Экономическая эффективность прогнозов температуры воздуха для оптимального энерго-ресурсосбережения в теплоэнергетике Москвы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.30, кандидат географических наук Тимофеева, Анна Гарниковна

• Тимофеева, Анна Гарниковна
• кандидат географических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат географических наук Тимофеева, Анна Гарниковна

Сокращения

Введение

1 Физико-географическая, климатическая и теплоэнергетическая характеристика Московского региона

1.1 Физико-географические условия и климатические особенности региона исследования

1.2 Тепловая энергетика в инфраструктуре социально-экономического обеспечения Москвы

1.3 Основные предпосылки теоретического обоснования погодозависимости теплоэнергетики Москвы

2 Метеорологические прогнозы как природные информационные ресурсы в теплоэнергетике

2.1 Теоретические основы оценки успешности метеорологических прогнозов температуры воздуха

2.1.1 Разработка матриц сопряженности прогнозов температуры воздуха

2.1.2 Выбор критериев оценки успешности прогнозов

2.2 Численная оценка успешности прогнозов температуры воздуха для теплоисточников Москвы

3 Теоретические основы оптимального энерго- и ресурсосбережения в теплоэнергетике

3.1 Функции тепловых и стоимостных потерь

3.2 Оценка экономического эффекта и экономической эффективности прогнозов температуры воздуха

3.3 Оценка энерго-и ресурсосбережения

3.4 Разработка метеоролого-экономической модели оптимального использования прогнозов температуры воздуха в теплоэнергетике Москвы

4 Климатические особенности режима теплоэнергетики Москвы

4.1 Выбор кривых распределения температуры воздуха

4.2 Численная оценка параметров кривых распределения температуры воздуха

4.3 Оценка необходимого количества потребления тепловой энергии

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экономическая эффективность прогнозов температуры воздуха для оптимального энерго-ресурсосбережения в теплоэнергетике Москвы»

Энергетика, как одна из ведущих отраслей жизнеобеспечения охватывает все без исключения инфраструктурные составляющие в экономической и социальной сферах страны. Это, в сущности, гигантская работа топливно-энергетического комплекса, обеспечивающая получение, передачу и преобразование различных видов энергетических ресурсов и энергии в целях устойчивой динамики экономического развития.

В современном мире все более очевидна нарастающая социальная и техногенная зависимость общества от условий погоды и изменений климата [1,2,3]. Об этом, прежде всего, свидетельствует сама хозяйственная практика, ее постоянная нарастающая подверженность погоде и климату и огромные, при этом, растущие потери по метеорологическим условиям, достигающие в России 8-10 млрд. рублей в год. Подтверждением тому выступают и многочисленные зарубежные и отечественные исследования, публикуемые в работах ВМО, а также сведения о погоде и климате последних лет. Именно поэтому знания о текущей и ожидаемой погоде и климате выступают как важнейший информационный ресурс в современном производстве и в социальной сфере. Международный опыт показывает, что умелое и своевременное использование гидрометеорологической информации' позволяет многим секторам национальной экономики оптимизировать повседневную деятельность, что способствует социальному и экономическому благополучию. Гидрометеорологическая информация приобретает важное значение в различных отраслях экономики любой страны [4, 5]. Экономическая целесообразность использования прогнозов погоды и гидрометеорологической информационной продукции в целом общепризнанна и неоспорима. По сведениям Росгидромета [6] экономический эффект использования гидрометеорологической информации в России составил в 2009 году 21.4 млрд. рублей.

На сегодня уже аксиоматически очевидно, что с развитием производственной сферы экономический эффект от своевременных и правильных решений по использованию гидрометеорологической информации будет только возрастать.

В современной практике метеорологического обеспечения социально-экономического комплекса России возможности использования текущих и прогнозируемых состояний погоды на отдельных территориях и для отдельных потребителей пока реализуются недостаточно [7]. Вот почему научный интерес по повышению эффективности метеорологической информации приобрел столь масштабный и целенаправленный характер [8,

9]

Многие потребители метеорологической информации, и прогнозов погоды в особенности, воспринимают этот информационный ресурс как обязательный, понимая его значимость и полезность, но не располагают научным и методическим арсеналом их численной оценки [10]. Это в равной мере относится и к теплоэнергетике - одной из составляющих энергетики страны.

