Оптимизация городских систем газоснабжения в вероятностно-неопределенных условиях

В принятых на ХХУ1 съезде КПСС «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года» определена необходимость дальнейшего повышения эффективности общественного производства на основе научно-технического прогресса, усиления взаимных связей науки и производства и более полного использования всех резервов, совершенствования системы и методов планирования и управления экономикой.

Разработанные партией и правительством директивные направления особенно актуальны для развития энергетического хозяйства, в том числе и для газоснабжающей системы страны, как оказывающие существенное влияние на развитие всей экономики Советского Союза. Еще в 1921 году В. И. Ленин говорил, что «. только на минеральном топливе может быть прочная постановка промышленности, способной служить для социалистического общества» J .

В конце XI пятилетки добыча природного газа в стране достигнет 600−640 миллиардов куб. метров в год £б]. Если сравнить добычу газа с I960 г., то она в СССР в то время была только около 50 миллиардов куб. метров в год. Рост добычи газа за последние 25 лет должен увеличиться в 12−13 раз. Это создает возможность в широком масштабе и в дальнейшем развивать газификацию городов и поселков нашей страны, особенно Прибалтийских республик, которые обладают ограниченными местными топливно-энергетическими ресурсами.

Решение поставленных научных и практических проблем требует разработки новых и совершенствования целого комплекса взаимосвязанных задач оптимизации городских систем газоснабжения (ГСГ), использования средств вычислительной техники и экономико-математических методов, обеспечивающих повышение экономической эффективности в этой капиталоемкой отрасли народного хозяйства — одном из основных звеньев Единой газоснабжающей системы Страны. В настоящее время отчасти решены основные задачи оптимизации ГСГ с использованием однозначных — детерминированных показателей, не учитывающих вероятностно-неопределенные свойства погрешности исходной информации.

Однако проведенный анализ статистических данных главной исходной информации, нормативных материалов, работ в области оптимизации ГСГ показал, что принимаемый на стадии проектирования детерминированный подход к решению вопросов оптимизации является мнимо точным, так как он не позволяет учесть всевозможные отклонения технико-экономических параметров при определении оптимальных решений. Это влечет за собой лишь большие народнохозяйственные потери материальных и денежных средств в стране.

Назрела насущная необходимость при проектировании и реконструкции ГСГ использовать обоснованные технико-экономические показатели, учитывающие объективные свойства погрешности исходной информации.

Цель настоящей работы состоит в обобщении и решении крупной народнохозяйственной проблемы, имеющей большое научное" и практическое применение, — оптимизации городских систем газоснабжения на основе создания или совершенствования наиболее эффективных методических основ, математических выражений и программ расчета на ЭВМ с оценкой объективных свойств погрешности исходной информации.

Для достижения этой цели, решены следующие основные задачи:

— изучение условий применения экономических принципов и законов социализма для решения проблем рационального развития ГСГ и выявление особенностей и свойств последних (их связей с Единой газоснабжающей системой страны, жилищно-коммунальным хозяйством, энергетикой и промышленностью города);

— формирование теоретических положений общего и конкретного методологических подходов к решению комплекса взаимосвязанных задач оптимизации проектируемых и существующих ГСГ на основе учета вероятностно-неопределенных свойств экономической и другой исходной информации;

— определение (на примере городов Прибалтийских советских республик) объективно существующего вероятноетно-неопределенного характера погрешности (ее уровня и вида распределения, математического ожидания, дисперсии) главной исходной информации, основных причин отклонений, а также поиск конкретных вероятностно-аналитических выражений для определения достаточного числа статистических наблюдений;

— разработка комплексной системы технико-экономического обоснования ГСГ, т. е. разработка методических основ и системы моделей, а также программы расчета на ЭВМ, с применением исходных технико-экономических показателей (с учетом вероятностно-неопределенных свойств их погрешност^: выбора оптимального количества газорегу-ляторных пунктов (ГРП) и газораспределительных станций (ГРС) — расчета распределительных (тупиковых) и закольцованных газопроводов на минимум капиталовложенийглубины ввода сетей высокого (среднего) давления;

— обобщение существующих и разработка нового метода определения ЗЭН, с целью повышения производительности труда и достижения экономии средств, а также исследование критериев и выбор оптимальных параметров в ЗЭН для рационального развития ГСГ;

— разработка системы методов и мероприятий, связанных с учетом народнохозяйственного ущерба от недоотпуска газа промышленным предприятия, и выявление причин и закономерностей ограниченной подачи газа из магистральных газопроводов в ГСГ с целью повышения надежности обеспечения потребителей природным газом и разработки проектных решений по «АСУ-газ» ;

— разработка методов и программ расчета на ЭВМ для улучшения оперативного прогнозирования и управления городскими газораспределительными системами в условиях «АСУ-газ» .

