Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance

Application of balance and optimization models of production type to the analysis of the energy balances of fuel-energy sector of economy is considered. Interconnected networked subsystems of energy carrier transmission and distribution and their modeling principles are discussed in the aspect of th...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Novoseltsev A.V., Kaplin M.I.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2009
Теми:	energy balance fuel-energy complex multi-product model energy carrier transmission grid structure matrix-topology approach.
Онлайн доступ:	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/375
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_	1871103669353578496
author	Novoseltsev A.V. Kaplin M.I.
author_facet	Novoseltsev A.V. Kaplin M.I.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Novoseltsev A.V.", "institution": null }, { "author": "Kaplin M.I.", "institution": null } ]
author_sort	Novoseltsev A.V.
baseUrl_str	https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-18T12:57:38Z
description	Application of balance and optimization models of production type to the analysis of the energy balances of fuel-energy sector of economy is considered. Interconnected networked subsystems of energy carrier transmission and distribution and their modeling principles are discussed in the aspect of the balance and optimization models adaptability.
first_indexed	2026-03-24T02:01:36Z
format	Article
fulltext	ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ 51 УДК 621.316.1.017 О.В. Новосельцев, чл.-кор. НАН України М.І. Каплін, наук. співроб. Інститут загальної енергетики НАН України, Київ Балансово-оптимізаційна модель взаємозв’язаних систем транспортування і розподілу паливно-енергетичних ресурсів Розглянуто можливості застосування балансово-оптимізаційних економіко-математичних моделей виробничого типу до аналізу енергетичних балансів паливно-енергетичного комплексу країни. Запро- поновано принципи та алгоритми побудови таких моделей для розв’язання оптимізаційних задач під- вищення енергетичної ефективності взаємозв’язаних підсистем транспортування і розподілу енерге- тичних продуктів з мережною структурою. ниці енергетичних потоків. Принциповим не- доліком розглянутих моделей потокового типу є їх спрямованість на розв’язання транспорт- них задач, які не враховують технологічних та режимних обмежень, що обумовлюються зако- нами потокорозподілу в системах з мережною структурою, а значить – не дозволяють корек- тно розраховувати технологічні витрати ПЕР в цих мережах. Основна увага даної роботи зосереджуєть- ся на розробці оптимізаційної моделі ПЕБ, що враховує мережні особливості взаємодії під- систем транспортування й розподілу енерго- носіїв та дозволяє відслідковувати втрати ПЕР від їх неефективного транспортування й роз- поділу. Рішення цієї задачі пропонується у класі багатопродуктових балансово-оптимізаційних моделей виробничого типу, де фактичні (ста- тистичні) баланси енергоносіїв можуть бути отримані як розв’язки оптимізаційної задачі на графі взаємозв’язаних мереж. Визначаль- ною для такого вибору властивістю моделей виробничого типу є використання загального поняття технологічного способу, що дозволяє моделювати будь-які об’єкти складних енерге- тичних систем, пов’язаних технологічними або структурними чи функціональними зв’язками. Звідси випливає можливість застосування та- ких моделей до дослідження енергетичних ба- лансів взаємозв’язаних систем транспортуван- ня і розподілу різнорідних за фізичною при- родою енергетичних продуктів у системах електро-, тепло-, водо-, газопостачання тощо. Такі системи характеризуються: 1) наявні Постановка задачі Складність