Разработка методологии анализа эффективности транспорта газа в условиях неопределенности исходных технико-экономических показателей

В настоящее время в стране создана и успешно функционирует одна из крупнейших в мире по мощности и протяженности единая система газоснабжения (ЕСГ) [72]. Дальнейшие перспективы развития газодобывающей промышленности связаны с освоением ресурсов Западной Сибири и, в частности, полуострова Ямал [38,57,58,74].

Превращение столь отдаленных от основных газопотребляющих районов страны месторождений природного газа в основную сырьевую базу отрасли привело к резкому росту общих капиталовложений, необходимых для ее развития. Наибольшая доля капиталовложений приходится на развитие системы магистральных газопроводов (МГ) [33], что в первую очередь связано с увеличением средней дальности транспорта газа и удорожанием строительно-монтажных работ (СМР) в районах со сложными природно-климатическими условиями [31,39]. Соответственно возросли удельные металлои энергозатраты на сооружение и эксплуатацию МГ.

Основным направлением повышения эффективности магистрального транспорта газа является широкое использование прогрессивных технических решений, таких как увеличение в общей протяженности доли газопроводов большого диаметра 1220 и 1420 мм, рост единичной мощности газоперекачивающих агрегатов (ГПА) до 16 и 25 МВт, автоматизация компрессорных станций (КС) и др.

Однако уровень влияние научно-технического прогресса (НТП) на трубопроводном транспорте газа в 3 — 5 раз слабее действия перечисленных выше отрицательно действующих факторов [51−53] и недостаточен для преодоления тенденций ухудшения экономических показателей.

В этих условиях чрезвычайную важность приобретает оптимизация технологических параметров МГ на стадии проектирования [1,56,62,73]. При резко возросших капиталовложениях в каждый отдельный объект МГ даже относительно небольшое снижение затрат в результате оптимизации его параметров приведет к существенной экономии капиталовложений на стадии сооружения МГ и эксплуатационных затратах в процессе его работы.

Проблемы оптимизации технико-экономических параметров МГ были предметом изучения многих исследователей: Галиуллина З. Т., Леонтьева Е. В., Хромова Ю. В., Штеле Л. А., Сухарева М. Г., Ставровского Е. Р., Кривошеина Б. Л., Смирнова В. А., Брянских В. Е., Щербатенко И. В., Фурмана И. Я., Чернобыльского М. В., Юнкера Б. М., Ксенза Б. И. и др. Однако, ввиду того, что в качестве критерия оптимизации параметров МГ достаточно часто использовались принятые в плановой экономике приведенные затраты, полученные результаты частично утратили свою научную ценность из-за изменившихся экономических условийперехода от плановой к рыночной экономике.

В период становления рыночных отношений для выбора оптимальных параметров используются новые экономические критерии, позволяющие учитывать во времени всю совокупность факторов, определяющих формирование и величину стоимостной оценки результатов и затрат при сооружении и эксплуатации МГ.

Необходимым условием использования новых критериев является высокая степень развития экономической самостоятельности участвующих в сооружении МГ демонополизированных предприятий — поставщиков технологического оборудования и строительных организаций, продукция и услуги которых реализуются по свободным ценам, устанавливаемым в результате конкуренции.

Используемые в рыночной экономике критерии эффективности должны реально оценивать экономическую выгоду того или иного технологического варианта МГ с учетом всего многообразия факторов, влияющих на формирование результатов от сооружения МГ, определяемых, например, как выручка от продажи товарного газа потребителю, и связанных с получением этих результатов затрат.

В подавляющем большинстве работ по обоснованию оптимальных параметров МГ в качестве основного результата исследования приводятся количественные оценки этих параметров для некоторых конкретных значений исходных стоимостных показателей, т. е. решается оптимизационная задача в детерминированной постановке. Однако, как показал опыт сооружения и эксплуатации МГ, им объективно присуще свойство недетерминированности, проявляющееся, как правило, в неполноте и недостоверности исходной, главным образом стоимостной, информации. В связи с этим детерминированный подход к оптимизации параметров МГ приходит в противоречие с действительностью, когда параметры МГ, найденные с помощью детерминированной оптимизационной модели, являются оптимальными лишь при заданных исходных данных.

