Содержание к диссертации
Список используемых сокращений 6
Введение 8
Глава 1. Обоснование актуальности , принципов и критериальной
основы создания распределенной информационно-аналитической
системы поддержки управления функционированием и развитием
энергоснабжающих организаций 20
1.1. Современное состояние и типизация актуальных задач
управления ЭСО 20
-
.Производственные задачи 20
-
Нормативно-правовые и управленческие задачи 28
-
Научно-технические задачи 29
1.2. Основные информационные задачи и требования к
системам управления энергоснабжающими организациями 32
13. Информационные задачи, объекты и субъекты, источники
и потребители информации региональной энергетики 37
1.4 Критерии и современные требования к информационно-
аналитической системе для управления ЭСО 40
-
Структура энергетической системы как сложного объекта с управлением 48
-
Обзор информационных систем для управления
в энергетике 55
1.7 Выводы по первой главе 75
Глава 2. Методологические аспекты построения моделей и информационных технологий управления энергоснабжающими организациями на основе байесовских интеллектуальных технологий . 77
2.1. Концепция моделирования энергоснабжающей организации в
условиях рисков и неопределенности на основе
регуляризирующего байесовского подхода (РБП) 77
з 2.2. Принципы создания единого информационного пространства состояний энергетического объекта
на основе шкал с динамическими ограничениями 85
2.3 Построение модели энергообъекта на основе гиперкуба ШДО ... .88
-
Измерение показателей состояний энергообъектов на основе технологии шкал ШДО 95
-
Принципы организации информационных технологий энергомониторинга и аудита состояний энергообъектов при управлении на основе БИТ 98
2.6. Выводы по второй главе 111
Глава 3. Использование информационных технологий для
управления ЭСО на основе БИТ 113
3.1. Методологические особенности энергоаудита предприятий с
использованием информационных технологий 113
3.1.1. Этапы создания информационно-аналитической системы
для управления энергохозяством предприятия 113
-
Оценка эффективности использования энергоресурсов.... 115
-
Генерация выводов и рекомендаций по управлению энергоресурсами предприятия ЛПУ МГ средствами ИАС «Энергоаналитик» 119
3.2. Методологические аспекты аудита финансовой деятельности
ЭСО с использованием информационных технологий 128
3.2.1. Формальные БИТ-модели и структуры показателей для аудита состояния ЭСО (на примере котельных Томской области) 128
-
БИТ-модель «Анкета предприятия» 129
-
БИТ-модель «Анкета для мониторинга котельной» .131
-
Расчет тарифа на тепловую энергию 134
3.3. Системный анализ деятельности ЭСО на основе
информационных технологий .146
3.3.1. Методика анализа проблемной ситуации на рынке
коммунальных услуг региона 146
-
Управление коммунальным комплексом области и ценообразование 155
-
Программа реализации тарифной и ценовой политики в коммунальном комплексе Томской области 157
-
Модель тарифообразования (на примере расчета
тарифов на теплоэнергию) 159
-
Применение структурных и когнитивных моделей для формирования и анализа влияния тарифов на потребителей коммунальных услуг 165
-
Выводы по третьей главе 189
Глава 4. Интеллектуальные технологии поддержки
управленческих решений в энергетике и коммунальном секторе
региона 191
4.1. Применение информационно-аналитических систем в
управлении тарифной и инвестиционной политикой
энергоснабжающих организаций 192
-
Применение информационно-аналитической системы анализа инвестиционной привлекательности ЭСО коммунального комплекса 197
-
Имитационное моделирование регионального рынка энергии и коммунальных услуг 206
-
Использование технологий ситуационного центра для формирования тарифов энергоснабжающих организаций 232
-
Планирование производства и реализации коммунальных услуг с использованием современных информационных технологий 260
4.4. Оптимизация топливно-энергетического баланса и бюджета
коммунального сектора территории 267
4.5. Выводы по четвертой главе 276
Глава 5. Информационно-программные средства для реализации
интеллектуальной поддержки управления энергоснабжающими
