираясь на результаты исследований, даны рекомендации по стратегии топливообеспечения электроэнергетики Урала, в основу которых положен принцип диверсификации топливных баз.

В главе 6 "Методы формирования показателей эффективности интеграции развития региональных энергосистем" раскрыты основные особенности интеграционных процессов з новых условиях управления энергетикой и рассмотрены методы оценки экономических и социальных эффектов интеграции развития и размещения электрогенерирующих источников г. ЭЭС.

Предложенная технологическая схема исследований основывается на сценарном подходе. В качестве отправного (базового) сценария рассматривается обеспочсняе самобаяэнеярова-ния низоль'х территориальных подразделений (РЭЭС) по электро-генерирУ*1'"6'' меткости и энергий. Этоцу сценарий противопос-

тавлена интеграция развития региональных энергосистем, при которой самобаланеированио достигается на более высоких уровнях территориальной иерархии ~ в целом по ОЭЭС или ее сек- " циям, а в отдельных РЭЭС в зависимости от конкретных условий формируются избыточные или же дефицитные энергобалансы с соответствующими балансовыми и режимными перетокамп по межсистемным связям.

Как показывает анализ, на эффективность интеграционных процессов в развитии и размещении электрогенерирующих источников в ЭЭС наиболее существенное влияние могут оказать следующие группы факторов: I) уплотнение режимов электропотребления благодаря совмещению графиков электрических нагрузок, что приводит к соответствующему снижению расчетного максимума нагрузки интегрированной ЭЭС по сравнению с суммой собственных максимумов отдельных систем; 2) снижение (при определенных условиях) потребностей в резервной мощности; 3) предпосылки для создания более эффекг^иьной структуры электрогенерирующих источников; 4) улучшение адаптационных свойств систем и соответствующее снижение экономических рисков;

5) обеспечение рациональных уровней концентрации мощностей электростанций и устанавливаемых на них 'агрегатов; 7) повышение ритмичности энергетического строительства в ЭЭС;

6)уменьшение общей потребности в региональных ресурсах. Пес-вые две группы факторов определяют эффект от снижения общей потребности в электрогенерирующей мощности. Остальные факторы в своей совокупности обеспечивают экономический, экологический и социальный эффекты.

Приводятся методы оценки величины интеграционных оффен-тов по каждой из выделенных структурных составляющих, которые иллюстрируются примерами разработок, проводившихся по зоне ОЭЭС Урала.

Наиболее убедительные оценки эффектов от совмещения графиков электрических нагрузок ЭЭС могут быть получены на основе ретроспективного анализа режимов электропотребления. По рассматриваемой ОЭЭС за счет такого совмещения достигается уменьшение величины расчетного максимума нагрузки на 2-3% с одновременным снижением потребности в маневренной мощности на 10-]5/£,

Потребность в резервной мощности оценивалась на прогнозный период по гипотетическим сценариям изолированной работы РЭЭС и их объединения в составе ОЭХ. Получено, что в результате объединения энергосистем в сопоставимых условиях величи- . на расчетного аварийного резерва в целом по зоне снижается на 35-43&.

Рассмотрены предпосылки для создания более эффективной структуры электрогенерирующих источников' при интеграции ЭЭС, обусловливаемые: I) расширением возможностей для дифференциации типов энергетических источников по режимам работы с оптимизацией параметров основного оборудования (разделение элект-ростаницй на базисные и маневренные и др.); 2) повышением эффективности взаимодействия электроэнергетики с топливными ; отраслями ЭК; 3) формированием рациональных межрегиональных энергетических связей; 4) расширением "степеней свободы" для выбора размещения электростанций по совокупности электроэнергетических, инженерно-строительных и экологических условий; 5) улучшением водноэнергетических характеристик ГЭС в части использования, их мощности и энергии в суточном, недельном и годовом разрезах; 6) увеличением зон экономичности комбинированного производства электроэнергии и теплоты благодаря оптимизации параметров и режимов работы ТЭЦ; 7) возможностью более полного использования нетрадиционных возобновляемых ресурсов в энергосистемах. В частности, о весомости структурных эффектов интеграции можно судить по тому обстоятельству,'что при "вписывании'ГЭС, расположенных в Пермской области, в график нагрузки собственной энергосистемы недоиспользование их мощности оценено порядка 60%. В то же время при работе в составе ОЭЭС обеспечивается полное использование водноэнер-гетического потенциала этих ГОС.

