Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,798
DESIGN PRINCIPLES FOR REGIONAL PROGRAMS AND ECONOMICAL-MATHEMATICAL MODELS (EMM) OF EFFICIENCY ENGINEERING OF FUEL AND ENERGY COMPLEXES (FEC) ON THE BASE OF TRADITIONAL AND ALTERNATIVE ENERGY SOURCES’ APPLICATION
Основой региональной политики является учет специфики регионов в общероссийской структуре, перенос основных направлений экономических реформ на региональный уровень, решение проблем охраны природы и рационального использования природных ресурсов. В то же время необходимы меры по пространственной интеграции экономики России, проведению жесткой федеральной налоговой политики, укреплению общероссийского рынка наряду с развитием региональных рынков. Для отдельных регионов необходима разработка социальных государственных региональных программ и финансирование из государственного бюджета. В первую очередь это относится к регионам с уникальными природными ресурсами, освоение которых не под силу органам местного самоуправления, а также к регионам наиболее экономически отсталым и регионам с экстремальными экологическими условиями.
Вместе с тем современные проблемы регионального развития Дальнего Востока требуют разработки новых и усовершенствования имеющихся методов планирования и управления экономикой регионов. Эти методы должны учитывать специфику регионов, развитие которых опирается, прежде всего, на рациональное использование собственных топливно-энергетических, промышленных и природных ресурсов.
В региональной программе должна быть увязана деятельность нескольких отраслей, а также вопросы, связанные с развитием инфраструктуры, транспорта, с рациональным использованием природных, материальных и трудовых ресурсов, с охраной окружающей среды.
Начиная с шестидесятых годов ХХ века для формализованного описания процесса комплексного освоения территорий стали использоваться нелинейные экономико-математические модели [1, 5–10].
Основными проблемами, возникающими в процессе решения этих задач, являются следующие:
– многоэкстремальность и многокритериальность;
– взаимовлияние различных факторов, имеющее нелинейный характер;
– неопределенность исходной информации;
– неформализуемость описания процесса освоения природных ресурсов;
– необходимость динамического проектирования.
За последние 40–50 лет разработан достаточно мощный арсенал методов оптимизации и оптимального управления, с помощью которых оказалось возможным решение различных новых задач. К ним относятся апроксимационно-комбинаторный метод декомпозиции и композиции систем. Он позволяет математически обоснованно осуществлять декомпозицию сложной задачи проектирования (планирования) схем комплексного освоения территорий на совокупность более простых частных задач с последующим синтезом комплексного проекта. Этот метод позволяет выполнить реальные проекты региональных программ при условии многокритериальности и некорректности, при этом обоснованно используются методы имитации и оптимизации.
Для слабо развитых или новых территорий основными задачами становятся следующие:
– определение мест строительства и динамики развития мощностей новых предприятий;
– проектирование динамики развития и реконструкции существующих предприятий различных отраслей;
– расчет структуры пропускных способностей и динамики развития систем транспортных коммуникаций;
– формирование системы расселения населения.
Для таких территорий могут быть использованы балансовые методы для определения объемов потребления и выпуска продукции внутри региона и для определения объемов ввоза продукции в район и вывоза ее из района. Для ориентировочной оценки затрат ресурсов и материально-технических средств, необходимых для освоения района, могут быть использованы методы нелинейного программирования. Однако эти методы не смогли дать удовлетворительного результата при разработке схем и программ комплексного освоения территорий, т.к. последние плохо описываются с помощью линейных моделей. В региональной экономике большое внимание уделяется изучению новых форм размещения производительных сил, одной из которых является народнохозяйственный (территориально-производственный) комплекс, представляющий собой сочетание предприятий и сооружений отраслей специализации, производственной и социальной инфраструктуры, расположенный на большой территории хозяйственного освоения.
В данной статье основное внимание уделяется оптимизации параметров проектирования и размещения топливно-энергетических производственных комплексов (ТЭК) Сахалинской области и Камчатского края. Территории, проектирование освоения которых производится на основе вышеприведенной генеральной схемы, характеризуются следующими основными свойствами [3, 4]:
– на территории имеются природные ресурсы в таких объемах и такой значимости, что их освоение является крупной проблемой развития экономики региона;
– границы проектируемой территории определяются ее географическим расположением, расположением осваиваемых природных ресурсов, административно-территориальным делением и экономическими оценками;
– освоение ресурсов территории представляет длительный процесс, требующий увязки во времени программ развития различных отраслей;
– различные отрасли, участвующие в освоении территорий, должны развиваться на базе единой инфраструктуры и совместного использования ресурсов;
– рассматриваемый объект с точек зрения территориальной и производственно-экономической может иметь иерархическую структуру.
Проектирование генеральных схем освоения территории должно основываться на комплексном географо-экологическом, горногеологическом и экономическом анализе природных условий, сложившихся в рассматриваемом регионе к началу проектирования. Такому анализу подвергаются следующие основные элементы окружающей среды и минеральных ресурсов:
– рельеф, почвы, растительность, атмосфера, воды, промышленность, транспорт, сельское хозяйство, трудовые ресурсы;
– минеральные ресурсы, степень разведанности их запасов, разведанные и прогнозируемые объемы, экологические ограничения;
– социально-экономическая характеристика региона, развитие энергетической и транспортной систем, производственной деятельности.
