Содержание к диссертации
Введение
1 Организация размещения объектов обращения с отходами 10
1.1 Состояние природоохранной деятельности в России и Самарской области... 10
1.2. Состояние и перспективы развития переработки отходов производства и потребления 13
1.3. Система управления обращением с отходами производства и потребления 31
2 Модели эффективного размещения объектов обращения с отходами 46
2.1 Постановка задачи размещения и ее экономико-математическая модель 46
2.2 Оценка и учет фактора доступности объектов в предлагаемой модели 63
2.3 Алгоритм оптимизации размещения объектов обращения с отходами 74
3 Апробация результатов исследования и рекомендации по их практическому использованию 86
3.1 Информационное обеспечение задачи 86
3.2 Расчет оптимального размещения объектов обращения с отходами 94
3.3 Расчет экономического эффекта от внедрения результатов исследования... 109
Заключение 122
Список сокращений 124
Библиографический список 125
- Состояние и перспективы развития переработки отходов производства и потребления
- Система управления обращением с отходами производства и потребления
- Оценка и учет фактора доступности объектов в предлагаемой модели
- Расчет оптимального размещения объектов обращения с отходами
Состояние и перспективы развития переработки отходов производства и потребления
Согласно ст. 1 Федерального закона № 7 от 10 января 2002 года «Об охране окружающей среды» природоохранная деятельность понимается как «деятельность органов государственной власти Российской Федерации, органов государственной власти субъектов Российской Федерации, органов местного самоуправления, общественных и иных некоммерческих объединений, юридических и физических лиц, направленная на сохранение и восстановление природной среды, рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов, предотвращение негативного воздействия хозяйственной или иной деятельности на окружающую среду и ликвидацию ее последствий» [112].
Выбранная для исследования Самарская область является одним из ведущих российских промышленно развитых регионов с выгодным географическим положением, специфичными природными факторами и развитой инженерно-транспортной инфраструктурой.
В регионе наибольшее развитие получили такие отрасли промышленности, как машиностроение (в основном, автомобилестроение и авиационно-космическое) и металлообработка, топливная, электроэнергетическая, химическая и нефтехимическая, цветная металлургия, а также сельское хозяйство.
Территориальное расположение промышленных предприятий Самарской области определяется в значительной степени следующими обстоятельствами: - плотность распределения населения; - расположение на территории региона транспортных магистралей федерального значения; - пролегание по территории Самарской области различных продуктопроводов федерального значения; - промышленная развитость территории.
Высокая доля городского населения и анализ распределения населения показывают, что существует значительная антропогенно-техногенная нагрузка на территорию Самарского региона.
Темпы роста по большинству макроэкономических показателей социально-экономического развития региона превышают средние значения по стране. В промышленном производстве региона практически по всем видам экономической деятельности отмечается положительная динамика. Индекс промышленного производства за 2012 год составил 102,8% (в Российской Федерации -102,6%). Валовой региональный продукт (в текущих основных ценах) за период с 2000 по 2011 г. вырос до более чем 800 млрд. р, валовой региональный продукт на душу населения также демонстрирует положительную динамику (рисунок 1.1).
Немаловажным следствием экономического развития и увеличения уровня потребления благ и услуг является рост объемов образования отходов, а значит, и риск снижения экологической безопасности экономики.
Промышленная развитость Самарской области негативно сказывается на состоянии окружающей среды. Сосредоточение на территории значительного количества промышленных предприятий, развитость транспортной инфраструктуры, высокая плотность населения - все эти факторы определяют регион как экологически неблагополучный.
Следовательно, задача размещения таких объектов социальной инфраструктуры, как элементы системы сбора и переработки отходов, например, предприятия по переработке отходов производства и потребления, соответствует стратегическим приоритетам развития Самарской области, а также стратегии социально-экономического развития Российской Федерации в части, касаемой развития регионов и улучшения экологической ситуации в стране в целом. То есть улучшение социальной инфраструктуры тесно связано с экологической, экономической и инвестиционной благополучностью региона [27]. В проекте Стратегии социально-экономического развития Самарской области до 2030 г. высокий уровень загрязнения окружающей среды также отмечен в основных проблемах в социальной сфере. А к приоритетным направлениям развития отнесено в том числе опережающее развитие социальной инфраструктуры и обеспечение экологической безопасности, так как без этого невозможно достижение других приоритетных целей: развитие экономического потенциала и инновационной экономики, достижение среднеевропейских показателей уровня жизни населения, сбережение населения, обеспечение эффективного экономического роста [92].