При расширении территориальных зон, охватываемых энергосистемами, можно также ожидать уменьиение экономических рисков, вызываемых неопределенностью будущих условий развития электроэнергетики. Здесь главную роль могут сыграть два обстоятельства: I) возрастание стабильности трендов энергопотребления, обусловленное большей инерционностью макроэкономических процессов при укрупнении территориально-производ; -стпонных систем; 2) улучшение адаптируемости электроэнергетики

к изменению внешних условий. Первое оботоятельство способствует повышению надежности прогнозов электропотребления. Как показал ретроспективный анализ проектных разработок, погрешность реализации прогноза элентропотребления а Целом по ОЭЭС Урала при эаблаговременности в 10 лет составляла около 12%, в то же время, по РЭЭС, входящим в это объединение,. погрешности достигали 20-ЗС%.

Сопоставлены три стратегии адаптации ЭЭС в процессе развития. I) усиление электрических связей между западной секцией ОЭЭС (коренным Уралом) и восточной (Тюменской энергосистемой); 2) создание дополнительных резервов модности в обеих секциях; 3) ограничение потребителей при дисбалансах. Исследований Показали, что в первой (иитеграционной)страте-ГНИ благодаря Маневру генерирующими мощностями обеспечивает-8Я существенный запас йффективно<ЗМ1 по сравнению с остальными. (как по критерию минимакса, так и по Математическому ожиданию аатраг).

Аналогичным образом изучена аоставляюцая эффекта от интеграции, достигаемая благодаря возможности увеличения концентраций мо-цНооТей до экологически приемлемых уровней -2-5-3 ГВт (при современный природоохранных' технологиях). Одновременно о этим обеапбчИз&бТйя повышение эффективности использования региональных раоурееа и электроэнергетика (удельные численности йёрсонала могут бить снижены в 1,6 раза, ц-землеемкость ЭЭО-на 10-15%). К числу вадаых интеграционных эффектов Отнесено также повышение ритмичности ЗНерГёТичес-ного строительства, которое создает условия ДЛЯ более стабильной занятости в регионе.

Результируюций системный эффект (Э) рекомендуется определять как разницу затрат по базовому ( ) и интеграционному ( Зц ) сценария^ с учетом компенсационной «заставляющей ( Зк ) на нужды территорий!

£) , 35 - (3„ + 3 *). (6.1)

В диссертации приведен также методический подход к распределению получаемого эффекта между участниками интеграционного процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ •

Основные научно-гыетодические результаты диссертации состоят в следуюцем:

1. Рассмотрены свойства современных ЭЭС, раскрываюцие-ся d процессах их формирования, развития и функционирования, а также взаимодействия с сопряженными системами ТЭК, perno-' нальньши системами и природной средой. Показана применимость в новых социально-экономических условиях теории больших систем энергетики. Дан методический подход к формированию основных критериев эффективности, обеспечиваюцпх целенаправленное развитие электроэнергетики.

2. Разработаны методы учета региональных факторов при сопоставлении альтернативных вариантов сооружения ЭЭО по типам электрогеиерируюдих источников, технологиям производства электроэнергии, типоразмерам энергетического оборудования, концентрации модноатей и районам размещения. Сформированы основные принципы построения оценочных моделей для обоснования сравнительной эффективности вариантов. Предложены методы обеспечения экономической и социально-экологической сопоставимости технико-экономических показателей ЭЗО в увязке с сопряженными звеньями ЭК и региональными системами. Даны рекомендации по технологии разработок по обоснованию сооружения и осношшх параметрйв злектрогенерируюцих источников.

