Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Методы технико-экономического анализа энергокомплексов с водохранилищем многоцелевого назначения
1.1. Критический анализ методов оптимального распределения водных ресурсов между объектами 15
1.2. Основные аспекты оптимизации комплексного использования водных ресурсов за рубежом 24
1.3. Методика экономического сравнения вариантов и оценка их эффективности 33
1.4. Методические принципы, учета фактора времени при распределении ограниченных ресурсов 41
Глава 2. Методические положения построения материальных и экономических балансов комплексов
2.1. Экономическая оценка водного ресурса на основании зіюномико-функционального анализа 56
2.2. Оптимальное распределение водного ресурса в условиях неопределенности 67
2.3. Оптимизация формирования структуры водохозяйственной системы 75
Глава 3. Оптимизация структуры мощностей ЗЭС и оценка эффективности различных типов электростанций
3.1. Условие экономической взаимозаменяемости в электроэнергетике 83
3.2. Оценка эффективности использования водного ресурса 89
3.3. Оптимизация параметров пиковых мощностей при формировании структуры энергосистем 96
Глава 4. Методы многокритериального анализа в гидроэнергетике и водном хозяйстве
4.1. Теоретические основы многокритериального анализа 107
4.2. Методические основы многокритериального анализа линейных экономических моделей 113
4.3. Методические основы сформирования решений в многокритериальных задачах 122
4.4. О применении метода при экономическом обосновании гидроэнергетических объектов 126
Заключение 133
Список литературы 137
Приложения 149
- Основные аспекты оптимизации комплексного использования водных ресурсов за рубежом
- Оптимальное распределение водного ресурса в условиях неопределенности
- Оценка эффективности использования водного ресурса
- Методические основы сформирования решений в многокритериальных задачах
Введение к работе
Основой развития нашей экономики является повышение благосостояния народа и наиболее полное удовлетворение потребностей общества в результате обеспечения сбалансированного роста всех отраслей на основе устойчивого, поступательного развития народного хозяйства [2] .
Наращивание темпов развития народного хозяйства по пути интенсификации производства на базе рационального использования ресурсов ставит задачу более полного их использования.
Современные условия функционирования экономики характеризуются ее переходом к новому типу развития, преимущественно интенсивному, а также новьм состоянием ресурсного потенциала страны и необходтюстью его ускоренного развития, усилением по ряду причин стохастических элементов в развитии хозяйства, рядом других особенностей внутренней и международной обстановки.
Создание больших электроэнергетических и водохозяйственных систем в нашей стране, усложнение взаимосвязей между отраслями народного хозяйства, широкая взаимозаменяемость энергоресурсов и их ограниченность требуют разработки качественно новых методов обоснования эффективности ввода новых объектов.
Этапы развития электроэнергетики и водного хозяйства характеризуются образованием крупных систем комплексного назначения водохозяйственных комплексов, использующих определенным способом водные ресурсы в интересах различных отраслей народного хозяйства и связанные с общим источником водных ресурсов.
Так как размер наших ресурсов для реализации огромного множества приложений ограничен, то встает важная задача их распределения для получения макс гадальных конечных результатов.
Использование возобновляемых энергоресурсов создает не только условия для проведения энергосберегающей политики страны, но и является мощным рычагом для формирования производительных сил в различных районах страны, на ее основе создаются и территориально-производственные и аграрно-промыпшенные комплексы. Учитывая огромный гидроэнергетический потенциал и научно-технический прогресс в гидростроительстве, необходимо не только осуществить интенсификацию работ по созданию объектов, но и совершенствовать методы научных обоснований проектных, плановых и управленческих решений. Это тем более важно, что в процессе развития нашей экономики следует считаться с рядом негативных факторов. К ним можно отнести снижение прироста трудовых ресурсов, увеличение затрат по ряду видов сырья и материалов, высокая капиталоемкость энергетических объектов, значительные сроки освоения капиталовложений и другие составляющие.
Концентрация производственных мощностей в районах с высокой плотностью населения и развитой инфраструктурой оказывает влияние на способы использования и ресурсного потенциала.