Разработанные математические основы и принципы построения диалоговых систем позволяют составлять экономико-математические модели и решать задачи, встречающиеся при выполнении проектов комплексного освоения топливно-энергетических ресурсов региона [2, 7, 8].
Основные экономико-математические модели и методы оптимизации; динамические задачи размещения
Введем следующие обозначения J = {1, 2, …, n} – множество начальных технологических комплексов (НТК), места расположения которых считаются заданными; I = {1, 2, …, m} – множество возможных мест размещения промежуточных технологических комплексов (ПТК); Т = {1, 2, …, t} – множество лет планового периода;
– стоимость транспортировки в момент времени t ∈ T количества продукции 
, направляемой в этот момент времени j-го НТК (j ∈ J) к i-му ПТК; 
– производительность j-го НТК (j ∈ J) в момент времени t ∈ T; 
, 
, – соответственно нижнее и верхнее ограничения на 
– мощность i-го ПТК; 
– стоимость переработки продукции в момент времени t ∈ T в i-м ПТК (i ∈ I). Рассматриваются функции затрат 
следующего вида:
где 
– затраты на строительство коммуникаций между i-м ПТК и j-м НТК, осуществляемые один раз за период планирования и не зависящие от объема перевозок; 
– затраты на транспортировку единицы продукции; λt – коэффициент дисконтирования в момент времени t ∈ T.
где di – затраты на строительство j-го НТК, осуществляемые один раз за период планирования и не зависящие от объема перерабатываемой продукции, ki – затраты на переработку единицы продукции в i-м ПТК.
Одноэтапные динамические задачи размещения используются при проектировании генеральных схем обустройства технологических систем первого типа. Для технологических схем второго типа и более высоких типов разработаны модели многоэтапных динамических задач размещения.
Обустройство угольных, нефтяных и газовых месторождений занимает основное место в развитии угольной, нефтяной и газовой промышленности региона при создании производственных мощностей по добыче угля, нефти и газа. В определенный период добыча на разрабатываемых месторождениях неизбежно падает.
Для обеспечения необходимого прироста объемов добычи требуется разработка новых месторождений. Обустройство нефтяных месторождений – это процесс создания на территории месторождения смежного комплекса сооружений и коммуникаций (скважины, объекты и сооружения сбора, транспортировки, сепарации, подготовки продукции, скважин для сдачи ее потребителям, автодороги, линии электропередачи и т.д.), который часто осложняется географическими и климатическими особенностями, застроенностью, наличием водных преград, заболоченностью отдельных участков, ценностью земель для сельского и лесного хозяйства, наличием заповедников и особо охраняемых территорий и др. В результате процесс проектирования топливно-энергетических территориально-производственных комплексов становится сложной многоцелевой задачей, направленной на сокращение капитальных вложений, затрат трудовых и материальных ресурсов, достижение высоких технико-экономических показателей [3, 4].
В процессе разработки нефтяных и газовых месторождений необходимо учитывать специфические особенности, определяемые состоянием их изученности.
Производственно-транспортные задачи оптимального размещения предприятий (задача размещения предприятий с ограниченными объемами производства)
Имеется n пунктов с заданными объемами потребления bj > 0 (j ∈ J = {1, 2, …, n}) и m пунктов производства (предприятий) с неизвестными, ограниченными сверху объемами производства xi, xi ≤ ai, ai > 0 (i ∈ I = {1, 2, …, m}).
Для каждого i заданы величины Ti ≥ 0 – постоянные затраты (капитальные вложения), не пропорциональные объему производства xi, необходимые для строительства предприятий. Задана матрица транспортных расходов 
, где cij ≥ 0 – стоимость перевозки единицы продукции из пункта производства i в пункт потребления j.
Необходимо определить такие объемы перевозок xij, чтобы суммарные затраты были минимальны, т.е. требуется найти наименьшее значение функционала
(1)
при условиях:
xij ≥ 0, i ∈ I, j ∈ J, (2)
(3)
(4)
Если все Ti = 0, то задача становится обычной транспортной задачей линейного программирования. В рассматриваемой задаче предполагается, что не все Ti = 0. В этом случае функционал (1) представляет собой разрывную функцию, обладающую большим числом точек минимума над областью (2)–(4).
Предполагается также, что 
для всех i ∈ I или 
не для всех i ∈ I, т.к. в случае 
для всех i ∈ I получается задача размещения с неограниченными объемами производства. Однако необходимо, чтобы суммарный объем потребления 
не превышал сумму верхних границ объемов производства.
Задача оптимального размещения предприятий совместно со связующими их коммуникациями
Имеется множество J = {1, 2, …, n} источников сырья с известными объемами bj > 0. Задано множество пунктов переработки сырья I = {1, 2, …, m} с известными объемами переработки xi (ai ≥ xi ≥ 0).