проблеми моделювання паливно-енергетичних балансів (ПЕБ) кра- їни визначається багаторівневою ієрархіч- ною структурою виробництва, перетворення і споживання паливно-енергетичних ресур- сів (ПЕР) в країні. Оптимізація ПЕБ в рин- кових умовах функціонування економіки по- требує проведення одночасних структурно- технологічних та цінових розрахунків. Підсистеми транспортування та розподі- лу ПЕР є невід’ємними складовими паливно- енергетичного балансу, що суттєво вплива- ють на його кількісні і якісні показники. Так, за оцінками фахівців втрати валового вну- трішнього продукту (ВВП) від неефективного транспортування та розподілу ПЕР у країнах з перехідною економікою, до яких належить і Україна, досягають 20% і більше [1, 2]. Серед відомих балансово-оптимізаційних моделей енергетики, що містять підсистеми моделювання процесів транспортування і роз- поділу енергоносіїв [3–5], найбільш потужною є система моделей MESAP, яка описує енерго- економічні процеси із застосуванням методів лінійної оптимізації [5]. Структура енергетич- ної системи представлена в MESAP у вигляді орієнтованого графа – вузлів та направлених зв’язків між ними. Зв’язки описують потоки енергії і матеріалів, вузли – абстрактні об’єкти, де енергетичні і матеріальні потоки зустріча- ються й трансформуються. Обмеженнями слу- жать загальні витрати в енергосистемі, обсяги імпорту енергоресурсів, верхні та нижні гра- ©© О.В. Новосельцев, М.І. Каплін, 2009 52 ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ Проблеми загальної енергетики ∙ 20 (2009) www.ienergy.kiev.ua стю транспортно-розподільних мереж і 2) за- лежністю між фізичними параметрами проце- су транспортування й розподілу енергетичних продуктів, яка виражається у формі балансо- вих рівнянь і узагальнюється поняттям режи- му потокорозподілу. Багатопродуктові балансово-оптимізацій ні моделі виробничого типу на базі понят- тя технологічного способу Балансово-оптимізаційна модель, що охо- плює всі галузі ПЕК: електроенергетику, теп лоенергетику, вугільну, газову та нафтову про- мисловості будується як варіантна система лі- нійних рівнянь, матриця якої утворюється із векторів-стовпчиків технологічних способів [4]. Технологічні способи є сукупності техно- логічних коефіцієнтів випуску і витрат. Техно- логічні способи відображають процеси вироб- ництва енергопродуктів, їх транспортування мережами (електричними, тепловими), в газо- проводах, нафтопроводах та продуктопрово- дах, для природного газу зберігання в схови- щах, розподіл енергопродуктів для кінцевого споживання. Вектори-стовпчики технологіч- них способів групуються по галузях у фор- мі блоків, причому галузеві продуктові та ре- сурсні матриці розділяються по горизонталі та по вертикалі з тим, щоб отримати продуктову та ресурсну матриці для всього ПЕК з блочно- діагональними структурами. Продуктова ма- триця характеризується наявністю ненульо- вих елементів в позадіагональних блоках, які слугують для відображення перетоків і пото- ків енергопродуктів між галузями ПЕК і, вза- галі кажучи, будь-яких енергетичних об’єктів, між якими існують технологічні, функціональ- ні зв’язки. Праві частини системи рівнянь мо- делі містять обсяги кінцевого споживання. Багатопродуктовість є основною характер- ною рисою моделі виробничого типу на відмі- ну від моделей транспортного чи розподільного типу, а також виробничо-транспортного типу, в яких моделюється виробництво та транспор- тування одного продукту. Модель міжпродуктового балансу за схе- мою Леонтьєва перетворюється у оптимізацій- ну модель виробничого типу, якщо в ній пред- ставлено декілька технологічних способів ви- робництва одного й того ж основного продукту, можливі комплексні виробництва, а також до- дана ресурсна система рівнянь. Процеси тран- спортування моделюються