Решая эти задачи, возникает необходимость применения вероятностно-аналитических методов расчета. Это обусловлено тем, что ГСГ как подотрасль народного хозяйства, по своему развитию и управлению являются системой постоянно развивающейся, со сложными разного уровня иерархическими связями, где многие технико-экономические показатели, формирующие основные критерии сопоставимости и экономичности вариантов принимаемых решений обладают явно выраженными вероятностно-неопределенными свойствами.

Необходимость применять хотя и более сложные, по сравнению с в настоящее время используемыми однозначными-детерминированными методами расчета, вероятностные методы расчета оптимизации ГСГ объясняется еще и тем, что указанные метода расчета способствуют более объективно^ выявлению ретроспективных и предполагаемых явлений, определяющих будущее развитие системы с учетом объективно существующих свойств погрешности исходных данных.

Применение вероятностно-аналитических методов расчета и реализация разработанных методических положений, экономико-математических выражений и программ расчета на ЭВМ при оптимизации ГСГ обеспечивают существенный экономический эффект.

Следует отметить, что предлагаемые методические основы решения рассматриваемых в данной работе задач призваны повысить эффективность работы городских газовых хозяйств, способствуя увеличению уровня производительности труда, снижению себестоимости производства и реализации продукции (услуг), росту прибыли и т. д.

Так, например, в результате оптимизации полученное уменьшение металло-капиталовложения при строительстве или реконструкции ГСГ существенно влияет на эффективность использования основных фондов производственного назначения (газовые сети всех ступеней давления, сооружения на них и т. д.), снижение амортизационных отчислений, а в итоге и уменьшение эксплуатационных издержек. Некоторые указанные экономические показатели отдельно, как объект исследования, в данной работе не рассматриваются.

Научная новизна работы заключается в том, что в диссертации впервые применительно к ГСГ:

— проведены с позиции системного подхода теоретические и прикладные исследования целого комплекса актуальных задач проектирования, прогнозирования, учета народнохозяйственного ущерба в газоснабжении, экономической эффективности функционирования ГСГ, построенные на основе принципа учета вероятностно-неопределенных свойств исходной информации с целью достижений достоверных минимальных затрат и максимального эффекта. Данный подход распространен на все объекты исследования;

— наряду с общим подходом в работе решены новые технико-экономические задачи, учитывающие размер и причины отклонения, вероятностные свойства главной исходной информации, используемой при технико-экономическом обосновании ГСГ. С этой целью^метод определения достаточного числа статистических наблюденийпредложен новый графо-аналитический метод определения ЗЭН и границ ее сужения на основе статистически установленного закрна распределения погрешности исходных показателей и заданной вероятности принимаемого решенияобоснован метод исследования и определения пяти отдельных критериев, составляющих совокупность критерия экономического риска для выбора оптимального решения в ЗЭНрешена задача определения на основе графо-аналитического подхода оптимального количества ГРП и уровня обоснованных максимальных капиталовложений в ЗЭНразработана комплексная система технико-экономического обоснования моделей для выбора оптимального количества ГРП и ГРС, расчета распределительных и закольцованных газопроводов на минимум капиталовложений, а также расчетная программа для ЭВМ с использованием метода скользящего допуска и с соблюдением заранее заданного уровня гидравлической увязки колец сети;

— разработан вероятностно-аналитический метод и получены принципиально новые аналитические выражения для оценки народнохозяйственного ущерба на промышленных предприятиях, ограничиваемых в газоснабженииэти выражения служат основой для разработки шкалы приоритетов, устанавливающей соответствующую очередность ограничения в газоснабжении потребителей, при которой ущерб по предприятию достигает минимума;

— для улучшения управления процессами газопотребления, т. е. оперативного прогнозирования, применено математическое моделирование, учитывающее вероятностный характер процесса газопотребления и главных факторов — температуры наружного воэдаха, скорости ветра и объективно существующего недоотпуска газа из магистральных газопроводов в ГСГсоздана логико-комбинированная модель последовательности массива исходных данных для краткосрочного прогнозирования, а также разработана соответствующая программа на ЭВМ.

Полученные в диссертационной работе теоретические выводы и практические рекомендации результатов исследований выполнялись исходя из практической потребности развития и эксплуатации ГСГ с целью создания наиболее совершенных и эффективных методов, рекомендаций и вероятностно-аналитических выражений, расчетных программ на ЭВМ.

Проведенные исследования ориентированы на их использование в практике проектирования и реконструкции ГСГ, для разработки «АСУ-газ» .

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработана комплексная система технико-экономического обоснования ГСГ с учетом вероятностно-неопределенных свойств погрешности исходной информации и программа технико-экономического расчета кольцевой газовой сети на ЭВМ.

2. Разработана система методов и мероприятий, связанных с учетом ущерба от недоотпуска газа промышленным предприятиям и вскрытием причин ограниченной подачи газа из магистральных газопроводов в ГСГ с целью повышения надежности обеспечения потребителей природным газом,.

3. Разработана методика и программа расчета на ЭВМ оптимальных режимов ГСГ с целью улучшения оперативного прогнозирования и управления указанными системами.