Для каждого i ∈ I задана функция gi(xi) стоимости переработки сырья:
gi(xi) = {0, если xi = 0; kixi + ti, если xi ≠ 0}.
Переработанное сырье должно быть доставлено к потребителям, расположенным на множестве пунктов Q. Заданы два полных графа возможных коммуникаций, соединяющих источники сырья J с возможными пунктами переработки I = граф u1(J ∪ I) и пункты переработки с пунктами потребления – граф u2(I ∪ Q). На ребрах (j,z) ⊂ u1 и (i,t ⊂ u2) заданы функции rjz(wjz) и pit(yit):
rjz(wjz) = {0, если wjz = 0; djz + ljzwjz, если wjz ≠ 0};
pit(yit) = {0, если yit = 0; vit + uityit, если yit ≠ 0},
где wjz – объем сырья, транспортируемого по ребру (коммуникации) (j, z); yit – объем переработанного сырья, транспортируемого по коммуникации (i, t); djz, vit – стоимость строительства коммуникаций соответственно (j, z) и (i, t).
На основании рассмотренных выше принципов экономико-математического моделирования процессов комплексного освоения природных ресурсов планируется разработка основных положений программы и ЭММ, включающих следующие разделы: функциональное назначение программы и ЭММ; краткую характеристику методов, алгоритмов и критериев планирования и размещения ТЭК; варианты и этапы размещения ТЭК в Дальневосточном регионе [2, 3, 4, 6, 7].
Оптимизация процессов очередности диверсификации угольных и энергетических предприятий, транспортных коммуникаций, определение их производственных потребностей в заданных районах с учетом специфических особенностей состояния и перспектив развития угольного комплекса области производилась с использованием модели оптимального размещения предприятий совместно со связующими их коммуникациями. Выявленные особенности развития нефтегазового комплекса Сахалинской области и, прежде всего, обустройства газовых месторождений позволили сделать вывод о целесообразности применения моделей производственно-транспортной задачи оптимального размещения предприятий с ограниченными объемами производства и динамической задачи обоснования параметров дальнейшего развития нефтегазового комплекса Сахалинской области.
Для того чтобы угольная промышленность могла составить конкуренцию газовому топливу, необходимо решить ряд крупных проблем в области чистых угольных технологий. В России действует федеральная научно-техническая программа «Экологически чистая энергетика». В программе рассматриваются основные направления работ и перечислены объекты, на которых они должны проводиться. Особое внимание уделено сжиганию различных углей в котлах с циркулирующим кипящим слоем, газификации и сжиганию твердого топлива в жидком теплоносителе – шлаковом расплаве; энерготехнологическому использованию углей в первую очередь с высоким выходом летучих веществ.
Сегодня становится актуальным применение водородной энергетики при производстве жидких топлив из угля продуктов органического синтеза. В этом случае водорода требуется немного (2,3 % мас.), что приводит к приемлемым капитальным затратам, при этом продукты переработки угля легко хранить, накапливать и транспортировать. Таким образом, в перспективе должна развиваться не водородная, а углеводородная энерготехнология, основу которой составляет гидроквалификация углеводородного сырья.
В настоящее время начата разработка «Долгосрочной Программы развития угольной промышленности России на период до 2030 года». Основанием для разработки Программы является протокол совещания у Председателя Правительства РФ В.В. Путина от 24 июня 2010 г. № ВП-П9-35пр (г. Новокузнецк), протокол заседания Комиссии при Президенте РФ по вопросам стратегии развития топливно-энергетического комплекса и экологической безопасности от 26 августа 2013 г. № А60-26-569 и другие документы.
Ответственным исполнителем Программы является Министерство энергетики РФ. В числе соисполнителей Программы Министерство природных ресурсов и экологии РФ, а также Министерство образования и науки РФ, Министерство РФ по развитию Дальнего Востока. Основными подпрограммами, на наш взгляд, являются:
– «Развитие сырьевой базы угольной промышленности и рациональное недропользование»;
– «Развитие производственного потенциала угольной промышленности на основе ее модернизации, завершения реструктуризации, создания новых центров угледобычи».
В этом пункте нами предлагается следующее дополнение: «Выбор и технико-экономическое обоснование приоритетных направлений развития, размещения и диверсификации действующих и вновь проектируемых предприятий топливно-энергетического комплекса, в первую очередь Дальневосточного федерального округа Российской Федерации» за счет совершенствования и выработки новых технических и технологических решений на основе проводимых НИР и ОКР, патентных наработок при добыче, переработке и комплексном использовании угольного минерального сырья.
Библиографическая ссылка
Жуков А.В., Кусраева Д.Э., Жукова Ю.А., Звонарев М.И., Шмелев А.А. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ РЕГИОНАЛЬНЫХ ПРОГРАММ РАЗВИТИЯ И ЭКОНОМИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ (ЭММ) ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ (ТЭК) НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАДИЦИОННЫХ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ // Фундаментальные исследования. 2016. № 4-3. С. 573-578;URL: https://fundamental-research.ru/en/article/view?id=40218 (дата обращения: 01.07.2026).