Свойства надежности развития, гибкости и адаптации - Математическая модель для формирования гарантированных стратегий развития ТЭК

Разработанная агрегированная двухзонная модель описывает развитие ТЭК страны за 15-летний период с выделением трех этапов плановой деятельности: начало первого пятилетия; конец первого и начало второго пятилетия; конец второго и начало третьего пятилетия. Балансовые условия записываются для этих этапов и на конец третьего пятилетия. Сроки мероприятий в модели существенно дифференцированы.
В состав мероприятий с длительными сроками осуществления (от 3 до 10 лет) включены: освоение новых (в восточной части СССР) и реконструкция действующих месторождений газа и угля; строительство серии новых газопроводов и ЛЭП из Сибири в европейскую часть страны; демонтаж существующих и строительство новых КЭС и ТЭЦ, работающих на газомазутном и твердом топливе (для последних предусматривается «двойная» топливоподача); строительство АКЭС и АТЭЦ; долгосрочные программы развития Экибастузского и Канско-Ачинского ТЭК, разведка газа в Западной Сибири и т. д.
К корректирующим, быстро реализуемым мероприятиям, предназначенным для компенсации возможных дисбалансов в системе, относятся: дополнительная добыча и транспорт западно-сибирского газа в европейскую часть страны; дополнительный транспорт кузнецкого угля в этом же направлении; использование газа взамен угля на КЭС и ТЭЦ европейской части; сокращение передачи электроэнергии с востока на запад; снижение экспорта газа; вынужденное снижение электропотребления в европейской части страны.
Важная отличительная особенность данной модели состоит в том, что наряду с блоком производственных взаимосвязей в нее включен блок формирования условий развития ТЭК. В этом блоке отражена зависимость уровней и структуры потребности в топливе и энергии на различных этапах развития и возможных сроков реализации ряда целевых программ от воздействия неопределенных факторов. К неопределенным факторам при этом отнесены темпы электрификации народного хозяйства, демонтажа оборудования на электростанциях, строительства АЭС и ГРЭС КАТЭКа. Возможности их осуществления в значительной мере зависят от внешних условий. Например, на масштабы и сроки реализации программы КАТЭК существенно влияют своевременность поставок оборудования, создание социальной и производственной инфраструктуры, необходимых мощностей строительно-монтажных организаций и т. д.
Целевая функция модели — сумма приведенных дисконтированных затрат за весь период по всем рассматриваемым мероприятиям.  Таблица 1
Варианты развития ТЭК в первом пятилетии

В нее включаются возможные ущербы народного хозяйства от вынужденного снижения энергопотребления. Тем самым при решении задачи на минимум денежных затрат в условиях ограниченности природных и материальных ресурсов, ограниченной взаимозаменяемости энергоресурсов достигается максимально возможное удовлетворение потребности в топливе и энергии.
Исследование динамических свойств ТЭК. На данной трехэтапной модели получена гарантированная стратегия и соответствующий ей вариант развития ТЭК на первое пятилетие (далее он называется гарантированным вариантом). Для демонстрации его особенностей в табл. 1 приведены характеристики еще трех вариантов (среднего, лучшего, худшего), полученных на той же модели при разных фиксированных значениях неопределенных факторов. Вариант при лучших условиях в случае их реализации требует минимальных затрат на развитие ТЭК, а при худших — максимальных.
Все варианты табл. 1 рассчитаны при одних и тех же объемах капиталовложений, выделяемых народным хозяйством на нужды ТЭК.
Полученные варианты различаются прежде всего структурой вводимых мощностей. В гарантированном варианте выше объемы задельного строительства объектов ядерной энергетики и электростанций на угле, причем в европейской части СССР для последних предусмотрена двойная топливоподача. Это приводит к некоторому повышению затрат на формирование структуры системы, зато создаются благоприятные условия для маневра и снижения затрат на адаптацию в случае изменения структуры производства энергоресурсов.
Сопоставимость вариантов по их экономичности и эффективности использования лимитированных ресурсов в условиях неопределенности достигается тем, что каждый вариант развития ТЭК в первом пятилетии проверяется на возможность последующего развития в самых неблагоприятных условиях и при этом подсчитываются необходимые затраты на развитие за весь расчетный период. Они называются максимальными затратами. Эти затраты могут включать ущербы от дефицитов топлива и электроэнергии, которые исчисляются через народнохозяйственные затраты на преодоление негативных последствий от дефицитов.
Измерение надежности вариантов развития по степени удовлетворения потребности в топливе и энергии затруднено вследствие динамичности объемов и разнообразия видов потребляемой энергетической продукции. В качестве показателя надежности развития, соразмеряющего эффективность удовлетворения разнообразных потребностей в энергетической продукции, используется отношение максимальных затрат без ущерба от дефицитов к максимальным затратам, включающим этот ущерб.  

