Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Проблемы принятия решений при выборе направлений развития энергообеспечения города 12
1.1. Исследование научных подходов к принятию решений
в энергетике 12
1.2. Специфика принятия решений по развитию энергообеспечения города 22
1.3. Применение информационных технологий в задачах развития энергетических систем 41
ГЛАВА 2. Модель системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города 51
2.1. Учет пространственных факторов развития энергообеспечения города 51
2.2. Метод пространственного анализа вариантов развития энергообеспечения города 62
2.3. Описание модели системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города 69
ГЛАВА 3. Внедрение системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города 85
3.1. Организационно-методические аспекты разработки и внедрения системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города 85
3.2. Оценка внедрения системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города 104
3.3. Апробация модели системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города на примере задачи
выбора варианта развития системы электроснабжения 117
Заключение 126
Литература
- Специфика принятия решений по развитию энергообеспечения города
- Применение информационных технологий в задачах развития энергетических систем
- Метод пространственного анализа вариантов развития энергообеспечения города
- Оценка внедрения системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города
Введение к работе
Активно развивающиеся современные информационные технологии открывают новые широкие возможности их применения в сфере управления, что существенным образом сказывается не только на деятельности хозяйствующих субъектов, но и органов государственной власти. Широкое применение информационные технологии нашли в энергетической отрасли. Однако специфика энергетики обусловливает определенные трудности применения стандартных информационных средств.
Энергетика является одной из крупнейших и важных отраслей народного хозяйства, от стабильного и эффективного развития которой зависят не только многие сектора экономики, такие как строительство, промышленность, сельское хозяйство, но и социально-экономическое положение всего населения страны. }
К настоящему времени накоплен большой опыт принятия решений по оптимизации развития энергетических систем. В СССР развитие энергетических систем базировалось на основе системного подхода, отражающего взаимосвязь энергетики с другими отраслями экономики, учета неопределенности условий развития, использования математических моделей. За рубежом аналогичный системный подход к развитию энергетики сформировался в виде технологии интегрированного планирования ресурсов.
Методы оптимизации энергетических систем, глубоко проработаны в трудах таких ученых, как Д.А. Арзамасцев, В.В. Болотов, Н.И. Воропай, В.А. Дале, В.И. Денисов, И. Клима, З.П. Кришан, А.И. Кузовкин, А.В. Липес, Л.А. Мелентьев, А.Л. Мызин, А.С. Некрасов, В.Р. Окороков, Л.П. Падалко,
В.Н. Панфилов, ОТ. Паэгле, и др. Вопросы применения информационных технологий в энергетике рассматривались в работах Д.А. Аветисяна, B.C. Самсонова, Л.Д. Криворуцкого, Л.В. Массель, Г.С. Поспелова и др.
Однако разработанные методы, в основном, направлены на решение проблем энергетики на государственном уровне управления и уровне управления предприятием, в то время как решению задач развития энергетических систем на муниципальном уровне уделяется недостаточно внимания. В то время как, именно на городском энергетическом рынке реализуется почти 50% электрической энергии и 90% тепловой энергии.
Система энергообеспечения города является одной из
важнейших городских систем, обеспечивающих его
жизнедеятельность. Она включает системы электроснабжения, теплоснабжения и горячего водоснабжения, газоснабжения и тесно связана со многими другими городскими системами, например, системой водоснабжения, строительства, землепользования, транспорта, связи.
В период плановой экономики принятие решений по развитию энергообеспечения города осуществлялось с позиций общегосударственных интересов. Либерализация энергетической отрасли существенно изменила эти условия. В настоящее время развитие городских систем энергообеспечения осуществляется самими предприятиями, входящими в ТЭК города. Органы государственного и муниципального управления осуществляют регулирование энергетического рынка. Объективно имеет место несовпадение интересов.
Основные интересы энергетических компаний связаны с получением максимальной прибыли. Потребители заинтересованы в минимальных ценах на энергию, обеспечении надежности и качества энергоснабжения. Органы власти стремятся к максимальным поступлениям в соответствующие бюджеты, обеспечению равного доступа к источникам распределения энергоресурсов всех категорий потребителей, уменьшению влияния энергетических объектов на экологию. Именно они в конечном итоге несут ответственность за энергетическую безопасность города.
Актуальность проблем энергосбережения, рост цен на энергоносители, большое влияние состояния энергетики на уровень развития муниципальных образований обусловливают необходимость поиска новых средств повышения эффективности принятия решений по развитию системы энергообеспечения города. Учитывая сложность энергетических систем, большое количество технических, социально-экономических, пространственных и экологических факторов их существования, представляется затруднительным реализовать эти задачи без использования современных информационных технологий.