3. Рассмотрены возможности использования^ математических' моделей и программно-вычислительных средств для обоснования развития электроэнергетики в новых социально-экономических условиях. Определены принципы и дан методический подход к моделированию территориально-производственной структуры ЭЭС, обеспечивающему учет взаимодействия топливно-энергетических и региональных факторов. Сформирована базовая модель региональной ЭЭС, позЕоляюцая исследовать широкий спектр задач развития и технического перевооружения электроэнергетики.

4. Разработан методический подход к обоснованию рациональной концентрации электрогенерируюлих мощостей в ЕЭЗС с учетом системной надежности, экологических и энергостроительных условий и применения прогрессивных тзхнологий производства

и транспорта электроэнергии. Выделено четыре уровня концентрации: агрегатный, станционный, локальный и региональный. Создан инструментарий системных исследований, базирующийся на моделировании пространственной структуры ЭЭС и характеристик ЭЭО, а также использовании многокритериального анализа.

5. Рассмотрены основные методические особенности прогнозирования энергосяабжаювд« систем районов Севера с учетом развития производственной и социальной инфраструктуры, экологических и демографических факторов, а также научно-технического прогресса в энергетике. Разработаны методы и проведено моделирование зон эффективности формирований знергоснабжаю-щих систем на базе различных типов энергогенерирующих источников с учетом региональных факторов.

6. Разработаны методы исследования влияния условий формирования ТЭК и региональных факторов на развитие электроэнергетики с учетом неопределенности и многокритериальности, основанные на использовании имитационного подхода, оптимизационных и оценочных моделей, а также аппроксимации показателей развития ЭЭС.

7. Предложена технологическая схема макрорайонирования территории региона по условиям размещения ЭЭО (применительно к КЭС), базирующаяся на использовании аппарата многомерной классификаций наблюдений (таксономии) и многокритериального анализа. . .

8. Разработана методы и модели анализа и прогнозирования характеристик электроэнергетических объектов в задачах развития и размещения электроэнергетики с учетом влияния региональных факторов. По условиях моделирования предусмотрено формирование характеристик ЭЭС на двух основных информационных уровнях - энергоэкономическом и инженерно-географическом. Предложена методика построения моделей экономических характеристик ЭЭО, базирующаяся на использовании методов технологического прогнозирования и многомерного статистического анализа. Дан методический подход к моделированию инвестиционных процессов

в электроэнергетике с построением динамических характеристик ЭЭО, позволяющих осуществлять соизмерение затрат и результатов по альтернативным вариантам с учетом фактора времени.

9. Предложены и реализованы на практино методы исследования адаптационных свойств региональной электроэнергетики

при существенной неопределенности условий топливообеспечения, а также уровней и структуры.энергопотребления на базе платежных матриц с применением при их формировании имитационных моделей аппроксимации показателей ЭЭС. •

ДО, Сформулированы принципы обоснования эффективности интеграционных процессов в региональных ЭЭС. Раэработанч методы и модели количественной оценки получаемых при этом эффектов применительно к задача развития и размещения электрогене-рируюдих источников с учетом основных влияющих факторов. Дан методический подход к формированию механизмов распределения интеграционны* эффектов,

Практические результаты диссертации связаны с использованием разработок при создании научно-методической базы сис- ' темных исследований в энергетике, а также с решением задач развития ЕЭЗС и регаанздьнюс энергосистем Урала, Сибири и Азиатского Севера, Осковнши из них являются:

- Методические рекомендации по технико-экономическоцу обоснован;« проектных решений в энергетике при неоднозначности исходной информации (в части развития и размещения КЭС);

- Метюдика расчета сопоставимых технико-экономических показателей разных типов электростанций (в части формирования условий и критериев социально-экологической сопоставимости объектов и учета характеристик инвестиционных процессов);

- Методические основы перспективного проектирование и планирования развития региональных энергосистем в новых условиях хозяйствования (в части обоснования состава, размещения и основных параметров электростанций с учетом региональных интересов);

- Методы оценки сравнительной эффективности энергоснаб-кающих систем районов Арктики;

- Методы учета экологических и энергостроительных факторов при перспективном проектировании энергосистем;

- Обоснование рациональной концентрации электрогенери-рующлх мощностей и единичной мощности электростанций и агрегатов в ЕЭЭС на период до 2010-2020 гг.;

- Разработка концепции развития систем централизованного электроснабжения в районах Азиатского,-Севера на период до 2005-2010 гг.;

- Разработка концепции развития электроэнергетики ОЭЭС

Урала на период до 2005-2010 гг. (в части формирования структуры электрогенерирующих источников в увязке с ТЭК).