Диссертационная работа изложена в 7-ми главах.

В первой главе определены задачи и направления исследования, реализация которых способствует эффективному развитию ГСГ. Рассматриваются категории планирования, управления и прогнозирования народного хозяйства, раскрывается значение использования принципов взаимосвязи и развития экономических явлений для решения проблем рационального развития ГСГ, определяется лЛУвтическая и динамическая сущность этих явлений (детерминизм и случайный характер). Значительное место уделяется анализу оптимальности, проблеме выбора народнохозяйственного критерия. Обосновывается использование критерия капитальных вложений как основного для оптимизации ГСГ. Дан анализ современного состояния топливно-энергетического баланса и перспективного развития в XI пятилетке газоснабжения Прибалтийских республик.

В заключение представлено обоснование общего подхода к классификации главной исходной информации при оптимизации ГСГ, т. е. разделение ее на отдельные 7 групп.

Во второй главе исследуются основные вероятностно-неопределенные свойства исходной информации и требования к ее оценке. Определяются главные факторы погрешности исходной информации и принципиальные трудности при обработке ее за прошлый период.

Для практического использования при расчетах разрабатываются вероятностно-аналитический метод и конкретные математические формулы для определения достаточного числа статистических наблюдений при оптимизации ГСГ.

В процессе конкретных исследований выявляется зависимость уровня погрешности исходной информации от величины и объема рассматриваемой системы.

Исследуются причины возникновения и характеристика зоны экономической неопределенности, обобщаются существующие методы определения ЗЭН и их недостатки, а также разрабатывается новый метод определения ЗЭН в случае нормального вида распределения погрешности исходных данных и конкретно задаваемой вероятности принимаемого решения. Анализируются критерии и методика выбора оптимальных решений в ЗЭН. Значительное место уделяется дополнительному методу исследования ЗЭН, критерию экономического риска, позволяющего существенно уменьшить число вариантов для принятия окончательного решения.

В третьей главе разрабатывается методика выбора оптимального количества ГРП и ГРС с учетом вероятностно-неопределенна свойств исходной информации, определяется рациональная структура глубины ввода сетей высокого и среднего давления как одного из путей снижения капиталоемкости газоснабжающей системы, изложен вероятност-но"аналитический подход расчета сравнительной экономичности городской газораспределительной системы в зависимости от изменения числа ГРС.

В четвертой главе рассматриваются задачи и методика расчета распределительных газопроводов на минимум капиталовложений с учетом вероятностно-неопределенных свойств погрешности исходной информацииприводится полученное математическое выражение для вычисления диаметров распределительных (тупиковых) газопроводов в общем случае, т. е. для определения диаметров dj, cLzt .dn, точность применения которого проверяется на расчетах заданной схемы тупиковых газопроводов. Анализируются погрешности и причины отклонений капиталовложений и эксплуатационных издержек при проектировании и строительстве городских газопроводов, а также погрешности и причины отклонений при определении в стадии проектирования объемов расхода газа потребителям. Дан расчет экономической эффективности в условиях Прибалтийских республик при использовании вероятностного метода расчета городской газораспределительной сети низкого давления.

В пятой главе излагается создание вероятностно-аналитического метода расчета экономичности закольцованных газопроводов. Обобщаются существующие методы расчета экономичности этих сетей и определяются их недостатки. Разрабатываются конкретные выражения для: определения диаметров участков закольцованных газовых сетей низкого и высокого (среднего) давления, соответствующие требуемой нормативной надежности сети в отношении ее пропускной способностирасчета экономичности закольцованной газовой сети (в общем случае) при нормальном и равномерном видах распределений отклонений капиталовложений. Для определения выше указанных технико-экономических параметров, а также учета заранее заданного уровня соблюдения гидравлической увязки колец газовой сети разрабатывается новая, более рациональная программа расчета на алгоритмическом языке «Фортран», реализованная на ЭВМ EC-I033. Дан примерный расчет экономичности конкретной закольцованной газовой сети.

В шестой главе излагается создание методики определения ущерба на промышленных предприятиях, ограничиваемых в газоснабжении, а также определяются основные цели, задачи и пути решения при нормировании показателей надежности ГСГ, взаимосвязь надежности и учета ущерба в народном хозяйстве. Разрабатывается универсальная модель для определения ущерба от недоотпуска газа с учетом ряда формирующих факторов и свойств погрешности исходной информации, которые проверяются на конкретных примерах потребителей городов Вильнюса и Каунаса.

В седьмой главе излагается создание методов объективной оценки прогнозных (плановых) объемов и режимов потребления газа городами с учетом вероятностно-неопределенных свойств погрешности исходной информации. На примере анализа большого статистического материала по Литовской ССР определяются основные причины и их закономерность, а также последствия при нарушении подачи плановых объемов газа магистральными транспортными системами ГСГ. Разрабатываются с применением вероятностно-аналитических методов математические модели и программа расчета на алгоритмическою языке" Фор-тран" реализована на ЭВМ EC-I033 для оперативного прогнозирования газопотребления. На примере газопотребления г. Вильнюс определяется эффективность применения разработанных методов.