В России сосредоточены значительные запасы энергетических ресурсов, что позволило создать мощный топливно-энергетический комплекс (ТЭК), который является ведущей отраслью развития экономики.

Энергетический сектор, преимущественно тепло- и электроэнергетика, обеспечивает жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства, способствует консолидации субъектов Российской Федерации, во многом определяет формирование основных финансово-экономических показателей страны. Целью энергетической политики является максимально эффективное использование природных топливно-энергетических ресурсов, в первую очередь, природного газа, для роста экономики и повышения качества жизни населения страны [11].

В «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» [12] указывается, что целью политики энергетической безопасности является последовательное улучшение ее главных характеристик: а) способности ТЭК надежно обеспечивать экономически обоснованный внутренний и внешний спрос энергоносителями соответствующего качества и приемлемой стоимости; б) способности потребительского сектора экономики эффективно использовать энергоресурсы, снижая или исключая нерациональное энергопотребление, предотвращая дефицитность топливно-энергетического баланса.

В числе приоритетов энергетической стратегии России рассматривается снижение удельных затрат на производство и иных расходов энергоресурсов за счет рационализации их потребления, применения научных энергосберегающих технологий и современного оборудования, сокращения потерь при добыче, переработке, транспортировке и реализации продукции ТЭК.

Особое значение в реализации этой стратегии придается метеорологическому обеспечению топливно-энергетического комплекса (ТЭК), в том числе, и теплоэнергетики.

Актуальность данной научной работы связана с необходимостью экономически эффективного учета прогностической информации в целях выбора оптимальных погодо-хозяйственных решений и действий, которые обеспечивают минимальные потери в теплоэнергетике.

На современном этапе экономика России характеризуется высокой энергоёмкостью, в 2-3 раза превышающей удельную энергоёмкость экономики развитых стран [13, 14]. Причинами такого положения, кроме суровых климатических условий и территориального фактора, являются сформировавшаяся в течение длительного периода времени структура промышленного производства, и пока сохраняющаяся технологическая отсталость энергоёмких отраслей промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также недооценка стоимости энергоресурсов, прежде всего, природного газа, не стимулирующая энергосбережение.

Степень повышения энергетической эффективности предопределит долгосрочные перспективы развития не только энергетического сектора, но и экономики Российской Федерации в целом. Ориентация экономики на энергоёмкий рост угрожает консервацией технологической отсталости с опережающим ростом внутреннего спроса на энергоресурсы, сдерживающим экономическое развитие.

Известно, что основным видом топлива для теплоснабжения большинства регионов России остается природный газ. Теплоснабжение, при этом, остается одним из крупнейших потребителей органического топлива. Его доля составляет 46 % от общего потребления всех видов топлива и соизмерима с топливоёмкостью всех остальных отраслей экономики.

Отсюда очевидно, что в данной сфере экономики необходимо жесткое и безусловное достижение стратегических ориентиров роста энергоэффективности с использованием широкого спектра мер, включая метеорологические ресурсы, стимулирующих потребителей энергоресурсов, а теплоэнергетики в особенности, к обеспечению эффективного энерго- и ресурсосбережения [15].

Влияние метеорологических факторов на энергетику выражается в изменении условий производства энергии, колебаниях спроса на нее со стороны потребителей, а также в последствиях эксплуатации и содержания энергетических систем в различных условиях погоды.

Нерациональное использование топливных ресурсов вследствие недостаточного использования метеорологической информации постоянно сопровождается значительными экономическими потерями.

Оптимальная реализация прогнозов как научная технология их использования позволяет получить добавочную продукцию, экономию сырья и энергоресурсов, финансовых и иных средств. При этом, эффективное использование прогнозов не повышает исходные затраты труда и стоимости прогностической продукции.

Целью настоящего исследования является разработка метеоролого-экономической модели комплексного учета прогнозов температуры воздуха, адаптированной к условиям Москвы, в целях экономически эффективного энерго- и ресурсосбережения в теплоэнергетике региона.