По теме диссертации опубликовано 93 печатные работы, в

том числе:

1. Арзамасцев Д.А., Mapдер Л.И,, Мызин А.Л. Модели анализа и прогнозирования экономических характеристик тепловых электростанций // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1975. № 3. с.94-101.

2. Арзамасцев Д.A., Mapдер Л.И., Мызин А.Л. Сравнительный анализ применения факторно- регрессионных моделей удельных капиталовложений в конденсационные электростанции // Изв. ВУЗов СССР. Энергетика. 1976. № 2. C.II6-I22.

3. Ананичева С.С., Мардер Л.И., Мызин А.Л. Факторно-регрессионное моделирование удельных капиталовложений в тепловые электрические станции // Изв. ВУЗов СССР. Энергетика. 1976. № 9. C.I05-I08.

4. Верницкая И.В., Мардер Л.И., Мызин А.Л. Экономико-статистические исследования удельных капиталовложений в строительство конденсационных электростанций // Проектирование тепловых и атомных электростанций. Труды Теплоэлектропро-екта. Выпуск 17. М.: Энергия. 1976. C.II2-I22.

5. Жуков В.Т., Лютый A.A., Мардер Л.И., Мызин А.Л., Тикуно? В.Ю, Карты для долгосрочных прогнозов развития и размещения отраслей народного хозяйства: пути создания и методы использования // Сб. трудов Международной картографической конференции. - М.: 1976. C.I-I4.

6. Арзамасцев Д.А., Ананичова С.С., Мардер Л.И., Мизин А.Л. Применение факторного анализа для исследования региональных условий сооружения тепловых электрические станций // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1977. № 2. C.II9--125.

7. Арзамасцев Д.А., Ананичева С.С., Мардер Л.И., Мызин А.Л. Модели тепловых электростанций в задачах развития энергосистем // Иэе. АН СССР. Сибирское отделение. Серия техн. наук. Выпуск 3. ^Новосибирск: Наука. 1977, С. 126-132.

8. Арзамасцев Д.А., Коржавин Ю.А. Мардер Л.И., Мызин А.Л. Выбор районов возможного сооружения конденсационных электростанций на основе многоцелевой оптимизации //

Применение математических методов и вычислительной техники в энергосистеме.. Выпуск I. - Свердловск: Изд. УШ. 1977. С.64-68.

9. Ананичзва С.С., Арзамасцев Д.А., Мардер Л.И., Мызин А.Л. Иерархия задач и моделей прогнозирования развития и размещения конденсационных электростанций // Иерархия в больших системах энергетики. - Иркутск: Изд. СЭЙ. 1978. С.123-129.

10. Арзамасцев Д.А., Мардер Л.Й., Морозова Н.С,, Мызин А.Л. Многофакторные модели прогнозирования показателей развития электрических сетей энергосистем // Электричество. 1979. К 3. С.13-17.

11. Арзамасцев Д.А., Коржзвин Ю.А., Мардер Л.И. Выбор оптимальных площадок для сооружения мощных тепловых электростанций на основе векторной оптимизации // Применение вычислительных средств в энергетических расчетах. - Свердловск: Изд. УШ. 1979. С.4-9.

12. Мардер Л.И., Мельников A.B. Проблемы управления развитием ОЭС Урала с учетом факторов неоьределенности // Проблемы развития производительных сил Урала на перспективу до 1990-2000 гг. - Свердловск:Изд. УЩ АН СССР. 1989. C.I24-I3I.

13. Методические рекомендации по определению экономической эффективности капитальных вложений в действующее производство / М.А.Сергеев, Н.М.Виленский, Н.В.Зиновьева,

Л.И.Мардер. - Свердловск: Изд. УНЦ АН СССР. 1980. 83 с.