Для решения поставленных задач в настоящей диссертационной работе были использованы работы отечественных и зарубежных авторов по проблеме оптимизации топливно-энергетических систем.

Имеющуюся литературу по методам оптимизации топливно-энергетических систем, в том числе и по методам оптимизации систем газоснабжения, следует разделить на 3 основные группы:

1. Работы по общим вопросам развития методов оптимизации сложных систем в энергетике.

2. Работы по оптимизации систем газоснабжения.

3.

Литература

по разработке методов использования в области оптимизации объединенных энергетических (в том числе и газоснабжающих систем) в условиях вероятностно-неопределенных свойств исходной информации.

Неуклонный рост добычи и потребления природного газа, сооружение мощных магистральных газопроводов и создание сложных ГСГ создает все предпосылки для того, чтобы работам по методам оптимизации систем газоснабжения, как наиболее актуальным в настоящее время, уделялось особое внимание. В связи с этим в дальнейшем и рассматриваются в основном работы по оптимизации систем газоснабжения, которые являются одной из главных составных частей литера-ауры по методам оптимизации топливно-энергетических систем страны.

Работы по оптимизации систем газоснабжения по признаку технологических связей систем и их ведомственной подчиненности следует разделить еще на две части: I) работы по оптимизации Единой газоснабжающей системы (ЕГС), в основном охватывающие магистральный транспорт газа, надежность и резервирование газовых промыслов и магистральных газопроводов, регулирование неравномерности газопотребления, моделирование оперативного и перспективного планирования систем транспорта газа, объемов и режимов газопотребления и т. д.- 2) работы по оптимизации ГСГ и отдельных сельских районов при выборе и определении технико-экономических показателей, в том числе работы по вопросам обоснования технико-экономических показателей газоснабжения городов и сельских районов Прибалтийских республик, выбору зоны газоснабжения на природном, сжиженном и на других видах топливаизучению режима газопотребления, прогнозирования этих режимовметодов определения резервирования газового и другого топливаизучению надежности проектируемых и эксплуатируемых газораспределительных сетейучета народнохозяйственного ущерба от не-доотпуска газового топлива потребителям, работы по созданию «АСУ-газ» и т. д.

Вопросы по оптимизации ЕГС в основном освещаются в изданиях.

Всесоюзного Научно-исследовательского института экономики, организации производства и технико-экономической информации в газовой промышленности (ВНИИЭгазпром) Министерства газовой промышленности СССР, а также в печати отдельно изданных нескольких монографий [45, 72, 149] .

Ведущее место в исследовании экономических проблем, выборе методики обработки технико-экономических данных, создании математической модели оптимизации ЕГС занимают работы В. А. Смирнова [iO, 30, 13в], А. Д. Бренца [зо], С. С. Брудника [32], Ю. А. Кузнецова [WJ, В. Н. Кальченко^72j, Ю. И. Максимова jioj и других. Значительное место в области оптимизации магистрального транспорта газа занимают работы А. И. Гарляускаса [45], М. Г. Сухарева и Е. Р. Ставровского [l49j. Опыт оптимизации строительства линейной части магистральных трубопроводов рассматривается в книге В. Г. Карпова и В.Е.Тицен-ко [71] .

По вопросам исследования оптимального сочетания разных методов неравномерности газопотребления, ее учета при оптимизации топливно-энергетического баланса, прогнозированию режимов газопотребления определяющими являются работы И. Я. Фурмана 159, I6o]|, В. Е. Попадько [127J, А. В. Дубинского £б0, 6lJ, Ю. И. Максимова [j5oJ, Ю. А. Кузнецова [во], В. П. Браилова (28, 2э] и других.

Основные проблемы надежности и оптимальное резервирование газовых промыслов и магистральных газопроводов освещается в книге Э. Л. Вольского, А. И. Гарляускаса и С. В. Герчикова [43J, а также в работах В. А. Веникова jjioj, В. А. Вассермана [з7, 38] .

В области методических вопросов оценки^резервных топливных хозяйств в обеспечении надежности газоснабжения выделяются работы В. М. Костиной [78, 79] .

Обеспечение потребителей природным газом при ограниченной его подаче также рассматриваются в работах Г. А. Шяркшниса ?l7oJ, где приведена математическая модель задачи и исследованы возможности решения задачи методом нижней огибающей кривой. Задача решена для трех вариантов целевой функции.

Среди недостатков указанной работы можно отметить недостаточно полное описание сведения реальной газоснабжающей системы и математическую модель задачи. Также здесь не рассмотрен способ окончательного выбора решения.

