Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ перспектив развития и проблем реструктуризации КАТЭКА
1.1 Перспективы развития КАТЭКа 10
1.2 Анализ добычи и потребления канско-ачинских углей 24
1.3 Повышение качества канско-ачинских углей 28
1.4 Проблемы реструктуризации. Усреднительно-подготовительные комплексы 31
2 Алгоритмы анализа структур ресурсов предприятий межотраслевого комплекса и их эффективности
2.1 Производственные функции и алгоритмы оценки их параметров 39
2.1.1 Основные определения 39
2.1.2 Основные характеристики производственных функций 41
2.1.3 Однородные производственные функции 42
2.1.4 Используемые виды производственных функций 44
2.1.5 Оценивание параметров производственных функций 45
2.1.6 Критерии качества модели 46
2.1.7 Формирование множества моделей. Алгоритм построения математической модели 47
2.1.8 Алгоритмы решения моделей 48
2.2 Оптимизационные задачи математического моделирования и анализа межотраслевых комплексов 50
2.2.1 Модель максимизации прибыли межотраслевого комплекса 52
2.2.2 Необходимые сведения о задаче выпуклого программирования 53
2.2.3 Условия экстремума в задаче оптимизации плана МОК 55
2.2.4 Метод декомпозиции по ограничениям в задаче оптимизации плана МОК 57
2.2.5 Координация отраслей МОК 59
2.3 Оптимизация планирования производства межотраслевого комплекса с производственными функциями предприятий частного вида 60
2.3.1 Задача максимизации прибыли МОК для модели отрасли, заданной в виде способов производства 61
2.3.2 Метод декомпозиции по ограничениям в задаче оптимизации плана МОК 64
2.4 Кластеризация предприятий межотраслевого комплекса 66
2.4.1 Основные определения 66
2.4.2 Алгоритмы кластеризации, используемые в работе 68
2.4.3 Средства визуализации 70
3 Апробация формального аппарата анализа структур ресурсов предприятий и их эффективности
3.1 Система качественного анализа предприятий межотраслевого комплекса с целью его реструктуризации 73
3.1.1 Некоторые положения микроэкономической теории производства 74
3.1.2 Основные положения анализа однотипных предприятий 75
3.1.3 Оценка ценовых показателей системы 76
3.2 Схема анализа системы предприятий 78
3.2.1 Понятие структуры системы 78
3.2.2 Методика выявления структуры системы 79
3.3 Апробация методики на примере угольных шахт Кузбасса 80
3.4 Оптимизация плана производства угледобывающих предприятий в увязке с работой транспорта и тепловых электростанций 89
3.4.1 Постановка задачи и исходные данные 91
3.4.2 Обоснование рационального варианта развития угледобывающих предприятий КАТЭКа в увязке с работой транспорта и тепловых электростанций
Заключение
Литература
- Анализ добычи и потребления канско-ачинских углей
- Однородные производственные функции
- Задача максимизации прибыли МОК для модели отрасли, заданной в виде способов производства
- Оценка ценовых показателей системы
Анализ добычи и потребления канско-ачинских углей
Тепловые электрические станции, использующие в качестве топлива угли канско-ачинского бассейна, оборудованы двумя типами котлов - с твердым и жидким шлакоудалением. Принципиальное различие между ними в том, что в котлах с жидким шлакоудалением в топке поддерживается температура 1500-1600 С. При такой температуре значительная часть (до 40%) золы плавиться и в виде расплава вытекает из топки. Вытекание шлака происходит нормально, если температура плавления золы не превышает 1250С. При повышении этого показателя до 1300 С вытекание шлака затрудняется, а при дальнейшем повышении - прекращается.
Пригодными для котлов с жидким шлакоудалением являются: бородинский уголь с зольностью менее 12% и назаровский уголь с зольностью до 16%. Непригодными являются: бородинский уголь с зольностью более 12%, из-за высоких плавкостных характеристик золы и березовский, из-за высоких шлакующих свойств золы, прошедшей высокотемпературную обработку.
Котлы с твердым шлакоудалением могут работать на всех углях бассейна. Баланс добычи и потребления канско-ачинских углей складывается так, что углей, пригодных для котлов с жидким шлакоудалением постоянно не хватает, а угли, пригодные для котлов с твердым шлакоудалением добываются в избытке.
В настоящее время в Канско-Ачинском угольном бассейне в эксплуатации находятся три разреза, суммарная производительная мощность которых оценивается в пределах 60-65 млн.т угля в год, фактически добыча угля в настоящее время ниже на 30 млн.т. Причиной сдерживания роста добычи угля является постоянное отставание ввода мощностей на Березовской ГРЭС-1, имеющийся разрыв между добычей и гарантированными заявками потребителей угля, а также технологическим несоответствием котлов тепловых электростанций, предназначенных в основном для жидкого шлакоудаления и физико-химическими свойствами добываемого канско-ачинского угля.