Стратегия экологической безопасности в части, касающейся создания инфраструктуры системы обращения с отходами и производства вторичных ресурсов, непосредственно влияет на содержание и состав социальной инфра 13
структуры региона. Достижение прочих поставленных задач также косвенно способствует поддержанию качества социальной инфраструктуры, что подтверждает тесную взаимосвязь всех структурных элементов производственно-экономической системы региона.
Таким образом, достижение целей рационального эколого-экономического развития региона невозможно без взаимоувязки планов социально-экономического развития и обеспечения сбалансированного воздействия на окружающую среду с минимальным эколого-экономическим ущербом.
Сочетание экологических и экономических целей развития общества необходимо рассматривать с позиции системного подхода, это означает учет и согласованность стратегических и тактических целей на всех уровнях управления. Экономические цели следует формулировать, исходя из социальных потребностей и экологической ориентации при разработке программ долгосрочного развития территорий.
Следовательно, существует возможность постановки природоохранных задач через формирование системы целевых ориентиров и ограничений и косвенно - через систему экономических рычагов и оценок [54].
Определение понятия «объекты обращения с отходами» в настоящее время в законодательстве отсутствует. В ФЗ № 89 от 24 июня 1998 г. «Об отходах производства и потребления» термин «объекты размещения отходов» определен как «специально оборудованное сооружение, предназначенное для размещения отходов (полигон, шламохранилище, хвостохранилище, отвал горных пород и другое)» [112]. Понятие «объекты обращения с отходами» фигурирует, например, в Областной целевой программе «Совершенствование системы обращения с отходами производства и потребления и формирования кластера использования вторичных ресурсов на территории Самарской области на 2010 - 2012 гг. и на период до 2020 года», но там также не приводится определение этого понятия [74].
Однако для методических задач обобщения всех объектов, на которых проходят какие-либо действия с отходами, автор вводит понятие «объекты обращения с отходами» (ООсО), понимая под ними объекты, на которых осуществляются накопление, временное хранение, сортировка, обезвреживание, переработка, сжигание, захоронение или иные действия, производимые с отходами производства и потребления.
По оценкам Росприроднадзора, в России образуется более 7 млрд. т отходов ежегодно, включая бытовые, промышленные и иные их виды. Объем ежегодного образования твердых бытовых отходов (далее - ТБО) в населенных пунктах РФ составляет более 150 млн. м (30 млн. т) в год. На полигонах захоранивается около 85% отходов, лишь 5% отходов проходит сортировку и вторичную переработку, и примерно 10% отходов составляют потери при транспортировке [92]. Из ежегодно образующихся на территории РФ объемов ТБО перерабатывается промышленными методами порядка 2-3%, остальной мусор или сжигается на мусоросжигательных заводах в крупных городах, или поступает на полигоны, свалки, где перерабатывается кустарными методами. Причем если доля переработки промышленных отходов в России растет достаточно быстрыми темпами, то в области переработки ТБО основной тенденцией является рост общей площади полигонов [74].
Согласно данным статистической отчетности и Государственному докладу «О состоянии окружающей среды и природных ресурсов Самарской области» за 2012 г., в 2012 г. было образовано 1224,8 тыс. т бытовых отходов [42].
Объем и состав образующихся отходов, а также система обращения с ними являются вторичными от таких показателей, как степень и характер развития производительных сил и уровень развития социальной сферы (численность населения, уровень доходов, культурные и покупательские традиции общества). Уровень организации системы обращения с отходами, степень соответствия современным природоохранным требованиям зависят от объемов образования, переработки, использования в качестве вторичных ресурсов, конечного захоронения отходов и от характера взаимосвязей этих процессов.
Динамика образования, размещения, накопления, использования и обезвреживания отходов производства и потребления в Самарской области характеризуется значительной изменчивостью, определяемой как меняющейся экономической ситуацией в стране и изменениями на предприятиях региона, являющихся очагами генерации отходов, так и изменением системы учета и отчетности в этой сфере. В целом, начиная с середины 1990-х годов, можно проследить тенденцию постепенного наращивания объемов образования отходов [42, 189-191].
