WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

Соловьев Александр Сергеевич

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ВАРИАНТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Специальность   

08.00.05 – Экономика и управление
народным хозяйством
(экономика, организация и
управление предприятиями,
отраслями и комплексами
промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата экономических наук

Москва - 2012

Работа выполнена в Российском государственном университете нефти и газа имени И.М. Губкина

Научный руководитель:

Саркисов Аведик Сергеевич - доктор экономических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Промыслов Борис Дмитриевич - доктор экономических наук, профессор, Академия труда и социальных отношений

Шамис Лев Вениаминович – кандидат экономических наук,

Заместитель директора ООО «НИИгазэкономика»

Ведущая организация:

Московский государственный горный университет

Защита состоится «  »  2012 года в ч. на заседании диссертационного совета Д.212.200.13 по специальности 08.00.05 при Российском государственном университете нефти и газа им. И.М. Губкина. Адрес: 119991, Москва, Ленинский проспект, 65, корпус 1, аудитория 1318

Отзывы на диссертацию и автореферат, заверенные печатью, просим направлять в двух экземплярах по указанному адресу

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного университета нефти и газа им. И.М. Губкина.

Автореферат разослан ______________ 2012 г.

Объявление о защите диссертации и автореферат размещены на официальном сайте РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина http://www.gubkin.ru и направлены на размещение в сети Интернет Министерства образования  и науки Российской Федерации по адресу: vak2.ed.gov.ru.

Ученый секретарь
диссертационного совета,
доктор экономических наук,
профессор

В.Д.Зубарева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

Газовая промышленность является одной из ведущих отраслей народного хозяйства страны, которая должна обеспечивать надежное и бесперебойного снабжение энергоресурсами народное хозяйство Российской Федерации в долгосрочной перспективе. Решение этой задачи требует реализации целого ряда крупных инвестиционных проектов, включая мегапроект «Ямал», «Восточную газовую программу», проекты освоения ачимовских залежей на действующих газовых месторождениях, проекты освоения Штокмановского, Южно-Русского, Приразломного, Чаяндинского и других месторождений.

Значительное место в инвестиционной программе отрасли отводится электротехническим установкам и комплексам, являющимся важным звеном в значительной степени определяющим нормальное функционирование технологических объектов.

Для обоснования проектов, связанных с энергоснабжением объектов газовой промышленности, применяется традиционная процедура оценки экономической эффективности, основанная на моделировании денежных потоков и расчете показателей эффективности для ограниченного набора вариантов, которая не учитывает такие важные особенности осуществления деятельности электроэнергетических систем, как:

- изменение потребления электроэнергии, связанное с жизненным циклом разработки месторождений, с развитием производственных мощностей, сезонными колебаниями объемов добычи и другими факторами;

- зависимость эффективности функционирования электроэнергетических объектов от конъюнктуры, складывающейся на рынках энергоносителей (колебаний цен на топливо (природный газ), на электроэнергию на оптовом рынке, связанные с суточными, недельными и сезонными изменениями спроса), и возможностями совершения операций покупки и продажи электроэнергии на оптовом рынке;

- зависимость эффективности работы электростанций от относительной нагрузки и условий окружающей среды;

- наличие зависимости затрат на производство электроэнергии от распределения нагрузки между генераторами;

- возможность оптимизации объемов производства электроэнергии и запуска либо остановки генератора в зависимости от условий на рынках газа и электроэнергии;

- необходимость для выбора оптимального решения рассмотрения большого числа вариантов, экспоненциально зависящего от числа элементов системы электроснабжения.

Как показывает анализ функционирования объектов энергетики и проектных документов по созданию электроэнергетической инфраструктуры на вводимых в разработку месторождениях и объектах транспорта газа не учет при размещении объектов энергообеспечения перечисленных факторов приводит к решениям, которые обусловлены только требованиями обеспечения необходимой степени надежности энергоснабжения и характеризуются значительной избыточностью, низкой загрузкой электротехнического оборудования, неэффективным расходованием топлива для производства электроэнергии и значительными экономическими потерями.

Поэтому разработка и совершенствование методов оценки экономической эффективности вариантов размещения электростанций собственных нужд на предприятиях газовой промышленности, учитывающих указанные особенности, является актуальной проблемой.

Область исследования – исследование проведено в соответствии с пп. 1.1.19 «Методологические и методические подходы к решению проблем в области экономики, организации управления отраслями и предприятиями топливно-энергетического комплекса», «1.1.22. Методология развития бизнес-процессов и бизнес-планирования в электроэнергетике, нефтегазовой, угольной, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности» паспорта специальности 08.00.05.

Объектом исследования диссертационной работы являются проекты строительства электростанций собственных нужд на предприятиях газовой промышленности.

Цель работы – разработка методических подходов к обоснованию экономической эффективности вариантов размещения электростанций собственных нужд на предприятиях газовой промышленности.

Основные задачи исследования:

  1. анализ методов моделирования электроэнергетических систем и оценки экономической эффективности инвестиционных проектов создания электроэнергетической инфраструктуры газовой промышленности;
  2. анализ состояния и перспектив развития электротехнического комплекса газовой промышленности;
  3. разработка моделей и процедур оценки экономической эффективности строительства электростанций собственных нужд на предприятиях газовой промышленности;
  4. применение разработанных методов для оценки эффективности проектов строительства электростанций собственных нужд на предприятиях газовой промышленности.

