ГЛАВА 2
МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ
В СИСТЕМАХ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ
1. Методологические основы и особенности определения оптимального качества энергии и топлива
Нахождение оптимальной стратегии управления сложным производственными системами, к которым относят и энергетику, как межотраслевой топливно-энергетический комплекс (ТЭК основывается на технико-экономических расчетах. Методологической основой таких расчетов является системный подход т. е. принятие решений на основе комплексного анализа входных и выходных характеристик энергетики в ее развитии единстве со всем народным хозяйством страны.
Системный подход в настоящее время широко применяете при изучении, проектировании различных объектов и управлении ими. Дальнейшее развитие он получил и применительно к энергетике [3, 38, 39, 40].
* Под биосферой понимают совокупность части атмосферы, гидросфер и части геосферы.
Неучет социальных и экологических аспектов может приводить к значительному народнохозяйственному ущербу. Дополнительные затраты в этих случаях соизмеримы с основными утратами того или иного энергетического объекта.
Влияние типа электростанций и их основных технико-экономических показателей на окружающую среду показано в табл. 9 по данным Атомного института австрийских университетов 39, с. 246].
Таблица 9
Данные табл. 9 верны в среднем для электростанций единичной мощностью 1000 МВт. Как видно из таблицы, выход вредных веществ зависит от вида энергоносителя, на котором работает электростанция. Наибольший выброс вредных веществ, и в первую очередь окислов серы и азота, приходится на электростанции, работающие на угле и нефти. Наличие таких выбросов не может не сказываться на качестве окружающей среды.
В нашей стране проводятся мероприятия по рациональному использованию энергетических и водных ресурсов с учетом охраны воздушного бассейна. Только в текущей пятилетке на цели выделено 11 млрд руб.
Если фактор надежности в настоящее время включается в состав приведенных затрат при оптимизации систем энергоснабжения и имеется вполне обоснованная методика определения ущерба [64], то в отношении учета качества энергии в этом случае имеются самые различные мнения. Одни специалисты считают, что наличие в энергосистеме энергии пониженного качества влечет за собой народнохозяйственный ущерб как для потребителя, так и для энергосистемы. Эти авторы приводят абсолютные и относительные (удельные) величины ущерба [13, 10, 34, 43, 45] и считают, что он должен учитываться при оптимизации схем энергоснабжения как при проектировании, так и на стадии эксплуатации. Другая группа специалистов не разделяет точку зрения первых и придерживается мнения, что ущерб при использовании энергии пониженного качества, хотя и имеет место, но, так как он носит вероятностный характер и его трудно определить, то его не надо учитывать в расчетах. Общим в этом вопросе является подтверждение наличия народнохозяйственного ущерба при использовании энергии пониженного качества, что установлено длительными исследованиями влияния отклонений показателей качества энергии на различных приемниках [43—45, 751.
С учетом сказанного критерий эффективности для оценки мероприятий по повышению качества энергии может быть представлен в виде
где К — капитальные затраты, руб.; И — ежегодные издержки, руб./г; М(У)—математическое ожидание народнохозяйственного ущерба при использовании энергии пониженного качества, руб./г.
Аналогично записывается и критерий эффективности для щенки фактора надежности схемы энергоснабжения.
В гл. 1 было показано, что использование топлива пониженного качества также приводит к дополнительным затратам в народном хозяйстве. Задача оптимизации топлива рассматривается как частный случай задачи оптимальной концентрации полезного вещества (86]. В этом случае учет качества топлива осуществляется также по минимуму приведенных затрат с учетом затрат потребителя при использовании топлива данного качества.
Как показывают исследования советских ученых и специалистов, повышение качества энергии и топлива связано с увеличением затрат на стадии производства (добычи), преобразования и распределения (обогащения), но при этом уменьшаются затраты на стадии использования этой продукции, а значит, уменьшается ущерб народного хозяйства. Возникает задача нахождения оптимального качества энергии, топлива и степени надежности энергоснабжения в народнохозяйственном аспекте. Кроме того, должны быть учтены социальный и экологический факторы повышения качества энергоснабжения, а также качество (определенность) той информации, на которой основаны оптимизационные расчеты.
Решение такой задачи должно производиться с учетом существующей иерархической структуры больших систем энергетики, причем каждая иерархическая ступень имеет свои особенности, характеризующиеся прямыми и обратными связями в производственном и территориальном разрезах. На рис. 4 приведена общая схема реальной иерархии больших систем энергетики, сочетающая технологические и территориальные признаки их формирования [58]. Сплошными линиями на рисунке показаны функциональные вертикальные связи, штриховыми — горизонтальные, формирующие общеэнергетическую систему страны, районов и системы энергоснабжения узлов. Как видно из схемы, система энергоснабжения узла характеризуется связями как с системой народного хозяйства, так и с локальными системами электротеплотопливоснабжения данного территориального комплекса. Энергопотребляющие технологические и бытовые процессы имеют связи с системой энергоснабжения узла и с предприятиями, производящими отдельные виды энергии.
