The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants

A network presentation of the economic-mathematical model of the choice of fuel supply options for thermal power is proposed with limited volumes of supplies of certain types of coal fuel. Variants of changes in the intensity of use of the installed capacity of electric power stations, the possibili...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2018
Автори:	Kaplin M.I., Bilan T.R.
Формат:	Стаття
Мова:	Українська
Опубліковано:	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2018
Теми:	thermal power sector power plant fuel supply network model anthracite coal.
Онлайн доступ:	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/659
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_	1871104172919619584
author	Kaplin M.I. Bilan T.R.
author_facet	Kaplin M.I. Bilan T.R.
author_institution_txt_mv	[ { "author": "Kaplin M.I.", "institution": null }, { "author": "Bilan T.R.", "institution": null } ]
author_sort	Kaplin M.I.
baseUrl_str	https://systemre.org/index.php/journal/oai
collection	OJS
datestamp_date	2026-07-18T12:57:44Z
description	A network presentation of the economic-mathematical model of the choice of fuel supply options for thermal power is proposed with limited volumes of supplies of certain types of coal fuel. Variants of changes in the intensity of use of the installed capacity of electric power stations, the possibility of their conversion to alternative fuels are considered. The stream structure of supply chains of coal of various brand groups and corresponding ways of generation of electric energy is given. For this structure, the properties of the partially integer linear programming problem are explained, providing "switching" of the fuel supply chains depending on the need for electrical energy, the availability of the necessary volumes of fuel of the corresponding type.In the network presentation of fuel supply options and the functioning of TPPs and CHPPs, it is shown that the fuel balance of thermal power can be formed in conditions of structural changes in the extractive industries caused by the temporary occupation of part of the country's territory.The results of calculations of the predicted volumes of coal supplies to thermal power engineering, including the volumes of its import, are given in 2020 and 2025 when implementing measures planned for this period to convert part of the generating facilities to gas coal consumption, as well as coal mixes of different brand groups.
doi_str_mv	10.15407/pge2018.02.005
first_indexed	2026-03-24T02:02:31Z
format	Article
fulltext	5 Балансово-оптимізаційна модель паливозабезпечення теплової енергетики на основі мережного подання варіантів роботи електричних станцій ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) Ключовою відмінністю техніко-економічних моделей систем енергозабезпечення від моделей постачання паливних продуктів є необхідність врахування технологій перетворення видів енер- гії – виробництва вторинних енергоносіїв, які є суттєво багатопродуктовими, а також споживають певний асортимент первинних палив. Крім того, виробничі потужності цих технологій – атомні й теплові електростанції, теплоелектроцентралі, від- новлювані джерела енергії розглядаються як окре- мі суб’єкти енергетичних ринків, що надають про- гнози можливих граничних обсягів виробництва та відповідних цін на період моделювання. Це по- роджує необхідність створення багатопродуктових лінійних моделей із заданими граничними обсяга- ми окремих виробників, що призводить до частко- во цілочисельних задач лінійного програмування з обмеженнями, що описують технології виробників та споживачів первинних і вторинних енергоносіїв. Технологічний підхід в економіко-математич- ному моделюванні багатопродуктових виробни- чо-транспортних систем спирається на поняття технологічного способу [1, 2]. Модель виробни- чого типу на мінімум витрат [3] в межах цього підходу має вигляд: \|\| \|\| { }js jsig x = 0{ }iy \|\| \|\| { }js e jsd x – '\|\| \|\| { }e e ey  = {0 }e (1) \|\| \|\| { }js z jsr x + "\|\| \|\| { }r r rr  = 0{ }rr [ ] { }js jsc x → min, де jsc – цільовий вектор витрат (собівартостей або зведених витрат) за технологічними способа- ми j, jsx – валові випуски продуктів, 0 iy – фіксо- вані обсяги кінцевих продуктів, 0 rr – обсяги наяв- них ресурсів, js ig , js ed – технологічні коефіцієнти випуску-витрат основних і додаткових продуктів, відповідно, js zr – технологічні коефіцієнти витрат екзогенних ресурсів, ' ey , " rr – надлишкові (недо- статні) обсяги додаткових продуктів і екзогенних ресурсів, \|\| \|\|e e , \|\| \|\|r r – одиничні матриці. