Geum.ru

Моделирование экономической устойчивости систем энергетики

Вид материалаАвтореферат

Содержание


Решение задачи управления электропотреблением НСЭ
Соотношение замыкающих (маржинальных)
Подобный материал:
1   2   3   4
четвёртой главе – «Совершенствование управления электроэнергетическими системами как основа повышения их устойчивости и эффективности» - с использованием вышерассмотренного инструментария предлагаются некоторые направления совершенствования планирования и в целом управления системами электроэнергетики разных уровней.

Указанные направления можно определить как управленческие механизмы обеспечения устойчивости систем энергетики.

На уровне энергопредприятий предложен метод адаптивного планирования технического обслуживания и ремонтов (ТОР) энергетического оборудования, позволяющий решать взаимосвязанные задачи выбора оптимального состава ремонтируемого оборудования, объемов работ в условиях ресурсных ограничений в процессе ежегодного планирования предупредительного ТОР, и оперативного реагирования при сформированном плане на недопоставки по ресурсам в процессе проведения ТОР. Реализация первой задачи (во взаимодействии со второй) имеет целью формирование надёжного и эластичного плана ТОР. Важность решения второй задачи обусловлена возможностью ресурсных недопоставок / нехватки запасных частей, материалов, трудовых и финансовых ресурсов, усугубляющейся тем, что после проведения вскрытия и дефектации энергетического оборудования может появиться необходимость в проведении сверхплановых работ, не обеспеченных первоначально ресурсами и требующих дополнительного времени. Возникшие недопоставки (возмущения) по ресурсам надлежит оптимальным образом распределять между объектами планирования с точки зрения необходимости минимизации недовыпуска конечной продукции (например, потенциальной энергии в связи со снижением КПД агрегатов и временем их готовности) и с учётом возможной взаимозаменяемости ресурсов – факторов.

В работе произведена апробация построенной адаптивной модели для реального плана-графика ремонтов 5-ти параллельно работающих энергоагрегатов (объектов планирования) на НТЭЦ-2 ОАО «Новосибирскэнерго» (НСЭ) за 2003 год. Полученная оптимальная стратегия разгрузки возмущений (в виде недофинансирования ремонтных работ) обеспечивает ≈ 25-ти процентный эффект по сравнению с реально воплощённой стратегией разгрузки при реализации плана ТОР в 2003 году.

Правовой и коммерческой основой функционирования электроэнергетического рынка являются договоры (контракты), связывающие друг с другом его участников. Срочные, в частности, опционные договоры, с одной стороны, призваны служить финансовыми инструментами для снижения коммерческих и производственных рисков, с другой стороны, формирование параметров этих договоров представляет собой элемент планирования деятельности участников энергетического рынка. В диссертации рассмотрена задача управления балансом электроэнергии генерирующей компании при наличии возможного дефицита активной мощности и энергии. В этих условиях компания заключает опционный договор «колл» с независимым производителем электроэнергии (НПЭ) – соглашение на покупку права получения электроэнергии по определенной цене или соответственно – на продажу НПЭ обязательства поддерживать в готовности свои генерирующие мощности нести нагрузку в течение установленного договором срока и заранее оговоренных пределах. Договорная (плановая) величина предельной нагрузки должна определяться исходя из возможностей адаптации с наименьшими потерями и затратами к вероятным изменениям спроса на продукцию энергокомпании, потерь в ее сетях и т.п. Данные возможности включают в себя генерацию электроэнергии на собственных мощностях, поставки энергии по перетокам от НПЭ, отключение собственных потребителей в некоторые промежутки времени. Сформулирована базовая математическая модель адаптивного управления электропотреблением энергокомпании, опирающаяся на одну из постановок модели формирования эластичного плана:



,

где  цена опциона,  искомая программная переменная мощности, которую нужно указать в опционном контракте; - алгоритмически заданная функция минимизации затрат и потерь, связанных с компенсацией небаланса электроэнергии. На её основе выполнен укрупнённый расчёт целесообразной величины базисного актива (мощности) возможного опционного контракта между НСЭ и НПЭ (ОАО «Иркутскэнерго») за три летних месяца 2003 года, результаты которого представлены ниже:

Решение задачи управления электропотреблением НСЭ


Искомая прог- Общие ожи- Устойчивость

раммная вели- даемые зат- (гибкость) по

чина мощнос- раты и по- затратам, %

ти по контрак- тери, млн. р.

ту, МВт

Оптимальный вариант

возможного опционного

договора на поставку э/

энергии по перетокам в

2003 году 249,2 136,3 30


Вариант договора с ус-

реднёнными значения-

ми нагрузки и потерь

э/энергии (детермини-

рованный вариант мо-

дели) 200,9 151,2 - .