Угли Назаровского месторождения по своим физико-химическим свойствам практически пригодны для сжигания в топках котлов электростанций с жидким шлакоудалением с зольностью до 16%. Существующий ГОСТ предусматривает максимальное содержание золы в угле до 12%. При таком качественном ограничении в потреблении назаровских углей в тепловой энергетике возникнет дефицит до 30% от общей потребности.
На этих углях в настоящее время работают две электростанции Иркутскэнерго, пять электростанций Красноярсэнерго, одна электростанция Барнаулэнерго и одна электростанция Новосибирскуголь с суммарной производительностью 51,1 тыс.т/ч.
Основная добыча на Бородинском разрезе производится из низкозольного (10%) первого пласта. Остальная добыча осуществляется с высокозольного второго угольного пласта, зольность которого изменяется в пределах 10-28%, при среднем ее значении 18%, а также из пластов-спутников первого и второго Рыбинских и Гусевских.
В соответствии с принятой технологической схемой отработки месторождения [14] добыча угля ведется раздельно из каждого вышеуказанного пласта и усреднение не ведется. В результате чего тепловые электростанции часто работают на топливе, не соответствующем по качеству проектному топливу, что снижает надежность работы оборудования (котлов), работающих на принципах жидкого шлакоудаления. Эксплуатирующиеся на тепловых электростанциях Сибири котлы производительностью 320-420 т/ч, оборудованные топочными устройствами с жидким шлакоудалением канско-ачинских углей, спроектированы в расчете на использование Бородинских углей с зольностью на сухую массу 9%. При проектировании указанных котлов для электростанций возможное изменение качества сжигаемого угля не учитывалось. Поэтому, в связи с изменение качества топлива не гарантируется надежная работа электростанций.
Существующий контроль качества угля на разрезах и на электростанциях не дает оперативной информации и поэтому не позволяет эффективно влиять на технологию сжигания «с колес». Основным требованием к котлам с жидким шлакоудалением является плавка золы угля до состояния, при котором обеспечивается свободный выход шлака. Физико-химический состав бородинских углей, и в первую очередь его второго пласта, неблагоприятен для сжигание его в топках с жидким шлакоудалением. Сжигание таких углей без их предварительного усреднения приводит к снижению надежности работы оборудования. Таким образом, для повышения эффективности использования бородинских углей необходимо или осуществлять усреднение углей, с целью снижения их зольности до 12% или необходимо менять режим шлакоудаления на тепловых электростанциях путем реконструирования котлов, предусматривающих твердое шлакоудаление. Что касается вновь проектируемых тепловых электростанций, использующих эти угли, то рекомендуется применять топки с твердым шлакоудалением.
Малозольные угли (4-7%) Березовского месторождения, особенно низкозольный уголь (4%) по своему физико-химическому составу золы (содержанию окиси кальция и окиси -кремния) не может быть использован без усреднения его в печах котлов тепловых электростанций с жидким шлакоудалением, так как температура плавления его золы превышает 1500 С. Таким образом, проблема, связанная с расширением возможностей использования канско-ачинских углей в тепловой энергетике, сводится в первую очередь к следующему.
Однородные производственные функции
В настоящее время при техническом перевооружении и строительстве новых тепловых электростанций в Европейской части России рассматриваются следующие технологии сжигания углей КАТЭКа в смеси с углями Кузбасса: пылеугольное сжигание, сжигание в топках котлов с кипящим слоем и в газогенераторных установках различной модификации. Очень невыгодной с экономической точки зрения является существующая традиционная перевозка железнодорожным транспортом на тепловые электростанции рядового угля, его последующее хранение, подготовка и сжигание. В этом случае придется транспортировать большие объемы бурого угля, что сопряжено со смерзаемостью, выветриванием и, в отдельных случаях, самовозгоранием топлива, а в конечном итоге - это высокие стоимостные показатели угля и производства электроэнергии на тепловых электростанциях в Европейской части России.
Одним из вариантов решения проблем, связанных с расширением области применения канско-ачинских углей в теплоэнергетике является использование их в смеси с основным топливом на действующих электростанциях. Основным требованием потребителей к смеси углей различных марок и видов является их тщательное перемешивание. Ввиду отсутствия таких устройств, как на разрезах, так и на тепловых электростанциях, задача остается нерешенной на протяжении последних лет.