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЕНЕРГЕТИЧНИХ ОБ’ЄКТІВ І СИСТЕМ ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2018, 2(53): 5–14 doi: https://doi.org/10.15407/pge2018.02.005 УДК 004.942:620.9 М. І. КАПЛІН, канд. техн. наук, Т. Р. БІЛАН, канд. техн. наук Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, м. Київ, 03150, Україна БАЛАНСОВО-ОПТИМІЗАЦІЙНА МОДЕЛЬ ПАЛИВОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТЕПЛОВОЇ ЕНЕРГЕТИКИ НА ОСНОВІ МЕРЕЖНОГО ПОДАННЯ ВАРІАНТІВ РОБОТИ ЕЛЕКТРИЧНИХ СТАНЦІЙ Запропоновано мережне подання економіко-математичної моделі вибору ва- ріантів паливозабезпечення теплової енергетики за обмежених обсягів поста- чання окремих видів вугільного палива. Розглянуто варіанти змін інтенсивнос- тей використання встановленої потужності електричних станцій, можливості їх переобладнання на альтернативні види палива. Наведено потокову структуру ланцюгів постачання вугілля різних марочних груп та відповідних способів гене- рування електричної енергії. Для цієї структури пояснено властивості частково- цілочисельної задачі лінійного програмування, що забезпечують «перемикання» ланцюгів паливозабезпечення залежно від потреби на електричну енергію, на- явності необхідних обсягів палива відповідного виду. К л ю ч о в і с л о в а : теплова енергетика, паливозабезпечення електростанції, мережна модель, антрацитне вугілля. © М. І. КАПЛІН, Т. Р. БІЛАН, 2018 6 М.І. КАПЛІН, Т.Р. БІЛАН ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) Технологічний спосіб надає узагальнену вза- ємоузгоджену форму опису різнорідних вироб- ництв досліджуваної системи. Структура рівнянь балансу моделі (1) визначається попередньо роз- робленим переліком її продуктів і технологічних способів. Зокрема, нижче наведено економіко-матема- тичну модель виробничого типу, розроблену для вирішення задачі вибору доцільних варіантів па- ливозабезпечення та функціонування теплових електростанцій й постачання відповідних видів вугільних продуктів, а також інших, необхідних у цій технології видів палива, з урахуванням об- межень на обсяги постачання вугільної продукції дефіцитних марочних груп. Вироблення електричної енергії здійснюєть- ся окремими групами технологічних способів, у яких споживається вугільна продукція антрацито- вої та газової марочних груп та інших видів пали- ва. Модель подається системою рівнянь балансу обсягів продуктів – палива та електричної енергії. Це співвідношення – формування загального обсягу марочних груп А+П та Г+ДГ+Д для вугілля власного видо- бутку й імпортованого: (2), , , : , : , , , , 1 , 0 0 l l В d d d m 1 M m m m l l А П m А П l Г ДГ Г m Г ДГ Г d вв імп M d d m l l m l А П Г ДГ Д g x x x Х – розподілу сумарних обсягів вугілля мароч- них груп А+П, Г+ДГ+Д власного видобутку та імпортованих, а також природного газу між елек- тростанціями 1 , , 1 ТЕС j j j j N d d i i k i k j k V Х a x , , , , , , , , , 0 палi А П Г ДГ Г природний газ коксівний газ доменний газ мазут нафтозаводський газ інші нафтопродукти тверде біопаливо d вв імп (3) – споживання вугілля марочних груп А+П й Г+ДГ+Д власного видобутку та імпортованого, а також природного газу для підсвічування при ви- робітку електричної енергії на ТЕС і та всіх ТЕЦ ( 1TECi N  ) 1, , , , 0 ТЕС j j j j j пал j N 1d Е d i k i k k k V i d вв імп x g e , (4) , ,, , 0 ТЕСj j j j j dЕ d j 1 N 1Е k k k k V d вв імп g e e , (5) – виробітку електричної енергії на ТЕС і із споживанням власного й імпортованого вугілля марочних груп А+П й Г+ДГ+Д , , 1, 0 jj ТЕС j j d kk j 1 Nd вв імп k V e e , (6) – утворення фіксованого обсягу електричної енергії, що відповідає нормальному (фактично- му) КВВП ТЕС і із споживанням вугілля марочної групи А+П, а також нормальному та максималь- ному КВВП ТЕС і із споживанням вугілля мароч- ної групи Г+ДГ+Г ,0 j j j ТЕС j j k k k j 1 N 1 k V e Е , (7) – вибору єдиного варіанту функціонування ТЕС із трьох можливих – на марочній групі А+П з нормальним КВВП і марочній групі Г+ДГ+Д з нормальним чи максимальним КВВП , , 0 j j j ТЕС k j вз k V j 1 N , , штатне паливо А П j вз штатне паливо Г ДГ Г 0,1 j 1 j , (8) – забезпечення потреби на електричну енер- гію, вироблену в теплоенергетичному секторі ТЕС j j j N 1 k вз потр j 1 k V e е Е , (9) де ,В d mg – технологічний коефіцієнт витрат і втрат моделі виробничого типу в технологічному спо- собі постачання вугілля марки m, m = А, П, Г, ДГ, Г з джерела d; d mx – сукупний обсяг постачання в сектор теплової енергетики вугілля марки m з джерела d; , d m lx – обсягова частка вугілля мар- ки m з джерела d у сукупному обсязі постачан- ня вугільного палива марочної групи l, l = А+П, Г+ДГ+Г; d lХ – сукупний обсяг постачання вугіл- ля марочної групи l з джерела d; lM – кількість марок вугілля у марочній групі l; ТЕСN – кількість ТЕС у секторі теплової енергетики; , ji ka – техно- логічний коефіцієнт постачання палива i на ТЕС j і всі ТЕЦ ( 1ТЕСj N ) у технологічному спо- собі варіанту jk виробітку електричної енергії; jV – множина варіантів функціонування ТЕС j: (А+П, норм. КВВП), (Г+ДГ+Д, норм. КВВП), 7 Балансово-оптимізаційна модель паливозабезпечення теплової енергетики на основі мережного подання варіантів роботи електричних станцій ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) (Г+ДГ+Д, підвищ. КВВП); , j Е i kg – технологіч- ний коефіцієнт витрат палива i у технологічному способі варіанту jk виробітку електричної енер- гії ТЕС j і всіма ТЕЦ ( ТЕСj N 1); , j d i kx – обся- ги палива i з джерела d, що споживаються ТЕС j ( , ТЕСj 1 N ) та всіма ТЕЦ ( ТЕСj N 1) за варіанту роботи jk ; j d ke – обсяги електричної енергії, виробленої ТЕС j ( , ТЕСj 1 N ) та всіма ТЕЦ ( ТЕСj N 1) , за варіанту роботи jk при споживанні палива i з джерела d; , j Е Е kg – техно- логічні коефіцієнти витрат і втрат електричної енергії на власні потреби ТЕС (ТЕЦ) за варіанту роботи jk ; , j d ke  – обсягові частки електричної енергії, виробленої ТЕС j ( , ТЕСj 1 N ) та всі- ма ТЕЦ ( ТЕСj N 1) , за варіанту роботи jk при споживанні палива з джерела d; jke – сукуп- ні обсяги електричної енергії, виробленої ТЕС j ( , ТЕСj 1 N ) та всіма ТЕЦ ( ТЕСj N 1) , за варіанту роботи jk ; jkЕ – фіксовані річні обся- ги електричної енергії, що виробляються ТЕС j ( , ТЕСj 1 N ) та всіма ТЕЦ ( ТЕСj N 1) , за ва- ріанту роботи jk ; jk – бінарні інтенсивності тех- нологічних способів моделі виробничого типу, що подають виробництво фіксованих річних обсягів електричної енергії ТЕС j ( , ТЕСj 1 N ) та всіма ТЕЦ ( ТЕСj N 1) , за варіанту роботи jk ; ,j вз – бінарна вирівнювальна змінна вибору варіанту роботи ТЕС j ( , ТЕСj 1 N ) і ТЕЦ ( ТЕСj N 1) , що дорівнює 1 для ТЕС зі штатним паливом з ма- рочної групи Г+ДГ+Д й може набувати значень 0 і 1 для ТЕС на групі марок А+П; взе – вирів- нювальна змінна рівняння балансу електрич- ної енергії теплоенергетичного сектора ПЕК; потрЕ – загальний потрібний (планований) ви- робіток електричної енергії в теплоенергетич- ному секторі ПЕК; d АЗ , d ПЗ , d ГЗ , d ДГЗ , d ДЗ – пи- томі зведені витрати на постачання вугільного палива марок А, П, Г, ДГ, Д, з джерела d, від- повідно, d = власний видобуток, імпортування; d пгЗ , d іЗ – питомі зведені витрати на постачання природного газу й інших видів палива, відпо- відно, і = коксівний газ, доменний газ, мазут, нафтозаводський газ, інші нафтопродукти, тверде біопаливо. Вибір доцільного варіанту функціонування ТЕС, включно з можливістю їх переобладнання на спалювання альтернативних видів палива здій- снюється за критерієм загальних витрат на пали- возабезпечення , d d d d d d d d А А П П Г Г ДГ ДГ d вв імп З Х З Х З Х З Х d d d d Д Д пг пг i i i З Х З Х З Х min . (10) Фрагмент структури технологічної матриці мо- делі виробничого типу, що відповідає рівнянням (2) – (9), для прикладу Зміївської ТЕС наведено в табл. 1. Разом з тим, існує низка потокових моде- лей енергетичного балансу – EFOM, MARKAL, MESSAGE, TIMES [4, 5], що первісно подають структуру системи у вигляді мережної схеми ви- робітку, перетворення й споживання енергоносіїв. Ці моделі характеризуються наочністю відобра- ження енергетичних потоків. Проте технології виробництва й споживання енергоресурсів пода- ються в них великим переліком спеціалізованих підмоделей вузлів мережної системи, що значно ускладнює використання цього класу моделей в умовах недостатньої, укрупненої, агрегованої ін- формації. У роботах [6–8] здійснено спробу по- єднати переваги згаданих напрямів енергетичного моделювання. Тут мережне подання використову- ється для