Важнейшим фактором обеспечения устойчивости функционирования любого, в том числе и энергетического предприятия является его развитие (проявление свойства управляемости), осуществляемое посредством реализации различных инвестиционных проектов (ИП). Определяющую роль при этом играют инновационные изменения, которыми необходимо управлять, прежде всего в контексте достижения экономической устойчивости. Задача управления существенно усложняется, если в качестве экономического субъекта выступает крупная промышленная компания-реципиент (энергокомпания), в области интересов которой, как правило, находится множество неальтернативных ИП (некоторые из них могут быть взаимосвязанными). В этом случае речь должна идти о формировании инвестиционной программы (ИПр). В качестве инструмента её составления разработана динамическая многокритериальная модель ИПр, позволяющая решать подзадачи: отбора подмножества ИП для реализации; использования чистых доходов от предшествующих ИП для дополнительного финансирования последующих ИП; определения необходимых объёмов финансирования по годам срока финансирования ИПр; определения общего объёма финансовых ресурсов с учётом неточности значений параметров ИП, входящих в ИПр. По данной модели проведены вариантные расчёты по составлению инвестиционной программы для ОАО «Новосибирскэнерго» на 2003-2005г.г. Исходное множество ИП при этом включало 11 проектов, направленных на новое строительство и реконструкцию генерирующих мощностей, развитие телекоммуникационной сети, замену приборов учета электрической энергии, реализацию других организационно-технических мероприятий. Для снижения финансовых рисков применение указанной модели целесообразно производить с использованием аппарата формирования инвестиционного портфеля главы 3 настоящей диссертации.

Недостатком создаваемого в настоящее время оптового биржевого рынка электроэнергии «на сутки вперёд» представляется его ценовая неустойчивость (наличие краткосрочных скачков цен даже в течение суток), что приводит к увеличению рисков при принятии решений участниками рынка (сбытовыми компаниями, потребителями), временнόй неустойчивости их планов и вообще сужению возможностей стратегического прогнозирования и планирования. Одним из способов устранения этого недостатка должно стать, по мнению автора, создание механизма стабилизации оптового биржевого спотового электроэнергетического рынка на основе модифицированных зонных тарифов, рассчитываемых с учётом системных и сетевых ограничений и строящихся с использованием специальных моделей. Особенностями предлагаемого подхода являются, во-первых, расчёт интегральных (а не точечных) стоимостных оценок за гораздо больший промежуток времени, чем сутки (по крайней мере на несколько месяцев вперёд); во-вторых, выполнение при формировании потребительских тарифов усреднения цен поставщиков (для последних при этом, вошедших в оптимальный план, неизменно гарантируется оплата по ценам, не ниже указанным в их заявках).

Ниже в рамках указанного подхода представлены результаты расчётов (по зонам характерного суточного графика электрической нагрузки) для ФОРЭМ в границах ОЭС Сибири на январь 2001года:


Соотношение замыкающих (маржинальных)

и модифицированных зонных тарифов


Т1змк = 107,7 руб / МВт·ч Т1мод=47,78 руб / МВт·ч


Т2змк = 302 руб / МВт·ч Т2мод=102,064 руб / МВт·ч


Т3змк = 337,9 руб / МВт·ч Т3мод=133,493 руб / МВт·ч .


Реализация предложенной методики возможна, разумеется, лишь на организованном (биржевом) сегменте электроэнергетического рынка при наличии администратора торговой системы (АТС) и осуществлении клиринговых расчетов и платежей. Тем не менее ее применение будет способствовать увеличению привлекательности данного сегмента со стороны потребителей, росту спроса на нем, количества сделок, а, следовательно, и ликвидности, что является немаловажным также и для производителей (поставщиков). Проблема же излишков и дефицитов энергии на конкурентном электроэнергетическом рынке должна решаться с помощью организации балансирующего рынка и заключения договоров прямого платежа.

В пятой главе – «Структурная устойчивость и анализ целесообразности создания ассоциаций» - анализируется структурный аспект экономической устойчивости; предлагается методика оценки устойчивости ассоциативных структур и возможное направление обобщения их образования на межотраслевом и межрегиональном уровне; исследуется эффективность ассоциации энергетических предприятий.

