The interproduct balance model for municipal power economy
Municipal economy and transportation networks are considered as a component of the whole municipal power economy. The interproduct balance model for municipal power economy is formulated and solved as a nonlinear programming problem. Model is constructed on the basis of product and resource matrices...
Збережено в:
| Дата: | 2006 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2006
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/294 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871103490661548032 |
|---|---|
| author | Levchuk A.P. |
| author_facet | Levchuk A.P. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Levchuk A.P.",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Levchuk A.P. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:36Z |
| description | Municipal economy and transportation networks are considered as a component of the whole municipal power economy. The interproduct balance model for municipal power economy is formulated and solved as a nonlinear programming problem. Model is constructed on the basis of product and resource matrices reflecting major technical and economic interrelations inside municipal power sector. |
| first_indexed | 2026-03-24T02:01:20Z |
| format | Article |
| fulltext |
ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006 81
Энергетический сектор коммунального хо-
зяйства находится в состоянии глубокого сис-
темного кризиса. Предприятия ЖКХ работают
неэффективно, оборудование и сети изношены
до критического состояния. Большая часть
средств, которые выделяются на их модерниза-
цию, тратится нерационально, фактически на
"латание дыр". Все большее число специалистов
осознает, что без капитальной реконструкции и
переоснащения ЖКХ не избежать возможного
катастрофического развития событий [1].
Поскольку полная и быстрая модернизация
и замена всех изношенных систем вряд ли воз-
можна, необходимо найти направления перспек-
тивного финансирования, которые не нуждают-
ся в избыточных капиталовложениях и обеспе-
чивают максимальный технологический и эко-
номический эффект в коммунальном хозяйстве
[2]. Так, перевод насосных станций на частотно
управляемый электропривод, как правило, дает
30% экономию электроэнергии, внедрение коге-
нерационных установок в котельных позволяет
повысить эффективность использования газа на
20% и т.п.
Вышеуказанные системы различаются меж-
ду собой специфическими свойствами исполь-
зуемых в них технологий и обладают общими
закономерностями, присущими их сетевой
структуре [2]. На рис. 1 схематически представ-
лен комплекс взаимосвязанных систем город-
ского энергетического хозяйства (ГЭХ), состоя-
щий из подсистем электро-, газо-, тепло-, водос-
набжения, горячего водоснабжения и водоотве-
дения, пассажирского электротранспорта и
транспорта на нефтепродуктах, транспорта для
вывоза бытовых отходов, где Г1, Г2... Гn – произ-
водители (генераторы) систем, такие как элек-
тростанции, насосные станции, котельные и т.п.,
П1, П2... Пm – потребители электроэнергии, теп-
ла, воды и т.п. При этом связи между сетями,
составляющими ГЭХ, существуют как прямые
(например, без электроэнергии не смогут рабо-
тать все коммуникации), так и корреляционные
– повышение давления воды выше оптимально-
го вызовет увеличение электропотребления в
системах водоотведения. По аналогии с n-мер-
ным векторным пространством можно опреде-
лить ГЭХ как n-мерную систему, где для каждой
системы, составляющей ГЭХ, можно выделить
своих производителей и потребителей.
Для эффективного управления ГЭХ необхо-
дим комплексный подход с моделированием по-
ведения такой n-мерной системы на компьюте-
ре, то есть имитационные модели являются ма-
тематической поддержкой управления ГЭХ [2]
и позволяют решать оптимизационно-прогноз-
ные задачи, возникающие при этом.
Впервые модель транспортной сети с опти-
мизацией ее работы была предложена Канторо-
вичем Л.В. с использованием аппарата линейно-
го программирования. Суть его сводится к опти-
мизации линейного многочлена, компоненты
которого связаны соотношениями, записанны-
ми на основе уравнений баланса, где объем про-
изведенных продуктов (генераторами, насосами
и т.п.) с учетом потерь их в процессе доставки по
сетям равняется объему продуктов, потреблен-
ных потребителем:
где bij – коэффициент, нормируемый к единице,
показывает, какая часть продукта отпускается
производителем в сеть (например, коэффициент
равный 0.9 i-ой электростанции означает, что
90% электроэнергии электростанция выдает в
сеть, а 10% использует на собственные нужды);
хi показывают в абсолютных величинах, сколько
ϲÄÂÈÙÅÍÍß ÅÔÅÊÒÈÂÍÎÑÒ² ÂÈÐÎÁÍÈÖÒÂÀ ² ÂÈÊÎÐÈÑÒÀÍÍß ÅÍÅÐÃÅÒÈ×ÍÈÕ ÐÅÑÓÐѲÂ
Осуществлена общесистемная постановка задачи создания оптимизационной технико-экономической модели
межпродуктового баланса городского энергетического хозяйства, включающего в себя сети электроснабжения, га-
зо-, тепло-, водоснабжения и водоотведения, городского транспорта, как единого объекта управления и экономии
материальных и энергетических ресурсов.