узагальнення опису структури продук- тових зв’язків системи енергозабезпечення при формуванні технологічної матриці моделі вироб- ничого типу. Задачу визначення потоку мінімаль- ної вартості сформульовано в наступному вигляді. Необхідно надати мінімум сукупній вартості виробництва (перетворення) й транспортування потоків паливно-енергетичних ресурсів , , , 1 i вих NВ в л л i i в r ir вх i r C X C X min (11) за умов балансу їх обсягів у вузлах і лініях мереж- ної енергетичної системи (I) (II) (III) (IV) , , , , , , , , , , , , , 0, 0 , i вх i вих i вх i вих в i в i в ir вх i r л i i kr вх i с r л л ir вих r kr вхr r g X X X g X X Y X g X (12) 8 М.І. КАПЛІН, Т.Р. БІЛАН ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) Та бл иц я 1 — Ф ра гм ен т на бо ру д ан их м од ел і в ир об ни чо го т ип у па ли во за бе зп еч ен ня З м іїв сь ко ї Т Е С Т ех но ло гі чн і с по со би П ро ду кт и й ре су рс и ЗМІЇВСЬКА ТЕС Імпортоване А, млн т А власного видобутку, млн т Г імпорт., млн т Г власного видобутку, млн т Електрична енергія на імпортованому А, млрд кВт∙год Електрична енергія на А, млрд кВт∙год Електрична енергія на імпортованому Г, млрд кВт∙год Електрична енергія Г власного видобутку, млрд кВт∙год Електрична енергія А підсумовування, млрд кВт∙год Електрична енергія на А підсумовування, млрд кВт∙год Електрична енергія на А всього, млрд кВт∙год Електрична енергія Г підсумовування, млрд кВт∙год Електрична енергія на Г підсумовування, млрд кВт∙год Електрична енергія на Г всього, млрд кВт∙год Електрична енергія А Вирівнювальна бінарна змінна Електрична енергія Г Вирівнювальна бінарна змінна Електрична енергія Г Вирівнювальна бінарна змінна Електрична енергія Г Вирівнювальна бінарна змінна Електрична енергія вирівнювальні змінні, підсумовування, всього А Б В Г Д Е И І Ї К Л М Н О П Р С Т У А +П , в ла сн ий в ид об ут ок , в сь ог о -1 Д +Д Г+ Г, в ла сн ий в ид об ут ок , в сь ог о -1 А +П , і мп ор т, вс ьо го -1 Д +Д Г+ Г, ім по рт , в сь ог о -1 П ри ро дн ий га з, мл рд м 3 -0 ,0 30 -0 ,0 30 -0 ,0 30 -0 ,0 30 М аз ут , т ис т -0 ,2 99 -0 ,2 99 -0 ,2 99 -0 ,2 99 Ім по рт ов ан е А , м лн т 1 -0 ,4 58 А в ла сн ог о ви до бу тк у, м лн т 1 -0 ,4 58 Г ім по рт ов ан е, м лн т 1 -0 ,5 06 Г вл ас но го в ид об ут ку , м лн т 1 -0 ,5 06 Ел ек тр ич на е не рг ія н а ім по рт ов ан ом у А , м лр д кВ т ∙г од 1 -1 -0 ,4 52 Ел ек тр ич на е не рг ія н а А Ш в ла сн ог о ви до бу тк у, м лр д кВ т ∙г од 1 -1 -0 ,4 52 Ел ек тр ич на е не рг ія н а ім по рт ов ан ом у Г, мл рд к В т ∙г од 1 -0 ,5 48 Ел ек тр ич на е не рг ія н а Г вл ас но го ви до бу тк у, м лр д кВ т ∙г од 1 -0 ,5 48 Е/ Е на А , п ід су мо ву ва нн я 1 1 -1 Е/ Е на А , в сь ог о, м лр д кВ т ∙г од 1 -4 ,8 74 Е/ Е на Г , п ід су мо ву ва нн я 1 1 -1 Е/ Е на Г , в сь ог о, м лр д кВ т ∙г од 1 -7 ,0 53 -1 1, 74 7 Ел ек тр ич на е не рг ія , п ід су мо ву ва нн я 1 1 1 -1 Ел ек тр ич на е не рг ія , в сь о г о, м лр д кВ т ∙г од 1 -1 9 Балансово-оптимізаційна модель паливозабезпечення теплової енергетики на основі мережного подання варіантів роботи електричних станцій ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) де в iC – зведені витрати, або середньозважена за розрахунковий період ціна енергетичного ресурсу в і-му вузлі власного виробництва, або його заку- півельна ціна, або ціна постачання на умовах FAS (FOB) в і-му вузлі імпортування; л rC – витрати на транспортування енергоресурсу r-ою лінією ме- режі; ,i вg – технологічний коефіцієнт моделі ви- робничого типу в техспособі власного виробітку потокового продукту вузла i, ig , rg – технологічні коефіцієнти виробітку вихідних потоків вузла i і лі- нії r, відповідно, ,i сY – кінцеве споживання продук- ту у вузлі i, ,i вX , ,iX – змінні обсяги потокових продуктів (інтенсивності технологічних способів) власного виробітку та вихідного потоку вузла i, відповідно, , в ir вхX , , л kr вхX , , л ir вихX – інтенсивності технологічних способів вхідних і вихідних пото- ків лінії r, відповідно. Структура систем рівнянь балансу вузла в об- меженнях (12), що утворюється простими техно- логічними способами (I) – (IV), в яких виробля- ється і споживається один і тільки один потоковий продукт, подається матрицею: . (13) 1 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 k k n k k n k n k n n k g g g g g g g Водночас, тех нологічний спосіб загального вигляду за Л.