Предполагается решение этой проблемы путем создания специальных усреднительно-подготовительных комплексов [18, 19], где достигается качественное перемешивание углей до требований по качеству указанных потребителями, причем стабильного качества с переходом в последующем на поставку топлива по сертификату качества. Создаются комплексы многофункционального назначения и решают они следующие задачи. 1. Стабилизацию качественных характеристик в поставляемом для ТЭС топливе. 2. Подготовку топлива путем смешивания углей различных марок до качества, определяемого потребителем топлива. 3. Подготовку топлива для различных видов потребления. 4. Сглаживание поставки угля в периоды неравномерного потребления (зимний и a). 5. Государственного резерва угольных ресурсов на период чрезвычайных ситуаций в различных регионах России. Выбор места расположения усреднительно-подготовительных комплексов должен удовлетворять ряду условий: - узловая станция, где проходят угли различных марок с разных предприятий; относительная близость к узловой станции угледобывающих предприятий и развитая транспортная сеть; наличие стабильных предприятий по подготовленным и промышленным запасам угля; - обеспеченность района строительства людскими и материальными ресурсами, а также необходимой базой строительства; - максимальное использование пустующих площадей и использование коммуникаций перерабатывающих предприятий. Механизация работ по смешиванию и отгрузке угля может реализовываться по различным технологиям: с использованием штабелеукладчиков на рельсовом или гусеничном ходу, комбинированных штабелеукладчиков-роторных погрузчиков, усреднительно-погрузочных машин роторного или барабанного типа, роторных погрузчиков, скреперных погрузчиков роторного или ротального типов и др. Для выбора и оценки технологической схемы предварительно рассмотрено несколько альтернативных вариантов усреднительно-подготовительных комплексов. Технико-экономические исследования возможных схем показали, что наиболее экономичной является схема с применением комбинированных штабелеукладчиков - роторных погрузчиков. Удельные затраты на 1 т вместимости по данной схеме в 1,8 раза ниже. Однако для окончательного принятия решения в предпочтении данной схемы необходимо убедиться в полной замене, с точки зрения тщательности перемешивания угля, усреднительных машин на роторные погрузчики. Учитывая, что изменение затрат на производство по поставке проектного топлива и его использование на станциях диаметрально противоположны для угольщиков и энергетиков, оценка подготовки топлива оптимального качества определяется на основе суммарных затрат по конечной продукции топливно-энергетического комплекса и учитывает как ущерб от использования угля несоответствующего качества, так и дополнительные затраты на подготовку угольного топлива соответствующего качества. Грубая экономическая оценка практики использования углей проводилась по трем вариантам: - поставка топлива непроектного качества и снижение, таким образом, эффективности работы оборудования тепловых электростанций; - отказ от запасов непроектного топлива и изменение технологии производства горных работ: увеличение добычи проектного топлива на величину сложившегося дефицита; - предварительная подготовка угля до качества, соответствующего проектному топливу. Предварительные расчеты, произведенные исходя из наличия по объединенной энергосистеме Сибири 57 котлов с жидким шлакоудалением и с учетом перемаркировки их по производительности, показывают, что внедрение усреднительно-подготовительных комплексов дает экономический эффект 20,36 млн. руб. С учетом того, что усреднительно-подготовительные комплексы одновременно могут выступать демпфером в период летнего спада потребления и освободить до 15% мощностей в период зимнего пика потребления, эффект почти удваивается.
Задача максимизации прибыли МОК для модели отрасли, заданной в виде способов производства
При максимизации прибыли отраслей в МОК и прибыли отдельных децентрализованных отраслей их оптимальные планы могут не совпадать. Поэтому для реализации оптимального плана МОК необходимы координирующие меры управляющего центра МОК.
Согласование планов подсистем и построение оптимального плана МОК можно было бы осуществить посредством корректировки цен и условий функционирования его подсистем," задаваемых в виде ограничений на производство и потребление. При этом необходимо так задать параметры подсистем, что задача оптимизации прибыли при этих параметрах для подсистемы дала бы оптимальный план МОК. Как было отмечено ранее, используются три основных метода координации решений: лимитный, ценностный и лимитно-ценностный. При использовании лимитных методов согласование решений подсистем производится посредством задания ограничений на использование ресурсов и производство продукции.
