Введение к работе
Актуальность" темы. Электроэнергетические системы (ЭЭС) являются капиталоёмкими и, вследствие большой длительности инвестиционных циклов, высокоинерционными структурами экономики. Например, длительность периода от разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) КЭС до её выхода на проектную мощность составляет 10-12 лет. Поэтому ошибки при управлении развитием ЭЭС слишком дорого обходятся. Это делает безусловно оправданными усилия, направленные на разработку методов и моделей исследования и управления их развитием и преднаоначенных для повышения эффективности ЭЭС. Особенно ото относится к управлению развитием олектрогенернрующен подсистемы. Кризис в развитии энергетики привёл к дефициту генерирующей мощности в 80% ЭЭС бывшего СССР, при этом доля генерирующего оборудования, исчерпавшего свой ресурс, достигла в РФ 63% установленной мощности. На-Урале, например, доля такого оборудования к 2000 году достигнет 34%, а к 2005 — 70,7%.
Разработанные ранее методы прогнозирования показателей систем энергетики (СЭ) были ориентированы, в основном, на стационарные условия развития. Современный период характеризуется нестабильностью социально-экономических процессов, что требует совершенствования методов прогнозирования в направлении учёта факторов нестабильнЪсти.
Вопросы планирования развития Едіщоії ЭЭС (ЕЭЭС) получили широ
кое освещение. Задачам развития региональных ЭЭС уделялось значительно
меньшее внимание. Переход х рыночным методам регулирования привёз к воэ-
растанию роли регионального звена асистеме управления электроэнергетикой.
Центр тяжести управления развитием переместился в регионы. Это обсто
ятельство делает насущным выполнение соответствующих исследовательских
разработок. .
Выполнявшиеся ранее исследования развития региональных ЭЭС характеризовались недостаточной комплексностью. Основное внимание в них обращалось на " внутренние" показатели энергетики. Методические подходы к формированию, прогнозированию и агрегированию показателен внешних условий развития детально разрабатывались в основном для общеэнергетнческих параметров, таких как энергопотребление. Однако обострение экологической обстановки, нарастающая дефицитность природных ресурсов, действие факторов экономической среды требуют адекватной разработки показателей таких групп условий, как экологические, природные, экономико-географические и т.п. О важности учёта всей совокупности внешних условий говорят тлкне факты. Выбросы вредных веществ (в.в.в.) в атмосферу от объектов электроэнергетики на территории РФ в 1990 году составили 17,3 млн.т, в оо.юотва.іа.х ТЭС скопилось более 1,5 млрд.т эолы, а сами ТЭС потребляют более 60% йоды, используемой промышленностью на технические нужды.
На недостаточность исследовании экологических проблем ЭЭС указыва; ВАК: "Как существенный недостаток в определении направлений исследова ниц по специальности 05.14.02 отмечается отсутствие диссертационных рабо' по экологическим проблемам электроэнергетики..." (Бюллетень ВАК, 1992 N 2, с. 9).
Появление многих субъектов системы управления (СУ) в олектроэнергетнк
приводит к усложнению учёта многокритериальности при управлении их раа
витнем. В новых условиях необходимо ревиоовать подходы к формирован!»
системы целей и приоритетов, развития ЭЭС и углубить методы многоцелево
оптимизации при исследовании их развития. .
Условия переходного периода привели ж возрастанию роли факторов ш определённости в развитии ЭЭС.. Это делает актуальным дальнейшее совер шенствование методологии учёта неопределённости в направлении сочетани формальных л неформальных (экспертных) методов анализа.
Современный период и обозримая перспектива развития ЭЭС характері эуются ужесточением ограничительных условий. Это приводит к сужешп области допустимых решений и, как следствие, требует совершенствована методов и моделей формированиями анализа альтернатив по развитию алеї троэнергетическкх объектов и их систем.
Цепь работы. Разработка методов и моделей прогнозирован! для развития региональных ЭЭС, обеспечивающих комплексность подхода, п вышенне их экономичности, окологичиости, надёжности, социальной прмемл мости на основе всестороннего учёта и анализа факторов неоднозначное условий развития, показателей а критериев эффективности.