як переміщення певного продукту за певним маршрутом, тоб- то транспортування розглядається як різновид виробництва. Модель має більше змінних, ніж рівнянь, і є варіантною. Для отримання зміс- товного розв’язку до системи рівнянь додаєть- ся цільова функція, що виражає прийнятий енергоекономічний критерій оптимальності. Математично модель виробничого типу є задачею лінійного програмування з певною структурою. Структура моделі визначається сукупністю впорядкованих зв’язків типу ви- робіток – перетворення – споживання для всіх продуктів модельованої системи. Методика відображення топології мереж транспортування енергетичних продуктів в структуру технологічної матриці моделі виробничого типу Леонтьєва – Канторо- вича – Купманса (Л–К–К) Розробка методики обумовлюється необ- хідністю оптимізації функціонування багато- компонентних систем виробництва, транспор- тування, розподілу фізично різнорідних енер- гетичних продуктів, до складу яких входять структурно та режимно взаємозв’язані ресур- сотранспортні мережі. Комплексний аналіз продуктивності таких систем передбачає, по- перше, узгоджене визначення режимів потоко- розподілу в мережах і, крім того, таку поста- новку оптимізаційної задачі, яка забезпечила б можливість формулювання єдиного крите- рію оптимальності для багатокомпонентної системи з різнотипними продуктами. Остан- ній вимозі відповідає, зокрема, оптимізаційно- балансова модель Л–К–К, застосовувана в техніко-економічних дослідженнях великих багатопродуктових виробничих систем [4]. Нижче пропонується підхід до побудови моде- лі Л–К–К, що спирається на традиційний для мережних систем спосіб опису їх стану за допо- могою рівнянь усталеного режиму на графі ме- режі – структурно-режимний формалізм. Розглянемо мережу системи виробітку, транспортування-розподілу, споживання фор- малізованого енергетичного продукту – елек- трична, теплова енергія, газ, нафта, вугілля тощо, фрагмент графа якої зображено на рис. 1. Граф мережі складається з вузлів та ребер. Вважаємо режим мережі визначеним, якщо для вузлів задаються величини виробітку, Pgen, споживання, Pcons, вхідний та вихідний зовніш- ні, екзогенні потоки продукту, exog inpP і exog outpP від- повідно (табл. 1), для ребер – напрямок потоку продукту і його величини на початку та в кінці ребра, на рис. 1 – 12,1P і 12,2P відповідно. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ 53О.В. Новосельцев, М.І. Каплін. Балансово-оптимізаційна модель взаємозв’язаних систем транспортування і розподілу паливно-енергетичних ресурсів Рис. 1. Граф мережі Таблиця 1. Вузли мережі Вузол Тип вузла Pgen Pcons ex o g in pP ex o g o u tpP 1 виробіток Pgen, 1 0 0 0 2 споживання 0 Pcons, 2 0 0 3 споживання 0 Pcons, 3 ex o g in p , 0 3P 0 4 споживання 0 Pcons, 4 0 ex o g o u tp , 40P Параметри режиму задовольняють систе- му рівнянь балансу потоків продукту у вузлах мережі: ( ) ( ) , , , , , , , 1, , i j j ji j cons j gen j i i exog exog inp k j outp k j k k P P P P P P j N ′ ′′ ′ ′′ ′ ′′ ′ ′′ − = − − − − = ∑ ∑ ∑ ∑ (1) де індекси i' та i" належать до множин вхідних та вихідних потоків вузла j, а k' і k" – вхідних та вихідних екзогенних потоків відповідно. Праві частини рівнянь (1) для прикладу графа мережі на рис. 1 представлено в табл. 2. Таблиця 2. Права частина системи рівнянь балансу продуктів у вузлах мережі Вузол Права частина (RHS) 1 — Pgen, 1 2 Pcons, 2 3 − e x o gP Pc o n s ,3 in p ,0 3 4 + e x o gP Pc o n s ,4 o u t p ,4 0 Визначення елементів технологічної ма- триці моделі Л–К–К (технологічних коефіцієн- тів) передбачає попереднє створення переліку модельних продуктів. Основним продуктом, що виробляється в ребрі мережі як технологіч- ному способі моделі Л–К–К, будемо вважати вихідний потік ребра – 12,1P на рис. 1. Основний продукт вузла є