Таким образом, разработка методологии анализа эффективности транспорта газа в рыночных условиях с учетом неопределенности исходной технико-экономической информации, когда внешние условия могут изменяться по сравнению со средними значениями, принимаемыми при решении детерминированной задачи, является актуальной и своевременной при планировании сооружения систем магистрального трубопроводного транспорта.

Научная новизна работы состоит в следующем: • разработан аналитический метод гидравлического расчета МГ с газотурбинными КС, позволяющий с достаточной для практики точностью, связать производительность МГ с его основными технологическими параметрами;

• разработана оптимизационная детерминированная модель МГ для условий рыночной экономики, позволяющая рассчитать оптимальные технологические параметры МГ в зависимости от величины заданных стоимостных показателей;

• разработан соответствующий инструментарий для выполнения прогнозных исследований, включающий в себя: методологию обоснования предельной товарной производительности МГметодику определения предельной степени форсирования товарной производительности МГ при постоянной степени сжатия газа за счет увеличения количества КСметодику определения оптимальных параметров МГ в условиях неопределенности исходной стоимостной информации с использованием минимаксных критериев;

• разработан алгоритм расчета оптимальных параметров МГ в условиях рыночной экономики с учетом неопределенности исходной стоимостной информации, реализация которого позволила получить конкретные рекомендации для МГ диаметром 1420 мм на рабочее давление 7,45 МПа.

Представляемые в работе подходы и модели [28−30,75,76,78−80] могут служить методологической основой при обосновании технологических параметров вновь сооружаемых или реконструируемых МГ в условиях рыночной экономики. Разработанные методы позволяют выбрать оптимальные параметры МГ и тем самым существенно повысить их экономическую эффективность по сравнению с существующими.

Выполненные исследования связаны с реализацией насущных задач по обеспечению высоконадежного трубопроводного транспорта. Исследования выполнялись в соответствии с комплексной научно-технической программой РАО ГАЗПРОМ — «Высоконадежный трубопроводный транспорт». Практическая ценность исследований заключается в целесообразности использования разработанных алгоритмов при компьютерной реализации пакета программ: оптимизация эксплуатационных показателей магистральных газопроводов 8 программный продукт системы PLSystem / OPRating (Pipeline System / Optimize for Rating) — Москва: ИНЭИ PAH, 1999.

На основе представленных в диссертации модельных исследований были разработаны программные алгоритмы, которые в настоящее время используются в ИНЭИ РАН, НЛП «СТРОЙПРОЕКТСЕРВИС» и Управлении РАО ГАЗПРОМ при решении задач перспективного развития энергосистем.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Ш-ей Всесоюзной научно-технической конференции «Трубопроводный транспорт нефти и газа» (г. Ивано-Франковск, 1983) и научно-техническом семинаре «Опыт внедрения достижений научно-технического прогресса в практику проектирования объектов нефтяной и газовой промышленности» (г. Киев, 1988).

Выводы к главе 5.

Переход от существующей к оптимальной технологии транспорта газа является существенным резервом повышения экономической эффективности МГ. В зависимости от представления стоимостных показателей (в мировых или сметных ценах 1984 года) и возможного их изменения в пределах ±10% и ±20% относительный экономический эффект за весь срок эксплуатации данного МГ в результате перехода на оптимальную технологию возрастет на 4,6 -ь 5,3%.

Форма экономических отношений оказывает принципиальное влияние на результаты оптимизационных расчетов.