организациями 279
5.1. Паспорт энергоснабжающей организации как основная
единица информационной базы для управления предприятием 279
-
Мониторинг деятельности ЭСО 280
-
Информационная система для формирования тарифов теплоснабжающих предприятий 286
5.4. Выводы по пятой главе 300
Заключение 301
Список литературы 304
Приложение 1 316
Приложение 2 340
Приложение 3 362
Приложение 4 365
6 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АРМ — автоматизированное рабочее место
БИИ - байесовские интеллектуальные измерения
БИТ — байесовские интеллектуальные технологии
БМ — база (библиотека) моделей
ВФ — влияющие факторы
ВФП — взаимодействующий фондовый поток
ГВС — горячее водоснабжение
ГПА — газоперекачивающий агрегат
ГРС — газораспределительная станция
ДТИ — данные технических измерений
ЖКХ — жилищно-коммунальное хозяйство
ЖКУ — жилищно-коммунальные услуги
ИАС — информационно-аналитическая система
ИИ — интеллектуальные измерения
ИИС — информационно-измерительная система
ИТ - интеллектуальные технологии
КМХ — комплекс метрологических характеристик
КПД — коэффициент полезного действия
КС — компрессорная станция
ЛПР — лицо, принимающее решение
ЛПУ МГ - линейное производственное управление магистрального
газопровода МДО — модель с динамическими ограничениями МО - муниципальное образование МОБ — межотраслевой баланс МУП — муниципальное предприятие MX метрологическая характеристика
HBB - необходимая валовая выручка
ОИ— объект измерений
ОМ — объект моделирования
ОНД — данные опыта и наблюдений
ОУ- объект управления
р.б.о. — регуляризирующие байесовские оценки
РБП — регуляризирующий байесовский подход
РЭК - региональная энергетическая комиссия
СИ — система измерений
СМ — средства моделирования
СН — собственные нужды
СППУЭР — система поддержки принятия энергетических решений
ССТ — система согласованных тарифов
СХК — Сибирский химический комбинат
СЦ — ситуационный центр
СФ — среда функционирования
СЭД — система электронного документооборота
ТД — теоретические данные
ТДУ — турбодетандерные установки
ТСО — территориальная сбытовая организация
ТЭБ - топливно-энергетический баланс
ТЭК — топливно-энергетический комплекс
ТЭР - топливно-энергетические ресурсы
ФОРЭМ - федеральный оптовый рынок электроэнергии и мощности
ФПК — функциональный программный комплекс
ШДО - шкала с динамическими ограничениями
ЭПМО - энергетический паспорт муниципального образования
ЭПР - энергетический паспорт региона
ЭСО — энергоснабжающая организация
Введение к работе
Актуальность работы. Проблемы эффективного производства, использования и сбережения топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) изучаются и решаются сегодня на международном, национальном и региональном уровнях.
Актуальность и особая значимость этих проблем для обеспечения устойчивого развития общества в целом и каждого региона в отдельности определяет необходимость их глубокой и детальной проработки на методологическом и практическом уровнях с позиций взаимосвязанности и специфичности задач и интересов регионов. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) является всеохватывающей сферой экономики любого репюна, влияющим на ее конкурентоспособность и социальную стабильность в регионе.
Для России особую актуальность имеют задачи повышения эффективности функционирования и развития энергоснабжающих организаций (ЭСО) в условиях их реформирования, особенно это относится к отрасли коммунальной энергетики, учитывая высокий износ основных фондов и низкий уровень платежеспособности потребителей.
Реформирование энергетики в России и мире происходит в направлении разделения вертикально-ориентированных энергетических компаний на генерирующие, транспортно-распределительные, сбытовые и обслуживающие структуры. Идет появление новых ЭСО, активно противостоящих на рынке энергии давно позиционированным на нем ЭСО в борьбе за клиентов. На рынке образовались новые, сложные отношения, много партнеров, с которыми необходимо взаимодействовать, обмениваться информацией. Возникает необходимость в использовании информационных технологий.