алгебраїчна сума виробітку Pgen , вхідного екзогенного потоку exog inpP і вхід- них потоків приєднаних ребер ,i j j i P ′ ′ ∑ . Тоді тех- нологічні коефіцієнти, що за змістом є коефіці- єнтами втрат та витрат продуктів у технологіч- ному способі, природно визначати наступним чином. Технологічний коефіцієнт ребра k з по- чатком у вузлі i і кінцем у вузлі j дорівнює від- носним втратам продукту в ребрі k: , , , ij i ij j lm ij i P P g P − = , де індекси l та m вказують позицію технологіч- ного коефіцієнта виробітку основного продук- ту ребра k в технологічній матриці моделі. Аналогічно технологічним коефіцієнтом вузла j є відносні внутрішні втрати продукту в вузлі: ( ) ( ) ( ) , , , ,, , , ,, exog exog gen j inp i j cons j outp i jinp k j outp k j k i k i lm exog gen j inp i jinp k j k i P P P P P P g P P P ′ ′′′ ′′ ′ ′ ′′ ′′ ′′ ′ ′ + + − + − = + + ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ ∑ . Далі формуємо структуру технологічної матриці моделі Л–К–К, що відповідає даним вище визначенням основних продуктів техспо- собів. Вузол мережі в такій моделі представля- ється групою техспособів технологічної матри- ці, табл. 3. Перший техспосіб групи забезпечує внут рішній виробіток вузла та надходження вхід- ного екзогенного потоку, наприклад, техспо- сіб 1 у групі вузла 1. Далі група вузла вміщує послідовність техспособів надходження у ву- зол потоків приєднаних ребер, наприклад, техспособи 2 і 3 у групі вузла 4. Кількість та- ких техспособів дорівнює кількості ребер, по- токи продукту в яких є вхідними для розгля- дуваного вузла. Останній техспосіб групи від- повідає за виробіток повного потоку вузла із заданим технологічним коефіцієнтом втрат. Вказані техспособи кожної групи вузла разом утворюють підсумовувальну конструкцію для внутрішнього виробітку, екзогенного вхідно- го потоку та вхідних потоків приєднаних ре- бер. Вироблений у вузлі повний (сумарний) потік продукту розподіляється між техспосо- бами ребер вихідних потоків з допомогою від- німальних конструкцій. Далі вихідні потоки, вироблені в техспособах ребер, надходять у відповідні техспособи вузлів. Рівняння балансу потоків продукту у вуз- лі, згідно з порядком доданків за структурою моделі має вигляд: ( ), ,, , , , exog gen j inp i jinp k j k i exog outp i j cons j outp k j i k P P P P P P ′′ ′ ′ ′′ ′′ ′′ ′′ + + − − = + ∑ ∑ ∑ ∑ . 54 ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ Проблеми загальної енергетики ∙ 20 (2009) www.ienergy.kiev.ua Методика формування набору даних мо- делі Л–К–К для двопродуктової мережної системи 1. Структура мереж підсистем транспорту- вання продукту 1 (підсистема 1) і продукту 2 (підсистема 2) задається орієнтованими графа- ми, рис. 2. У вузлах графів вказуються величи- ни виробітку, споживання та екзогенних пото- ків відповідних продуктів, в ребрах – величи- ни та напрямки потоків продуктів. Значення вказаних параметрів отримуються як резуль- тат попередніх розрахунків режимів потоко- розподілу в мережах підсистем 1 і 2. Вузли й ребра (елементи) графів підсистем нумерують- ся послідовними множинами натуральних чи- сел, що не перетинаються. Рис. 2. Фрагменти графів мереж підсистем 1 і 2 2. Графам мереж підсистем 1 і 2, а також ре- жимам потокорозподілу на них співставляють- ся індивідуальні набори даних моделі Л–К–К, що містять: 1) технологічну матрицю мереж- ної системи ресурсопостачання, 2) обмеження на інтенсивності технологічних способів згори і знизу, 3) вектор правих частин системи рів- нянь балансу. Методику відображення режиму потокорозподілу на графі мережі у структуру набору даних моделі Л–К–К наведено вище. 3. Будується двомережна (двографова) по- токова модель системи. Для цього встановлю- ється взаємно однозначна відповідність між підмножиною вузлів споживання продукту 