Работы по вопросам оптимизации ГСГ и отдельных сельских районов нами рассматриваются в разрезе следующих проблем: выбора и технико-экономического обоснования основных параметров газораспределительных системсоздания нормативных показателей надежности работы городских систем газоснабжения, методики и алгоритмов учета народнохозяйственного ущерба на промышленных предприятиях, ограничиваемых в газоснабженииизучение методики сбора и анализа статистических данных об отклонениях фактических и плановых объемов природного газа, а также определение причин нарушения подачи газа ГСГсоздание методов и алгоритмов для оперативного прогнозирования городского газоснабженияприменение математических методов и моделей при технико-экономическом обосновании городских схем снабжения природным газом с использованием ЭВМ, а также при планировании и управлении городским газовым хозяйствомизучение разработок, определяющих погрешность исходной информации и учета ее вероятностно-неопределенных свойств.

Определение погрешности исходной информации и разработка методики учета ее вероятностно-неопределенных свойств в экономических сопоставлениях занимает исключительно важное место при решении вопросов оптимизации систем газоснабжения. Существование объективного характера погрешности исходной информации требует коренного пересмотра некоторых вопросов, формирующих не только методику оптимизации систем газоснабжения, но и всего топливно-энергетического баланса.

Основные технико-экономические характеристики городских и сельских систем газоснабжения рассматриваются в работах В. А. Смирнова [l34, 137, 13в], А. А. Йонина 17, 67, бэ], Н. Л. Стаскевича 14б],.

A.И.Гордюхина [54, 5б], И. Н. Коптеловой (Адской) [7, 75, 134^, Е.И.Берхмана[ 23, 24], А. М. Левина (jB5, 86j[, С. А. Маркова [юэ] ,.

B.Г.Голика ?53, I22j, Я.М.Т#рчинского [15з] П.М.Гофмана-Захарова [бб], Т. И. Клоковой [W], И. А. Туркота jj54″ ] и других.

Так, например, в работах Е. И. Берхмана дается серия зависимостей капитальных вложений и других технико-экономических показателей от основных определяющих факторов. На основе сравнения технико-экономических показателей систем снабжения природным и сжиженным газом Е. И. Берхман дает строго очерченные области их целесообразного применения. Так, в частности, газоснабжение одноэтажной и частично малоэтажной застройки городов рекомендуется производить на базе сжиженного газа.

В своих работах И. Н. Коптелова (Адская) уточняет методику тех-никогчэкономических показателей с помощью учета замыкающих энергобаланс видов топлива и получает’рекомендации зон наивыгоднейшего применения природного и сжиженного газа для средней полосы РСФСР.

В исследованиях А. И. Туркота освещены преинолцественно вопросы газоснабжения сельских мест, в том числе и режимы газопотребления районов Узбекистана на базе природного газа, а также определены некоторые показатели экономической эффективности систем газоснабжения с учетом демографических и экономических особенностей Узбекской ССР.

Определяющими работами по изучению надежности и режимов потребления газа ГСГ являются труды А. И. Ионина ?67,69], Я.М.Торчин-ского [l53], М. С. Куприянова {jB4jf, Е. И. Берхмана [W], некоторые разработки Саратовского института «Гипрониигаз» и др.

Проблемы прогнозирования городского газопотребления исследуются в работах Н. В. Тьщемана [l52j, А. В. Дубинского j60,6lj, Л. С. Хрилева |l65,I66jf, В. Е. Попадько [l27j .

Некоторые методические и нормативные вопросы учета народнохозяйственного ущерба от недоотпуска газа городским потребителям освещаются в работах Саратовского института «Гипрониигаз 123J, в статьях Е. Н. Ильиной и Л. Д. Уткиной jj>4,65j, также этой проблеме, хотя и не носящей научной новизны, уделяется некоторое внимание в книгах Е. И. Берхмана [з4 и Я. М. Торчинского [j53jj .

Работы по применению математических методов и моделей при детерминированном технико-экономическом обосновании ГСГ природным газом с использованием ЭВМ, а также работы по созданию «АСУ-газ» рассматриваются в некоторых трудах института «ГИПРОниигаз» [l87, 194J, а также в работах В. А. Смирнова и С. В. Герчикова [l42j, Д. Б. Баясанова jj^J .

Важное место в общих разработках по вопросам оптимизации систем газоснабжения занимают работы Ленинградского института «ГИПРОСПЕЦ-ГАЗ» по газоснабжению Прибалтийских республик l73,177,178,181.

184,187−193J.

В разработанных институтом «ГШРОСПЕЦГАЗ» технико-экономических докладах (ТЭД) для Прибалтийских республик определена потребность в природном и сжиженном газе, выявлены зоны их использования, даны капиталовложения развития магистральных и городских газовых сетей, намечены основные направления применения газового топлива в народном хозяйстве этих республик и т. д.