Задачи исследований:
разработка теоретических основ комплексного подхода к учёту миогокр териалыюстн и неопределенности в задачах развития и размещения электр генерирующих источников в региональных ЭЭС с учётом их адаптацнонш свойств;
создание методов формирования, декомпозиции, анализа и агрегирован показателей пространственной структуры в задачах развития регноиальк ЭЭС;
получение математических моделей показателей эффективности элект) энергетических объектов для их использования при решении задач развит электрогенерирующнх источников;
совершенствование методов прогнозирования показателей персиект ного электропотреблення с учётом условий переходного периода;
разработка методов представления и моделирования электрической с« 4
о задачах развития и размещения электрсгенернрующих источников.
Методология и методы решения. Накопленный опыт показал, что системный подход и системный анализ являются наиболее эффективными методологией п инструментом исследования развития СЭ. Он показал ущербность ориентации на единственный; метод, или группу методов, примером челу являлось увлечение методами математического программирования в 60-х годах. Поэтому в предлагаемом исследовании автором избрано направление использования всей совокупности методов анализа,агрегирования п прогнозирования информации, определяющей показатели развития ЭЭС, учёта действия факторов неопределённости и многокритерналыю-сти, позволяющих формировать возможные решения, оценивать их качество и за счёт понижения степени неопределённости вырабатывать рекомендации по развитию ЭЭС и их объектов.
Особое внимание в работе обращено на разумное сочетание методов формального и неформального анализа в направлении максимального привлечения как классических, так и нетрадиционных математических методов » помощь экспертам и специалистам в области проектирования ЭЭС, в том числе и методов обработки экспертиз. В той или иной степени.к выполненной работе применены аппарат математического программирования; математической статистики (корреляционный, регрессионный, авторегрессноннын, эхо-нсметрнческнй, дисперсионный, факторный анализ, порядковых статистик и т.д.), многомерной классификации (таксономия, кластерный анализ); методы принятия решений в условиях неоднозначности, в том числе многокритериальный анализ; теория нечётких множеств и отношений; идеология имитационного подхода (с использованием аппарата активного планирования факторного эксперимента; идей геометрического, дискретно-непрерывного и апнрок-симашюнного моделирования). В применении неформального анализа следует выделить методы экспертиз и сценарного подхода.
Полученные реоуяьтати. Их научная повиона, В результате исследования:
разработан комплексный подход к прогнозированию развития электроге-нерирующих мощностей региональных ЭЭС;
проведено моделирование взаимосвязей как внутри систем электроэнергетики, так н их взаимосвязей с внешним» народнохозяйственными и природной системами;
разработаны способы декомпозиции задач развития региональных ЭОС, формирования' их показателен;
исследованы закономерности формирования внешних условий развития
ЭЭС, а именно, показателей электропотребления, окологическик и инженерно-географических показателен, разработаны способы отбора существенных факторов, их агрегирования, моделирования и прогнозирования;
разработаны методики использования математического аппарата, в том числе нетрадиционных математических методов для прогнозирования и принятия решении по развитию региональных ЭЭС и выявлены возможности его применения в поставленных задачах;
исследовано влияние экологических, пнисеяерно-географических, энерго-экономнческих факторов на формирование показателей ЭЭС и принятие решений по развитию электрогенерирующнх источников;
разработаны подходы к развитию оле5;трогенерирующей мощности в части оптимизации их структуры, стратегии развития, размещения по территории онергообъединеннй;
разработаны методы и выполнено моделирование электропередач и электрической сети дли задач развития электрогенерирующнх источников, прогнозирования объёмов олектросетевого строительства и некоторых других.