В связи с этим, разработка современных средств, осуществляющих информационную поддержку принятия решений по развитию энергообеспечения города, является современной и актуальной задачей, что повлияло на выбор темы исследования, предопределило его цели и задачи.
Целью работы является разработка модели системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города с учетом пространственных факторов.
В соответствии с указанной целью были поставлены и решены следующие основные задачи:
исследована специфика принятия решений по развитию энергообеспечения города;
проведен анализ возможностей применения современных информационных технологий в задачах поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города;
выявлены требования, предъявляемые к модели системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города;
разработан метод пространственного анализа вариантов развития энергообеспечения города;
разработана модель системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города;
разработана методика внедрения системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города;
проведена оценка внедрения системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города;
разработанная модель апробирована на примере задачи развития системы электроснабжения города.
Объектом исследования является система энергообеспечения города.
Предмет исследования: процесс принятия решений в сфере управления энергообеспечением города.
Методы исследования. В процессе исследования применялись методы системного анализа, эконом и ко-математического моделирования, статистики, теории информационных систем, логического
и сравнительного анализа, исследования операций, теории принятия решений.
Научная новизна проведенного исследования, по мнению автора, заключается в следующем:
Сформулированы основные требования, предъявляемые к модели системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города, особенностью которых является необходимость учета пространственного аспекта развития энергообеспечения города.
Обоснован метод расчета расстояний для определения протяженности коммуникаций и выбора места расположения объектов системы энергообеспечения, основанный на данных автоматической трассировки в ГИС.
Разработана модель системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города, отличающаяся от существующих учетом пространственных факторов.
Разработан метод пространственного анализа вариантов развития энергообеспечения города, основанный на представлении распределения значений выбранного показателя по территории города в виде вектора и сопоставлении вариантов с помощью операций над полученными векторами.
Предложены принципы и схема создания и внедрения системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города.
Практическая значимость. Полученные результаты исследования могут быть использованы для создания системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города в целях обеспечения органов государственной и муниципальной власти средствами, помогающими повысить
эффективность и обоснованность принимаемых решений по развитию энергообеспечения города (региона). Предложенные в исследовании рекомендации позволят выбрать соответствующий целям и возможностям административных органов вариант разработки и внедрения системы, а также оценить эффективность внедрения системы. Система может стать частью единой информационно-аналитической системы, функционирующей в администрации города.
Автор принимал участие в проводимых в Управлении геоинформационных технологий Ивановского государственного энергетического университета научно-исследовательских работах по пространственному моделированию городских энергетических систем. Вклад автора заключается в разработке модели системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города Иванова, метода отбора вариантов развития и выборе критериев оценки вариантов развития.
Отдельные теоретические и практические разработки исследования могут быть использованы при подготовке специалистов в области экономики энергетики.
Результаты диссертационного исследования использованы при разработке курсов «Организация и планирование производства» и «Теория информационных систем» для студентов Ивановского государственного энергетического университета.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры менеджмента и маркетинга ИГЭУ; научно-практической конференции «Проблемы региональной экономики» (г. Иваново, 2002); 4-й международной научно-практической конференции «Экономика, экология и
общество России в ХХІ-столетии» (г. Санкт-Петербург, 2002 г.); научно-практической конференции «Современное состояние, проблемы и перспективы развития российской экономики», V Кондратьевские чтения (г. Иваново, 2004 г.); IV Всероссийской научно-практической конференции «Факторы устойчивого развития экономики России на современном этапе (федеральный и региональный аспекты)» (г. Пенза, 2006), III межвузовской научно-практической конференции «Тенденции развития современных информационных технологий, моделей экономических, правовых и управленческих систем» (г. Рязань, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 научных работ общим объемом 6,76 п.л., в том числе соискателем — 6,34 п.л.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и приложений. Работа содержит 169 страниц, в том числе 132 страницы основного текста, 8 приложений на 19 страницах.
В первой главе «Проблемы принятия решений при выборе направлений развития энергообеспечения города» исследуются существующие научные подходы к принятию решений в энергетике, изучается специфика принятия решений по развитию энергообеспечения города, анализируются возможности применения информационных технологий, определяются цели разработки и требования к модели системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города.
Во второй главе «Модель системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города» разрабатываются модель системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города и метод пространственного анализа
вариантов развития, а также дается обоснование способа расчета расстояний для определения вариантов развития.