В настоящее время в России, странах СНГ, Европейском союзе и ряде международных организаций выполнены и реализуются национальные и международные программы по технической помощи и сотрудничеству в сфере энергоэффективности и энергосбережения для различных регионов, целью которых является решение ранее названных проблем. На данный момент результаты их реализации, в том числе и информационные ресурсы, применяемые инструменты и технологии эффективного менеджмента не взаимоувязаны, малоизвестны большому кругу потенциальных пользователей-руководителей ЭСО, сложны в повседневной практике их использования. Это не позволяет эффективно активизировать их при решении накопленных проблем, реализации новых проектов. Кроме того, для получения своевременных и объективных решений в сфере управления энергетическим и коммунальным секторами экономики необходимы соответствующие базы данных и знаний, включающие в себя мониторинговую информацию (учетную, экспертную, измерительную), нормативно-методические и нормативно-правовые знания, определяющие критериальную базу спектра возможных решений, а также библиотеки необходимых интеллектуальных инструментов и систем поддержки решений.
Поэтому одним из приоритетных направлений решения проблем управления ЭСО следует считать создание интеллектуальных информационных технологий.
Большой вклад в разработку проблем управления системами энергетического и коммунального комплекса с использованием экономико-математических методов и моделей, измерительно-вычислительных и экспертных систем, информационных технологий внесли такие ученые как Беляев Л.С., Воропай Н.И., Кононов Ю.Д., Малахов В.А., Макаров А.А., Мелентьев Л.А., Непомнящий В.А., Подковальников СВ., Прокопчина СВ., Санеев Б.Г., Стенников В.А., Суслов Н.И., Шапот Д.В., Федяев А.В. и др.
Однако, как показывает обзор современного состояния информационных технологий управления энергетикой и коммунальным комплексом, приведенный в работе, в настоящее время отсутствуют информационные системы аналитического типа для принятия управленческих решений в условиях значительной неопределенности информации и риска, что характеризует реальные условия функционирования ЭСО. Мало ведется исследований, оценивающих результаты функционирования ЭСО от проводимой государством тарифной и инвестиционной политики в условиях реформирования энергетики и коммунального хозяйства.
В связи с вышесказанным, актуальным является формирование концептуальных основ управления эпергоснабжающими организациями и построение информационных технологий поддержки решений для анализа и прогнозирования результатов влияния тарифов на регулируемые энергоресурсы на социально-экономическое развитие региона, расходы бюджетов и уровень платежей населения за коммунальные услуги. Разработка таких систем требует создания: комплексной распределенной информационной базы по топливно-энергетическим ресурсам, а также связанными с ними субъектами деятельности и управления в регионе; интегрированной базы нормативно-правовых и нормативно-методических (национальных и международных) документов в виде электронных библиотек энергетического и коммунального комплекса региона; системы ведения энергетического мониторинга, паспортизации, энергетического, экологического и финансового аудита для энергоснабжающих организаций, определения динамики и тенденций их развития; системы математических моделей для интеллектуальной поддержки управления энергоснабжающими организациями и коммунальным комплексом региона; специализированных программных средств для реализации процедур эффективного управления топливно-энергетическими ресурсами в системе взаимодействия: энергоснабжаю щая организация — муниципалитет — субъект Федерации; обучения и трансферта знаний по управлению энергоснабжающими организациями и коммунальным комплексом в регионах Российской Федерации и странах СНГ.
Целью данной работы является разработка научно обоснованных технических и технологических решений по созданию и использованию информационных технологий, обеспечивающих поддержку принятия решений по развитию энергоснабжающих организаций для обеспечения энергетической безопасности территории, выработке эффективной тарифной и инвестиционной политики для энергетического и коммунального секторов экономики.