Научная новизна:

  1. на основе исследования процессов функционирования электроэнергетических систем газовой промышленности выявлена необходимость строительства и активного использования собственных электростанций и энергоустановок, применение которых может позволить повысить показатели надежности и качества электроснабжения и сократить затраты на электроэнергию;
  2. разработан подход к оценке эффективности строительства электростанций собственных нужд на предприятиях газовой промышленности, основанный на построении областей эффективного использования, позволяющий осуществлять анализ влияния соотношения цен на электроэнергию и газ и загрузки на принятие решения о целесообразности строительства электростанции;
  3. разработаны методы формирования стратегии строительства электростанций собственных нужд и оптимального распределения нагрузки между генераторами, учитывающие изменение потребления электроэнергии, связанное с жизненным циклом разработки месторождений, и возможности по реализации части электроэнергии на оптовом рынке. В основе алгоритма определения оптимальной стратегий ввода генераторов в эксплуатацию лежит поиск с помощью дерева решений;
  4. проведена оценка влияния колебаний цен на топливо и электроэнергию на эффективность строительства электростанции собственных нужд, которая показала, что:

возможность совершения операций на оптовом рынке энергии значительно расширяет диапазон нагрузок на нужды собственного производства, которые могут обеспечиваться с использованием электростанций собственных нужд. Кроме того, при этом возникает возможность для оптимизации объемов производства электроэнергии и графика работы электростанции, основными факторами, определяющими оптимальную стратегию обеспечения энергией собственного производства, являются соотношения цен на электроэнергию и топливный газ и ограничения, связанные с объемами операций на оптовом рынке,

показано, что с увеличением максимальной мощности, реализуемой на оптовом рынке ожидаемый чистый дисконтированный доход проекта строительства электростанций собственных нужд растет. Дополнительный эффект возникает за счет возможности реализации части электроэнергии на оптовом рынке в те периоды, когда выработка электроэнергии сверх потребностей собственного производства будет целесообразна исходя из сложившихся на рынке соотношений цен на электроэнергию и газ.

Теоретико-методологическая база исследования. Работа базируется на исследованиях ведущих специалистов, занимающихся оценкой эффективности инвестиционных проектов, а также на положениях теории принятия решений, математической статистики, теории вероятностей, методах финансового и экономического анализа.

Базой исследования послужили труды А.Ф. Андреева, И.В.Белоусенко, Н.П. Бусленко, П.Л. Виленского, В.Ф. Дунаева, М.С.Ершова, В.Д. Зубаревой, В.Н. Лившица, С.А. Смоляка, T. Gonen, R.L. Keeney, I.J. Ramirez-Rosado, D.I. Sun и других.

Достоверность результатов исследования вытекает из обоснованности использованных теоретических положений и экономико-математических моделей, а также подтверждается совпадением полученных результатов с экспертными оценками специалистов, занимающихся вопросами оценки эффективности инвестиционных проектов развития энергетических систем.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что создана и численно реализована методика расчета, позволяющая оценивать эффективность и выбирать оптимальные характеристики проектов строительства электростанции собственных нужд на предприятиях газовой промышленности.

Апробация работы. В ходе выполнения диссертации результаты исследований докладывались на производственных совещаниях ОАО «Газпром» и на научных семинарах кафедры финансового менеджмента РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина в 2010-2012 гг.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 4 работах в изданиях из Перечня, рекомендованных ВАК Минобразования.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов и списка литературы. Общий объем работы 170 страниц машинописного текста, в т.ч. 26 таблиц и 53 рисунков.

Основные положения и результаты исследования

1. Анализ состояния и перспектив развития электротехнического комплекса газовой промышленности

На современном этапе, развитие техники и технологии добычи, транспорта и переработки газа невозможно без использования электротехнического комплекса, обеспечивающего бесперебойное и безопасное функционирование технологических установок. Электроэнергетические объекты, обслуживающие предприятия газовой промышленности, включают электростанции различного назначения и установленной мощности, объекты электросетевого хозяйства и теплоснабжения предприятий. Предприятия газовой промышленности эксплуатируют около 10 тысяч электротехнических объектов в 44 субъектах РФ, около 3800 км воздушных линий электропередач, 4300 км кабельных линий, 650 км тепловых сетей. Суммарное потребление электроэнергии составило в 2010 г. более 17 млрд кВт-час. При этом значительная часть (92%) электрической энергии была получена из внешних источников (рис.1).

С учетом принципа экономической целесообразности на предприятиях газовой промышленности осуществляется централизация закупок электроэнергии. Энергоснабжение более чем 85% объемов электропотребления дочерних обществ ОАО «Газпром» и ОАО «Газпром нефть» в 43 регионах Российской Федерации осуществляет действующее в интересах «Газпрома» ОАО «Межрегионэнергосбыт». Деятельность компании позволила снизить тарифы за счет организации прямых поставок с оптового рынка электроэнергии (мощности) и исключения из цепочки расчетов услуг перепродавцов. Прямые поставки энергоресурсов для предприятий Группы с оптового рынка электроэнергии (мощности) осуществляются в 15 регионах России. Однако, несмотря на предпринимаемые усилия, затраты на потребленную электроэнергию и средний тариф имеют тенденцию к росту (рис.2).