В. Канторовичем, що описує комп- лексну технологію виробництва або перетворення довільної кількості продуктів 1 2k k k n kg g g g 1 2 T n k n k n n kg g g (14) можна подати у вигляді лінійної комбінації простих технологічних способів виробітку n вхідних і n вихідних потокових продуктів вузла: (15) 0 1/ 0 0 0 , 0 0 0 1/ 0 T k mk T k n mk t g n t n g , де  T – операція транспонування матриці. Легко бачити, що коефіцієнтами розвинення комплексного технологічного способу (14) за про- стими способами (15) є одиниці, за умови рівності змінних інтенсивностей використання простих техспособів у групах вхідних і вихідних потоків, тобто: 1 1 n n k k kj kj kj kj kj kj j j g x t x t x                 , (16) де 1, 1,kj j n   і 1, 1,kj j n   за умов 1 2 1 2 k k kkn k k kkn x x x x x x x x                   , (17) де kjx і kjx – інтенсивності використання про- стого технологічного способу j в групах вхідних і вихідних потоків комплексного техспособу k, від- повідно. Наприклад, застосування (15) – (17) до гру- пи комплексних техспособів (14), розміщених у стовпчиках (М – О) і (Р–С) табл. 1, які описують виробіток електричної енергії на Зміївській ТЕС, -0,452 -0,452 -0,548 -0,548 1 1 -1 1 -7,053 -11,747 1 1 дає наступне представлення множиною простих техспособів виробітку потокових продуктів. -0,452 -0,452 -0,548 -0,548 1/2 1/2 1/2 1/2 -1 1 -7,053 -11,747 1 1 1 -1 1 -1 Таким чином, рівняння (16) разом з умовами (17) за визначення простих техспособів виробіт- ку потокових продуктів у вигляді (15) задають перетворення комплексної багатопродуктової технології моделі виробничого типу в структу- ру мережного подання енергетичної системи. Потокову модель з описаною вище структу- рою, баланси продуктів якої описуються рів- няннями (12), розроблено для сектора теплової енергетики ПЕК України. До складу мережної схеми модельованої системи належать: загальна 10 М.І. КАПЛІН, Т.Р. БІЛАН ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) паливна підсистема (рис. 1), а також підсистеми паливозабезпечення й виробітку електричної енергії ТЕС і ТЕЦ (рис. 2). Потокова структу- ра ТЕС відображає можливості паливозабезпе- чення вугіллям антрацитової (марки А і П), або газової (Г, ДГ і Д) групи марок, що відповідає повній заміні енергоблоків станції під час рекон- струкції. Передбачено також споживання сумі- ші вугільного палива цих груп марок (рис. 2, б). Виробництво електроенергії може здійснювати- ся за нормального значення коефіцієнта вико- ристання встановленої потужності (КВВП), або максимально-досяжного його рівня при роботі на вугіллі газової групи марок. Варіант функ- ціонування ТЕС з підвищеним КВВП розгля- нуто для забезпечення необхідного загального виробітку електроенергії енергосистемою при зупинці енергоблоків на антрацитовому вугіл- лі через дефіцит цього виду палива. Кожному варіанту роботи ТЕС у структурі її потокового подання відповідає вузол з фіксованим значен- ням річного обсягу виробітку, що визначається КВВП. Таким вузлам, згідно з (12), співстав- ляється група простих технологічних способів моделі виробничого типу. Технологічний кое- фіцієнт техспособу виробітку вихідного пото- ку вузла у цій групі дорівнює згаданому обсягу річного виробництва електроенергії, а відповід- на інтенсивність використання цього техспосо- бу є бінарною змінною моделі, що визначає ви- Рисунок 1. Структура паливної підсистеми енергетичної системи в потоковому поданні 11 Балансово-оптимізаційна модель паливозабезпечення теплової енергетики на основі мережного подання варіантів роботи електричних станцій ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) Ри су но к 2. П от ок ов а ст ру кт ур а ва рі ан ті в па ли во за бе зп еч ен ня в сі х ТЕ Ц н а рі зн их в ид ах п ал ив а за д ан им и ен ер ге ти чн ог о ба ла нс у Ук ра їн и 20 11 р . ( а) і ТЕ С , щ о пр ац ю є на в уг іл лі м ар оч но ї г ру пи А (А +П ), аб о Г (Г +Д Г+ Д ), аб о па ли вн ій с ум іш і ц их м ар оч ни х гр уп (б ) а б 12 М.І. КАПЛІН, Т.