Основными задачами работы являются: 1. Формирование концептуальных основ управления ЭСО и построение на этой основе интеллектуальных информационных технологий поддержки решений. 2. Создание и адаптация моделей функционирования и развития ЭСО как сложных объектов на основе методов системного анализа, байесовских интеллектуальных технологий, когнитивных и имитационных моделей. 3. Создание и ведение энергетических паспортов по каждой ЭСО в регионе, а также баз данных нормативно-правовых документов, нормативов, стандартов и инвестиционных проектов для разработки программ развития коммунальной инфраструктуры территориального образования, реализации технологии формирования тарифов для ЭСО, их публичного обсуждения.
Создание информационной технологии ведения мониторинга, учета, энерго- и финансового аудита деятельности ЭСО.
Создание и использование технологии ситуационного центра для расчетов тарифов для ЭСО и комплексного анализа влияния установленных тарифов на социально-экономическое развитие региона.
Создание и использование методических и учебных пособий для обучения и трансферта знаний по управлению ЭСО.
Объектом исследования являются проблемы эффективного производства, использования и сбережения топливно-энергетических ресурсов.
Предметом исследования является система управления объектами энергетического и коммунального комплекса в условиях их реформирования.
Методы исследований. Теоретическая часть работы выполнена на основе методов теории управления, системного анализа, математической статистики, теории нечетких множеств и регуляризирующего байесовского подхода, принципов и подходов международных стандартов и рекомендаций в сфере управления, энергетики и коммунального комплекса.
Экспериментальная часть работы выполнена на основе байесовских интеллектуальных технологий, когнитивных и имитационных моделей прогнозирования с применением методологии искусственного интеллекта, нечетких систем. Использовались интеллектуальные программные средства, реализованные на современной компьютерной базе.
Для решения поставленных задач использовались современные методы экономической статистики, методы многомерной статистики.
Исходные теоретико-методологические посылки, используемые в ходе подготовки диссертации, основываются на трудах большого числа как отечественных, так и зарубежных исследователей: Кононова Ю.Д.,
Максимова В.И., Нариньяни А.С., Непомнящего В.А., Ногина В.Д., Прокопчиной СВ., Суслова Н.И., Шапота Д.В., Ансофа И., Гуда И., Де Грота М., Заде Л., Карайя К., Масаловича А., Робертса Ф., Скурихина В.И., Хофмана Д., Форрестера Дж\, Эванса Р., Эйкхоффа П. и др.
Информационная база исследований включает научные источники в виде данных и сведений из книг, журналов, материалов научных конференций, статистических материалов органов региональной статистики, отчетов и информационных материалов ЭСО, аудиторских заключений, нормативно-правовых документов, стандартов, нормативов, результаты собственных расчетов и обоснований.
Научная новизна В диссертационной работе предложен оригинальный научно-обоснованный подход к созданию информационной технологии поддержки управляющих решений для функционирования и развития ЭСО на основе эффективной тарифной и инвестиционной политики с использованием системы взаимосвязанных моделей. Изложены научно-обоснованные технические и технологические решения : методы, алгоритмы и информационно-аналитические системы, внедрение которых вносит значительный вклад в повышение энергобезопасности репюнов и предприятий и обеспечивает предсказуемость влияния тарифов для ЭСО на социально-экономическое развитие территории.
Получены следующие основные результаты, обладающие научной новизной:
1.Впервые сформулированы принципы и требования к созданию системы поддержки управляющих энергетических решений как информационной технологии.
2. Разработана методика синтеза алгоритмов построения структуры измеряемых и интегральных показателей для оценки состояния энергоснабжающей организации, что позволяет агрегировать разнородные показатели, получаемые из разных источников информации.
Предложены информационные технологии байесовских интеллектуальных измерений ( БИИ) для определения влияющих факторов и для управления энергетической ситуацией в условиях риска и неопределенности, что позволяет сформировать единое пространство свойств ЭСО и среды их функционирования.