Статистические данные говорят о том, что за последние годы сложилась устойчивая тенденция к снижению надежности электроснабжения объектов газовой промышленности, особенно расположенных в Северных районах Тюменской области. Количество аварийных и плановых отключений в сетях Тюменской энергосистемы постоянно растет. При этом ежегодное число аварийных и плановых отключений достигает нескольких сотен, а общая продолжительность отключений ежегодно достигает 30 тыс. часов.

Рис. 1. Потребление электроэнергии в 2010 г., млн кВт-ч

Рис. 2. Затраты на потребленную электроэнергию в 2010 г.

Таким образом, проведенный анализ складывающейся ситуация в электроэнергетике России, которая выражается в ухудшении показателей надежности и качества, в устойчивой тенденции роста стоимости электроэнергии, показывает, что перспективным направлением развития электроэнергетики газовой промышленности является строительство и активное использование собственных электростанций и энергоустановок. Данная стратегия является перспективной, имеет экономический и технический эффект, а также обеспечивает надежное и бесперебойное функционирование предприятий газовой отрасли.

2. Подход к оценке эффективности использования электростанций собственных нужд на предприятиях газовой промышленности

Важным вопросом при организации электроснабжения объектов газовой промышленности является оценка экономической эффективности использования электростанций собственных нужд. В качестве альтернативы строительства электростанций собственных нужд должен рассматриваться вариант получения электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии и мощности.

В основу подхода к оценке эффективности строительства электростанций собственных нужд заложено сравнение двух вариантов:

- ситуация «без проекта» покупка электроэнергии на оптовом рынке;

- ситуация «с проектом» строительство электростанции, работающей на приобретаемом топливе, с возможностью реализации части электроэнергии на оптовом рынке.

Для варианта покупки электроэнергии на оптовом рынке денежные потоки равны:

ДП1(t)=-Pэ(t)Lc(t)-У1,

где Pэ(t) – цена приобретаемой электроэнергии, Lc(t) – потребляемая мощность, У1 – величина ожидаемого ущерба от перерывов электроснабжения, произошедших по причине исчезновения напряжения.

Для варианта строительства электростанции денежные потоки определяются как:

ДП2(t)=-K(t)-C(Lc(t)+Lк(t), t)+Pэ(t)Lк(t)-У2,

где K(t) – капитальные вложения в строительство электростанции, Pэ(t) – цена электроэнергии, реализуемой на оптовом рынке, Lс(t) – мощность, потребляемая на нужды собственного производства, Lк(t) – мощность, реализуемая на оптовом рынке, C(L(t),t) – зависимость эксплуатационных затрат, связанных с производством электроэнергии, от вырабатываемой электростанцией мощности L(t), У2 – величина ожидаемого ущерба от перерывов электроснабжения, произошедших по причине исчезновения напряжения

Надежность электроснабжения предприятия зависит как от надежности системы внешнего электроснабжения, так и от надежности собственного энергоисточника.

Ожидаемый ущерб от перерывов электроснабжения, произошедших по причине исчезновения напряжения Уi, зависит от средней величины ущерба в случае перерыва в электроснабжении, приводящего к остановке одного или нескольких ГПА, цехов, компрессорных станций Ку и среднего числа подобных неблагоприятных событий в единицу времени i (интенсивности отказов):

Уi=Куi, i=1,2.

Ущерб выражается в снижении прибыли из-за увеличения затрат на выполнение работы (транспорт, добыча, переработка газа) и уменьшения объема реализуемой продукции потребителям, в снижении ресурса машин и механизмов, а также в возможном неблагоприятном воздействии на окружающую среду.

Эксплуатационные затраты, связанные с производством электроэнергии, можно представить в виде суммы затрат, не зависящих от расхода топлива (Сf), и затрат на топливо:

C(Lc(t)+Lк(t),t)=Сf+Pт(t)f(Lc(t)+Lк(t)), Lc(t)+Lк(t)Lmax,

где Pт(t) – цена топлива, Lmax – максимальная мощность электростанции, f(L) – функция, определяющая расход топлива в зависимости от генерируемой мощности.

Функция f(L) определяется как:

f(L)=L/(0,01(L)Qн),

где Qн - удельная теплота сгорания (28—46 МДж/м для природного газа), (L) - коэффициент полезного действия, который зависит от генерируемой мощности.

Коэффициент полезного действия обычно задается в виде полинома:

(L) = aL2+bL+c,

где a, b, c – некоторые коэффициенты, зависящие от конструкции электростанции.

Зная зависимость расхода топливного газа от мощности на клеммах генератора, можно рассчитать зависимости среднего и предельного расходов топливного газа от мощности (Рис. 3). Из графика предельного расходов топливного газа от мощности видно, что существует нагрузка, при которой предельный расход топливного газа будет минимальным, а работа электростанции наиболее экономически эффективной.

Чтобы строительство электростанции собственных нужд было эффективно, необходимо выполнение условия – кумулятивный дисконтированный денежный поток, связанный с реализацией варианта, предусматривающего покупку электроэнергии, должен быть меньше кумулятивного дисконтированного денежного потока для варианта строительства электростанции:

ДП1(t)exp(-rt)dt ДП2(t)exp(-rt)dt,

где T – срок реализации проекта, r – норма дисконта.