Лично автором получены следующие основные результаты:
проведена структуризация условий перспективного развития олектрогенерирующнх источников в региональных ЭЭС, предложены способы представления и моделирования отпх условий;
предложены подходы к учёту олектросетевого фактора в задачах перспективного развития региональных ЭЭС, классифицированные по этим задачам;
разработаны имитационные модели учёта электрической сети в задаче выбора мощности и размещения олектр о станций в ЭЭС;
разработаны методы и получены модели прогнозирования объёмов олектросетевого строительства в ЭЭС;
предложена технологическая схема определения показателей эффективности илектросетевых объектов. Разработана методика получения интер-валыю-непрерывных моделей экономических функционалов электропередач. С применением методов планирования эксперимента получены модели приведённых затрат в магистральные электропередачи и электропередачи в системообразующих и распределительных сетях;
разработаны методы моделирования территориальных коэффициентов удорожания стоимости строительства элсктросетсвых объектов;
предложены новью методы моделирования технико-экономических показателей электростанций для решения задач развития ЭЭС;
разработаны подходы к районированию территорий по экологическим и инженерно-географическим услопиям с целью выявления,благоприятных зон для размещения электрогенерцрующих объектов;
выполнены разработки по совершенствованию методов прогнозирования показателей электропртребления с учётом действия факторов нестабильности и условий переходного периода;
6 '
предложены новые методы согласования прогнооов показателей электропотребления на различных уровнях иерархии;
предложены способы моделирования я многокритериального анализа око-логических условий размещения тепловых олектростанцнй;
разработаны новые приёмы многокритериального анализа з задачах развития ЭЭС, в частности, с применением многомерной таксономии эффективных альтернатив и использованием теории нечётких множеств и отношений;
разработаны основы применения имитационного подхода к решению задачи выбора установленных мощностей и размещения КЭС по территории энергообъедииения; -
предложена методология реализации сценарного подхода при обосновании развития злектрогенернрующих мощностей региона, основанная на анализе неоднозначности условий перспективного развития и учёте свойств адаптации электроэнергетики к изменяющимся условиям.
Практическая ценное г ь исследован и л состоит в разработке научно-методических подходов к формированию, анализу, агрегированию и моделированию показателен, определяющих развитие региональных ЭЭС; к прогнозированию на этой основе условии и показателен развития их электрогеперирующих мощностей; разработке методов формирования и анализа альтернатив развития и размещения ояектрогенерирующнх источников, методов принятии решений по их развитию с учётом неопределённости и многокрнтерналыюсти и новых условии разпития ЭЭС.
Предложенные методы и модели и их применение позволяют повысить обоснованность решений'по развитию олектростанцнй, уменьшить объёмы предпроектных работ, могут использоваться для автоматизации проектных и предпроектных разработок. Результаты исследований нашли отражение л ряде методик прогнозирования, формирования и анализа показателен развития ЭЭС, п применении предложенных методов и моделей для решения задач развития ЭЭС, в том числе при разработках программ развития региональной электроэнергетики, концепции развитая ЭЭС, обосновании, размещения электроэнергетических объектов. Эти результаты были использованы Энер-госетьпросктом, Уралэнергосетьпроектом, Уралтеплоолектропроектом, Институтом энергетических исследований РАН, Институтом теплофизики УрО РАН, Гипротюмеинефтегазом л другими организациями. Разработки автора отмечены бронзовой медалью ВДНХ (19S6 г.).
Полученные результаты и разработанные методы используются при обучении студентов d дисциплине "САПР и оптимизация развития энергосистем'*, в спецкурсах и при дипломном проектировании; написанная с участием автора книга "Модели оптимизации развития энергосистем" (лично автором написаны главы 4-6 и ряд параграфов других глав) рекомендована в кач,-
стве учебника для сттей1*3'Шггч>оэ}гсргетппесклх специальностей ВУЗов страны.
На оащиту выносятся:
совокупность методов и моделей анализа решений по развитию электро-генернрующих мощностей в'региональных ЗЭС;
комплексный подход к формированию, декомпозиции, анализу, дифференциации н агрегированию показателен пространственной структуры региональных ЭЭС. При этом выделены две характерные группы показателей:
-
пространственная структура внешних условии развития;
-
пространственная структура показателей ЭЭС;
- методы и модели прогнозирования следующих групп показателей, харак
теризующих условия развития и параметры региональных ЭЭС:
-
показатели электропотребления;
-
экологические показатели;
-
шшенерно-географнческие показатели;
-
показатели потребности в электрогенернрующен мощности;
-
технико-экономические- характеристики электрогенернрующнх п электропередающих объектов;
основные положения применения имитационного подхода к исследованию развития и размещения электрогенернрующнх источников, в том числе методы и модели учёта электрораспределяющнх систем;
новые подходы к формированию критериев в задачах развитая региональных ЭЭС, анализу многокрнтерналыюстн и принятию решений в условиях неоднозначности.
