Методы и модели эффективного развития и реконструкции территориальных систем газоснабжения

Актуальность работы. Газификация страны — необходимый элемент ее энергетической безопасности и показатель социальной стабильности государства. Газификация территорий имеет стратегическое значение для социально-экономического развития регионов и страны в целом. Газификация позволяет обеспечить заметное повышение качества жизни населения, а также совершенствование энергетической инфраструктуры регионов как основы для их динамичного социально-экономического развития. Газификация — основа теплоэнергетического комплекса, так как газ — это экономически выгодный энергоресурс для предприятий, его использование позволяет снизить себестоимость продукции и поднять качество.

В настоящее время ОАО «Газпром» совместно с властями субъектов Российской Федерации реализуется Программа газификации регионов РФ. При создании Генеральных схем газоснабжения и газификации регионов ОАО «Газпром» старается не только добиться максимальной экономической эффективности, но и способствовать улучшению социального климата в субъектах Федерации.

В развитии газификации регионов одним из важнейших стратегических и социальных проектов является газификация Восточной Сибири и Дальнего Востока, для развития которой утверждена и реализуется Восточная газовая программа. В настоящее время реализуются и другие крупные проекты по развитию систем газоснабжения регионов, связанные как с разработкой новых месторождений (Бованенковское, Штокмановское и др.), так и со строительством систем транспорта газа (Северо-Европейский газопровод, «Алтай», «Южный поток», «Голубой поток» и др.).

Сооружение новых мощных магистралей в значительной мере способствует дальнейшему развитию систем газоснабжения и газификации соответствующих регионов, которое необходимо сочетать с реконструкцией и капитальным ремонтом действующих объектов, приближающихся к исчерпанию технического ресурса, для поддержания их работоспособности и обеспечения возрастающей перспективной потребности в газе.

Несмотря на то, что основным направлением газификации России является строительство магистральных трубопроводов, во многих случаях оно является слишком затратным и нецелесообразным, поэтому Концепция участия ОАО «Газпром» в газификации регионов РФ предполагает не только газификацию сетевым газом, но и формирование систем автономного газоснабжения.

Важным фактором развития систем газоснабжения является необходимость согласования по объемам и синхронизации по срокам ввода с подготовкой минерально-сырьевой базы, обустройством месторождений, сооружением объектов газотранспортной системы и газораспределения. Для поступательного, сбалансированного и эффективного развития газовой отрасли необходима координация и согласование всех решений.

Качество стратегических и проектных решений, принимаемых при долгосрочном планировании развития и реконструкции территориальных систем газоснабжения, влияет на эффективность инвестиций, позволяет рационально сочетать использование существующих газотранспортных мощностей с сооружением новых объектов, обеспечивать надежность снабжения потребителей в перспективе, гибко адаптироваться к новым условиям.

Предлагаемые в работе формализованные процедуры (математические модели) основываются на современных математических методах и существующем опыте в области исследования рассматриваемых проблем, позволяют систематизировать имеющуюся информацию, провести полный и всесторонний анализ ситуации и представляют собой аппарат для поддержки принятия решений при разработке стратегии и конкретных планов развития и реконструкции территориальных систем газоснабжения.

Объекты исследования — территориальные системы газоснабжения (ТСГ).

Цель работы состоит в разработке методических подходов и математических моделей, позволяющих генерировать и обосновывать эффективные решения при формировании долгосрочной стратегии перспективного развития и реконструкции ТСГ.

Задачи исследования. Для достижения заданной цели в работе были поставлены и решены следующие задачи:

— проведен анализ актуальных проблем поддержки принятия решений по развитию и реконструкции ТСГ;

— разработан методический подход к выбору эффективной стратегии развития и реконструкции ТСГ;

— разработаны модели анализа и обоснования решений по рациональному выбору порядка строительства и реконструкции объектов газоснабжения;

— разработана математическая модель оптимизации выбора проектных решений и определения сроков их реализации;

— разработана методика формирования программ последовательного строительства и реконструкции объектов газоснабжения;

— разработанные подходы и модели применены для формирования стратегии эффективного развития и реконструкции ТСГ.

Методы исследования. Проведенные разработки основаны на использовании:

— методов многокритериальной оптимизации,.

— методов линейной алгебры,.

— методов потокового программирования,.

— методов оптимизации, в том числе методов целочисленного программирования,.

— методов кластерного анализа,.

— современных компьютерных технологий, в том числе Maple 14, Statistica 8.0.

Научная новизна. Основные научные результаты работы состоят в следующем:

1. предложен и формализован общий подход к выбору объектов и решений по газификации и газоснабжению при анализе долгосрочного развития и реконструкции ТСГ;

2. обосновано применение экспертного логического анализа (метода анализа иерархий) и построена типовая схема логического анализа для задачи выбора эффективной стратегии развития и реконструкции ТСГ;

3. предложены и формализованы модели анализа и обоснования решений по рациональному выбору порядка строительства и реконструкции объектов газоснабжения, основанные на ранжировании с учетом экспертных оценок и на кластерном анализе;

4. построена математическая модель оптимизации выбора проектных решений и определения сроков их реализации;

5. разработан метод, позволяющий формировать программы последовательного строительства и реконструкции объектов газоснабжения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. методика выбора объектов и решений для строительства и реконструкции при подготовке программ развития ТСГ и газификации регионов;

2. схема экспертного логического анализа для разработки эффективной стратегии развития и реконструкции ТСГ;

3. модель рационального выбора порядка строительства и реконструкции объектов газоснабжения, основанная на ранжировании с помощью рейтинга групп;

4. модель обоснования решений по выбору порядка строительства и реконструкции объектов газоснабжения, основанная на кластерном анализе;

5. модель оптимального выбора проектных решений по строительству и реконструкции объектов газоснабжения и определения сроков их реализации.