Рис. 3. Зависимость среднего и предельного расходов топливного газа от мощности на клеммах генератора

Проведенные расчеты показывают, что на эффективность проекта строительства ЭСН оказывает соотношение между ценой электроэнергии и ценой газа. Поэтому целесообразно изучение влияния данного соотношения на принятие решения об эффективности реализации проекта. Этот анализ удобно осуществлять путем построения областей эффективного использования электростанций собственных нужд в координатах «цена газа» - «цена электроэнергии». На Рис.4 показаны границы областей эффективного использования электростанций собственных нужд при различных значениях среднегодовой мощности.

Рис. 4. Области эффективного использования электростанций собственных нужд при различных значениях среднегодовой мощности Lср

При соотношении цен, которым соответствуют точки выше границы области эффективного использования, проект целесообразно реализовывать, а при соотношении цен, которым соответствуют точки ниже границы, проект является неэффективным.

Расположение границы областей эффективного использования электростанций собственных нужд зависит от значений среднегодовой мощности, потребляемой на собственные нужды, и мощности, реализуемой на оптовом рынке (Рис. 4). С увеличением мощности границы областей эффективного использования электростанций собственных нужд смещаются вниз, а области эффективного строительства ЭСН расширяются.

3. Методы формирования стратегии строительства электростанций собственных нужд и оптимального распределения нагрузки между генераторами

Важной особенностью потребления электроэнергии на объектах нефтегазовой промышленности является его изменение в соответствии с жизненным циклом разработки месторождений. На начальных этапах освоения месторождений наблюдается рост потребления, затем потребление стабилизируется на определенном уровне, а на завершающей стадии происходит сокращение объемов потребления электроэнергии.

В этих условиях возникает задача выбора оптимальной стратегии создания генерирующих мощностей ЭСН в соответствии с прогнозируемой динамикой потребления электроэнергии на нужды собственного производства. Стратегия создания генерирующих мощностей может быть описана в виде зависимости установленной мощности ЭСН от времени Lmax(t), либо в виде графика ввода генерирующих мощностей:

[t1, Lmax1], [t2, Lmax2],..., [ti, Lmaxi],..., [T, 0],

где tk – момент ввода в эксплуатацию генератора c номинальной мощностью Lmaxi, T – срок разработки месторождения,

Lmax(t)=Lmaxi, tmt<tm+1.

На Рис.5 представлены примеры трех вариантов ввода генерирующих мощностей: Вариант 1 Lmax1(t) предусматривает одномоментный ввод электростанции и установку генератора, мощность которого полностью покрывает потребности собственного производства в течение всего периода эксплуатации месторождения; Вариант 2 Lmax2(t) предусматривает двухэтапный ввод генераторов в период начала разработки и через 5 лет; Вариант 3 Lmax3(t) предусматривает трехэтапный ввод генераторов в период начала разработки, на 3 и 8 году эксплуатации месторождения.

Рис. 5. Графики ввода генерирующих мощностей

 

При этом в любой момент времени должно выполняться условие превышения установленной мощности над мощностью, потребляемой на нужды собственного производства:

Lc(t)Lmax(t).

Кроме того, электроэнергия может реализовываться на оптовом рынке в объемах не превышающих Lкmax(t). Поэтому должны выполняться ограничения на мощность, реализуемую на оптовом рынке Lк(t)

Lк(t)Lкmax(t),

Lc(t)+Lк(t)Lmax(t).

В качестве исходной информации для решения задачи выбора оптимальной стратегии создания генерирующих мощностей ЭСН используется следующая:

- зависимость от времени мощности, потребляемой на нужды собственного производства, Lc(t);

- максимальная мощность, реализуемая на оптовом рынке Lкmax(t),

- номенклатурный ряд генераторов, которые могут быть использованы для увеличения мощности ЭСН. Для каждого вида генераторов указывается номинальная мощность, минимальная мощностью, зависимость расхода топлива от генерируемой мощности, стоимость, постоянные эксплуатационные расходы. Чтобы обеспечить выбор наиболее эффективной стратегии, в номенклатурный ряд желательно включать как генераторы с номинальной мощностью, превышающей максимальное значение мощности, потребляемой на нужды собственного производства, за весь период разработки месторождения, так и генераторы минимальной мощности;

- цены на электроэнергию и газ.

Для решения задачи формирования стратегии строительства электростанций собственных нужд был разработан алгоритм, блок-схема которого представлена на Рис.6.

Задача состоит в выборе такого графика ввода новых генераторов, который максимизирует значения критерия оптимальности, в качестве которого выступает чистый дисконтированный доход.

ЧДД = [ДП2(t)-ДП1(t)]exp(-rt)dt ,

ДП1(t)=-Pэ(t)Lc(t),

ДП2(t)=[-Ki(t)-Сfi-Pт(t)fi(Li(t))]+Pэ(t)Lк(t),

Li(t) = Lк(t)+Lс(t),

Lк(t)Lкmax(t),

Lc(t)+Lк(t)Lmax(t),

Lmini Li(t) Lmaxi.