Рис. 4. Принципиальная схема иерархической структуры реальных больших систем в энергетике.
Следует обратить внимание и на то, что понятие топливоснабжения входит как составная часть в понятие системы энергоснабжения. В этой связи реальна и правомерна постановка комплексной задачи оптимизации качества продукции в системах энергоснабжения.
Оптимальному качеству системы энергоснабжения будет соответствовать такая совокупность ее свойств (надежность, качество электроэнергии, качество топлива, качество окружающей среды, качество информации), при которой имеет место минимум народнохозяйственных затрат на всех стадиях ее «жизненного» цикла (проектирование, исследование, производство, преобразование и распределение; потребление, планирование, контроль).
В общем случае критерий оптимальности должен быть увязан с экономическим критерием эффективности сложных производственных систем, который предполагает получение максимального объема накопленной части национального дохода в стоимостном выражении. Математически [64] он записывается в виде:
где ΔΠ0 — увеличение объема накопляемой части национального дохода, обеспечиваемое производственной системой для народного хозяйства при рассматриваемом варианте ее развития; Qi — количество продукции (услуг) ί-го вида, производимое системой в год t, которое может быть реализовано (ί=1, 2, 3,..n); Ci — стоимость (объективно обусловленная оценка) единицы продукции i-го вида.
Из этого выражения следует, что накопленная часть национального дохода будет максимальна тогда, когда капитальные затраты и ежегодные издержки в процессе развития и эксплуатации производственной системы будут равны нулю. Полное отсутствие приведенных затрат не характерно для развивающихся объектов, но минимизация их является целью техникоэкономических расчетов. Эта минимизация касается и таких специфических ежегодных затрат, как народнохозяйственный ущерб.
Таким образом, чтобы определить оптимальные затраты на энергоснабжение того или иного объекта в общем случае, необходимо не только учесть достижения современной техники, но и оценить возможные социально-экономические затраты, которые может понести государство на данном этапе своего развития. Иными словами, границы повышения качества энергоснабжения устанавливаются не уровнем развития техники, а диктуются экономической целесообразностью и социальной необходимостью. В общем случае целевая функция критерия оптимальности системы энергоснабжения может быть записана в виде математического ожидания функционала
Таким образом, системный подход к оптимизации качества энергоснабжения предполагает комплексный учет дополнительных народнохозяйственных затрат (ущерба), возникающих при использовании производственными системами энергии и топлива пониженного качества. Такой ущерб может иметь место на каждой ступени иерархической системы народного хозяйства. Очевидно, каждой такой ступени должен соответствовать определенный оценочный показатель, позволяющий учитывать иерархию используемых критериев оптимальности.
Как отмечалось, критериями оптимальности при оптимизации качества систем энергоснабжения могут быть показатели изменения национального дохода и приведенные затраты (или их составные элементы). Наряду с этим может применяться и такой критерий, как прибыль, представляющая собой разность между ценой реализуемой продукции и издержками ее производства. Наибольшее применение этот критерий может найти в расчетах, относящихся к региональному уровню.
В качестве меры экономического ущерба в ряде случаев целесообразно использовать так называемые замыкающие затраты. Эти затраты дифференцированы по районам страны и во времени и могут отражать экономию или перерасход энергетических, а также других природных ресурсов. Так, в энергетике существуют замыкающие затраты на топливо, на электроэнергию и на производство тепловой энергии. При определении ущерба от воздействия на объекты (например, сельскохозяйственные) загрязнений также применяются замыкающие затраты, которые в этом случае характеризуют дополнительные затраты на восстановление теряемого объема продукции (из-за загрязнения полей, например) на худших землях.
В настоящее время такие оценки имеются не для всех иерархических уровней, что вызывает необходимость оценки ущербов по существующим ценам или же по стоимости производства того или иного энергоносителя, что может быть использовано только в ориентировочных за данный период времени расчетах.
В последнее время применяется метод оценки эффективности повышения качества в системах энергоснабжения по задаваемым нормам на отдельные показатели качества этой системы. На наш взгляд, применение норм при оптимизации качества систем энергоснабжения возможно в случае их научной обоснованности. Если же эти нормы установлены, например, только с использованием метода экспертных оценок, то они будут вносить в методы расчета определенные элементы субъективизма, что может существенно влиять на выбор оптимального плана развития того или иного энергетического объекта. Поэтому в дальнейшем следует применять существующие методы определения оптимального качества систем энергоснабжения с учетом величин вероятностного ущерба; кроме того, следует вносить коррективы в нормы, установленные на показатели качества энергии, топлива и уровень надежности систем.