Рис. 1. Ветвление процесса развития с иллюстрацией различий по ветвям

По показателю надежности развития гарантированный вариант насколько лучше варианта при худших условиях и имеет значительные преимущества по сравнению с двумя другими вариантами. Это обусловлено гибкостью и адаптивной способностью гарантированного варианта, поскольку при его формировании предусмотрена возможность структурной перестройки и адаптации в ответ на возмущения.
Одновременно с гарантированным вариантом на первое пятилетие устанавливаются все соответствующие этому варианту траектории, характеризующие продолжение (после первого пятилетия) процесса развития в самых неблагоприятных условиях.
В общем случае гарантированный вариант имеет не одно, а несколько равно тяжелых по затратам продолжений процесса развития, т. е. имеет место ветвление процесса развития [6]. При наличии ветвления гарантированный вариант не совпадает ни с одним вариантом, соответствующим условно-оптимальной траектории.
На рис. 1 показаны альтернативные возможности продолжения процесса развития ТЭК по гарантированному варианту при реализации неблагоприятных условий. Затраты на развитие по любой из этих ветвей равны 67,4 млрд. руб., хотя различия по структуре вводимых мощностей и привлекаемым корректирующим мероприятиям значительны. Ветвление в конце первого пятилетия вызвано различиями в ходе реализации программы КАТЭК. Отвлечение капиталовложений на ускоренную реализацию КАТЭК приводит к снижению темпов освоения газовых месторождений Западной Сибири и, как следствие, к необходимости сокращения потребления газа (10 млн. т у. т. в первом пятилетии), ущерб от которого исчисляется в экспортных ценах на газ. В случае замедленного развития КАТЭК увеличивается добыча и транспорт газа, который используется для топливоснабжения тепловых электростанций европейской части СССР, в том числе и станций с двойной топливоподачей. Дальнейшее ветвление процесса зависит от уточнения темпов реализации ядерной программы. Ее замедление приводит к необходимости дополнительной добычи газа и угля в Сибири и строительства электростанций на органическом топливе в европейской части страны.
Таблица 2
Гарантированные варианты развития ТЭК в первом пятилетии при разной капиталообеспеченности

Таким образом, структура вводимых мощностей в конце рассматриваемого периода имеет значительные различия по ветвям, хотя начальный процесс развития осуществляется по одному и тому же гарантированному варианту. Равенство затрат на траекториях, отвечающих существенно разным структурам развития системы, свидетельствует о высокой экономической стабильности гарантированного варианта в случае реализации неблагоприятных условий. Характеристикой экономической стабильности согласно [4] служит степень изменения агрегированных экономических показателей при изменении структуры и масштабов развития систем энергетики.
Возможные ущербы от вынужденного снижения энергопотребления в случае реализации неблагоприятных условий и максимальные затраты по гарантированному варианту наименьшие (табл. 1), что свидетельствует об эффективном распределении ограниченных ресурсов. Эта особенность гарантированного варианта может использоваться для обоснования рационального ресурсообеспечения и соответствующего уровня надежности развития ТЭК. Важнейшим народнохозяйственным ресурсом являются капиталовложения, выделяемые на нужды ТЭК. В качестве показателя степени удовлетворения капиталовложениями в дальнейшем используется капиталообеспеченност, под которой понимается отношение объема выделяемых капиталовложений к приросту потребления энергетической продукции. В табл. 2 приведены структура и основные характеристики гарантированных вариантов при разных уровнях капиталообеспеченностя в первом пятилетии.