где m – число очередей строительства ЭСН, Ki(t) – капитальные вложения в строительство i-й очереди электростанции, Сfi - эксплуатационные затраты, связанные с производством электроэнергии на i-й очереди электростанции не зависящие от расхода топлива, fi(L) – функция, определяющая расход топлива в зависимости от генерируемой мощности, Li(t) – мощность, генерируемая на i-й очереди электростанции, Lmaxi - номинальная мощность i-й очереди, Lmini - минимальная мощность i-й очереди, Pэ(t) – цена электроэнергии, реализуемой на оптовом рынке, Pт(t) – цена топлива.

При выборе оптимальной стратегии создания генерирующих мощностей ЭСН необходимо учитывать наличие зависимости затрат на производство электроэнергии от распределения нагрузки между генераторами.

Если в некоторый период времени t введено в эксплуатацию n генераторов, то возникает задача оптимального распределения нагрузки между генераторами, которая может быть сформулирована следующим образом:

Необходимо минимизировать значение показателя эффективности, определяемого как разность между затратами на производство электроэнергии и доходами от реализации части электроэнергии на оптовом рынке:

F(L1(t), L2(t),… ,Ln(t), Lк(t))=[Сfi+Pт(t)fi(Li(t))]-Pэ(t)Lк(t),

при условии соблюдения ограничений:

Li(t) = Lк(t)+Lс(t),

Lк(t)Lкmax(t),

Lmini Li(t) Lmaxi, i=1,…,n.

Рис. 6. Блок-схема алгоритма определения оптимальной стратегий ввода генераторов в эксплуатацию

Задача оптимального распределения нагрузки между генераторами имеет решение только когда сумма минимальных мощностей генераторов не более мощности, потребляемой на нужды собственного производства, а сумма максимальных мощностей генераторов не менее мощности, потребляемой на нужды собственного производства.

Для удовлетворения этим условиям из множества n генераторов необходимо выбрать такие подмножества генераторов n*1, которые удовлетворяет условию

Lmini Lс(t) Lmaxi.

Подмножества генераторов n* представляют генераторы, которые должны быть запущены для обеспечения выработки мощности, потребляемой на нужды собственного производства. Те генераторы, которые не входят в n* должны быть остановлены.

Затем для всех таких подмножеств решается задача оптимального распределения нагрузки и выбирается то подмножество n*, для которого значение показателя эффективности будет минимально.

Для фиксированного значения мощности, потребляемой на нужды собственного производства, можно определить набор подмножеств генераторов, которые могут обеспечить требуемую нагрузку.

Возможность реализации электроэнергии на оптовом рынке может существенно изменить наборы подмножеств генераторов, которые могут обеспечить требуемую нагрузку.

С учетом возможности реализации электроэнергии на оптовом рынке из множества n генераторов необходимо выбрать такие подмножества генераторов n*, которые удовлетворяют условиям

Lmini Lс(t) + Lкmax(t),

Lс(t) Lmaxi.

Анализ оптимальных распределений нагрузки между генераторами показывает, что в зависимости от мощности, потребляемой на нужды собственного производства, могут быть следующие случаи:

1) один или несколько генераторов, работают на минимально допустимой мощности;

2) один или несколько генераторов, работают на максимальной мощности;

3) генераторы, работают в интервалах мощности между минимально и максимально допустимой.

Зависимость показателя эффективности от мощности, потребляемой на нужды собственного производства, при оптимальном распределении нагрузки между генераторами носит сложный нелинейный характер. Если при Lкmax=0 показатель эффективности монотонно возрастает, при наличии возможности реализации энергии на оптовом рынке зависимость становится немонотонной. Например, при Lкmax=20 МВт и мощности, потребляемой на нужды собственного производства, равной 9 МВт существует глобальный минимум у зависимости показателя эффективности от мощности, потребляемой на нужды собственного производства (Рис.7).

Рис. 7. Зависимость показателя эффективности от мощности, потребляемой на нужды собственного производства, при оптимальном распределении нагрузки между генераторами при различной цене электроэнергии


Осуществляя поиск по дереву решений, были получены возможные стратегии ввода генераторов в эксплуатацию (Таблица 1), среди которых необходимо выбрать наилучшую. На допустимость использования стратегии оказывает влияние возможность реализации энергии на оптовом рынке.

Таблица 1

Стратегии ввода генераторов в эксплуатацию (Lкmax=4 МВт)

Стратегия

Момент ввода в эксплуатацию генератора, tk

Номер генератора

Установленная мощность Lmax(t), МВт

Стратегия 1

0

1

6

6

1

12

Стратегия 2

0

1

6

6

2

18

Стратегия 3

0

1

6

6

3

9

9

1

15

Стратегия 4

0

1

6

6

3

9

9

2

21

Стратегия 5

0

1

6

6

3

9

9

3

12

Стратегия 6

0

2

12

Стратегия 7

0

3

3

2

1

9

9

1

15

Стратегия 8

0

3

3

2

1

9

9

2

21

Стратегия 9

0

3

3

2

1

9

9

3

12

Стратегия 10

0

3

3

2

2

15

Стратегия 11

0

3

3

2

3

6

6

1

12

Стратегия 12

0

3

3

2

3

6

6

2

18

Стратегия 13

0

3

3

2

3

6

6

3

9

9

1

15

Стратегия 14

0

3

3

2

3

6

6

3

9

9

2

21

Стратегия 15

0

3

3

2

3

6

6

3

9

9

3

12

Так, при Lкmax=0 МВт стратегии 6 и 10 не могут быть использованы. Для стратегии 6, которая состоит в вводе только одного генератора 2 в период 0, нарушается ограничение на минимальную нагрузку в целый ряд моментов времени (с 0 по 6 год и с 25 по 30 годы). Для стратегии 10, которая состоит в вводе генератора 3 в период 0 и генератора 2 на 2 году, ограничение на минимальную нагрузку нарушается с 3 по 5 годы и с 25 по 30 годы.