УДК 620:621.31
А.П. ЛЕВЧУК, канд. техн. наук (Институт общей энергетики НАН Украины, Киев)
МОДЕЛЬ МЕЖПРОДУКТОВОГО БАЛАНСА ГОРОДСКОГО ЭНЕРГЕ-
ТИЧЕСКОГО ХОЗЯЙСТВА
Рис. 1
82 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006
продукта производит i-тый производитель (нап-
ример, сколько ТВтч производит i-тая электрос-
танция); рj показывает в абсолютных величинах,
сколько продукта теряется в сети на пути к j-то-
му потребителю; yj показывают в абсолютных
величинах, сколько продукта потребляет j-тый
потребитель. Поскольку потери в сетях можно
выразить через объем произведенных продуктов
следующим образом:
где αj<1 – потери продуктов в сетях, то получим
уравнение баланса:
G·X=Y, (1)
где G – продуктовая матрица баланса продук-
тов, произведенных (сгенерированных) произ-
водителями (генераторами); X – матрица пото-
ков; Y – матрица потребления. Положительные
элементы в продуктовой матрице означают вы-
работку продукта, а отрицательные – использо-
вание или превращение продукта в продукт.
Например, если в строке матрицы, что отвечает
подстанции 330/110 кВ, а ниже в строке, что от-
вечает суммарной электроэнергии, записаны
последовательно два элемента 0.99 и -1, то это
означает, что 1% электроэнергии теряется в
трансформаторе 330/110 кВ, а остальная элек-
троэнергия расходуется по всей сети. Причем
каждый технологический способ изменяет про-
дукт, например, электроэнергия до и после тран-
сформатора 330/110 кВ отличается как по пара-
метрам, так и по себестоимости.
То, что в процессе производства тратятся ре-
сурсы, запишется в виде:
где rik – объем ресурса на единицу произведен-
ного продукта (т у.т./кВтч и т.п.); а vк – суммар-
ный объем ресурса в абсолютных величинах, не-
обходимый для производства продуктов хi (т.у.т.
и т.п.). Окончательно имеем:
R·X=V, (2)
где R – ресурсная матрица; V – матрица сово-
купного объема ресурсов.
Зная объемы ресурсов, затрачиваемые на вы-
работку определенного объема продукта хi, и
затраты на транспортировку его в сети, найдем
себестоимость единицы продукта i – сi. Зная се-
бестоимость продукции i-тых производителей
составим целевую функцию минимизации зат-
рат на производство и передачу через сети про-
дуктов потребителям:
Безусловно, следует учитывать естественные
ограничения:
хimin < хi < хimax, (4)
в которые записываются ограничения на работу
производителей (генераторов) или их неприня-
тие участия в производстве продуктов. Решив
уравнения (1) и (2), с учетом (3) и (4) мы полу-
чим в абсолютных единицах величины хі-продук-
тов, которые производятся каждым i-тым произ-
водителем, которые минимизируют совокупные
расходы в целом в ГЭХ или в данной сети, если
модель составлена для отдельной сети.
Уравнения баланса продуктов в общем виде
(1), а также расходов на их производство в виде
(2) с ограничениями (4) могут быть составлены
как для отдельных направлений энергообеспече-
ния (например, силового электроснабжения [3],
тепло водоснабжения и тому подобное), так и для
всех вместе взятых. При этом мы получим мо-
дель ГЭХ (рис. 2), в которой взаимосвязи между
элементами выражены с помощью или постоян-
ных коэффициентов, записанных в виде чисел,
или коэффициентов-функций от составных рас-
смотренных выше уравнений балансов.
Указанная модель объединяет все основные
жизнеобеспечивающие сети города в единую
модель межпродуктового баланса. В ней пред-
ставлены основные технологические способы и
их продукты. В продуктовую матрицу входят
параметры ниже перечисленных сетей.