Практическая ценность исследования заключается в разработке формализованных методических процедур и математических моделей, позволяющих проводить предпроектный анализ для повышения эффективности газоснабжения и газификации территорий РФ, а таюке подтверждается успешным опытом использования предложенных методов и моделей при решении актуальных задач формирования эффективных стратегий развития и реконструкции ТСГ.

Результаты исследований использовались при разработке программ развития и реконструкции систем газоснабжения округов РФ и формировании программ последовательного строительства и реконструкции объектов газоснабжения регионов РФ.

Разработанные методы и модели успешно применяются в ОАО «Газпром промгаз» для анализа и решения задач рационального планирования развития и реконструкции ТСГ.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на следующих конференциях:

— VIII Всероссийская конференция молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России (Москва, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2009 г.);

— VIII Всероссийская научно-техническая конференция «Актуальные проблемы развития нефтегазового комплекса России» (Москва, РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2010 г.);

— XVI научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Проблемы развития газовой промышленности Сибири — 2010» (Тюмень,.

000 «ТюменНИИгипрогаз», 2010 г.);

— IV научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов «Газовой отрасли — энергию молодых ученых!» (Ставрополь, ОАО «СевКавНИПИгаз», 2010 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе в двух изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, литературы из 81 наименований и 1 приложения. Работа изложена на 129 страницах основного текста и 1 странице приложения. Текст работы содержит.

5.4 Выводы.

В главе обоснована целесообразность совместного решения задач второго и третьего этапов процедуры анализа долгосрочного развития и реконструкции ТСГ. Поинтервальный учет ограничений, влияющих на детализацию проектных решений и определению оптимальных сроков их реализации, позволяет проводить более точный анализ.

Взаимосвязанная процедура формирования предложений по последовательному сооружению и реконструкции объектов газоснабжения и выбора проектных решений и определения оптимальных сроков их выполнения представлена в виде общей методики формирования программ поинтервального развития и реконструкции ТСГ. Проведена математическая формализация сформированной процедуры.

Разработанная методика применена к задаче формирования программ поинтервального развития и реконструкции системы газоснабжения юго-западных районов Краснодарского края.

Заключение

.

1. Рассмотрена задача оптимального развития и реконструкции ТСГ. Для ее решения предложена процедура, состоящая из этапов: выбор стратегии развития и реконструкции, формирование предложений по последовательному сооружению и реконструкции объектов газоснабжения и детализация решений по конкретным проектам в рамках каждого интервала. Постановка задачи на каждом этапе учитывает множество влияющих факторов. Для решения задач применен современный математический аппарат.

2. Проанализированы критерии сравнения вариантов стратегии развития и реконструкции ТСГ. В качестве метода, позволяющего формализовать процесс принятия решений по многокритериальному выбору варианта стратегии с учетом мнений организаций, влияющих на результат, предложен метод анализа иерархий (ЭЛА). Построена схема доминантной иерархии, которую предлагается использовать в качестве типовой при решении задачи. Метод применен при разработке комплексных схем газоснабжения и газификации регионов Северо-Западного Федерального округа.

3. Рассмотрена задача формирования предложений по рациональному выбору порядка строительства и реконструкции объектов газоснабжения, которая позволяет детализировать выбранную стратегию развития и реконструкции ТСГ. Для решения задачи предложено два метода: экспертное ранжирование и кластерный анализ. Процедуры применены к задаче выбора приоритетных для реконструкции ГРС ООО «Газпром трансгаз Волгоград», ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург», ООО «Газпром трансгаз Ухта», а также юго-западных районов Краснодарского края.

4. Предложенные методы выделения из всей совокупности объектов приоритетных для строительства и реконструкции могут быть рекомендованы для использования в других подобных задачах нефтегазового комплекса.

5. Рассмотрена и формализована в виде задачи линейного частично целочисленного программирования задача анализа предварительно проработанного портфеля проектов и определения сроков их реализации. В качестве критерия оптимальности могут рассматриваться общепринятые экономические критерии, а также предлагаемые формализованные критерии: критерий социально-политической значимости и критерий, позволяющий учесть несколько влияющих факторов.

6. Предложенная формализация задачи анализа предварительно проработанного портфеля проектов и определения сроков их реализации может быть рекомендована к использованию также для моделирования подобных задач различных трубопроводных систем.

7. Процедура формирования предложений по рациональному порядку строительства и реконструкции объектов газоснабжения и детализирующая ее процедура выбора конкретных проектов для реализации и определения сроков их выполнения объединены и формализованы в виде общего метода формирования программ последовательного строительства и реконструкции объектов газоснабжения. Метод применен к задаче формирования программ последовательного развития и реконструкции системы газоснабжения юго-западных районов Краснодарского края.

8. Разработанная процедура комплексного анализа долгосрочного развития и реконструкции ТСГ представляет собой совокупность моделей, методических подходов и алгоритмов и может быть использована для создания программного комплекса, позволяющего осуществлять поддержку принятия решений при пред-проектном анализе развития и реконструкции ТСГ.

9. Разработанная общая процедура исследования и принятия эффективных решений по долгосрочному развитию и реконструкции ТСГ, а также предложенные в работе методические подходы к анализу объектов систем и проектных решений могут быть обобщены и предложены к использованию для решения аналогичных задач комплексного анализа и оптимизации развития и реконструкции систем энергетики и трубопроводных систем.