Задачей планирования электроэнергетики и водного хозяйства является нахождение оптимальных путей развития, установление состава объектов, формирующих структуру системы, которые обеспечивают полное и надежное удовлетворение всех потребителей в необходимом количестве и качестве энергией и водным ресурсом.
Такая постановка задачи требует использовать методы экономико-математического моделирования. В экономической теории и ее приложениях к практическим задачам в настоящее время широкое развитие получили принципы оптимального планирования.
Предлагаемые методы и средства исследования сравнительной эффективности ввода новых объектов в состав структуры системы, создают большие трудности при приведении к условию тождественности сравниваемых вариантов и определения их эффективности. Поэтому целесообразно определять сравнительную эффективность объектов электроэнергетической и водохозяйственной системы на основе экономических оценок полученных из балансов потребления и распределения ограниченных ресурсов.
Экономическое обоснование водохозяйственной и электроэнергетической системы необходимо производить при соблюдении следующих требований, к которым можно отнести: обоснование дополнительных затрат для сокращения времени возведения объекта системы; распределение водного ресурса и затрат для различных условий принятия решений, и формирования структуры водо-потребляющей системы; соблюдение условия энергоэкономической взаимозаменяемости в электроэнергетике в графике покрытия базисной и пиковой нагрузок, а также учет эффективности использования водного ресурса; проведение многокритериального анализа развития этих систем. Научное решение требует всестороннего экономического анализа систем, в которые входят водохранилища многоцелевого назначения. Эти системы своим развитием изменяют инфраструктуру района, его социально-экономические условия.
В связи с этим разработаны методы по экономическому обоснованию систем с водохранилищем многоцелевого назначения.
Основные аспекты оптимизации комплексного использования водных ресурсов за рубежом
Методы экономического планирования и прогнозирования развития водного хозяйства как составной части экономики в США «чаще всего предполагают сочетание экономических и административних средств воздействия федеральных органов. Ведущее место в разработке методов и количества проектов по комплексному использованию водных ресурсов за рубежом принадлежит США. .
Осложняющими факторами являются противоречия между отдельными районами или социальными группами населения, между многочисленными и частными организациями в пределах, речного бассейна, не считающимися в своей деятельности с интересами бассейна, а тем более страны в целом.
Вопросы, рассматриваемые по оптимизации режимов регулирования стоками дальнейшие разработки, начало которым было положено еще в работе А.Хазина [51], носили чисто теоретический характер, были оторваны от практического применения, и лишь в работах [79,90,108] просматривается вопрос назначения режимов. . В работах по совершенствованию экономических методов управления распределением и использованием водных ресурсов наблюдаются два подхода. Первым из них является многоцелевое использование водных ресурсов на основании их анализа по затратам и доходам. Разработка варианта, обусловливающего наименьшие затраты, производится при условии, когда объемы ресурсов уже определены и предназначены к использованию. Целью при этом является максимизация чистого дохода до такой степени проектной разработки, когда доходы не могут быть увеличены: без нанесения ущерба другим группам потребителей.
Примером многоцелевого проекта послужила плотина Гувера в нижнем течении р.Колорадо - первый федеральный проект, предусматривающий использование одного гигантского сооружения для орошения, производства гидроэнергии, регулирования паводков,расширения водоснабжения, улучшения условий судоходства. Примером охвата планирования целевого водосборного бассейна является противопаводковой защиты в бассейне Майами.
Первые программы на основе данного подхода появились в США іще в 50-ые годы в научных трудах Экштейна и Крутиллы в водной :екции "Ресурсы для будущего". Дальнейшее развитие вопроса продолжено Спаргоу, Съюэллом и Скоттом, Грантом и Айрсоном, Купе-юм, Престом и Терви и др. [108].
Применяемые в США методы комплексного использования водных эесурсов рассмотрены в интегральной программе развития бассейнов )ек,которая включает все вопросы водопользования и водопотребле-іия,а также отражает этапы развития-выполнения научно-исследо-зательских работ, строительства, эксплуатации, что нашло дальней -iee применение в бассейновом и региональном планировании и утверждено в "Законе о планировании водных ресурсов", принятом конгрессом США в 1965 г.