В третьей главе «Внедрение системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города» рассматриваются организационные аспекты ее внедрения, разрабатывается методика и схема финансирования внедрения, оцениваются потенциальные результаты, рассматривается ее применение на примере задачи выбора места строительства нового объекта системы электроснабжения города.
Специфика принятия решений по развитию энергообеспечения города
В СССР действовала система территориального планирования, существенный вклад в развитие которой внесли
А.Г. Аганбегян [4], А.Г. Гранберг [37], Л.В. Канторович [104] и др. [21, 67]. Однако эта система была рассчитана на применение в условиях административно-централизованной системы управления. В то же время в ряде развитых капиталистических государств концепция централизованного управления была творчески переработана в трудах зарубежных ученых-экономистов И. Ансоффа [7], К. Боумэна [22], А.Дж. Стрикленда, А.А Томпсона [137] и др.
В связи с распадом административно-централизованной системы государственного управления многие города России попали в сложное положение. Обострились экономические и социальные проблемы, возникли противоречия между различными органами власти, нарушились хозяйственные связи между предприятиями, функционирующими на территории города.
В настоящее время необходимость комплексного планирования социально-экономического развития городов России все в большей степени осознается руководителями муниципальных администраций.
Одним из наиболее жизненно важных элементов городской среды является система энергообеспечения города (ЭОГ).
Под системой энергообеспечения города понимается совокупность энергетических систем, предназначенных для обеспечения социально-экономического функционирования городской среды всеми формами энергии, элементами которых являются энергетические установки, где реализуются энергетические процессы, и сети передачи энергетических ресурсов от источников потребителям.
Система энергообеспечения города включает несколько энергетических систем: систему электроснабжения, теплоснабжения и горячего водоснабжения, газоснабжения. Кроме того, система энергоснабжения тесно связана с системами водоснабжения и канализации, строительства, землепользования, транспорта, связи, экологического мониторинга и контроля. Все энергетические системы, входящие в структуру системы энергообеспечения города, называют топливно-энергетическим комплексом города.
Одним из важных факторов существования и развития системы энергообеспечения города является уникальность ее пространственной структуры. Каждая населенная территория имеет свой ландшафт, свою исторически сложившуюся конфигурацию объектов технической инфраструктуры (жилых зданий, предприятий, энергетических объектов, объектов социально-культурного назначения, транспортных и инженерных коммуникаций). Причем не только характеристики этих объектов, но и их расположение на территории оказывают влияние на многие процессы жизнедеятельности города.
Таким образом, систему энергообеспечения можно отнести к классу территориально распределенных систем, для которых особое значение имеет учет пространственных факторов [70]. Подход к исследованию городских систем как сложных систем, расположенных в пространстве, получил развитие в рамках теории градостроительства в работах Л.Н. Авдотьина [2], Ю.П. Бочарова [21], Ю.С. Попкова [116], В.А. Сосновского [131], Г.И. Фильварова [21] и др.
Сложность пространственной организации городских энергетических систем можно оценить на примере участка территории города Иваново, на котором расположен Ивановский государственный энергетический университет (рис. 1).
Применение информационных технологий в задачах развития энергетических систем
В бывшем СССР существовала школа специалистов, занимавшихся разработкой компьютерных моделей для оптимизации развития энергетических систем. Однако идеология централизованной экономики и отсутствие развитой компьютерной индустрии не позволили развить и усовершенствовать разработки, которые появились в 1960-1970-х годах. В настоящее время имеется много современных разработок, позволяющих учесть новые условия существования российской энергетики.
Вопросы применения информационных технологий в энергетике рассматривались в работах Д.А. Аветисяна [3], B.C. Самсонова [127], Л.Д. Криворуцкого, Л.В. Массель [74], Г.С. Поспелова [47] и др.
Проведенный анализ [19, 26, 38, 47, 49, 74, 79, 96, 127] позволил выявить следующие классы информационных систем, рассчитанных на решение задач оптимизации и развития энергетических систем.
1. Системы оперативного планирования и управления имитируют работу диспетчера. В качестве исходной информации в них используется, как правило, хронологическая кривая нагрузки, которая покрывается в процессе работы системы доступными ресурсами. Особенностью этого типа систем является то, что доступные ресурсы (технико-экономические характеристики отдельных энергетических объектов, топливные ресурсы, графики ремонтов, контракты на продажу/покупку энергоресурсов и т.д.) описываются очень детально.