Совокупность полученных результатов представлена в диссертации как
- разработка теоретических основ комплексного подхода к учёту неопре
делённости и многокрнтерналыюстн в задачах перспективного развития элек-
трогенернрующих объектов ЭЭС, к формированию исходной информации для
отих задач, её обработке, агрегированию, моделированию условий и показате
лен развития и принятию решений но размещению электростанций;
- предложения научно-обоснованных решений по разлитию и размеще
нию элск'г.'Огеиернрующих источников региональных ЭЭС, Но способам учёта
и моделирования электроэнергетических, природных, народнохозяйственных
факторов в задачах анализа развития электроэнергетических объектов и
оценки влияния этих факторов на их рчавнтие.
Апробация работы и публикации. Исследования по теме диссертации виполнплце:. в соответствии с заданием ЗЛ.02 межпу-зоьской Н'ГП Госкомитета по высшему образованию РФ (Г К ВО 1Ч>) "Новые
методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики", в рамках федеральной целевой программы "Энергетическая стратегия России (1993-2010 г.г.)и, по заказу Головного совета "Энергетика" ГКВО РФ в рамках НТП "Повышение надёжности, экономичности и экологнчностн энергетической системы России", по направлению 5 "Оптимальное раовитие и управление функционированием ЕЭЭС" Государственной (общеакадемнче-ской) программы фундаментальных исследований до 2000 г., по конкурсу грантов по фундаментальным исследованиям в области технических наук и в соответствии с отраслевыми планами и программами Минтопэнерго РФ.
По тематике диссертационных исследовании с участием автора выпущено более 30 отчётов о НИР, в ряде которых автор являлся руководителем работы. Содержание диссертации нашло отражение в учебнике для ВУЗов страны, трёх учебных пособиях, коллективной монографии н 88 печатных работах.
Материалы работы докладывались на международных конференциях: по оптимизации развития и эксплуатации энергосистем (Румыния, г. Яссы, 1991) и картографической (г. Москва, 1976); I (1988), II (1991) и III (1993) Мелен-тьеиских теоретических чтениях (г. Москва); V (г. Москва, 19G8), VI (г. Баку, 1972), VII (г. Таллинн, 1977), VIII (г. Баку, 1982), IX (г. Рига, 1987) и X (г. Каунас, 1991) межвузовских научных конференциях по моделированию ЭЭС; всесоюзных симпозиумах: г. Иркутск (1966, 1969, 1974, 1978, 1985 н 1990 г.г.); II (1981), III (1981), IV (1982), г. Иркутск, V (г. Ленинград, 1983), VII (1986), VIII (1987) и IX (г. Иркутск 1987), семинарах по имитационному подходу в исследованиях систем энергетики; всесоюзных (федеральных) совещаниях и конференциях: г. Москва (1969, 1973, 1977), г. Ленинград (1987), г. Баку (1981), г. Новосибирск (1980), г. Свердловск (1979, 1980), г. Днепропетровск (1990), г. Саратов (1983), г. Иваново (1985, 1988), г. Смоленск (1987), г. Кострома (1991), г. Сыктывкар (1993); республиканских конференциях: г. Киев (1986, 1987, 1988, 1990), г. Кишинев (1968, 1991), г. Ташкент (1986), г. Тбилиси (1967, 1970), г. Алма-Ата (1975), г. Фрунзе (1973); региональных конференциях: г. Свердловск (1983), г. Челябинск (1981), г. Пермь (1985); II (1968), III (1970), IV (1971), V (1976), VI (1980), VII (1983), VIII (1988) и IV (1990) конференциях Уральского политехнического института; заседаниях секции развития и функционирования электроэнергетических и теплоснабжающих систем Научного совета ОФТПЭ по комплексным проблемам энергетики РАН (г. Москва, 1989, 1991); объединенном семинаре факультета энергетики НГТУ (г. Новосибирск, 1994).
Структура и объем работы. Диссертация содержит 309 страниц основного текста, разделённого на шесть глав, 66 рисунков и 41 таблицу к основному тексту, введение, заключение, 8 приложений и список литературы из 392 наименований.