Система управления обращением с отходами производства и потребления
Рассмотрим другой случай. Пусть пункты расположения предприятий заранее определены и требуется определить варианты развития объектов размещения отходов и план перевозок. То есть в каждом пункте должен быть построен объект с ненулевой мощностью и ненулевыми объемами поставок сырья для него. Допустим, заранее определены пункты размещения полигонов. Тогда получаем задачу (2.1-2.14) с дополнительными ограничениями.
В итоговый план должны быть включены объекты / по варианту г. Аналогично определяются ограничения и для других объектов по принципу ненулевых объемов транспортировки отходов, вторсырья и т.п.
Задача с существующими объектами заранее определенной мощности. Допустим, часть предприятий уже создана, их производственные мощности известны и их изменение не запланировано, либо некоторые объекты должны быть построены строго определенной мощности. В этом случае вариант развития у этих предприятий следует указывать только один, согласно существующей мощности. Но все равно их необходимо включать в задачу для нахождения затем оптимального решения транспортной задачи. При решении на этапе отбора возможных вариантов предприятий для включения во вторую часть задачи (транспортную) их следует отбирать в первую очередь.
В случае если некоторые объекты размещения отходов (например, полигоны) уже существуют, в задачу добавляется ограничение индексы существующих полигонов, Г eh. Аналогично формулируются ограничения и для других объектов. Объемы поставок на существующие объекты (например, полигоны) должны быть ненулевыми:
При этом в задачу может включаться единственный существующий вариант объекта, тогда соответствующие Rj.R , Ri, Rm = l. Если на объекте планируется реконструкция, в задачу могут включаться различные варианты развития в соответствии с возможной мощностью объекта после реконструкции (больше, меньше, или равной существующей). Например, в случае когда полигон исчерпал свою проектную мощность, реконструкция может предусматривать продление срока службы как с сохранением или увеличением мощности, так и с уменьшением.
Задача с фиксированной величиной инвестиций. В задаче можно учесть также и другие ограничения. Например, в случае когда финансовые средства инвестора жестко ограничены или заранее спланированы и нужно уложиться в согласованный бюджет, в задачу может быть введено ограничение вида общее количество предприятий не должно превышать заданного (2.36). В такой модели не учтены транспортные издержки на доставку исходного сырья (бытовых отходов) от объектов размещения отходов, что может существенно повлиять на итоговую оценку экономической эффективности проекта. Транспортировка бытовых отходов на большие расстояния нецелесообразна. Тем не менее, в случае строительства завода непосредственно на объекте размещения отходов без привлечения сырья от других поставщиков может быть применена математическая модель, не учитывающая транспортные затраты.
Трехэтапная производственно-транспортная задача, учитывающая затраты на организацию производства.
Допустим, необходимо учесть в расчетах расходы на транспортировку отходов от места захоронения или временного накопления до места переработки. Сформулируем математическую модель задачи.
Сформулированная задача относится к классу трехэтапных производственно-транспортных задач отраслевого планирования, так как в ней поставлена цель определить план, включающий три составляющих: план производства продукции (центральное звено), план перевозок сырья и план перевозок готовой продукции. Для этого класса задач возможно применение в оптимальном планировании и размещении производства отраслей промышленности взаимосвязанных комплексов производства, относящихся к различным отраслям, и т.п. [19]. Ценность данного класса моделей состоит в том, что появляется возможность учитывать при выборе плана намного большее количество факторов, чем в производственных или производственно-транспортных моделях. Необходимо отметить, что полные затраты на производство готового продукта определяются в процессе нахождения оптимального плана, а не вычисляются заранее при помощи тех или иных предположений о формировании себестоимости на предшествующих стадиях переработки сырья.
В задачу размещения ООсО включаются объекты, планируемые к размещению в районах субъекта Федерации. Причем по каждому объекту очерчивается ареал его местонахождения на основе анализа рациональных границ. В перечень поставщиков сырья и конечных потребителей могут включаться не только те, которые входят в рассматриваемый территориальный комплекс, но и те, которые выходят за его пределы.
При необходимости учета ограничений на используемые при захоронении, сортировке, утилизации отходов ресурсы в задачу вводится ограничение, типичное для задач по определению оптимального плана выпуска продукции. Например, если при переработке вторичного сырья максимальные запасы ресурса р составляют Р при норме расхода Ь
Оценка и учет фактора доступности объектов в предлагаемой модели
Транспортные затраты на транспортировку тонны отходов от районов образования отходов до существующих и предполагаемых полигонов рассчитаны как произведение стоимости транспортировки тонны отходов на 1 км и расстояния между пунктами (таблица П5).