Однако, указанные разработки — ТЭДы для Прибалтийских республик содержат в себе ряд недостатков, основных из которых является то, что вся оптимальная схема выбора зоны применения газового топлива строится в них только на основе схем и конфигурации магистрального газопровода, находящегося на территории Прибалтийских республик и характеризующихся большим числом незакольцовашых ответвлений, предназначенных для обеспечения природным газом даже большинства средних городов. Эта схема совсем не увязана с потреблением других видов топлива.

В итоге, при всех достоинствах нами перечисленных литературных источников, главным недостатком их являетая то, что все разработанные в них технико-экономические показатели оптимизации городских и сельских систем газоснабжения не учитывают погрешности исходной информации и ее вероятностно-неопределенных свойств. В связи с этим принимаемые в настоящее время технико-экономические показатели, как мы уже говорим, при оптимизации ГСГ являются мнимо точными.

В энергетической и экономической литературе последних десятилетий (в основном конец седьмого и начало восьмого десятилетий) появился целый ряд работ, в которых предполагается наличие погрешности и вероятностно-неопределеннцх свойств исходной информации.

Последовательно и плодотворно разрабатываются методы исследования и оптимизации объединенных энергетических систем в условиях неопределенности коллективами сотрудников Сибирского энергетического института СО АН СССР под непосредственным руководством члена-корреспондента АН СССР БУденко Ю.Н. и Сверо-Западного отделения института «Энергосетьпроект». Ряд статей и мнографий академика Л. А. Мелентьева [l5,107,ПО, III, ИЗ, 114,116,1173, работы А.А.Мака-poEa [l3,21,106,107j, а также статьи Ю. А. Кдгзнеуова [Ъ, 14,59,80, QlJ, Л. С. Беляева [19,21], А. С. Макаровой (^0б] и др. являются направляющим, как в идейном, так и методическом планах. Именно в них показан один из путей, как придти через неопределенность к вероятностной определенности. В методическом отношении значительное место также занимает совместная работа Л. С. Беляева и Л.М.Крум-ма [20] в которой обсуждается методические вопросы правомочности и целесообразности применения вероятностных методов при решении различных классов энергетических задач.

Вероятностно-неопределенные свойства магистральных газоснабжающих систем (по вопросам оптимизации структуры ЕГСперспективного развития газоснабжающих системучета запасов газамагистрального транспорта газа) рассмотрены в работах В. А. Смирнова.

Важное место занимает совместные статьи В. А. Смирнова и В. О. Вассермана (j38, 140 ], рассматривающие методику определения зоны экономической неопределенности и выбора варианта в ЗЭН при оптимизации магистрального транспорта газа. В теоретическом и практическом значении заслуживают внимания работы I978−1981 г. г. В. А. Смирнова и других авторов в области оценки надежности и маневренных качеств планов и их составляющих показателей 135,139,143 .

Резюмируя все вышеперечисленные работы, в которых предполагается наличие погрешности и вероятностно-неопределенных свойств исходной информации, следует обратить внимание на то, что почти все эти работы в основном сводятся к выбору математических моделей при вариантно задаваемой погрешности исходной информации варьируется в каком-то диапазоне — 5%, 10%, и 20%,.

Такой метод позволяет рассматривать всевозможные сочетания исходных показателей (с учетом заданных между ними оптимальных взаимосвязей), поэтому область оптимальных решений оказывается достаточно представительной. К недостаткам этого метода относится значительный объем расчетов, требующих больших затрат машинного времени, а также пригодность его только при условно заданных законах распределения случайных величин.

Что касается специальной литературы, рассматривающей вероятностно-неопределенные свойства оптимизации ГСГ, то, нужно заметить, что в этой области только еще делаются некоторые первые попытки в данном направлении. Так, еще в 1970 г. в статье К. Ф. Рощи.

Гарляускаса ной, И. А. Смирнова и Л. С. Хрилева 130*] впервые была предпринята попытка определить влияние неоднозначной исходной информации при некотором многовариантном проектировании систем газои теплоснабжения городов. В коллективной работе под руководством проф.А. А. Ионина 69 удельные показатели надежности работы ГСГ (для газовых сетей высокого-среднего давления) определяются с применением вероятностных методов расчета. Некоторые общего характера соображения по вопросам зоны экономической неопределенности (ЗЭН) и методов ее сужения, применение теории игр при решении отдельных задач при оптимизации газораспределительных систем затрагивается в книге Я.М.Торчин-ского ?l53″ ] .

В итоге, пока что все технико-экономические исследования оптимизации систем городского газоснабжения продолжают оставаться детерминированными, а характер погрешности исходной информации не рассмотренным в отношении размера погрешности и в отношении закона его распределения.

Таким образом, диссертационная работа направлена прежде всего на решение актуальных теоретических и практических конкретных задач, возникающих в настоящее время в области оптимизации ГСГ.

Исследования направления и комплекса сложных задач оптимизации городских систем газоснабжения, изложенных в диссертационной работе проводились согласно республиканскому комплексное плану «Повышение эффективности использования энергии и топлива в народном хозяйстве.