Создание объединений хозяйственно самостоятельных субъектов рынка (ассоциаций) позволяет совмещать его открытость с налаживанием сотрудничества последних в таких конкретных областях, как природопользование, научно-технический прогресс, охрана окружающей среды. Смысл образования ассоциативных организаций состоит в реализации возможностей увеличения эффективности функционирования либо развития самих образующих ее субъектов, причём – в условиях существования антимонопольного законодательства – не за счёт усиления и эксплуатации рыночной власти, а в направлении объединения ресурсов; формирования и использования системных эффектов, в частности, за счёт уменьшения трансакционных издержек; снижения неопределённости и выработки согласованной ассоциативной политики. Проблема устойчивости организации ассоциативного типа, а именно, ее структурной устойчивости проистекает вследствие критериальной неопределенности (многообразия целей) в среде членов этой организации.

Теоретико-методологические составляющие подхода к формированию ассоциативных структур заключаются в следующем.

Модифицируется определение ситуации равновесия (точки устойчивого выбора): вариант (X) для fLi (, xi), i = 1, …, M будем называть согласованным равновесным решением, если

i = arg max fLi (, xi) для всех i = 1, …, M

xiXi ,

M – количество субъектов – потенциальных участников объединения; fLi (, xi) – целевая функция i-го субъекта, включающая «штрафную» компоненту с множителем L  0, фиксирующим цену его потерь за единицу отклонения от договорной стратегии. Доказано, что при достаточно большом L и некоторых допущениях можно сделать согласованным любое решение X. Таким образом, естественную устойчивость коллективных решений (а следовательно, и устойчивость ассоциативной организации в целом) можно усилить, установив некоторую ответственность в отношении каждого участника за отклонения в ту или иную сторону от первоначальных договоренностей при их реализации (такая постановка вопроса весьма характерна для консолидированных субъектов рынка, коими и являются ассоциативные структуры).

Предложен достаточно простой ассоциативный критерий эффективности Vа = Vа (x) =  max, xX, V0 – точка status quo. Показано, что с ним при определённых предположениях множество совместных стратегий обеспечивает потенциальным участникам ассоциативного объединения по крайней мере эффективность их выбора, индивидуальную рациональность и симметрию (равноправие).

Сформулирована в наиболее общем виде задача выбора согласованного решения.

Опираясь на модельные конструкции текущей главы проведено обоснование целесообразности создания топливно-энергетической ассоциации для удовлетворения потребностей Новосибирской области (НСО) в топливно-энергетических ресурсах (ТЭР) (см. рис. 5.1). С этой целью построена и реализована соответствующая математическая модель по данным статистической и финансовой отчётности субъектов за 2000 год. Расчёты продемонстрировали наличие указанной целесообразности, обусловленной принципиальной возможностью возникновения системного эффекта. Рост эффективности потенциальных членов ассоциации достигается за счёт следующих факторов:

- снятия неопределённости в среде членов относительно рыночных цен на продукты и ресурсы и формирования согласованной ценовой политики;




Рис. 5.1. Структура связей ассоциации субъектов по снабжению ТЭР НСО


- оптимизации транспортно-материальных потоков;

- учёта влияния обратных связей и реакции потребителей (спроса);

- реализации договорённостей внутри ассоциации без учёта посредников (предполагается, что вопросы координации решаются через создание специального ассоциативного органа).

Создание ассоциаций на уровне отраслей и регионов связывается с возможностью формирования и реализации индикативного плана валовых выпусков продукции отраслей в регионах и межрегиональных поставок товаров, устойчивого (равновесного по интересам) в том смысле, что он должен обеспечивать получение каждой отраслью в каждом регионе целевых значений конечных продуктов (фиксацию их в некоторых промежутках). Средствами регионального управления (на уровне администраций и региональных ассоциаций) для достижения равновесного состояния могут быть: государственные закупки продукции, региональная социальная и налоговая политика, рекомендации и стимулирование определенных направлений ресурсосбережения. В свою очередь инструментом составления такого плана мыслится межотраслевая межрегиональная модель, описывающая материальные, финансовые и энергетические межотраслевые балансы регионов, межрегиональные балансировки и позволяющая учитывать эффекты взаимодействия энергетического сектора с экономикой того или иного региона.

Ниже перечислены основные особенности представленной в диссертации межотраслевой межрегиональной модели, ассоциирующиеся с необходимостью удовлетворения требованиям определённой теоретической схемы – обобщением образования ассоциативных структур, содержащих регионы и отрасли в качестве хозяйственно самостоятельных объектов:

- отсутствие национального (народнохозяйственного) блока, отражающего существование вертикальных связей пространственной системы;

- отсутствие фиксации пропорций межрайонного обмена продукцией либо порайонной структуры производства и определение, таким образом, соотношений межрегионального обмена непосредственно в процессе реализации модели;

- наличие финансового блока, описывающего и обеспечивающего воспроизводство финансовых ресурсов;

- существование в модели параметров регионального управления (матриц коэффициентов региональных госзакупок и налоговых отчислений), дающих возможность влиять на реализуемость индикативного плана.