С помощью систем оперативного планирования и управления решается ряд оптимизационных задач, однако множество таких задач обычно лежит в области производственных издержек. Подобными задачами являются, например, оптимизация использования топливных ресурсов, оптимизация графика ремонтов и т.д. Системы оперативного планирования и управления способны довольно реалистично имитировать работу энергосистемы в кратко- и среднесрочном периодах, что часто используется для управления энергосистемой в режиме реального времени.
В настоящее время системы оперативного планирования и управления используются на многих энергетических предприятиях, например, в ОАО «Мосэнерго», ОАО «Нижновэнерго», ОАО «УК ВоГЭК», Игналинская АЭС, ЗАО «ЛУКОЙЛ-ИНФОРМ» и др.
Важно отметить, что системы оперативного планирования и управления не предназначены для решения таких задач, как выбор оптимальной технологии, определение оптимального расположения объектов и оптимизации сроков их ввода, расчет объема финансирования капитальных вложений в развитие энергетической системы и т.д. Таким образом, рассматривая вопрос о приемлемости использования таких систем для решения стратегических задач, следует сделать вывод об их принципиальной неадекватности таким задачам.
2. Системы долгосрочного планирования и управления оперируют интервалами в 10-20 лет и предназначены не столько для формирования оптимальных текущих производственных решений, сколько для обоснования долгосрочных стратегических решений. Этот тип систем использует данные долгосрочных прогнозов будущих условий для принятия решений в настоящем.
В отличие от систем оперативного планирования и управления важнейшее достоинство систем долгосрочного планирования — их способность учитывать динамические и системные связи в течение планируемого периода. Системы долгосрочного планирования используются для решения задач целесообразности строительства новых объектов вместо реконструкции, усовершенствования и переоборудования старых; выбора оптимального местоположения новых объектов; оптимизации времени ввода в эксплуатацию новых объектов.
Метод пространственного анализа вариантов развития энергообеспечения города
При проведении пространственного анализа энергообеспечения города важно иметь представление о распределении по территории города тех или иных параметров, например, потребления энергетических ресурсов, наличия резерва или дефицита установленных мощностей. Для удобства восприятия человеком такие параметры целесообразно представлять в виде тематических карт территории, на которых цветом отображается значение некоторого параметра. В [69] функции распределения значения параметров по территории названы территориально-распределенными критериями. На рис. 8 в качестве примера изображена карта распределения установленных мощностей по территории города Иваново.
По способу дискретизации пространства модели распределения параметров можно разделить на два вида [67]:
1) однородные модели, в которых территория рассматривается как линейная среда, а параметр представляется в виде поля значений на координатной поверхности;
2) объектные модели, в которых среда считается нелинейной, а значение параметра соотносится не с координатами точек, а с определенными объектами на территории.
Однородные модели определяют значение параметра как некоторую функцию координат (х, у), определенную для каждой точки анализируемой территории и ставящей в соответствие этой точке значение некоторой переменной: q=f(x, У), (12) Площадь территории в этих моделях разбивается на множество условных элементарных участков путем наложения прямоугольной или триангуляционной сетки, в пределах которых изменением параметра можно пренебречь. Результат распределения параметра по территории может быть представлен в нескольких видах: 1) аналитическом; 2) численно-матричном; 3) графическом: в виде пространственного рельефа, изолиний или градиентной цветовой закраски на карте территории.
Данный вид моделей используется чаще всего для отображения параметров, характеризующих природные явления или экологическую обстановку на территории. Для построения подобных моделей необходимо знать аналитическое выражение функции (12) или использовать методы пространственной интерполяции при наличии множества точек с известным значением величины параметра.
В задачах анализа энергообеспечения распределение параметра по территории в действительности характеризует не точки территории, а расположенные на ней объекты. Входящие в систему объекты дискретны, в то время как территория непрерывна в пространстве. Поэтому для анализа энергообеспечения города сеточные модели распределения с произвольной дискретизацией территории обычно непригодны. Для этой цели более подходят объектные модели, построенные с учетом топологических свойств и отношений между объектами на исследуемой территории. В этом случае пространственная модель территории рассматривается как множество полигонов S = kn = Uv}, (13) для которых выполняется условие Vi Ф j: st r\Sj=0, При этом S в среде ГИС называется покрытием территории, покрывающем моделируемую территорию в пределах ее границ без щелей и перекрытий [136]. Значение исследуемого показателя в данном случае будет представлять не функцию координат, а определяется для каждого полигона sf. ЯГІШ- (И)
Тогда распределение показателя по территории будет представлять собой вектор его значений, характеризующих полигоны покрытия, соответствующие расположенным на данном участке территории объектам: где п — номер полигона, N — количество полигонов в покрытии.