Практический опыт использования водных ресурсов в США заслуживает внимания,особенно в организации перспективного планирова-іия водоснабжения территорий,координации милиоративных работ,как іасти программы комплеквного освоения водных и земельных ресурсов, зопросов экономического стимулирования.
Примером слияния многоцелевых проектов в масштабе всего водосборного бассейна явилось Управление долины Теннеси - первая рганизация, заранее предусматривающая социальные изменения в заїдках бассейна, сознательно планировавшая положительные сдвиги з уровне доходов и в образе жизни. Созданные за 30 лет водохранилища на территории семи штагов обеспечили грузовое судоходство по ряду ранее непригодных зек,промышленное и коммунальное водоснабжение,сняли угрозу па-зодков и эрозии берегов,создали условия для орошения и рекреации, выработки дешевой электроэнергии. Строительство оказало юлыпое влияние на жизнь этих штатов.Однако,проблемы организащи оказались столь сложными,что не последовало больше подобно-?о примера. В настоящее время водохранилища этих комплексных гидроузлов ЇВЛЯІОТСЯ источниками водоснабжения крупных ТЭС суммарной мощно-зтыо 9 млн.кВт. Рассматривая подход многоцелевого использования водных ресурсов на основе анализа затрат и результатов нашел дальней-пее развитие и применение в практике планирования водохозяйственных районов. Особенно большое внимание уделялось проблеме качества водных ресурсов, что нашло отражение в работах ученых РГ [79,98,111,121,122] , а также других стран. Большое развитие промышленности и сельского хозяйства определили разрыв в комплексном развитии водного хозяйства. Распределение воды осуществляется на основании директив и законов,что, в свою очередь, нарушает формирование оптимальной водохозяйственной политики. Основными недостатками этого подхода являются следующие: - чисто теоретическая постановка основной цели, что не находит прикладного применения, так как уводит в сторону область оптимальных значений и не определяет величину дополнительных затрат, необходимых на сбалансированное развитие системы; - не учитываются экономические и другие закономерности развития района, что искажает оптимальное распределение и использование водных ресурсов;
Оптимальное распределение водного ресурса в условиях неопределенности
Но так как соизмерение объема выпуска продукции производится по эффективности использования водного ресурса, то построенные экономические функции конкретного водохранилища комплексного назначения станут основой составления диспетчерского графика работы по этому водохранилищу.
Полученная эконамическая оценка единицы объема водного.ресурса дает возможность не только распределить заданный объем, но и формировать структуру водохозяйственного комплекса. В такой постановке, конечно, надо воспользоваться либо методами нелинейного программирования, либо методами вариантного моделирования, которые были рассмотрены в первой главе.
Анализируя работу водохранилищ комплексного назначения по использованию водного ресурса,можно сделать вывод, что в условиях все большей ограниченности водного ресурса создалась реальная необходимость в большей степени рационального его использования для интересов всех отраслей народного хозяйства. Создание таких водохранилищ во всех случаях сказывается на развитии инфраструктуры водопотреблнющего района.
В тот же время внедрение в практику больших водохранилищ многоцелевого назначения позволяет более полно использовать водные ресурсы для всех отраслей, а это повышает в свою очередь предъявляемые требования не только к количеству, но и к качеству самого ресурса.
Рассматривая методические подходы к решению задачи обоснования систем с водохранилищем, следует обратить внимание на существенные трудности в нахождении сбалансированности в использовании водного ресурса, что определяет постановку задачи нахождения экономических способов для формирования структуры ВОДОХОЗЯЙ" ственной системы.
Размещение объектов в зоне с развитой инфраструктурой и ограниченных водных ресурсах накладывает дополнительные ограничения на использование этого ресурса и тем самым существенно увеличивает затраты,требующие компенсировать возникающий дефицит. Наложение дополнительного ограничения изменяет объемы водопотреб-ления, что соответственно меняет и экономическую оценку водного ресурса.