Предложенная модель может использоваться для синтезирования результатов расчётов, выполняемых с помощью моделей ТЭК, включающих технологические модели, финансово-экономические, а также модели связи экономики и энергетики. Данные типы моделей в свою очередь должны входить в состав разрабатываемой в настоящее время системы поддержки принятия решений (СППР), призванной обеспечивать комплексное разрешение проблемы энергетической безопасности в масштабах страны или региона. В рамках построенной межотраслевой модели устойчивого развития / функционирования системы регионов выполнены экспериментальные расчёты для конкретного территориального объекта – части Сибирского федерального округа. В их состав входило и определение по каждому региону матриц сглаженных технологических коэффициентов методом наименьших квадратов (для этой цели может быть применена специально построенная задача математического программирования).

В заключении излагаются основные результаты проведённого исследования, состоящие в следующем.

1. С учетом специфики экономических систем, являющихся социотехническими, организационными системами, в которых осуществлено целенаправленное управление действиями больших групп людей, определено понятие их экономической устойчивости как способности (свойства) в неопределённых условиях функционирования / развития обеспечивать реализацию своих целевых установок. Произведена классификация устойчивости и отражена ее взаимосвязь с адаптивностью, надежностью, маневренностью, гибкостью и некоторыми другими системными характеристиками. Предложено количественное описание последних (в части описания эластичности, маневренности, надежности).

2. На основе анализа текущего состояния топливно-энергетического комплекса, выявления факторов неустойчивости и угроз его развитию, а также энергетической безопасности страны рассмотрены принципиальные возможности управления экономической устойчивостью в электроэнергетике. Исследовано влияние на нее структурного и параметрического разнообразия объектов планирования. Показано, что разнообразие элементов при отсутствии у них компенсирующей способности на возмущения является необходимым, а в некоторых случаях и достаточным условием наличия данной способности у самой системы.

3. Разработаны два подхода к выбору и построению потенциально адаптивных планов экономических / энергетических систем.

Первый основан на использовании моделей, включающих в явном виде платежные функции объектов планирования, аппроксимирующие связь между входными возмущениями и отклонениями от плановых заданий по этим объектам.

Второй подход предполагает организацию на основе применения прямых методов стохастического программирования итеративной процедуры выбора интенсивностей программных способов из множества, определяемого ограничениями на стадии предплановых проработок. Данная процедура опирается также на использование специальных моделей, но построенных на базе оптимизационной задачи планирования развития экономического / энергетического объекта. Предлагается и исследуется ряд достаточно общих постановок соответствующей стохастической модели формирования эластичного плана, в которой фигурируют выбранные показатели надежности и непосредственно заданные условия маневрирования. Следует отметить, что классическая двухэтапная задача стохастического программирования, принципиальная схема которой реализована в известном подходе СЭИ (ИСЭ им. Л.А. Мелентьева), является частным случаем одной из этих постановок.

4. Предложены и обоснованы реальными расчетами, в том числе с использованием вышеуказанных подходов, управленческие механизмы, формирование которых необходимо для обеспечения устойчивого развития / функционирования систем энергетики на разных уровнях. К данным механизмам относятся:

4.1. Метод адаптивного планирования технического обслуживания и ремонтов энергетического оборудования с учетом возможной ограниченности на располагаемые ресурсы, прежде всего финансовые, и вероятного возникновения их недопоставок в процессе выполнения планов ТОР.

4.2. Система формирования инвестиционной программы (ИПр) и инвестиционного портфеля энергокомпании. ИПр предполагает решение целого ряда задач, связанных с производственными инвестициями в инновационные технологии, новое оборудование, совершенствование управления. Инвестиционный портфель диверсифицирует финансовые вложения и рассматривается в качестве дополняющего ИПр инструмента. Оба элемента системы, в которых по сути использован аксиоматический подход, наряду с адаптивным планированием ТОР должны реализовываться в рамках общей задачи управления активами хозяйствующего электроэнергетического субъекта.

4.3. Управление возможностью страхования (хеджирования) рисков с помощью срочных договоров, служащих, с одной стороны, производными финансовыми инструментами для снижения коммерческого и производственного риска, с другой стороны, являющихся элементом стратегического планирования деятельности участников энергетического рынка. При этом, среди срочных договоров особый интерес представляют опционные контракты, позволяющие не только стабилизировать целевые показатели в случае «отрицательных» возмущений, но и осваивать дополнительные «плюсы» от неопределенности и повышать тем самым общую эффективность функционирования / развития энергетических систем.