Силовые электрические сети представляются
укрупненно электростанцией(циями) ТЭЦ,
трансформаторными подстанциями 330/110 кВ и
строчкой "электроэнергия суммарная". Послед-
нее связано с тем, что электроэнергия с ТЭЦ, а
также с системообразующей сети через тран-
сформаторные подстанции 330/110 кВ поступает
в электрическую сеть города и учитывается сум-
марно. Электростанция ТЭЦ 10% вырабатывае-
мой электроэнергии использует на собственные
нужды, что отмечено на модели коэффициентом
0,9. Поскольку регулировочных возможностей
энергоблоков ТЭЦ недостаточно, то во время
максимума нагрузки идет потребление электро-
энергии из системообразующей сети.
Все вышеупомянутое отмечено на модели в
ресурсной матрице в строчке "газ с сети высокого
ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА І ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ
(3)
ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006 83
ϲÄÂÈÙÅÍÍß ÅÔÅÊÒÈÂÍÎÑÒ² ÂÈÐÎÁÍÈÖÒÂÀ ² ÂÈÊÎÐÈÑÒÀÍÍß ÅÍÅÐÃÅÒÈ×ÍÈÕ ÐÅÑÓÐѲÂ
давления" коэффициентом-функцией а1– зави--
симостью сжигаемого газа от произведенной
ТЭЦ электроэнергии и в строчке "электроэнер-
гия покупная" коэффициентом – 1.
Сети газоснабжения также представляются
укрупненно. Отмечены потери в них (коэффици-
ент 0.999), и то, что КПД большинства котлов
приблизительно равен 85%. Также отмечено, что
газ поставляется промышленным потребителям
на высоком давлении по одной цене, а населению
на сниженном давлении – по другой.
Сети тепло-, водоснабжения в балансовой мо-
дели ГЭХ также представлены укрупненно тремя
строчками. Основными производителями тепла
являются ТЭЦ, районные котельные (РК) (стро-
ка "тепло произведенное") и целый ряд котель-
ных ЖКХ, что своими автономными сетями обс-
луживают небольшие районы города. На модели
представлены коэффициенты полезного поступ-
ления тепла потребителю (с учетом использова-
ния тепла на собственные нужды станций или ко-
тельных и потерями в теплосетях). Вода, как теп-
лоноситель проходит деаэрацию, смягчение и т. п.,
нуждается в материальных затратах, и поэтому
введена отдельной строкой в ресурсную матрицу
– "вода с химводоподготовки".
Коэффициентами-функциями а2, а3, и а4 от-
мечены нелинейные зависимости сжигаемого га-
Рис. 2
84 ПРОБЛЕМИ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ • №14/2006
ϲÄÂÈÙÅÍÍß ÅÔÅÊÒÈÂÍÎÑÒ² ÂÈÐÎÁÍÈÖÒÂÀ ² ÂÈÊÎÐÈÑÒÀÍÍß ÅÍÅÐÃÅÒÈ×ÍÈÕ ÐÅÑÓÐѲÂ
за от произведенного тепла для всех производи-
телей.
Также отмечено, что ТЭЦ берет воду из водо-
заборов.
Сети горячего водоснабжения, как известно,
получают горячую воду через теплообменники в
бойлерах и отмечены на модели двумя строчками
в связи с разной отпускной ценой. Летом, когда
не работает теплоснабжение зданий, тепло для
бойлеров поставляет в основном ТЭЦ.
Сети городского пассажирского электротран-
спорта и транспорта на горючем (на нефтепро-
дуктах) составляют колеи метро, трамваев с кон-
тактными проводами, тролеи с дорогами и просто
городские дороги.
В настоящее время в связи с резким увеличе-
нием числа легковых автомобилей (~ в 5-10 раз),
маршрутных такси и микроавтобусов актуальным
становится решение оптимизационной транспор-
тной задачи с целью, прежде всего, снятия заторов
на дорогах города, где происходит как бесполезное
сжигание больших объемов топлива, так и концен-
трированное загрязнение окружающей среды;
прокладки новых маршрутов работы транспорта;
оптимизация транспорта по видах, по составу; пе-
ревода пассажиропотоков на более экономный и
экологически чистый электротранспорт и т.п.
Сети транспорта для вывоза твердых быто-
вых отходов составляют важную часть санитар-
ного состояния города. Для оптимизации их ра-
боты по энергопотреблению необходимо разра-
ботать оптимальные пути проезда с учетом на-
полнения машин грузом (зависимость расходов
горючего от загрузки автомобиля), а также воз-
можно разделить их на два или три класса по гру-
зоподъемности и для них разработать свои пути
вывоза отходов.