Расчеты по оценке эффективности возможных стратегий ввода генераторов в эксплуатацию (Таблица 2, оптимальные стратегии выделены жирным текстом) показывают, что при отсутствии возможности реализации электроэнергии на оптовом рынке (Lкmax=0 МВт) наилучшей стратегий является стратегия 15, которая состоит в последовательном вводе в эксплуатацию четырех генераторов типа 3 мощностью 3 МВт.

Таблица 2

Показатели эффективности стратегий ввода генераторов в эксплуатацию (Pэ=2 руб./кВт-час), млн руб.

Стратегия

Lкmax=0 МВт

Lкmax=4 МВт

Lкmax=8 МВт

Lкmax=12 МВт

Стратегия 1

125,781

287,006

304,581

304,781

Стратегия 2

48,807

242,720

363,917

406,621

Стратегия 3

106,436

284,274

320,929

326,528

Стратегия 4

48,605

226,442

314,435

387,619

Стратегия 5

135,352

280,501

289,248

289,449

Стратегия 6

-

257,918

375,174

399,920

Стратегия 7

100,408

275,315

330,586

336,185

Стратегия 8

42,576

217,484

324,092

397,276

Стратегия 9

129,324

271,542

298,906

299,106

Стратегия 10

-

236,525

365,843

424,076

Стратегия 11

137,614

268,050

285,625

285,825

Стратегия 12

60,641

223,764

344,961

387,665

Стратегия 13

118,270

265,318

301,973

307,572

Стратегия 14

60,438

207,487

295,479

368,663

Стратегия 15

147,185

261,545

270,292

270,493

На выбор стратегии значительное влияние оказывают возможность продажи электроэнергии на оптовом рынке и цена на электроэнергию (Таблица 2). С увеличением максимальной мощности реализуемой на оптовом рынке Lкmax и цены на электроэнергию оптимальные стратегии меняются таким образом, что становится выгодным ввод генераторов большей мощности. Так при Lкmax=8 МВт наилучшей будет стратегия 10, которая состоит в вводе только одного генератора типа 2 мощностью 12 МВт в период 0.

4. Оценка влияния колебаний цен на топливо и электроэнергию на эффективность строительства электростанции собственных нужд

Анализ динамики спот-цен на природный газ и на электроэнергию на оптовом рынке показывает, что они подвержены значительным случайным колебаниям. Эти колебания необходимо учитывать при проведении оценки эффективности проектов строительства электростанций собственных нужд.

В качестве критерия принятия решения об эффективности строительства ЭСН будем использовать ожидаемый чистый дисконтированный доход (ОЧДД).

Необходимо отменить, что при возможности покупки и продажи электроэнергии на оптовом рынке возникает возможность для выбора генерируемой на ЭСН мощности.

Так, если ни купить и продать электроэнергию нельзя, то рабочая мощность электростанции L(t) будет равна мощности Lс(t), потребляемой на нужды собственного производства (L(t)=Lс(t)). При этом могут обеспечиваться потребности в электроэнергии на нужды собственного производства в диапазоне рабочих мощностей генератора от Lmin до Lmax.

Если возможна только продажа электроэнергии в объемах до Lкmax(t), то рабочая мощность электростанции L(t) может выбираться из диапазона от Lс(t) до min(Lкmax(t)+Lс(t),Lmax). При этом могут обеспечиваться потребности в электроэнергии на нужды собственного производства в диапазоне от max(0, Lmin - Lкmax(t)) до Lmax.

Если возможна только покупка электроэнергии в объемах до Lкmin(t), то рабочая мощность электростанции L(t) может выбираться из диапазона от max(Lс(t)-Lкmin(t), Lmin) до Lс(t). При этом могут обеспечиваться потребности в электроэнергии на нужды собственного производства в диапазонах от 0 до Lкmin(t) и от Lmin до Lmax+Lкmin(t).

Если возможна как покупка электроэнергии в объемах до Lкmin(t), так и продажа электроэнергии в объемах до Lкmax(t), то рабочая мощность электростанции L(t) может выбираться из диапазона от max(Lс(t)-Lкmin(t),Lmin) до min(Lкmax(t)+Lс(t),Lmax). При этом могут обеспечиваться потребности в электроэнергии на нужды собственного производства в диапазонах от 0 до Lкmin(t) и от max(0, Lmin - Lкmax(t)) до Lmax+Lкmin(t).

Чтобы оценить эффективность строительства ЭСН необходимо учитывать тот факт, что в зависимости от соотношения цен на электроэнергию и топливный газ и ограничений, связанных с объемами операций на оптовом рынке, меняется оптимальная рабочая мощность генератора. Другими словами имеется возможность изменять генерируемую мощность ЭСН в зависимости от изменения условий на рынке. Так, при определенных условиях будет целесообразно запускать генератор на максимальную мощность, реализуя мощность, превышающую потребности собственного производства, на оптовом рынке. В других условиях, наоборот, будет выгодно остановить генератор и закупать всю электроэнергию на оптовом рынке.

