Введение к работе
Актуальность темы исследований. Программный документ
«Энергетическая стратегия России на период до 2020 года», разработанный Минэнерго России в 2000 году, предусматривает диверсификацию энергоносителей, стабилизацию доли газа в производстве первичных топливно-энергетических ресурсов (до 38,8%), увеличение использования угля в топливно-энергетическом балансе страны до 57,4%. На сегодняшний день мировая электроэнергетика в среднем на 43 % основана на угле: в Европе - более 50%, в США - на 56%, в Китае - на 70% . В России его доля на теплоэлектростанциях составляет 27%, а с учетом атомных и гидростанций -18%. При этом воздействие человека на природную среду в процессе хозяйственной деятельности приобретает глобальный характер, и на современном этапе развития она уже сопоставима с геологическими процессами. Анализ экологической ситуации, сложившейся в промышленно развитых регионах, показывает, что основной причиной надвигающегося кризиса является технократическая концепция, господствующая в отношениях между обществом и природой. Эта концепция основывается на гипотезе о том, что природа является неограниченным источником физических ресурсов используемых для нужд человека.
Одной из жизненно важных предпосылок существования и развития общества является его надежное энергоснабжение, а условия функционирования и развития топливно-энергетического комплекса зависят от общего состояния экономики, что обусловлено особенностью электрической энергии, - конечного продукта энергетической отрасли. В связи невозможностью ее складирования или хранения, в каждый момент времени объемы потребления и производства электроэнергии сбалансированы между собой.
Темпы роста и структурная перестройка национальной экономики будут вместе с технологическим прогрессом определять динамику повышения её энергетической эффективности: с увеличением темпов роста ВВП и доли сферы услуг и высокотехнологичных производств уменьшается потребность в наращивании объема внутреннего энергопотребления. Следует отметить, что специалисты, расходясь во мнениях об интенсивности роста потребления электроэнергии, отмечают, что, в целом, будет наблюдаться тенденция увеличения электропотребления. В настоящее время подробно изучена взаимосвязь экономико-энергетических показателей, характеризующих состояние региона. Однако существует не менее тесная, но менее
fOCHAtlHOHMMUJ
нміюгаді
о*
изученная зависимость объема атмосферных выбросов (экологический показатель) и объема потребления электроэнергии. Прогнозируя общий подъем экономики и соответственно электропотребления, далеко не все программные документы или исследования дают прогноз экологического состояния той или иной территории. Для всесторонней оценки сложившейся ситуации требуется комплексный анализ всех этих взаимосвязанных параметров. При чем потребление электроэнергии является базовой независимой переменной в закономерностях выбросов загрязнителей в окружающую среду. Поэтому тема диссертационной работы актуальна.
Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей динамики и взаимосвязи геоэкологических, экономических и энергетических показателей горнопромышленного региона для обоснования и совершенствования математических моделей прогнозной оценки экологических последствий и экономического развития горнопромышленных регионов.
Идея работы заключается втом, что обоснование и совершенствование математических моделей прогнозной оценки экологических последствий и экономического состояния регионов, основывается на статистической обработке временных рядов интенсивности валовых выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, динамики экономических показателей и потребления электроэнергии, позволяющей выбрать физически обоснованную форму дифференциального уравнения, отражающего детерминированную зависимость валовых выбросов от электропотребления и экономических показателей от электропотребления.
Основные научные положения работы заключаются в следующем:
связь интенсивности атмосферных выбросов и макроэкономических показателей по региону в целом с величиной электропотребления при высокой степени конкуренции на рынке электроэнергии основывается на логистической зависимости, а при монополизации рынка описывается экспоненциальной закономерностью;
в реальных интервалах значений потребления электрической энергии для регионов с различным уровнем экономического развития имеет место высокая монополизация рынка электроэнергии, поэтому интенсивность атмосферных выбросов описается линейной функцией с отрицательным значением углового коэффициента;
оценка параметров моделей процессов электропотребления и формирования атмосферных выбросов, электропотребления и динамики экономических показателей осуществляется нелинейным методом наименьших квадратов;
оценка экологических последствий на начальном интервале значений электропотребления региона возможна на основе линейных закономерностей, получаемых при имитационном моделировании электропотребления;
на начальном участке интегрального энергопотребления можно воспользоваться линейной зависимостью величины валовых выбросов от значения потребляемой электроэнергии.
Новизна основных научных и практических результатов:
предложена имитационная модель работы системы «регион - атмосферные выбросы», отличающаяся тем, что учитывает комплекс взаимозависимых элементов данной системы: взаимосвязь эколого-энергетичских и экономико-энергетических факторов;
оценка параметров моделей интенсивности выбросов в атмосферу осуществляется путем линеаризации, которая заключается в дифференцировании интегральной закономерности увеличения выбросов с ростом потребления электроэнергии;
установлена корреляционная зависимость динамики экологических и экономических показателей от изменения электропотребления с целью их прогнозирования;
получены уравнения регрессии для определения выбросов загрязнителей в атмосферу в зависимости от величины потребления электроэнергии для регионов с различным уровнем развития экономики;
получены уравнения регрессии для определения экономических показателей в зависимости от величины потребления электроэнергии для конкретного региона.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
корректной постановкой задач исследования, обоснованным при
менением методов математического моделирования, математической
статистики, использованием современной вычислительной техники;
значительным объемом вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей, обоснованности выводов и рекомендаций;
результатами апробации разработанной методики на выборках статистических данных различных регионов.
Практическое значение работы. Уточненные линейные зависимости выбросов и экономических показателей региона от величины потребления электроэнергии, полученные в результате имитационного моделирования, дают возможность прогнозировать изменения экологического и экономического состояния рассматриваемого региона при различных уровнях электропотребления. Предложенные математические модели дают возможность проанализировать интенсивность изменения выбросов в случае изменения степени монополизации регионального рынка. Возможности программы EXCEL в среде Windows, позволяет рассчитывать изменение выбросов (или экономических показателей) в зависимости от величины потребления электроэнергии, а также прогнозировать изменение экономических и экологических показателей в зависимости от электропотребления.
Внедрение результатов исследований. Основные научные и практические результаты работы использованы в Тульском государственном университете при выполнении госбюджетных и хоздоговорных НИР, а также в учебном процессе. Результаты работы использованы Тульским региональным отделением академии горных наук, ОАО «Мосбассуголь» и комитетом Тульской области по природным ресурсам и экологии.
Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом, и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах кафедры «Аэрология, охрана труда и окружающей среды» ТулГУ (г. Тула, 2001-2004 гг.), ежегодных научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 2001-2004 гг.), 1-й Международной геоэкологической конференции «Региональные проблемы биосферы» (г. Тула, 2000 г.), Международной конференции «Освоение недр и экологические проблемы -взгляд в 21 век» (г. Москва, 2000 г.), 1-я международная конференция по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2003 г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 работ.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, изложенных на 181 страницах машинописного текста, содержит 43 таблиц, 70 иллюстраций, список литературы из 247 наименований.