Предложена методика системного анализа проблем в энергетике регаона с помощыо совмещения SWOT-анализа и STEPLE-анализа (усовершенствованного для отрасли энергетики PEST- анализа) и технология когнитивного анализа тарифообразования в энергетике региона, что повышает достоверность результатов и увеличивает спектр источников информации для ее обработки.
Предложена модель формирования розничного рынка электроэнергии для региона, позволяющая рассчитать балансы рынка электроэнергии, доходы ЭСО, тарифы на электроэнергию в разрезе зон региональных энергетических рынков и конечных потребителей.
Разработаны когнитивные и имитационные модели в составе ситуационного центра регулирующих органов, позволяющие рассчитывать влияние тарифов в энергетике и коммунальном комплексе на экономику регаона и уровень жизни населения.
Предложена информационная технология формирования топливно-энергетического баланса, включающей решение задачи по оптимизации топливного баланса для муниципальных образований регаона.
Практическая ценность
Практическая ценность результатов работы состоит в том, что их применение позволяет решать следующие актуальные задачи:
1. Обеспечить синтез структуры показателей показателей ЭСО как объекта управления и их оценку.
Производить достоверную оценку и контроль технического, экономического и финансового состояния ЭСО.
Строить динамические модели для оценки и анализа конечных и интегральных показателей состояния энергоснабжающих организаций и эффективности использования энергоресурсов, позволяющие определить необходимую валовую выручку и тарифы.
Вести анализ последствий реализации тарифной политики в энергетике региона и определять уровни воздействия управляемых факторов тарифной политики на итоговые показатели развития основных отраслей экономики и уровень жизни населения Томской области.
Формировать топливный баланс региона, основанный на реальных данных теплоснабжающих предприятий, потребностях поселений в топливно-энергетических ресурсах и возможностях их финансовых ресурсов.
Формировать и вести энергетический паспорт ЭСО, территории на уровне муниципального образования, региона.
Осуществлять формирование экспертных заключений вариантов тарифов, различных аналитических зависимостей, планов и отчетности, используя базы данных в виде паспортов ЭСО и соответствующие программные системы.
10. Использовать разработанные методы и модели управления ЭСО для обучения студентов ВУЗов и повышения квалификации менеджеров ЭСО и представителей органов власти муниципального уровня.
Применение предлагаемых в диссертационной работе информационно-аналитических систем поддержки решений для реализации и развития планирования производства и сбыта коммунальных услуг, оптимизации топливно-энергетического баланса имеют большую практическую значимость для решения задач тарифной и инвестиционной политики. Они используются регулирующими органами, органами власти разного уровня, инвесторами, администрациями энергоснабжающих организаций.
16 Положения, выносимые на защиту
Принципы управления объектами энергетики и коммунального хозяйства в условиях реформирования и задачи информатизации управления энергоснабжающими организациями.
Модели и структуры показателей и методики их синтеза для оценки состояний и управления функционированием и развитием энергоснабжающих организаций на основе регуляризирующего байесовского подхода, обеспечивающие адекватное представление объекта и системы управления в условиях неопределенности, активного влияния среды и рисков.
3.Принципы и информационные технологии процессов энергомониторинга, энергоаудита и принятия управленческих решений на уровне региона и его бизнес-единицы - предприятия как единого процесса управления энергоресурсами с целью обеспечения энергоэффективности и энергобезопасности.
4. Методы системного анализа выявления проблемных ситуаций в управлении региональным энергетическим и коммунальным хозяйством, информационные технологии анализа влияния тарифной политики на социально-экономическое положение региона.
5. Принципы построения и информационные технологии для обеспечения работы регионального ситуационного центра для формирования тарифной политики в энергетическом комплексе региона.
6. Программные системы для решения задач региональной энергетики: модели и методы расчетов расходов населения и бюджета за коммунальные услуги, топливно-энергетического баланса, моделирования структуры розничного рынка электроэнергии, расчета тарифов на энергоресурсы.