Р. БІЛАН ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) користання або невикористання даного варіанту роботи ТЕС. Таким чином, описана структура подання теплоелектростанції забезпечує фор- мування підсистеми обмежень частково-ціло- чисельної задачі лінійного програмування, що здійснює вибір, або «перемикання» варіантів роботи ТЕС з різними значеннями КВВП і ви- дами палива. Мережна структура ТЕЦ (рис. 2, а) описує сукупність всіх теплоелектроцентралей України за даними статистичного енергетичного балансу 2011 р. Ця підсистема демонструє можливість агрегованого подання об’єктів енергосистеми за відсутності деталізованої інформації щодо її технологічних складових, між тим забезпечую- чи визначення загальних обсягів паливозабез- печення. З метою оцінки можливостей моделі щодо вибору доцільних варіантів паливозабезпечння ТЕС і ТЕЦ, включно з варіантами зміни штатно- го палива, виконано серію розрахунків палив- них балансів сектора теплової генерації, який було подано у вигляді деталізованих техноло- гічних способів для окремих теплових електро- станцій, а також групою технологічних спосо- бів всіх теплоелектроцентралей на різних видах палива, загальну інформацію щодо яких взято з енергетичного та продуктового балансів Украї- ни. Використано статистичні дані обсягів виро- бітку електричної енергії на ТЕС і ТЕЦ в 2011 і 2015 рр., що розглядалися, відповідно, як пері- оди стійкого економічного розвитку й суттєвих обмежень у постачанні вугілля та одночасного загального економічного спаду. У першому базовому розрахунку обсяг ви- робітку електроенергії встановлено на рівні 2011 р., обсяги власного видобутку вугілля не обмежені. У цьому випадку електростанції пра- цюють на штатному паливі з фактичним КВВП, а необхідні обсяги вугілля забезпечуються влас- ним видобутком вугілля марок А та Г. Наступний розрахунок виконано з обмежен- нями на обсяги видобутку рядового вугілля у відповідності до фактичних даних 2013 р. За цієї умови необхідні обсяги вугілля газової гру- пи розподіляються за підмарками – Г, ДГ, Д, а всі електростанції працюють за нормальним ва- ріантом свого вуглезабезпечення. Третій розрахунок відрізняється врахуван- ням низької якості вугілля власного видобутку та необхідністю його збагачення. Із врахуван- ням середньостатистичної частки рядового ву- гілля, що підлягає переробці, коефіцієнт зба- гачення взято на рівні 0,7. У цьому випадку спостерігається дефіцит вугілля газової групи й потреба імпортування цього виду палива у об- сязі 0,263 млн т. У четвертому розрахунку враховано знижен- ня обсягів власного видобутку вугілля газової групи в результаті тимчасової втрати контролю над частиною території країни, а також втрату всіх підприємств з видобутку антрациту. У та- ких умовах, імпорт вугілля антрацитової групи становить 17,792 млн т., імпорт вугілля газової групи – 2,013 млн т. П’ятий варіант розрахунку виконано за умов попереднього варіанту з додатковими обмежен- нями на обсяги імпортування через морські торгівельні порти (МТП) країни. Враховано також можливість надходження вугілля з тим- часово окупованих територій. У цьому роз- рахунку сукупний імпорт антрацитової групи становить 11,716 млн т, з яких 4 млн т марки А та 0,092 млн т марки П надходить з неконтр- ольованих територій країни. Сукупний імпорт газової групи становить 8,349 млн т. Старобе- шівська та Луганська ТЕС змінюють марки спо- живаного палива й переходять на спалювання вугілля газової групи. У шостому розрахунку за наведених у по- передньому варіанті обмежень сукупний обсяг виробітку електроенергії встановлено на рівні виробітку тепловою генерацією у 2015 р. При цьому, обсяги імпортування антрацитової групи скоротилися та становили 6,945 млн т, з яких 4 млн т надходило з окупованих територій, а 2,945 млн т – з країн далекого зарубіжжя через МТП. В той же час імпорт газової групи повністю відсутній. Змінилися варіанти функціонування електростанцій: Старобешівська, Трипільська та Луганська ТЕС повністю припинили свою роботу, а Вуглегірська ТЕС збільшила КВВП. У сьомому розрахунку вугілля власного ви- добутку підлягає збагаченню з коефіцієнтом 0,7, а обсяги імпорту антрациту обмежено пропус- кною здатністю портів. Крім того, можливість імпортування з тимчасово окупованих терито- рій відсутня. У цьому випадку сукупні обсяги імпорту та варіанти функціонування ТЕС збіга- ються з попереднім розрахунком, з тією відмін- ністю, що обсяг імпорту антрацитової групи, що надходить в країну через МТП збільшується і становить 6,945 млн т. Останній розрахунок виконано за умови по- вного припинення імпортування антрациту. Вна- слідок цього Придніпровська, Криворізька, Три- пільська, Зміївська та Луганська ТЕС взагалі не працюють. Слов’янська та Старобешівська ТЕС змінюють марки споживаного вугілля – з антра- цитової групи