Кроме того, возможным способом сокращения затрат на энергообеспечение является осуществление допустимых с технологической точки зрения изменений графика потребления электроэнергии на нужды собственного производства таким образом, чтобы объемы потребления увеличивались в периоды относительно низких цен на электроэнергию и уменьшались в периоды относительно высоких цен на электроэнергию. При этом в период низких цен на электроэнергию возможна остановка генератора и закупка электроэнергии на оптовом рынке, а в период высоких цен на электроэнергию генератор запускается на максимальную мощность, а часть электроэнергии продается на оптовом рынке.

Для выбора оптимальной рабочей мощности генератора необходимо минимизировать значение показателя эффективности, определяемого как разность между затратами на производство электроэнергии и доходами от реализации части электроэнергии на оптовом рынке:

F(L(t), Lк(t)) = Сf+Pт(t)f(L(t))-Pэ(t)Lк(t),

при условии соблюдения ограничений:

L(t) = Lк(t)+Lс(t),

-Lкmin(t)Lк(t)Lкmax(t),

Lmin L(t) Lmax или L(t)=0.

где Сf - эксплуатационные затраты, связанные с производством электроэнергии не зависящие от расхода топлива, f(L) – функция, определяющая расход топлива в зависимости от генерируемой мощности (при L=0 осуществляется покупка энергии на оптовом рынке в объемах Lс(t) и f(0)=0), L(t) – генерируемая мощность, Lк(t) – мощность, приобретаемая (Lк(t)<0) или продаваемая (Lк(t)>0) на оптовом рынке, Pэ(t) – цена электроэнергии, реализуемой на оптовом рынке, Pт(t) – цена топлива, Lmax - номинальная мощность, Lmin - минимальная мощность, Lкmax(t) - максимальная мощность, реализуемая на оптовом рынке, Lкmin(t) - максимальная мощность, приобретаемая на оптовом рынке, Lс(t) - мощность, потребляемая на нужды собственного производства.

Задача имеет решение, когда мощность, потребляемая на нужды собственного производства, может быть произведена на ЭСН или может быть приобретена на оптовом рынке

max(0,Lmin -Lкmax(t)) Lс(t) Lmax +Lкmin(t) или

0Lс(t) Lкmin(t).

Если исключить переменную Lк(t), то показатель эффективности и ограничения можно записать в следующем виде:

F(L(t)) = Сf+Pт(t)f(L(t))-Pэ(t)(L(t)-Lс(t))min,

-Lкmin(t) L(t) - Lс(t) Lкmax(t),

Lmin L(t) Lmax или L(t)=0.

Два последних ограничения можно представить в виде:

L1 L(t) L2 или L(t)=0,

где L1=max(Lс(t) - Lкmin(t), Lmin), L2=min(Lкmax(t)+Lс(t),Lmax)

Оптимальное решение может достигаться либо в точках локального минимума функции F(L(t)) на интервале [L1,L2], либо в точках 0, L1 и L2.

Решение об остановке генератора L(t)=0 и приобретении электроэнергии целесообразно принимать, когда выполняются условия:

1) потребности собственного производства будут покрыты с помощью оптового рынка 0Lс(t)Lкmin(t);

2) значение целевой функции на интервале [L1,L2], будет больше значения целевой функции в точке 0, т.е.

для всех L(t)[L1,L2] имеет место F(L(t))>F(0).

Последнее неравенство можно записать в виде:

f(L(t))-L(t)Pэ(t)/Pт(t)>0.

Из полученного неравенства видно, что целесообразность остановки генератора и приобретения электроэнергии на оптовом рынке зависит от соотношения цен на электроэнергию и газ.

Аналогично можно заметить, что и оптимальная нагрузка и решения о запуске и остановке генератора определяются соотношением цен на электроэнергию и газ. Для этого возьмем производную от F(L(t)) и приравняем ее 0:

F’(L(t)) = Pт(t)f’(L(t))-Pэ(t)=0,

f’(L(t))=Pэ(t)/Pт(t).

Таким образом, основным фактором, определяющим оптимальную стратегию обеспечения энергией собственного производства является соотношение цен на электроэнергию и газ.

Используя полученные результаты анализа оптимальный решений по выбору нагрузки генератора, оценим эффективность строительства электростанции собственных нужд, в условиях случайных колебаний цен на электроэнергию и газ. Будем считать, что цены электроэнергии и газа являются независимыми случайными величинами, имеющими логарифмически нормальное распределение вероятности с параметрами:

- цена электроэнергии (руб./МВт-час): математическое ожидание логарифма цены mэ = 8,29, среднеквадратическое отклонение логарифма цены (волатильность) э =0,1,

- цена электроэнергии (руб./м3): математическое ожидание логарифма цены mт = 1,10, среднеквадратическое отклонение логарифма цены (волатильность) т =0,1.