На этом основании поставлено решение следующих задач: а) выполнить обобщающий анализ метеорологических условий и характерных синоптических процессов, определяющих прогностическую информацию и оказывающих влияние на принятие погодо-хозяйственных решений потребителя; б) исследовать успешность краткосрочных прогнозов температуры воздуха применительно к специфике работы теплоэнергетики Москвы; в) модифицировать метеоролого-экономическую модель оптимального использования прогнозов температуры воздуха для теплоэнергетики Москвы в целях минимизации метеорологических потерь как фактора роста ресурсосбережения. Для этого необходимо:

1) выполнить сбор метеорологической, экономической и теплотехнической информации, позволяющей установить погодо-хозяйственную зависимость теплоэнергетики Москвы;

2) разработать алгоритм расчета функций тепловых и стоимостных потерь применительно к мощным теплоисточникам;

3) разработать и дать анализ матриц потерь и матриц систематических потерь за отопительные периоды с 2003 по 2008 гг. в Москве;

4) разработать погодо-хозяйственный регламент выбора оптимальных решений при задании режима работы теплоисточника;

5) выполнить численную оценку экономической полезности прогнозов температуры воздуха для теплоэнергетики Москвы;

6) разработать методику расчета тепло- ресурсосбережения для теплоэнергетики Москвы.

Объектом исследования являются теплоэнергетические источники Москвы с особой спецификой погодозависимости.

Предметом исследования выступает метеоролого-экономическое моделирование оптимального учета прогнозов температуры воздуха и получаемых результатов в практике работы теплоисточников Москвы.

Методологической и теоретической основой работы являются исследования видных российских ученых по вопросам экономического содержания метеорологических прогнозов (A.M. Омшанского, М.А. Обухова, H.A. Багрова, A.C. Монина, Г.В. Груза, Г.А. Карпеева, Е.Е. Жуковского и др.) [с 16 по 28]. Значительная часть работ посвящены выбору оптимальных стратегий и оперативных решений с учетом использования метеорологической информации, что явилось основой для теоретической разработки и практической оценки экономической полезности метеорологических прогнозов в теплоэнергетике [с 29 по 34].

Значительное влияние на решение проблемы оказали зарубежные авторы, известные в этой области исследователи - Дж. Томпсон, Г. Грингортен, Н. Бийвут, А. Мэрфи, JI. Гутмэн и др. [с 35 по 43].

В настоящее время выполнены исследования в области функционального описания зависимости потребителей от условий погоды посредством ряда показателей, в том числе дискретных обобщений - матриц потерь. Известные подходы к разработке альтернативных и многофазных матриц потерь приведены в работах H.A. Багрова, Е.Е. Жуковского,

Л.А. Хандожко [19, 28, 44], что позволяет практически реализовать модель выбора оптимального оперативного решения при использовании прогнозов метеорологических величин.

В работе использовался байесовский подход оценки метеорологических потерь, позволяющий установить средние в статистическом смысле потери потребителя и дать сравнительную оценку снижения потерь при использовании методического прогноза относительно стандартного (инерционного) прогноза.

Научная основа оценки экономической эффективности метеорологической информации базировалась на положениях теории вероятности и математической статистики, при этом отдельные задачи решались на основании математико-экономического моделирования и теории оценивания [45, 46, 47].

Эмпирической базой исследований выступают прогностические данные Гидрометцентра за период с 2003 по 2008 гг. и фактические сведения о температуре воздуха по данным метеостанции ВДНХ, Москва за период с 2000 по 2008 гг.

Личный вклад автора включает в себя сбор необходимой метеорологической, экономической и теплотехнической информации; разработку программного обеспечения рассматриваемой модели, получении и анализе результатов исследований.

Исследование экономической эффективности прогнозов температуры воздуха для теплоэнергетики Москвы в целях энерго- ресурсосбережения соответствует областям исследований, изложенным в пунктах 14 (микроклимат природных объектов, микроклимат мегаполисов) и 17 (прикладная климатология - атмосфера и строительство, медицина, курортология, транспорт, лесоведение) паспорта специальности 25.00.30 -Метеорология, климатология, агрометеорология.