Когда имеются условия бездефицитного водохозяйственного баланса, экономическая оценка водных ресурсов может быть получена исходя из затрат на мероприятия, замыкающие водохозяйственный баланс данного района. Осуществление мероприятий, позволяющих регулировать водный баланс района по количественным и качественным характеристикам водного ресурса, требует дифференциации затрат на данные мероприятия. Таким образом, прирост увеличения использования водного ресурса будет являться еще одним экономическим ограничением. На ... работу водохранилища комплексного назначения, которое имеет жесткий график работы, будут сильно влиять и другие характеристики объектов, что создаст целую цепочку различных последствий, а это может привести к невозможности размещения определенной группы объектов и е1Че Раз подтвердит необходимость структурного анализа. 2.2. Оптимальное распределение водного ресурса в условиях неопределенности Объективность неопределенности в исходной информации требует применения соответствующих методов решения оптимизационных задач. Известно, что состояния системы зависят не только от состояний природы, но и от неппределнности исходных экономических данных. В хозяйственной деятельности необходимо руководствоваться достоверной информацией для принятия решения при тех или иных состояниях системы на базе анализа статистических или экспертных данных по формированию стратегии, которая приводит к наи-неньшим затратам в определенном состоянии. Современная практика технико-экономических расчетов для выбора оптимального варианта водораспределения водохранилища многоцелевого назначения в условиях неопределенности исходных данных показывает, что имеющиеся способы принятия решений не соответствуют развитию ВХС. Расоютривая воздействия на систему различных случайных факторов, которые связаны с вариацией удельных норм водопотреб-ления и других условий функционирования, приходим к случаю типичной ситуации. Проводя исследования на основе экономических функций, которые связаны с производственными функциями, всегда можно получить оптимальное распределение водного ресурса. Изменение параметров водопотреоления прямо сказывается на производственной функции объектов. При наличии большого числа вариантов и объектов использование водохранилищ многоцелевого назначения должно учитывать многообразие и сочетание множества различных параметров. Решение таких задач возникает при ситуации, когда выбор осуществляется при условии, что каждому действию отвечает множество исходов. Если множество исходов характеризуется большим циклом, то приходим к случаю принятия решения в условиях неопределенности. Развивая задачу определения оптимальной политики водопотреб ления при наличии удельных норм необходимо обратиться к анализу матрицы которая характеризует затраты в ВХС. В этой матрице индекс г означает способы дейотвия, а индекс «5 состояния системы при вариации удельных норм водопотреоления. В этой ситуации для определения уровней водопотребления необходимо произвести генерацию возможных способов действия и дать экономическую оценку для этих стратегий.
Оценка эффективности использования водного ресурса
Но так как соизмерение объема выпуска продукции производится по эффективности использования водного ресурса, то построенные экономические функции конкретного водохранилища комплексного назначения станут основой составления диспетчерского графика работы по этому водохранилищу.
Полученная эконамическая оценка единицы объема водного.ресурса дает возможность не только распределить заданный объем, но и формировать структуру водохозяйственного комплекса. В такой постановке, конечно, надо воспользоваться либо методами нелинейного программирования, либо методами вариантного моделирования, которые были рассмотрены в первой главе.
Анализируя работу водохранилищ комплексного назначения по использованию водного ресурса,можно сделать вывод, что в условиях все большей ограниченности водного ресурса создалась реальная необходимость в большей степени рационального его использования для интересов всех отраслей народного хозяйства. Создание таких водохранилищ во всех случаях сказывается на развитии инфраструктуры водопотреблнющего района.
В тот же время внедрение в практику больших водохранилищ многоцелевого назначения позволяет более полно использовать водные ресурсы для всех отраслей, а это повышает в свою очередь предъявляемые требования не только к количеству, но и к качеству самого ресурса.
Рассматривая методические подходы к решению задачи обоснования систем с водохранилищем, следует обратить внимание на существенные трудности в нахождении сбалансированности в использовании водного ресурса, что определяет постановку задачи нахождения экономических способов для формирования структуры ВОДОХОЗЯЙ" ственной системы.