на газову, тобто потребують ре- конструкції енергоблоків. Бурштинська та Кура- хівська ТЕС підвищують КВВП до максимально можливого значення. Обсяг імпортування вугілля газової групи становить 7,237 млн т. 13 Балансово-оптимізаційна модель паливозабезпечення теплової енергетики на основі мережного подання варіантів роботи електричних станцій ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) Попри достатню умовність обмежень описа- ного вище випробувального дослідження пред- ставленої моделі паливозабезпечення теплової енергетики, зокрема використаних рівнів інтен- сивностей функціонування електростанцій, роз- рахунки довели можливість в межах запропо- нованих модельних конструкцій відобразити передбачувані варіанти роботи цього сектора паливно-енергетичного комплексу й забезпечити визначення їх обсягових показників. Розроблену модель використано для розра- хунку прогнозних обсягів постачання вугілля в теплову енергетику на 2020 та 2025 рр. за впрова- дження пропонованих проектів переобладнання частини генеруючих потужностей на споживання вугілля газової групи. У першому розрахунку враховано зниження обсягів власного видобутку вугілля газової гру- пи в результаті тимчасової втрати контролю над частиною території країни та повну втрату акти- вів з видобутку вугілля антрацитової групи. Обсяг виробітку електроенергії взято за фактом 2015 р. Встановлено обмеження на обсяги імпорту через морські торгівельні порти країни – 8,0 млн т. У подальших розрахунках використано про- гнозні обсяги виробництва електричної енергії та питомі витрати палива на 2020 і 2025 рр. В розрахунку на 2020 р. розглянуто варіант переоб- ладнання двох блоків Зміївської ТЕС потужніс- тю 200 МВт на спалювання вугілля марок Г, ДГ, Д разом з використанням 30% вугілля цих марок у паливній суміші решти чотирьох блоків станції у 2020 р. Крім того, враховано можливість пере- обладнання всіх ТЕЦ антрацитової групи на га- зову групу марок вугілля. У розрахунку на 2025 р. додатково до попе- реднього запроваджено можливість повного пе- реобладнання Трипільської ТЕС з встановленою потужністю 1200 МВт на спалювання вугілля га- зової групи марок. Результати розрахунків наве- дено в табл. 2. ВИСНОВКИ 1. З метою інтеграції економіко-математич- ній моделі взаємодії теплової енергетики з па- ливними галузями ПЕК України в модель за- гального енергетичного балансу запропоновано мережне подання структури технологій поста- Таблиця 2 – Результати розрахунку варіантів паливозабезпечення теплової енергетики на період до 2025 р. Паливо 2015 р. 2020 р. 2025 р. Електроенергія ТЕС і ТЕЦ, виробництво, млрд. кВт∙г 63,8 факт 60,2 прогноз 71,3 прогноз Власний видобуток вугілля, млн т А 0,0 0,0 0,0 П 0,0917 0,0917 0,0917 Д 0,198 0,198 0,198 ДГ 11,466 11,466 11,466 Г 3,612 4,043 7,284 Імпорт вугілля, млн т Антрацитова група 8,0 + 2,591* 8,0 + 1,992* 8,0 + 1,718* Газова група 0,0 0,0 0,714 Всього вугілля, млн т Антрацитова група 10,682 10,084 9,810 Газова група 15,276 15,707 19,662 Інші види палива Природний газ, млрд м3 7,231 6,598 8,054 Коксівний газ,млрд м3 1,301 1,162 1,421 Доменний газ,млрд м3 1,612 1,440 1,760 Мазути, тис. т 68,962 65,757 77,745 Нафтозаводський газ, тис. т 12,296 10,988 13,430 Інші нафтопродукти, тис. т 29,510 26,371 32,231 Тверде біопаливо, млн т 1,078 0,788 0,860 * Додатково з тимчасово непідконтрольних територій. 14 М.І. КАПЛІН, Т.Р. БІЛАН ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2018, issue2(53) чання палива і виробництва електричної енер- гії, що забезпечує: - відображення технологічних зв’язків елек- тростанцій з джерелами їх паливозабезпечення в межах паливних галузей ПЕК та постачання за імпортом; - вибір варіантів генерування електричної енергії ТЕС і ТЕЦ, включно з ланцюгами їх пали- возабезпечення – на штатному чи альтернативних видах палива, за різних рівнів використання вста- новленої потужності. 