1 в підсистемі 1 та підмножиною вузлів виробітку продукту 2 в підсистемі 2. Ця відповідність ви- значається списком пар номерів вузлів підсис- теми 1 і підсистеми 2, що структурно і техно- логічно є тими самими об’єктами двопродукто- вої системи ресурсопостачання, але виконують функцію споживання в підсистемі 1 та виробіт- ку (генерації) в підсистемі 2. Утворена таким чином структура опису двомережної системи ресурсопостачання складається з 1) графа ме- режі підсистеми 1 з власною нумерацією еле- ментів; 2) графа мережі підсистеми 2 із влас- ною нумерацією елементів, що не перекрива- ється з такою для графа мережі підсистеми 1; 3) двостовпчиковою матрицею відповідності номерів вузлів виробітку-споживання. 4. Формування набору даних моделі Л–К–К двопродуктової мережної системи здійснюєть- ся шляхом: 1) розміщення технологічних матриць ін- дивідуальних наборів даних моделі Л–К–К підсистем 1 і 2 в діагональних блоках техноло- гічної матриці створюваного набору даних; 2) розташування векторів правих частин цих наборів у вказаній послідовності згори до- низу у векторі правих частин; 3) об’єднання векторів обмежень згори і знизу на змінні оптимізації у відповідних век- Таблиця 3. Технологічна матриця моделі Л–К–К для графа мережі на рис. 1 ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ 55О.В. Новосельцев, М.І. Каплін. Балансово-оптимізаційна модель взаємозв’язаних систем транспортування і розподілу паливно-енергетичних ресурсів торах обмежень створюваного набору даних зліва направо для підсистем 1 і 2 відповідно; 4) визначення технологічних коефіці- єнтів витрат і втрат для вузлів виробітку- споживання за формулою , , ,i c o n s i j j g e n P g Q = де Pi, cons – споживання продукту 1 у вузлі i ме- режі підсистеми 1, Q j, gen – виробіток продук- ту 2 у вузлі j мережі підсистеми 2, а пара (i, j) відповідає вузлу виробітку-споживання; 5) вилучення з векторів правих частин та обмежень згори величин, Pi, cons і Q j, gen відпо- відно. Технологічна матриця моделі Л–К–К дво- продуктової мережної системи ресурсопоста- чання, створена на основі наведеного алгорит- му, складається з 2-х вертикальних смуг тех- нологічних способів, у яких можна виділити 4-и квадранти (блоки) технологічних коефіці- єнтів. Перша смуга утворюється технологіч- ними способами вузлів мережі і складається з послідовно розташованих зліва направо груп техспособів окремих вузлів. Кожна така гру- па містить 1) техспосіб власного виробітку по- току продукту в вузлі; 2) підгрупу техспособів надходження у вузол потоків продукту з при- єднаних ребер; 3) техспосіб виробітку сумарно- го вихідного потоку вузла. Оскільки перетво- рення потоків продуктів у вузлі розглядається як двоетапний процес первинного накопичен- ня вхідних потоків з ребер, власного виробітку та екзогенних потоків – формування сумарно- го вхідного потоку вузла – продукт 1, і виро- бітку сумарного вихідного потоку – продукт 2, то кожному вузлу відповідає 2 рядки техноло- гічної матриці. До другої смуги належать технологіч- ні способи ребер (ліній) мережі, причому кожному ребру відповідає єдиний техспосіб виробітку одного продукту – вихідного пото- ку ребра. Виходячи з цих міркувань формалізується методика адресації (визначення індексів) нену- льових елементів технологічної матриці моделі Л–К–К багатопродуктової системи ресурсо- постачання. Важливо зазначити, що адресація елементів технологічної матриці цієї системи виробітку-споживання енергетичних продук- тів залежить не лише від структури (схем) за- діяних мереж, але й від напрямків потоків про- дуктів у ребрах відповідних графів, тобто кон- кретного режиму потокорозподілу. На основі даної методики адресації техно- логічної матриці розроблено програмну під- систему автоматизованого формування набору даних