Размещение объектов в зоне с развитой инфраструктурой и ограниченных водных ресурсах накладывает дополнительные ограничения на использование этого ресурса и тем самым существенно увеличивает затраты,требующие компенсировать возникающий дефицит. Наложение дополнительного ограничения изменяет объемы водопотреб-ления, что соответственно меняет и экономическую оценку водного ресурса. Когда имеются условия бездефицитного водохозяйственного баланса, экономическая оценка водных ресурсов может быть получена исходя из затрат на мероприятия, замыкающие водохозяйственный баланс данного района. Осуществление мероприятий, позволяющих регулировать водный баланс района по количественным и качественным характеристикам водного ресурса, требует дифференциации затрат на данные мероприятия. Таким образом, прирост увеличения использования водного ресурса будет являться еще одним экономическим ограничением. На ... работу водохранилища комплексного назначения, которое имеет жесткий график работы, будут сильно влиять и другие характеристики объектов, что создаст целую цепочку различных последствий, а это может привести к невозможности размещения определенной группы объектов и е1Че Раз подтвердит необходимость структурного анализа. Объективность неопределенности в исходной информации требует применения соответствующих методов решения оптимизационных задач. Известно, что состояния системы зависят не только от состояний природы, но и от неппределнности исходных экономических данных. В хозяйственной деятельности необходимо руководствоваться достоверной информацией для принятия решения при тех или иных состояниях системы на базе анализа статистических или экспертных данных по формированию стратегии, которая приводит к наи-неньшим затратам в определенном состоянии. Современная практика технико-экономических расчетов для выбора оптимального варианта водораспределения водохранилища многоцелевого назначения в условиях неопределенности исходных данных показывает, что имеющиеся способы принятия решений не соответствуют развитию ВХС. Расоютривая воздействия на систему различных случайных факторов, которые связаны с вариацией удельных норм водопотреб-ления и других условий функционирования, приходим к случаю типичной ситуации. Проводя исследования на основе экономических функций, которые связаны с производственными функциями, всегда можно получить оптимальное распределение водного ресурса. Изменение параметров водопотреоления прямо сказывается на производственной функции объектов. При наличии большого числа вариантов и объектов использование водохранилищ многоцелевого назначения должно учитывать многообразие и сочетание множества различных параметров. Решение таких задач возникает при ситуации, когда выбор осуществляется при условии, что каждому действию отвечает множество исходов. Если множество исходов характеризуется большим циклом, то приходим к случаю принятия решения в условиях неопределенности. Развивая задачу определения оптимальной политики водопотреб ления при наличии удельных норм необходимо обратиться к анализу матрицы которая характеризует затраты в ВХС. В этой матрице индекс г означает способы дейотвия, а индекс «5 состояния системы при вариации удельных норм водопотреоления. В этой ситуации для определения уровней водопотребления необходимо произвести генерацию возможных способов действия и дать экономическую оценку для этих стратегий.
Методические основы сформирования решений в многокритериальных задачах
В настоящее время преобладающим является комплексное использование водных ресурсов, когда гидроузел обеспечивает потребность нескольких отраслей народного хозяйства. Для такого общего случая эффективность строительства гидроузла необходимо определять из условий сбалансированного развития систем.
При обосновании эффективности строительства гидроэнергетиче-шсих объектов широко применяется системный подход, где гидроэлектростанция является основой составляющей структуры водохозяйственной и электроэнергетической систем .
Системный подход для решения такой крупной проектной задачи, І например,строительство гидроузла,имеющего как энергетическое так и водохозяйственное значение, заключается в совместном учете всех народно-хозяйственных последствий, обусловленных внутренними и внешними, прямыми и обратными связями этих систем.
Энергетика и водное хозяйство в качестве критерия определения народно-хозяйственной эффективности варианта использует минимум приведенных затрат. Как известно, сопоставление вариантов в каждом конкретном случае требует выполнения условий тождества [77]. Установление условия тождества при сопоставлении вариантов является трудной задачей в области соизмерения разнородности характеристик, что обусловливается несоизмеримостью количественного выражения по различным целям.