При использовании ценностных методов согласование решений подсистем производится посредством регулировки цен. Следствие 2.1 устанавливает цены для продукции отраслей и ресурсов (2.2.22), при которых реализуется оптимальный план МОК. При вариациях цен (2.2.22) в целях децентрализованного управления отраслями, при максимизации каждой из них своей прибыли, возможны следующие ситуации. 1. Если некоторый z -ый ресурс в МОК используется полностью, то, согласно (2.2.19), его дополнительная цена w,- может быть положительной w/ 0. Это означает его более высокую ценность в МОК и выполнимость ограничения (2.2.3) по этому ресурсу при повышенной на него цене s,+ w,- . Эта новая цена устанавливается центром МОК с тем, чтобы он расходовался отраслями, которые его могут приобрести по этой цене и при этом максимизировать свою прибыль. Такая цена является внутрирасчетной ценой внутри МОК, а доходы от повышения остаются в МОК всегда. 2. При у=0 ставится задача обеспечения внешнего выпуска МОК без использования внешних ресурсов из состава продукции отраслей, т.е. самообеспечение продукцией отраслей. Для некоторой і-ой отрасли может оказаться, что вся ее продукция используется внутри МОК, т.е. у,=0. В этом случае, согласно (2.2.18), возможна ситуация, когда добавка в цене продукции отрасли положительна v, 0. Следовательно, для обеспечения оптимума МОК необходимо стимулирование этой отрасли в виде повышения цены ее продукции на величину v,- . Поскольку вся продукция этой отрасли используется внутри МОК, то эти цены являются внутрирасчетными. Остальным отраслям выгодно покупать ее продукцию по повышенной цене. 3. При уи 0 ставится задача обеспечения обязательного внешнего выпуска без использования внешних ресурсов из состава продукции отраслей. Для некоторой і-ой отрасли может оказаться yi= у;. В этом случае, согласно (2.2.18), может оказаться v, 0. Поэтому, согласно (2.2.22), для обеспечения оптимума МОК, необходимо повышение цены продукции этой отрасли на величину V,- . При этом повышение цены должно обеспечиваться внешними потребителями-заказчиками уровня производства yi= у(. Итак, мы рассмотрели несколько ситуаций перераспределения доходов между потребителями и производителями и приближенный их анализ, который в конкретных ситуациях следует дополнять анализом предметных специалистов.
Оптимизация планирования производства межотраслевого комплекса с производственными функциями предприятий частного вида В настоящем разделе мы. конкретизируем постановку задачи максимизации прибыли МОК, дополнив ее определением вида производственных функций отраслей. Результатом раздела является эффективный численный метод решения задачи оптимизации плана МОК.
Оценка ценовых показателей системы
Для системы предприятий топливно-энертетического комплекса в качестве основы моделирования для описания взаимодействия ее элементов примем микроэкономическую теорию. Микроэкономическая теория - это теория цен и распределения ресурсов (см., например, [35]), законы равновесия которой устанавливают соотношения между основными характеристиками производств. Она дает нам основу в виде системы показателей для производителя и соотношений между ними, являющихся основным средством анализа эффективности их функционирования, и аппарат, позволяющий сравнивать преимущества различных форм организации производства.
Поскольку основные характеристики производств не являются наблюдаемыми непосредственно, необходимо производить их оценку на основе наблюдений характеристик затрат и выпуска предприятий. Для этих целей разработаны методы аппроксимации наиболее известных многомерных производственных функций [36] по наблюдениям «затраты - выпуск» [25] и алгоритмы вычисления основных характеристик производств предприятия. На этом этапе мы получим представление системы производителей в пространстве основных характеристик производств.
Существенного упрощения описания системы можно добиться, получив ее краткое описание, выделив в ней небольшое число объективно обусловленных качественных образования - классов, с ранговым упорядочением объектов внутри классов. Это позволит существенно сократить этапы ее экспертного анализа, изучения и определения подходов по регулированию. Этот этап работы заключается в выделении структуры множества производителей в пространстве экономических характеристик основных характеристик производств.
Результатом исследований является представление системы в виде хорошо структурированных групп предприятий, с ранговым упорядочением их по эффективности внутри групп. Каждая из групп представляет собой некоторое качественное образование однородных объектов с присущими им общими свойствами, что дает возможность их упорядочения и сравнения внутри группы на основании экономического критерия. Таким образом, мы получаем обозримый «портрет» системы в целом, который упрощает процесс принятия решения по регулированию деятельности системы и улучшению ее качества. Адекватность модельных представлений и выводов доказывается совпадением полученных в работе результатов с результатами проведенной реструктуризации.
Теория конкурентного равновесия дает систему и основу понимания главных составных частей экономики (производства, распределения, потребления) и механизма формирования цен [35, 36]. В МОК, несмотря на ограничения в распределении прибыли, обусловленные объективными обстоятельствами, в рамках существующей системы взаимоотношений, каждое из предприятий стремится увеличить свою прибыль в условиях технологических ограничений. Последнее является одним из ключевых предположений микроэкономической теории.
Обозначим у и р0, соответственно, выпуск и цену продукции предприятия с одним видом выпускаемой продукции, а х = (х1,...,хп) и р = (р\,...,рп) - векторы затрат и цены ресурсов, где п - количество используемых видов ресурса. В условиях совершенной конкуренции равновесие предприятия определяет его оптимальные объемы производства и затрат ресурсов у , х , которые являются решением задачи максимизации чистой продукции предприятия.