Реализация результатов работы
Результаты работы внедрены и использовались: администрацией Томской области при разработке Концепции и Программы модернизации основных фондов ЖКХ Томской области на 2005 -2010 гг.; региональной энергетической комиссией Томской области при формировании и ведении паспортов ЭСО, для разработки методических материалов подготовки данных и реализации информационной технологии формирования экспертного заключения по установлению тарифов для ЭСО;
ОАО «Томсктрансгаз» для отработки информационной технологии энергообследования предприятия как типовой структуры линейно-производственного управления магистральным газопроводом;
ОАО «Томскэнерго» для исследования динамики розничного рынка электроэперпш в Томской области при реформировании отрасли энергетики и моделирования необходимой валовой выручки и расчетов тарифов;
ФГУП «Сибирский химический комбинат» для расчетов вариантов разделения энергетического комплекса предприятия при его акционировании и моделирования необходимой валовой выручки и расчетов тарифов;
ОАО «Томские коммунальные системы» для моделирования затрат ЭСО и формирования тарифов; администрацией Томского района Томской области при разработке муниципального энергетического плана и инвестиционной программы района; некоммерческим Фондом развития региональной энергетики (г.Томск) при создании пакета программ «Boiler's» для загрузки и ведения паспортов теплоснабжающих организаций, расчета тарифов по тепловой энергии.
Результаты исследований использованы в учебном процессе на кафедре экономики и управления городским хозяйством Томского государственного архитектурно-строительного университета при подготовке студентов по специальности 080502 «Экономика и управление на предприятии (городское хозяйство)», а также при переподготовке специалистов для энергоснабжающих организаций и органов местного самоуправления Томской области.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях: международном научно-практическом совещании ассоциации «Сибирское соглашение»: опыт решения «Проблемы 2000» в регионах России. Томск 1999; III всероссийском совещании: энергосбережение и энергетическая безопасность регионов России. Томск 2002; международной конференции по мягким вычислениям, 25-27 июня 2002, Санкт-Петербург 2002; Российско-Американском форуме «Реформирование естественных монополий. Законодательство. Инвестиции», Вашинтон, 21-24 октября 2003; всероссийской конференции «Энергетика и предприятие: перспектива развития экономических отношений в условиях реформирования РАО ЕЭС России», Новосибирск 2003; всероссийской конференции: математические и информационные технологии в энергетике, экономике, экологии. Иркутск 2003; V всероссийском совещании: энергосбережение и энергетическая безопасность регионов России. Томск 2004; международной конференции по мягким вычислениям, 17-19 июня 2004, Санкт-Петербург 2004; международной конференции «Прикладные методы информатики в третьем тысячелетии» Казань 29-30 сентября 2004; международной конференцияии «Интеллектуальные технологии в экономике и бизнесе» 17-19 июня, Санкт-Петербург 2004; IV международной конференции «Современная электроэнергетика - 2005», Санкт-Петербург 2005; международной конференции по мягким вычислениям, 27-29 июня 2005, Санкт-Петербург 2005; международном форуме «Рациональное природопользование», 6-8 сентября 2005, Москва 2005; VI всероссийском совещании: энергоэффективность, энергосбережение и энергетическая безопасность регионов России, 16-17 ноября 2005,Томск 2005; международной конференции по мягким вычислениям, 27-29 июня 2006, Санкт-Петербург 2006.
Публикации
По теме диссертации опубликовано 72 печатные работы, включая 5 монографий, 49 статей и 18 публикаций тезисов и докладов в трудах всероссийских и международных конференций, конгрессов и симпозиумов. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 12 статьях в журналах, рекомендуемых ВАК для опубликования научных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук.
Личный вклад
Основные результаты диссертационной работы получены автором лично, как в индивидуальных исследованиях, так и при участии в работах, в которых развивались основные модели и методы совершенствования управления ЭСО.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем работы - 378 страниц, включая 144 рисунка и 30 таблиц.