Необходимо отметить, что при сравнении существует множество выходных характеристик, которые с трудом обеспечивают тождество. Таким образом, фиксирование неравноценных свойств, которые с трудом обеспечивают тождество, как правило, вводятся в ограничения, и имеют более важное значение чем состав критерия оптимальности. В последних работах Д.СЩавелева и В.Р.Окорокова отмечается, что состав критерия оптимальности необходимо расширить за счет ввода некоторых ограничений. Из-за того, что ряд выходных характеристик не имеют стоимостного выражения, то для составления методики обоснования эффективности строительства гидроэнергетического объекта, который влияет на развитие двух систем, необходимо использовать методику многоцелевой оптимизации.
Особенностью такой методики является возможность совместного учета различных критериальных свойств, в которой эффективность характеризуется степенью возможности выполнения поставленной цели. Выбор при этом оптимального решения требует выражения взаимосвязи целей в форме количественных соотношений,которые называются целевыми характеристиками.
Целевые характеристики определяют качественные или количественные показатели, которые необходимо достичь за определенный перио эиод времени, и могут быть: I/открытыми /качественньми/, которые формируются на основе получения их экстремальных значений, /т.е. /"словный минимум или максимум того или иного показателя/.Такие делевые характеристики являются критериями оптимальности; 2/ зак-эытыми /количественными/, когда задаются определенными уровнями, темпами показателей. Обычно такие целевые характеристики в мате-латическом моделировании включаются в ограничения.
Поэтому в общем случае анализа развития двух систем, как правило, возникают задачи на условный экстремум. Это связано с рем, что в анализ стрзгктуры систем входят ограничения по различим целям и ресурсам. В общем случае это приводит к постановке шогокритериальных задач выбора решений. С математической точки зрения наиболее полно разработаны алгоритмы решения с одним критерием оптимальности - /одноцелевая/ функция. Зсе прочие критерии преобразуются при этом в ограничения.
Учет затрат трудовых ресурсов производится в стоимостной гюрме в виде капиталовложений и ежегодных издержек. Стоимостная (юрма, как известно, не учитывает дефицитности рабочей силы, )граниченности природных ресурсов и социальных факторов, свя-}анных с эффективностью размещения гидротехнического объекта.
Обоснование эффективности и размещения гидроэнергетических бъектов требует разностороннего подхода к данному вопросу. Использование многокритериальной оптимизации, методическим подходам которой уделяется в последнее время большое внимание, спо-юбствует решению проблемы экономического обоснования развития.
Решение задачи обоснования параметров гидротехнических объектов производится на базе исходного уровня развития системы, поэтому вводимый объект должен отвечать основному его назначению и соответствовать уровням технического и социального прогресса. Любое размещение объекта оказывает обратное влияние на техническое и социальное развитие, что выражается в повышении уровня жизни, технической вооруженности и благоустройстве данного региона и пр.
Уровень технической и социальной эффективности носит в себе противоречивый характер с точки зрения перераспределения ресурсов по величине и времени. Так как объем располагаемых ресурсов является величиной ограниченной, то неизвестно, какому из уровней развития отдать предпочтение, т.е. определить степень его важности. Анализируя различные периоды развития системы, можно зшлетить тесное переплетение социального и технического уровней развития, которые характеризуются приданием на определенном уровне или этапе развития большей значимости одному из них.
Ввод объекта на определенном уровне развития необходимо экономически обосновать, т.е. определить его социальную и техническую эффективность, соответствие перспективам развития региона. Такое соответствие объекта социальному и техническому уровням требует выполнения условий обеспеченности определенными ресурсами и их воспроизводством.
К основным ресурсам можно отнести материальные, трудовые и природные. Общее соизмерение этих ресурсов производилось в стоимостной форме, но стоимостная оценка не полностью отражает значимость и ограниченность данного ресурса на определенном этапе. Отсюда и возникает задача увязки технического и социального уровней с затратами ресурсов, которую необходимо решить.