моделі Л–К–К за вихідною інформаці- єю про графи та режими потокорозподілу ба- гатокомпонентної системи ресурсопостачання. Підпрограми та процедури підсистеми забез- печують введення інформації про графи ме- реж, розрахунок адрес і значень технологічних коефіцієнтів, визначення елементів векторів обмежень згори та знизу і правих частин набо- ру даних. Підсистему виконано у середовищі табличного процесора Microsoft Excel на мові Visual Basic for Applications. Приклад розрахунку потокорозподілу і цін в моделі Л–К–К двопродуктової сис- теми електро-, водопостачання. Мережні ціни Об’єктом моделювання є система електро-, водопостачання двох районів міста з населен- ням 70 і 120 тис. чоловік, для яких обсяги спо- живання води складають, відповідно, 7467,9 і 3650,0 тис. м куб на рік, а обсяги кінцевого електроспоживання — 70 і 127 ГВт∙год на рік. Метою розрахунків за моделлю є знаходжен- ня необхідних обсягів постачання електричної енергії і води з водозаборів, потоків продуктів в елементах мереж: насосних станціях, ділян- ках трубопровідної мережі, трансформаторних підстанціях, лініях електропередач, а також цін за схемою ціни виробництва у вищеназва- них елементах системи. Модельована система складається з 1) роз- подільної електричної мережі, до якої нале- жать: трансформаторна підстанція 35/10 кВ, три трансформаторні підстанції 10/0,4 кВ, лінії електропередач напругою 10 і 0,4 кВ, а також два споживачі електричної енергії в мережі 10 кВ, 2) гідравлічної мережі системи водопос- тачання, до якої належать: дві насосні станції першого підйому води разом з водоочисними спорудами, дві насосні станції другого підйо- му, чотири ділянки трубопровідної мережі і два кінцевих споживачі води, рис. 3. Економіко-математична модель системи електро-, водопостачання побудована на основі поняття технологічного способу Л.В. Канторо- вича, за допомогою якого формалізуються про- цеси надходження електричної енергії і води у 56 ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ Проблеми загальної енергетики ∙ 20 (2009) www.ienergy.kiev.ua відповідні мережі, їх транспортування і пере- творення в елементах мереж, а також витрату електричної енергії у розподільній електрич- ній мережі на виробіток енергії потоку води в гідравлічній мережі. Структурно модель складається з двох груп технологічних способів. Це технологічні спосо- би вузлів і ділянок мережі. Кожному вузлу ме- режі відповідає група технологічних способів, що утворюється технологічним способом влас- ного виробітку продукту у вузлі, групою тех- способів надходження вхідних потоків вузла та техспособом виробітку сумарного вихідного потоку. Загальне число техспособів в групі вуз- ла дорівнює кількості ліній з вхідними потока- ми, приєднаними до нього плюс 2. В техноло- гічних способах ліній споживаються вихідні потоки вузлів і виробляються вхідні потоки. Кожній лінії мережі відповідає один техспосіб моделі. Визначальною особливістю системи є наявність вузлів виробітку-споживання. У ви- падку системи електро-, водопостачання таки- ми вузлами є насосні станції, в яких електрич- на енергія споживається на виробіток енер- гії потоку води. Вузли виробітку-споживання представлені в двопродуктовій моделі техно- логічними способами, що містять технологіч- ні коефіцієнти, які пов’язують блоки підсистем електро- і водопостачання технологічної ма- триці моделі. Орієнтовані графи системи, що моделю- ється, зображено на рис. 4. Вершини (3, 1), (5, 2), (4, 3) і (6, 4) відпо- відають вузлам виробітку-споживання, 9, 11 – споживачам електричної мережі, 5 і 6 – спо- живачам системи водопостачання. Дуги 5 і 7 зображують лінії електропередач з трансфор- маторними підстанціями 10/0,4 кВ, вершини 1 і 7 – центри живлення розподільної електрич- ної мережі, якими є