При плановой экономике переход от существующей технологии транспорта газа к оптимальной для МГ диаметром D = 1420 мм на рабочее давление Р&bdquo- = 7,45 МПа сопровождается снижением валовой производительности с QB = 32×109 м3/год до QB = 26×109 -г 27×109 м3/год в результате повышения степени сжатия газа на КС с s = 1,44 до s = 1,48 и соответствующего увеличения среднего шага КС со 150 км до 200 км в случае прокладки МГ в Северных районах европейской части страны или в результате снижения степени сжатия до г = 1,32 и увеличения среднего шага КС до 143 км при прокладке МГ в центральных районах страны.

При рыночной экономике переход от существующей к оптимальной технологии транспорта газа выражается в увеличении валовой производительности МГ с QB = 32×109 м3/год приблизительно до QB = 34×109 м3/год в результате снижения степени сжатия газа на КС с s = 1,44 до е = 1,22 -г 1,23 и соответствующего уменьшения среднего шага КС со 150 до 75 км.

1. В связи с переходом к рыночной экономике в качестве критерия оптимальности параметров МГ наряду с приведенными затратами может использоваться целевая функция, характеризующая величину экономического эффекта как результат сопоставления дисконтированных величин выручки от продажи товарного газа потребителю и затрат на сооружение и эксплуатацию МГ. При этом в основу предлагаемой оптимизационной модели может быть заложен аналитический метод гидравлического расчета МГ, позволяющий с достаточной для практики точностью, определять производительность, степень сжатия газа на КС и другие технологические параметры при заданном диаметре трубопровода и рабочем давлении.

2. Экономическая эффективность МГ в условиях рыночной экономики при заданных стоимостных показателях определяется набором основных технологических параметров. Сравнение экономических показателей МГ необходимо проводить при оптимальных параметрах, определяющих экстремум целевой функции. С использованием аналитических выражений критерия оптимальности и метода множителей Лагранжа в работе предложена оптимизационная детерминированная модель МГ, позволяющая рассчитать его оптимальные технологические параметры в зависимости от заданных стоимостных показателей, которые в общем случае являются недостаточно определенными. Для нахождения оптимальных решений в условиях неопределенности исходной технико-экономической информации используются: платежная матрица, характеризующая зону неопределенности оптимальных решений, и ряд критериев, основанных на минимаксном принципе.

3. Теоретически обосновано существование предельной товарной производительности данного МГ с газотурбинными КС и получено ее аналитическое выражение. Так, для МГ протяженностью 3000 км и диаметром 1420 мм при степени сжатия газа на КС 1,44 величина предельной товарной производительности при рабочем давлении 5,5 МПа составляет 46 млрд. м3/год, а при давлении 7,45 МПа порядка 63,8 млрд. м3/год.

4. Для определения оптимальных параметров МГ в условиях неопределенности можно использовать платежную матрицу, представляющую совокупность значений товарной производительности, полученной в результате многовариантных детерминированных расчетов при различных сочетаниях стоимостных показателей. Выбор эффективных решений осуществляется по платежной матрице с помощью критерия максимума среднего по строкам матрицы экономического эффекта (в предположении равномерного закона их распределения) или минимума удельных приведенных затрат, а также: максиминного критерия Вальда, критерия минимального риска Сэвиджа и критерия пессимизма-оптимизма Гурвица.

5. Резервом повышения экономической эффективности МГ в рыночных условиях является переход к оптимальной технологии транспорта газа, отличающейся от существующей технологии в случае МГ диаметром 1420 мм на рабочее давление 7,45 МПа повышением валовой производительности с 32 до 34 млрд. м3/год за счет снижения степени сжатия газа на КС с 1,44 до 1,22 — 1,23 и уменьшения среднего шага КС со 150 км до 75 км. Переход от существующей технологии перекачки газа к оптимальной увеличит экономический эффект за весь срок эксплуатации МГ в среднем на 6%.

6. Результаты многовариантных расчетов показывают, что отклонение основных стоимостных показателей в пределах +10% и +20% приводит соответственно к изменению относительного экономического эффекта на 1,5−2%. При существующей в настоящее время схеме ценообразования переход на оптимальную технологию перекачки газа для МГ из труб диаметром 1420 мм на.