Расчет показателей эффективности строительства ЭСН проводился методом статистических испытаний. Оценка ожидаемого чистого дисконтированного дохода проекта проводилось на основе 10000 испытаний. Таблица 3 показывает ожидаемый чистый дисконтированный доход проекта строительства электростанции собственных нужд при различных значениях мощности, потребляемой на собственные нужды, и максимальной мощности, реализуемой на оптовом рынке. С увеличением максимальной мощности, реализуемой на оптовом рынке ожидаемый чистый дисконтированный доход проекта растет. Дополнительный эффект возникает за счет возможности реализации части электроэнергии на оптовом рынке в те периоды, когда выработка электроэнергии сверх потребностей собственного производства будет целесообразна исходя из сложившихся на рынке соотношений цен на электроэнергию и газ.

На ожидаемую эффективность проекта строительства электростанции собственных нужд существенное влияние оказывает волатильности цен на электроэнергию э. С увеличением параметра э ожидаемый чистый дисконтированный доход проекта возрастает.

Таблица 3

Ожидаемый чистый дисконтированный доход проекта строительства электростанции собственных нужд, млн руб.

Мощность, потребляемая на собственные нужды Lс, МВт

Максимальная мощность, реализуемая на оптовом рынке, Lkmax, МВт

0

2

4

2

-

-

751

3

-

-

963

4

-

750

1179

5

-

965

1389

6

749

1174

1594

7

964

1387

1805

8

1179

1598

2016

9

1387

1803

2006

10

1596

2007

2006

11

1800

2010

2014

12

2010

2009

2006

ВЫВОДЫ

1. Исследования процессов функционирования электроэнергетических систем газовой промышленности показало необходимость строительства и активного использования собственных электростанций и энергоустановок, применение которых может позволить повысить показатели надежности и качества электроснабжения и сократить затраты на электроэнергию;

2. Разработан подход к оценке эффективности строительства электростанций собственных нужд на предприятиях газовой промышленности, основанный на построении областей эффективного использования, позволяющий осуществлять анализ влияния соотношения цен на электроэнергию и газ и загрузки на принятие решения о целесообразности строительства электростанции;

3. Разработаны методы формирования стратегии строительства электростанций собственных нужд и оптимального распределения нагрузки между генераторами, учитывающие изменение потребления электроэнергии, связанное с жизненным циклом разработки месторождений, и возможности по реализации части электроэнергии на оптовом рынке. В основе алгоритма определения оптимальной стратегий ввода генераторов в эксплуатацию лежит поиск с помощью дерева решений;

4. Проведена оценка влияния колебаний цен на топливо и электроэнергию на эффективность строительства электростанции собственных нужд, которая показала, что:

возможность совершения операций на оптовом рынке энергии значительно расширяет диапазон нагрузок на нужды собственного производства, которые могут обеспечиваться с использованием электростанций собственных нужд. Кроме того, при этом возникает возможность для оптимизации объемов производства электроэнергии и графика работы электростанции,

основными факторами, определяющими оптимальную стратегию обеспечения энергией собственного производства, являются соотношения цен на электроэнергию и топливный газ и ограничения, связанные с объемами операций на оптовом рынке,

с увеличением максимальной мощности, реализуемой на оптовом рынке ожидаемый чистый дисконтированный доход проекта строительства электростанций собственных нужд растет. Дополнительный эффект возникает за счет возможности реализации части электроэнергии на оптовом рынке в те периоды, когда выработка электроэнергии сверх потребностей собственного производства будет целесообразна исходя из сложившихся на рынке соотношений цен на электроэнергию и газ.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

Статьи в научных изданиях из Перечня ВАК

  1. Оценка эффективности использования электростанций собственных нужд на предприятиях нефтегазового комплекса//Нефть, газ и бизнес.- 2011.- № 9.- С. 55-59. (1 п.л. - в соавторстве, лично автором – 0,75 п.л.)
  2. Формирование стратегии строительства электростанций собственных нужд на предприятиях нефтегазового комплекса// Труды РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина.- 2011.- №3 (264).- С.146-160. (1 п.л. - в соавторстве, лично автором – 0,5 п.л.)
  3. Разработка методики сравнения эффективности применения электростанций собственных нужд в зависимости от волатильности цен на топливо и электроэнергию // Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом.- 2012. - № 2.- С. 26-33. (1 п.л. - в соавторстве, лично автором – 0,5 п.л.)
  4. Выбор оптимальных стратегий обеспечения энергией с помощью электростанций собственных нужд в условиях колебаний цен на топливо и электроэнергию.- Территория нефтегаз.- 2011.- № 12.- С. 98-104. (1 п.л. - в соавторстве, лично автором – 0,5 п.л.)

Соловьев Александр Сергеевич

ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ВАРИАНТОВ РАЗМЕЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ СОБСТВЕННЫХ НУЖД НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать ……..2012 г.        Сдано в производство ......2012 г.

Формат 60х90 1/16.                Бум. множит.
Усл. печ.л. 1,5                        Уч.-изд. л. 1,5.
Тираж 100 экз.                        Зак. №

РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина,

119991, Москва, ГСП-1, Ленинский просп., 65


1 Необходимо отметить, что из n генераторов можно составить 2n различных подмножеств, включая пустое подмножество. Однако на практике не все возможные подмножества генераторов, могут быть допустимыми. Например, часть генераторов должна находиться в резерве, а некоторые генераторы не могут быть запущены одновременно.







© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.