трансформаторні підстан- ції 35/10 і 10/0,4 кВ відповідно. Виконані розрахунки обсягів транспорту- вання електричної енергії і води, а також цін на водопостачання та електричну енергію від роз- подільної мережі показують, що: • ціна на енергоносії залежить від розміщен- ня споживача в мережі і зростає при збіль- шенні кількості ділянок до центру живлен- ня (джерела); • ціни на водопостачання двох обраних спо- живачів в однопродуктовій моделі відріз- няються на 64,12% – ефект мережної ди- ференціації цін. У двопродуктовій моделі взаємозв’язаних мереж ця різниця стано- вить 59,04%. Відмінність 5,08% є наслідком мережної диференціації цін в електрич- ній мережі, тобто споживання електричної енергії у вузлах гідравлічної мережі за ме- режними цінами електричної мережі – ці- новий ефект взаємодії мереж. Виконано параметричні розрахунки за- лежності мережних цін на водопостачання та електричну енергію від коефіцієнтів втрат в електричній та гідравлічній мережах. У пер- шому розрахунку коефіцієнти втрат всіх еле- ментів гідравлічної мережі одночасно збільшу- вались від вихідних значень до 30% із кроком приблизно 2,5%. Встановлено, що: • залежність ціни від коефіцієнта втрат є нелінійною. Це пояснюється мультиплі- кативною залежністю коефіцієнта втрат в кожному елементі мережі від коефіцієнтів Рис. 3. Фрагмент схеми електро-, водопостачання міста 1 2 5, 23, 1 1 8 10 11 9 4, 3 6, 4 6 5 7 2 5 6 3 4 7 8 9 1 4 3 2 Рис. 4. Орієнтовані графи взаємозв’язаних мереж системи електро-, водопостачання міста ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА ТА ВИКОРИСТАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ РЕСУРСІВ 57О.В. Новосельцев, М.І. Каплін. Балансово-оптимізаційна модель взаємозв’язаних систем транспортування і розподілу паливно-енергетичних ресурсів втрат всіх елементів, що передують йому на графі мережі, починаючи з кінцевого вузла; • в однопродуктовій моделі системи водо- постачання ціна на водопостачання, на- приклад, вузла 5 збільшилась на 31,13%, вузла 6 на 12,13%, у двопродуктовій – на 36,03% і 12,14% відповідно, що показує під- силення впливу на вузлову диференці- ацію цін в гідравлічній мережі вузлової диференціації цін електричної мережі. Ме- режні ціни двопродуктової моделі подано в табл. 4. У другому розрахунку при одночасно- му збільшенні коефіцієнтів втрат гідравліч- ної та електричної мереж до 30% ціна на водо постачання вузла 5 системи водопостачання Таблиця 4. Залежність цін на водопостачання в елементах гідравлічної мережі від коефіцієнтів втрат зросла у 2,45 раза при зростанні у вузлі 6 на 37,7%. Таким чином: 1. В ПЕБ України відтворено багатопро- дуктову оптимізаційну модель виробничого типу, визначено її технологічні способи і про- дукти. Модель такого типу може розглядатись як верхній рівень агрегації деталізованих ба- лансових моделей для подання розрахункових балансів у форматі МЕА. 2. Розроблено методику та алгоритм по- будови набору даних моделі Леонтьєва–Кан- торовича–Купманса багатомережної системи транспортування і розподілу енергетичних продуктів та інформацію про структуру та ре- жими мереж. 1. Пустовойт О. Эффективность модели развития внутреннего рынка Украины // Экономика Украины. – 2008. – №5. – С. 24–36. 2. Ватагин М.Ю., Баталов А.Г., Бондаренко Ю.Н. ОЭС Украины 2007 // Енергетика та електрифікація. – 2008. – №6. – С. 3–12. 3. Макаров А.А., Мелентьев Л.А. Методы исследования и оптимизации энергетического хозяйства. – Ново- сибирск: Наука. – 1973. – 275 с. 4. Кулик М.М., Добровольський В.К., Голованов І.М. Модель рівноважних цін європейського ринку енергоре- сурсів // Проблеми загальної енергетики. – 2002. – № 7. – С. 7–11. 5. Подолець Р.З. Енергетичний баланс України: моделювання і прогнозування. – К.: Ін‑т екон. та прогно- зув. – 2007. – 174 с.