В качестве таких полигонов могут быть использованы кадастровые земельные участки, которые в последствии могут агрегироваться в более крупные участки территории. При этом характеристики верхнего уровня могут определяться через характеристики нижнего уровня.
Данные о земельных участках могут быть получены из автоматизированных систем Государственного земельного кадастра, который представляет собой иерархическую систему деления территории всей страны. Минимальным элементом территории в этой системе является земельный участок. Следующий иерархический уровень образуют кварталы. Еще более высокие уровни деления — блоки, массивы, муниципальные образования. Фрагмент плана кадастрового деления города приведен на рис. 9. В качестве примера использован фрагмент цифровых карт, выполненных в рамках научно-исследовательских работ, Рис. 9. Фрагмент плана кадастрового деления проводимых в УГТ ИГЭУ [69].
Оценка внедрения системы поддержки принятия решений по развитию энергообеспечения города
В связи с этим можно сделать вывод, что информатизация органов государственной, в том числе муниципальной власти, в ближайшем будущем станет одной из первоочередных задач.
Проведенный автором анализ затрат на программы информатизации администраций разных городов показал, что руководители администрации осознают важность и необходимость внедрения информационных технологий в сферу деятельности по управлению муниципалитетами.
Например, администрация города Казань выделила на создание информационной системы ЖКХ 380 млн. руб. Объем финансирования областной целевой программы «Территориальная информационная система Московской области» в 2001-2005 годы составил 216,59 млн. руб. Финансирование городской целевой среднесрочной программы «Развитие муниципальной информатики г. Ижевска на 2002-2006 годы» предполагается в размере 80 млн. руб. [110].
Несмотря на это, финансирование информационных муниципальных ресурсов пока не входит в число приоритетных задач органов муниципального управления, доля затрат по соответствующим статьям в городских и областных бюджетах остается очень низкой. Так например, доля затрат по статье «Информатизация» бюджета г. Ижевска в 2000 году составила 0,069%, в г. Пермь — 0,254 % [109]. Такое положение дел объясняется, в первую очередь, отсутствием у администраций бюджетных средств.
В данной ситуации очевидно, что вложение средств в информатизацию органов муниципальной власти целесообразно лишь в том случае, если они обеспечат достижение планируемых результатов не только для самих администраций, но и для города в целом.
Специфика деятельности по обработке информации ограничивает возможности использования для проведения оценки внедрения информационных систем поддержки принятия решений стандартных экономических инструментов, требуя особых подходов к решению данной задачи.
Эффективность информационной системы поддержки принятия решений в толковании системного подхода представляет собой степень достижения результата (цели ЛПР). Такая точка зрения дает возможность сделать несколько важных выводов: существование различных функций обуславливает разные типы эффективности: процесса принятия решения, развития, использования ресурсов и т.д.; эффективность является многоуровневым понятием: эффективность может быть не только всей системы, но и отдельных ее подсистем, компонентов, уровней; факторы, влияющие на эффективность, существуют как в самой системе, так и в окружающей ее среде; эффективность СППР является порождением компонентов и их связей между собой и со средой; эффект функционирования СППР представляет собой результат исполнения любого уровня ее функции, он может проявляться не только в сфере экономики, но и в других сферах общественной жизни, может иметь натуральное, стоимостное и информационное выражение; следует различать понятие эффективности и показатель эффективности, в общем виде определяемый как отношение эффектов деятельности системы и ресурсов (затрат) на их получение.
Проблема оценки эффективности внедрения информационных систем возникла с появлением первых автоматизированных систем управления. В конце 1960-х — начале 1970-х годов были выпущены методические разработки для определения экономической эффективности внедрения автоматизированных систем управления производством [88, 89, 92].
В настоящее время существует множество методик оценки эффективности информационных систем [6, 8, 53, 68, 83, 85], которые могут быть разделены на следующие группы:
1) затратные методы (котловой метод, метод функциональной точки, метод полной стоимости владения (Total Cost of Ownership, TCO);
2) методы оценки прямого результата (метод потребительского индекса, методика прикладной информационной экономики (Applied information economics), оценка источников экономической стоимости (Economic value sourced, EVS), методика экономической добавленной стоимости (Economic Value Added, EVA);
3) методы, основанные на оценке идеальности процесса (методика среднеотраслевых результатов, метод Gartner-Measurement («Гартнер-измерение»), метод возвратности инвестиций (Return of investment, ROI), методика справедливой цены опционов (Real options valuation, ROV), гедоническая модель заработной платы;