Необходимо определить пункты строительства новых полигонов, объемы захоронения отходов на действующих и на каждом из новых полигонов и план перевозок отходов от источников образования отходов к полигонам.
Согласно алгоритму [52], вначале были определены показатели, характеризующие экономичность объектов обращения с отходами по каждому возможному варианту развития и размещения с точки зрения эксплуатационных и транспортных затрат - коэффициенты экономичности полигонов по затратам на транспортировку единицы продукта (ненормированные) /Tt и соответствующие им коэффициенты экономичности пунктов образования отходов Ц. Для этого была решена открытая транспортная задача с общим числом объектов обращения с отходами т и объемом захоронения отходов в пункте /, равном at maxliriR{aJ]. То есть каждый полигон представлен в транспортной задаче одним вариантом с максимальным объемом производства. Так как суммарные объемы образования отходов и объемы переработки не совпадают, то есть транспортная задача является несбалансированной, в нее вводится фиктивный пункт образования отходов с нулевой стоимостью перевозок и объемом образования 1 749 651 тонна. Далее транспортная задача решается любым доступным методом. Представленная задача решена методом потенциалов, для чего был найден начальный опорный план методом минимального элемента, затем произведена его оптимизация методом потенциалов. Затем, согласно алгоритму, определяется число поставок реальным потребителям. В опорном плане оно равно 28, а Р + п — 1 = 52, где Р - число используемых источников отходов, п- число реальных предприятий. Так как 28 52, использование упрощенного алгоритма невозможно. В общем случае задача решается путем формирования новой транспортной задачи, в которую включаются полигоны, либо полностью, либо частично прикрепленные к реальным источникам образования отходов, то есть имеют ненулевые поставки. Из новой транспортной задачи исключаются полигоны в пунктах размещения под номерами 4, 12, 13, 19, 24. Затем к объемам переработки отходов добавляется величина t, фиктивный потребитель предыдущей транспортной задачи (пункт образования отходов 28) отбрасывается, и вместо него вводится новый - с недостающим объемом образования. Остальные объемы образующихся отходов для остальных районов остаются теми же, что и на предыдущем шаге решения задачи.
При нахождении коэффициентов экономичности для транспортной задачи используется опорный план, полученный при решении предыдущей задачи. Таким образом, при наличии в качестве начального базиса опорного плана, близкого к оптимальному решению, количество необходимых итераций сокращается. Полученная система потенциалов, являющихся коэффициентами экономичности, уже не нуждается в нормировке, так как среди коэффициентов есть нулевой и все коэффициенты неотрицательные.
Далее происходит переход от коэффициентов экономичности объектов обращения с отходами по транспортным затратам к коэффициентам экономичности вариантов объектов по совокупным затратам д[. Эти коэффициенты (д[) характеризуют объекты как с точки зрения транспортных, так и с точки зрения эксплуатационных затрат.
Экономический смысл коэффициентов экономичности по совокупным затратам заключается в том, что если увеличить объем захоронения отходов на единицу в пункте / по варианту г, то сумма эксплуатационных и транспортных затрат (то есть целевая функция задачи) увеличится на величину эксплуатационных затрат на единицу с[ и уменьшится на величину, равную коэффициенту \i{ , отражающему изменение транспортных затрат. Это означает, что при указанном изменении целевая функция изменится на значение д[, то есть на разницу \i{ и с[. Далее происходит отбор наиболее экономичных вариантов для включения их в план. Это можно сделать путем решения задачи целочисленного программирования с целью нахождения таких значений z{, которые обращают в минимум значение функции
Коэффициенты экономичности [ij по совокупным затратам являются характеристикой и пунктов образования, и пунктов размещения отходов по каждому из вариантов развития. Коэффициенты экономичности / являются потенциалами транспортной задачи. Они достаточно устойчивы до тех пор, пока не будет осуществлен переход к новому базису транспортной задачи с новыми объемами производства а\.
В результате решения однопродуктовой производственной задачи выбраны наиболее экономичные варианты предприятий, которые войдут в оптимальный план. Далее остается решить транспортную часть задачи.
В транспортную задачу включаются пункты размещения объектов по отобранным в результате решения задачи вариантам размещения полигонов, стоимость транспортировки отходов принимается согласно исходным данным (таблица П5). Таким образом, необходимо найти переменные Хц, позволяющие минимизировать значение функции
Таким образом, полигоны следует расположить в пунктах с оптимальными объемами производства, указанными в таблице 3.10. Суммарные текущие и транспортные затраты по найденному плану составят 429 195 тыс. р.