id	systemreorg-article-375
institution	System Research in Energy
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:11:52Z
publishDate	2009
publisher	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	systemreorg/ea/0147e941a5d9036ae2ad902e08671fea.pdf
spelling	systemreorg-article-3752026-07-18T12:57:38Z Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance Балансово-оптимізаційна модель взаємозв’язаних систем транспортування і розподілу паливно-енергетичних ресурсів Novoseltsev A.V. Kaplin M.I. energy balance, fuel-energy complex, multi-product model, energy carrier transmission, grid structure, matrix-topology approach. енергетичний баланс, паливно-енергетичний комплекс, багатопродуктова модель, транспортування енергоносіїв, структура мережі, матрично-топологічний підхід. Application of balance and optimization models of production type to the analysis of the energy balances of fuel-energy sector of economy is considered. Interconnected networked subsystems of energy carrier transmission and distribution and their modeling principles are discussed in the aspect of the balance and optimization models adaptability. Розглянуто підхід балансово-оптимізаційних економіко-математичних моделей виробничого типу до аналізу енергетичних балансів паливно-енергетичного сектора економіки. Запропоновано принципи застосування таких моделей в задачах оптимізації енергетичної ефективності взаємозв’язаних підсистем транспортування і розподілу енергетичних продуктів з мережевою структурою. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2009-11-26 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/375 System Research in Energy; No. 2 (20) (2009): The Problems of General Energy; 51-57 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (20) (2009): Проблеми загальної енергетики; 51-57 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/375/316 Copyright (c) 2009 Novoseltsev A.V., Kaplin M.I. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle	energy balance fuel-energy complex multi-product model energy carrier transmission grid structure matrix-topology approach. Novoseltsev A.V. Kaplin M.I. Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance
title	Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance
title_alt	Балансово-оптимізаційна модель взаємозв’язаних систем транспортування і розподілу паливно-енергетичних ресурсів
title_full	Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance
title_fullStr	Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance
title_full_unstemmed	Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance
title_short	Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance
title_sort	balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance
topic	energy balance fuel-energy complex multi-product model energy carrier transmission grid structure matrix-topology approach.
topic_facet	energy balance fuel-energy complex multi-product model energy carrier transmission grid structure matrix-topology approach. енергетичний баланс паливно-енергетичний комплекс багатопродуктова модель транспортування енергоносіїв структура мережі матрично-топологічний підхід.
url	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/375
work_keys_str_mv	AT novoseltsevav balanceandoptimizationmodelofinterconnectedenergycarriertransmittinganddistributingsystemsinthecontextofgeneralenergybalance AT kaplinmi balanceandoptimizationmodelofinterconnectedenergycarriertransmittinganddistributingsystemsinthecontextofgeneralenergybalance AT novoseltsevav balansovooptimízacíjnamodelʹvzaêmozvâzanihsistemtransportuvannâírozpodílupalivnoenergetičnihresursív AT kaplinmi balansovooptimízacíjnamodelʹvzaêmozvâzanihsistemtransportuvannâírozpodílupalivnoenergetičnihresursív

Balance and optimization model of interconnected energy carrier transmitting and distributing systems in the context of general energy balance

Репозитарії

Схожі ресурси