Литовской ССР на I983−1985 г. г. и на период 1990 г.", утвержденного распоряжением Совета Министров Литовской ССР от 28 декабря 1982 г. № 565 р.

Теоретические обоснования и практические разработки, представленные в настоящей работе, применены в некоторых проектных решениях.

Института проектирования городского строительства Госстроя Лит. ССР, Государственного научно-исследовательского и проектного института «Гипрониигаза» — в разработках вычислительного центра Госкомгаза АрмССР, в работе диспетчерской службы газоснабжения и в разработке технического задания «АСУ-газ» «Ригасетьгаза» Госкомгаза ЛатвССР, в разработках КИВЦ ВПО «СоюзУзбекгазпром» .

Данные .исследования были широко использованы при разработке технических заданий «ОАСУ-Литгаз» и АСУ Вильнюсского производственного управления газификации, а также во многом послужили основой при создании в 1981 г. ИВЦ Госкомгаза ЛитССР. -Изложенные в диссертации научные разработки в виде изданной монографии «Оптимизация городских систем газоснабжения в вероятностно-неопределенных условиях» Всесоюзным агенством по авторским правам были представлены на Международной московской. книжной ярмарке-83.

Внедрение результатов диссертации и оценка экономического эффекта от внедрения подтверждается актами о внедрении, находящимися в приложении № 12 данной диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ:

1. На анализе конкретных проектов городских систем газоснабжения (ГСГ) Прибалтийских республик, нормативных материалов, а также работ в области оптимизации выявлено, что: а) в настоящее время в проектных расчетах совсем не учитываются вероятностно-неопределенные свойства погрешности исходной информацииб) используемые детерминированные технико-экономические показатели являются недостаточно точными, так как они не позволяют учесть всевозможные отклонения параметров при определении оптимальных решенийв) это приводит к существенным народнохозяйственным потерям материальных и денежных средств, которые только по некоторым рассмотренным объектам исследования Прибалтийских республик составляют около 2 млн руб.

2. В процессе анализа основных исходных данных, используемых при проектировании ГСГ и статистических данных (на примере газоснабжения городов Прибалтийских республик) установлен уровень погрешности и причины отклонения для определения* капиталовложений (О3 ~ ± 6,1% для ГРП и? 19,8% - для городских распределительных сетей) — раохода газа для промышленных потребителей ((^^бб %) — эксплуатационных издержекнедоотпуска газа магистральных газопроводов в ГСГ в летний и зимний периоды (соответственно =.

—? 13,3% и? 16,8%). Определено, что вся основная исходная информация обладает вероятностно-неопределенными свойствами, а погрешность информации чаще всего характеризуется нормальным видом распределения.

3. Установлено, что возникновение причин ограниченной подачи газа магистральнши транспортными системами городским системам газоснабжения следует считать закономерным явлением, имеющим также определенную вероятностную характеристику (экспоненциальный вид распределения). Следовательно, и возникающий недоотпуск газа городам должен быть заранее учтен союзными и республиканскими плановыми органами при разработке перспективных потребностей в топливно-энергетических ресурсах (в данном случае природным газом). В связи с этим для Прибалтийских республик необходимо создать резерв мощностей газотранспортных систем (например, в виде подземного газохранилища на территории ЛитССР с активной емкостью до I млрд. нм3) или запасы резервного топлива, как минимум в размере 5−8% годового планового объема потребления газа городскими газоснабжающими системами.

4. Исходя из впервые предложенного и примененного подхода, основанного на учете вероятностно-неопределенных свойств экономической и другой исходной информации с целью определения достоверных минимальных затрат или максимального эффекта сделай вывод о необходимости учета свойств погрешности исходной информации для решения следующих основных взаимосвязанных задач: выбора оптимального количества газорегуляторных пунктов (ГРП) и газораспределительных станций (ГРС) — расчета распределительных и закольцованных газопроводов на минимум капиталовложенийопределения глубины ввода сетей высокого и среднего давленияразработки методики определения ущерба на ограничиваемых в газоснабжении промышленных предприятияхусовершенствования методов прогнозирования газопотребленияразработки аналитических методов и моделей (программ) при технико-экономическом обосновании схем газоснабжения и использования ЭВМ.

5. Разработаны методические основы определения технико-эконо-мическох показателей при проектировании и реконструкции городских систем газоенабжения, позволяющие получить уточненные экономические показатели. Предложены и разработаны: новый графо-аналитичес-кий метод определения границ ЗЭН с учетом известного закона распределения и конкретно задаваемой вероятности принимаемого решениядополнительный метод исследования ЗЭН с применением критерия экономического риска, позволяющий существенно уменьшить число вариантов для применения окончательного решенияметод для определения достаточного числа фактических наблюдений. Получены конкретные аналитические выражения для выбора оптимального количества ГРП (3.25), (3.26) и ГРС (3.45), (3.48) — расчета распределительных газопроводов на минимум капиталовложений (4.28). Предложен вероятностно-аналитический подход к определению сравнительной экономичности городской газораспределительной системы в зависимости от числа ГРСэкономичности закольцованных газопроводов (5.19), (5.20). Определена рациональная структура глубины ввода сетей высокого (среднего) давления, позволяющая получить уточненные экономические показатели.