Расчет оптимального размещения объектов обращения с отходами
При совместной реализации проектов возможны различные варианты взаимоотношений инвесторов, в той или иной мере учитывающие интересы сторон. Устанавливая льготы на экологические платежи Э или вводя повышенные штрафы, государство может воздействовать на эффективность инвестиций в строительство ООсО, усилить заинтересованность всех участников и повысить тем самым экономическую привлекательность природоохранных проектов.
Поскольку размещение ООсО в большинстве регионов, как правило, является централизованным и регулируется лицензирующими и надзорными органами, предлагаемые модели размещения ООсО отражают потребности регионов в экономико-математическом обосновании выбора оптимальных мест размещения ООсО.
Таким образом, рассмотрены информационное обеспечение процесса принятия решения по эффективному размещению объектов использования и утилизации отходов, а также система целевых программ и стратегий развития, влияющих на принятие решения о месторасположении и мощности ООсО. Предложена модель распределения прибыли между участниками инвестиционного проекта в сфере обращения с отходами с учетом неодинаковых вложений в проект. Выполнен расчет предлагаемой модели. В полученном оптимальном плане стоимость перевозок хотя и выше, но суммарные эксплуатационные и транспортные затраты по базовому варианту на 29,8% ниже аналогичного показателя по базовому варианту (предусмотренному Областной целевой программой), что подтверждает экономическую эффективность предлагаемых моделей. Сравнение двух инвестиционных проектов, учитывающих затраты на эксплуатацию полигонов, также показывает, что по показателям экономической эффективности инвестиций предлагаемый проект превосходит базовый вариант за счет экономии на суммарных эксплуатационных и транспортных затратах.
При решении задач по размещению природоохранных объектов, в частности по размещению объектов использования и утилизации отходов, зачастую решения о размещении производства являются интуитивными, со слабо формализуемыми критериями, либо используется логистический подход. Расположение объектов выбирается таким образом, чтобы пункты утилизации отходов находились не дальше некоторого определенного расстояния. При принятии решения, кроме того, учитываются такие субъективные факторы, как готовность муниципальных властей к софинансированию строительства и к предоставлению административных ресурсов, наличие выделенной площадки, наличие большого количества свалок, или заполненных действующих объектов размещения отходов. Однако ни в одной стратегии обращения с отходами производства и потребления не учитываются будущие производственные затраты хозяйствующего субъекта, что не может не сказаться на показателях финансово-хозяйственной деятельности будущих объектов. Таким образом, необходимость учета и транспортных, и производственных затрат при определении местоположения объектов использования и утилизации отходов очевидна.
Для решения проблемы размещения объектов утилизации и использования отходов во второй главе автором предлагается применение аппарата производственно-транспортных задач, используемых ранее только для производственных предприятий, в исследовании же проводится адаптация моделей для размещения ООсО. Автором также разработана методика учета рисков в математических моделях на предприятиях промышленности переработки отходов и предложены основные риски, характерные для отрасли. Предложенная система экономико-математических моделей размещения ООсО обеспечит выбор мощности планируемых объектов, их местоположения и позволит найти оптимальные перевозки промышленных и бытовых отходов, сырья, готовой продукции между всеми этапами обращения с отходами.
Автор акцентирует внимание на бытовых отходах, но предлагаемый подход может быть использован для промышленных отходов с небольшими дополнениями. В третьей главе автор приводит систему информационного обеспечения процесса принятия решения по эффективному размещению объектов использования и утилизации отходов, рассматривает систему целевых программ и стратегий развития, влияющих на принятие решения о строительстве, месторасположении и мощности ООсО. Также выполнен расчет предлагаемой модели. В полученном оптимальном плане стоимость перевозок хотя и выше, но суммарные эксплуатационные и транспортные затраты по базовому варианту на 29,8% ниже аналогичного показателя по базовому варианту, предусмотренному Областной целевой программой. Это говорит о высокой экономической эффективности предлагаемой методики и ее практической значимости. Математические модели, предлагаемые в работе, рекомендуются к применению для планирования оптимального размещения ООсО на региональном уровне, при разработке плановых программ развития отрасли обращения с отходами. Результаты проделанной работы могут представлять интерес для органов региональной власти, принимающих решения о размещении ООсО, а также всех заинтересованных лиц.