14. Арзамасцев Д.А., Ананичева С.С., Верницкая И.В., Мардер Л.И., Мызин А.Л. Имитационные модели оптимального размещения электростанций в Объединенной энергосистема // Основные направления интенсификации промышленного производства ведущих отраслей Урала. - Свердловск: Изд. УНЦ АН СССР. 1981. C.I49-I5I.

15. Мардер Л.И., Медведев A.B., Мельников A.B. Об учете влияния условий формирования топливно-энергетических балансов на развитие и размещение конденсационных электростанций U Совершенствование планирования топливно-энергетического комплекса, региона. - Свердловск: Изд. УНЦ АН СССР. 1982. С.68-75.

16. Верницкая И,В., Вялитов P.A., Коржавин Ю.А., Мардер Л.И., Мыэин А.Л. Учет многокритериальное™ при выборе местоположения конденсационных электростанций // Энергетическое строительство. 1983. Jf I. С.58-60,

17. Арзамасцев Д.А., Анаяичева С.С., Верницкая И.В., Мардер Л.И., Мнзин А.Л,, Стаймова Е.Д. Имитационная модель развития и размещения электрических станций // Имитационный подход к изучению больших систем энергетики.-Ленинград: Изд. ЛПИ. 1983. С.55-59.

18. Арзамасцев Д.А., Анашчева С.С., Верницкая И.В., Мардер Л.И., Мызин AI Л., Стаймова Е.Д. Размещение тепловых электростанций на основе имитационного моделирования // Экономичность режимов электрических систем. - Новосибирск: Изд, НЭТИ. 1983. С.50-54.

19. Верницкая И.В., Коржавин Ю.А., Мардер Л.И., Мызин А.Л. Об учете экологических факторов при определении состава и размещения электростанций в задачах развития энергосистем

1 // Энерготехнологические установки и защита окружающей среды. - Саратов: СПИ. 1985. С.3-8.

20. Мардер Л.И., Маров В.Н., Мельников A.B. Исследование влияния факторов•неопределенности на структуру генерирующей мощности Объединенной энергосистемы // Принципы и методические основы проектирования EOG СССР. - {.!,: Энергоатоад-издат. 1985. С.19-27. ■ ■ •'

21. Верницкая И.В., Коржавин Ю.А,, Мардер Л.И., Мыэин А.Л. Харитонова И.А. Ыётоды и модели многокритериального анализа экологических условий размещения энергетических объектов в Объединенной энергосистеме // Там лее. С. 27-35.

22. Баутин С.М., Мардер Л.И., Подкорытов В.й., Рыльский В.А., Резниковский А.М., Сергеев D.A. Проблемы и перспективы развития энергетики Азиатского Севера // Развитие энергетического комплекса. Секция 1? 4. - Иркутск: Изд. С2И, 1986. С.10-16.

23. Арзамасцев Д.А., Ананичева С,С., Липес A.B., Мардер Л.И. Мызин А.Л., Стаймова Е.Д. Математические модели размещения тепловых электростанций. - Свердловск: Изд. У SM. 1986. 88 о.

24. Верницкая И.В., Волков Е.В., Мардер Л.И., Мызин А.Л. Учет региональных факторов при оптимизации развития и размещения объектов электроэнергетики / Системы энергетики. Управление развитием и функционированием. - Иркутск: Изд. СЭИ. 1986. C.II4-I22,

25. Мардер Л.И. Проблемы энергетики' и топливно-энергетический баланс Урала // Угольная промышленность Урала и направления геологоразведочных работ на перспективу. - Свердловск: Изд. УНЦ АН СССР. 1986. С.7-10.

26. Коржавин Ю.А., Мардер Л.И. Исследование структуры генерирующих мощностей Объединенной энергосистемы с применением методов распознавания образов // Анализ и прогнозирование развития отраслей ТЭК рэгиона. - Свердловск: Изд. УНЦ АН СССР. 1986. С.61-69.