Сети водоснабжения отмечены тремя строч-
ками. Они характеризуются большой изношен-
ностью и обветшалостью оборудования, начиная
с труб и заканчивая арматурой. Замена нерегули-
руемого электропривода на регулируемый, труб
и арматуры на современные пластиковые, позво-
лило бы уменьшить удельную энергоемкость и
улучшить технологический режим.
Сети водоотведения тоже нуждаются в неот-
ложной модернизации, внедрении регулируемо-
го электропривода, замене изношенных труб и
арматуры, внедрении новейших технологий на
очистных сооружениях и т. п.
В ресурсную матрицу входят основные виды
ресурсов (кроме уже отмеченных): нефтепродук-
ты (топливо), мазут из цистерн, уголь на складе,
заработная плата, начисления на заработную
плату (30%), материальные расходы, оборотные
фонды, основные фонды.
Следует заметить, что составление обще-
энергетического сетевого баланса ГЭХ дает воз-
можности выявления и практического исполь-
зования межсистемных резервов энергетичес-
ких ресурсов с учетом их взаимозависимости.
Так, недоотопление вызывает повышение ис-
пользования электроэнергии на отопление квар-
тир в зимний период, что может вызывать и вы-
зывает аварии в сетях электроснабжения. Поэ-
тому, если балансовая сетевая модель, например,
для сетей тепло водоснабжения, будет показы-
вать, как отрегулировать режимы работы ко-
тельных в определенном интервале температур
теплоносителя, то обобщенная модель ГЭХ по-
кажет, какой конкретно должна быть температу-
ра теплоносителя для системной экономии
энергии и по тепловой, и по электрической ее
части.
1. Левенчук А. В чем суть реформы ЖКХ России // Экономические системы. Электронный журнал ЭСКО. №1. – 2004.
2. Адильбеков Д.З. Моделирование и оптимизация систем жизнеобеспечения города // Автор дис. докт. экон. наук. Госу-
дарственный экономический университет – К.: 1995. – 21 с.
3. Добровольський В.К. Економіко-математична модель формально утворених цін в електроенергетиці // Проблеми за-
гальної енергетики. – 2000 – №3. – С. 28-31.
|
| id | systemreorg-article-294 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:09:02Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/ad/ebadee6d0db43b5752ae3ecc286346ad.pdf |
| spelling | systemreorg-article-2942026-07-18T12:57:36Z The interproduct balance model for municipal power economy Модель міжпродуктового балансу міського енергетичного господарства Levchuk A.P. interproduct balance model; municipal economy network; nonlinear programming. модель міжпродуктового балансу, мережі міського комунального господарства, нелінійне програмування. Municipal economy and transportation networks are considered as a component of the whole municipal power economy. The interproduct balance model for municipal power economy is formulated and solved as a nonlinear programming problem. Model is constructed on the basis of product and resource matrices reflecting major technical and economic interrelations inside municipal power sector. Розглянуто мережі міського комунального господарства і транспортні як складові єдиного міського енергетичного господарства. На основі нелінійного програмування для нього складено модель міжпродуктового балансу, що включає продуктову і ресурсні матриці, в яких відображені взаємозв'язки складових моделі та використовувані при їх роботі ресурси. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2006-12-04 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/294 System Research in Energy; No. 2 (14) (2006): The Problems of General Energy; 81-84 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (14) (2006): Проблеми загальної енергетики; 81-84 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/294/242 Copyright (c) 2006 Levchuk A.P. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | interproduct balance model municipal economy network nonlinear programming. Levchuk A.P. The interproduct balance model for municipal power economy |
| title | The interproduct balance model for municipal power economy |
| title_alt | Модель міжпродуктового балансу міського енергетичного господарства |
| title_full | The interproduct balance model for municipal power economy |
| title_fullStr | The interproduct balance model for municipal power economy |
| title_full_unstemmed | The interproduct balance model for municipal power economy |
| title_short | The interproduct balance model for municipal power economy |
| title_sort | interproduct balance model for municipal power economy |
| topic | interproduct balance model municipal economy network nonlinear programming. |
| topic_facet | interproduct balance model municipal economy network nonlinear programming. модель міжпродуктового балансу мережі міського комунального господарства нелінійне програмування. |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/294 |
| work_keys_str_mv | AT levchukap theinterproductbalancemodelformunicipalpowereconomy AT levchukap modelʹmížproduktovogobalansumísʹkogoenergetičnogogospodarstva AT levchukap interproductbalancemodelformunicipalpowereconomy |