6. Разработан универсальный метод расчета народнохозяйственного ущерба от недоотпуска газа промышленным предприятиям (с учетом степени, объема, продолжительности ограниченной подачи газа и ряда других экономических показателей), и вскрытия причин ограниченной подачи газа магистральных газопроводов ГСГ с целью повышения надежности обеспечения потребителей и улучшения управления процессом газопотребления. Представлены конкретные математические выражения (6.15), (6,16) для определения размера ущерба.

Предлагаемый метод создает возможность определять степень зависимости ущерба от основных факторов, что явилось основой для разработки шкалы приоритетов, устанавливающей соответствующую очередность ограничения в газоснабжении промышленных предприятий, при которой ущерб по предприятию достигает минимума.

7. Впервые в теории и практике оперативного прогнозирования городского газопотребления применено математическое моделирование, учитывающее: а) вероятностный характер процесса газопотребления городом и влияние на прогнозирование объемов и режимов газопотребления отдельным категориям потребителей метеорологических факторов: температуры воздуха и скорости ветраб) влияние на прогнозирование объемов и режимов газопотребления городом т объективно существующего недоотпуска газа магистральными транспортными системами.

Получены формулы (7.28), (7.28а) и (7.29), позволяющие с большой достоверностью определить ближайшую стратегию режимов городских газораспределительных систем. Определенный автором уровень средней ошибки прогноза газопотребления в абсолютном отношении на — 5% меньше по сравнению с данными, содержащимися в литературных источниках. Это позволяет значительно улучшить прогнозирование газопотребления и создает условия для перераспределения более уточненного прогнозного объема газа тем промышленным потребителям, для которых недоотпуск газа особенно нежелателен, и тем самым уменьшить народнохозяйственный ущерб.

8. Большинство решенных задач доведено до возможности их реализации в проектных организациях и условиях «АСУ-газ». Для этого составлены необходимые экономико-математические характеристики, таблицы, методика формирования массива исходных данных, табулог-раммы и разработаны программы расчета с учетом объективных свойств погрешности исходной информации на языке «Фортран», которые реализованы на ЭВМ EC-I033- для определения^участков закольцованной газовой сети и ее экономичности, с учетом заранее заданного уровня соблюдения гидравлической увязки колец (с использованием метода скользящего допуска) — для оперативного прогнозирования и управления городского газопотребления.

9. Исследования в области прогнозирования, определения причин и закономерности ограниченной подачи газа магистральными транспортными системами, учета ущерба от недоотпуска газа во многом послужили теоретической основой для разработки в 1978 г. технического задания отраслевой автоматизированной системы Госкомгаза Литвы (ОАСУ-Литгаз) и технического задания АСУ — Вильнюсского производственного управления газификации.

Практическая актуальность, теоретическая и организационная возможность решения указанных задач во многом послужило и к тому, что в 1981 г. был создан хозрасчетный вычислительный центр Госкомгаза Литвы, который по кругу решаемых проблем в области совершенствования управления городскими системами газоснабжения является одним из первых такого профиля ВЦ в нашей стране.

10. Отдельные разделы диссертации в отношении разработки комплексной системы технико-экономического обоснования городских систем газоснабжения с учетом вероятностно-неопределенных свойств погрешности исходной информации нашли внедрения в некоторых проектных решениях Саратовского института «Гипрониигаз» МКХ РСФСР, Института городского проектирования Литовской ССР, а системы методов и мероприятий учета ущерба от недоотпуска газа промышленным предприятиям и улучшения оперативного прогнозирования, а также управления городскими системами газоснабжения-в проектных разработках и в решаемых задачах вычислительным центром Госкомгаза Армянской ССР, Управления «Ригасетьгаз» Госкомгаза Латвийской ССР, ВПО «Со-юзузбекгазпром» .

11. В условиях Прибалтийских республик применение вероятностных методов расчета по сравнению с детерминированным для определения диаметров городских газораспределительных сетей низкого давления создает возможность за расчетный период (до 1990 г.) уменьшить диаметры труд на 9−10% и получить экономию металла 1326 т и капитальных вложений около 4,42 млн руб., а в некоторых случаях может быть достигнута экономия капиталовложений почти на 26%, а экономия металла на 48%- на промышленных предприятиях, при недоотпус-ке газа, уменьшить народнохозяйственный ущерб понфи в 2 раза по сравнению с существующей практикой подбора очередности и степени ограничения предприятий в газоснабжении. Только по г. Вильнюсу условный среднегодовой экономический эффект составил 300 тыс. руб. Таким образом, реализация разработанных методических положений экономико-математических выражений и программ расчета на ЭВМ, обеспечивает существенный экономический эффект.