27. Зайцев Л.И., Мардер Л.И. Основные направления развития Тюменской энергосистемы // Теплоэнергетика. 1986. № 8. С.2—3•

28. Баутин С.М., Мардер Л.И., Резниковский A.M., Степанов И.Р. Проблемы развития энергетики Севера // Энергоснабжение

в районах Крайнего Севера, - Апатиты: Изд. К.Ф. АН СССР. 1987. С. 13-22.

29. Еркевич В,В., Мардер Л.И., Резниковский A.M. Проблемы и перспективы формирования и развития систем централизованного электроснабжения в районах-Азиатского Севера // Там же. С.22-34.

30. Арзамасцев Д.А., Ананичева С.С., Мардер Л.И., Мызин А.Л., Стаймова Е.Д. Имитационный подход к моделированию развития и размещения генерирующих мощностей // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1987. № 6. С.10-19.

31. Ананичева С.С., Мардер Л.И., Мызин А.Л., Стаймова Е.Д. Моделирование электросетевой составляющей в задачах развития и размещения элекгрогенерирующих источников в Объединенных энергосистемах // Изв. ВУЗов. Энергетика. 1988., № е. С.7-11.

32. Арзвмэсцев Д.А., Елохин В.Р., Криворуцкий Л.Д., Мардер Л.И., Мыякн А.Л. Имитационное моделирование систем знер-готикч. Иэкутск—"пер.илоиск: Изд. СОИ. 1988. 156 с.

33. Методические рекомендации по технико-экономическому обоснована» проектных решений в энергетике при неоднозначности исходной информации Ц Л.С.Беляев, А.И.Зейлигор, А.А.Макаров, Л.И.Мардер и др. - М.: Научный совет по комплексным проблемам энергетики АН СССР. 1988. 76 с.

34. Мардер Л.И. Проблемы и перспективы развития электроэнергетики ЗСНГК // Электроэнергетика Западно-Сибирского нефтегазового комплекса. / Г.А.Давидовский, В.П.Росляков, В.А.Фомян. -.'.!.: Энергоатомиздат. 1989. C.I44-I6I.

35. Гительман Л.М., Дейч И.Г., Мардер Л.И. и др. Научно-исследовательская програыма^Урал'.' Блок социально-экономического развития Урала. Топливно-энергетический комплекс. - Свердловск: Изд. УрЭ АН СССР. 1989. 55 с.

36. Волков Е.В., Дейч И.Г., Калинина А.Д., Манов H.A. Мардер Л.И. Проблемы и перспективы развития топливно-энергетического комплекса Урала с учетом прилегаюдих районов // Всесоязнад конференция. "Основные направления и проблемы развития энергетики СССР на перспективу". М.: Изд. ВШШЭГазпром. 1989. С. 147-158.

37. Арзамасцев Д.А., Ананичева С.С., Кожэв К.Б., Мардер Л.И., Мызин А.Л., Стаймова Е.Д. Имитационные модели развития электроэнергетики региона в условиях многокритериальное™

. и неоднозначнойти исходной информации // Сб. -трудов "Первые Мелентьевские чтения". - M.: 1991. C.2C7-23I.

38.' Ананичева С.С., Арзамасцев Д.А.,. Котов К.Б., Мардер Л.И., Мызин Д.Л., Стаймова В.Д. Имитационный подход к планированию развития электроэнергетической системы / Международная НТК "Оптимизация развития и эксплуатации энергосистем". -Яссы. Румыния. 1991. СЛОО-ЮЗ.

39. Волынская H.A., Газеев М.Х., Мардер Л.И. Методический подход к учету инвестиционных процессов при прогнозировании цен на энергетические ресурсы в услоЯиязс самофчианси-рования // Экономика топливно-энергетического комплекса. Выпуск 5. - М.: Минтопэнерго РФ. 1992. C.6-II.

40. Мардер Л.И., Мызин А.Л. Метода формирования показателей . . эффективности интеграции развития электрогенерируицих

источников в региональных энергосистемах // Изв. РАН. Энергетика. Г993. № I. С.37-45.

-