2. У мережному поданні структури паливоза- безпечення та функціонування ТЕС і ТЕЦ показано можливості формування паливного балансу тепло- вої енергетики в умовах структурних змін у видо- бувних галузях, викликаних тимчасовою окупацією частини територій країни. Можливі напрями забез- печення балансу полягають у збільшенні обсягів постачання антрацитів, зокрема з джерел імпорту- вання, підвищенні КВВП електростанцій на газо- вому вугіллі, переобладнанні антрацитових ТЕС на спалювання газового вугілля, а також використанні сумішей вугільного палива різних марочних груп. 3. З метою оцінки можливостей моделі щодо вибору доцільних варіантів паливозабезпечння ТЕС і ТЕЦ виконано розрахунки паливних балан- сів сектора теплової генерації. Використано ста- тистичні дані щодо виробітку електричної енергії на ТЕС і ТЕЦ 2011 р., як економічно стабільного, а також 2015 р. – як періоду кризових обмежень у постачанні вугілля та одночасного загального еко- номічного спаду. Описано особливості паливних балансів за поступового обмеження напрямів та обсягів постачання вугільного палива. 4. Розраховано прогнозні обсяги постачання вугілля в теплову енергетику, включно з обсягами його імпортування, у 2020 та 2025 рр. при здій- сненні запланованих на цей період заходів з пере- обладнання частини генеруючих потужностей на споживання газового вугілля, а також вугільних сумішей різних марочних груп. 1. Канторович Л.В. Математические методы орга- низации и планирования производства. Л.: Изд-во ЛГУ, 1939. (Роботу опубліковано у зб. «Применение матема- тики в экономических исследованиях». М.: Соцэкгиз, 1959. С. 235—275. 2. Koopmans T.C. Analysis of production as an effi cient combination of activities. Activity analysis of production and allocation (Cowles Commission Monograph No 13). New York: Wiley, 1951. P. 33—97. 3. Добровольський В.К., Стогній О.В., Костюк В.О., Каплін М.І. Економіко-математичне моделювання енер- гетичних систем. К.: Наук. думка. 2013. 256 с. 4. Ruud Weijermars, Peter Taylor, Olivier Bahn, Subir Ranjan Das, Yi-Ming Wei. Review of models and actors in energy mix optimization e can leader visions and decisions align with optimum model strategies for our future energy systems? URL: https://repository.tudelft.nl/islandora/ object/uuid:5fd0ed2d-6f44-4e64-9988-a15b612e9997/ datastream/OBJ/view. 5. Подолець Р.З., Дячук О.А. Стратегічне плану- вання у паливно-енергетичному комплексі на базі мо- делі «Times-Україна»: наук. доп. НАН України; Ін-т екон. та прогнозування. К., 2011. 150 с. 6. Каплін М.І. Оптимізація системи паливозабез- печення на основі мережного подання модифікованої моделі виробничого типу: автореф. дис. … канд. техн. наук. К., 2015. 20 с. 7. Білан Т.Р., Каплін М.І. Моделювання постачан- ня енергетичного вугілля за марками в економіку кра- їни в умовах світового ринку та скорочення обсягів власного видобутку Проблеми загальної енергетики. 2016. Вип. 2(45). С. 16—25. https://doi.org/10.15407/ pge2016.02.016. 8. Білан Т.Р., Каплін М.І. Економіко-математична модель постачання енергетичного вугілля за марка- ми в країну з урахуванням вимог енергетичної без- пеки. International Scientifi c-Practical Conference Innovative potential of socio-economic systems: the challenges of the global world: Conference Proceedings, Part II, June 30, 2016. Lisbon: Baltija Publishing, 2016. P. 161—164. Надійшла до редколегії 14.05.2018
id	systemreorg-article-659
institution	System Research in Energy
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2026-07-19T01:19:53Z
publishDate	2018
publisher	General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
record_format	ojs
resource_txt_mv	systemreorg/ac/c5b58c6ec846afe10febd7edd6cc6aac.pdf
spelling	systemreorg-article-6592026-07-18T12:57:44Z The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants Балансово-оптимізаційна модель паливозабезпечення теплової енергетики на основі мережного подання варіантів роботи електричних станцій Kaplin M.I. Bilan T.R. thermal power sector, power plant fuel supply, network model, anthracite coal. теплова енергетика, паливозабезпечення електростанції, мережна модель, антрацитне вугілля. A network presentation of the economic-mathematical model of the choice of fuel supply options for thermal power is proposed with limited volumes of supplies of certain types of coal fuel. Variants of changes in the intensity of use of the installed capacity of electric power stations, the possibility of their conversion to alternative fuels are considered. The stream structure of supply chains of coal of various brand groups and corresponding ways of generation of electric energy is given. For this structure, the properties of the partially integer linear programming problem are explained, providing "switching" of the fuel supply chains depending on the need for electrical energy, the availability of the necessary volumes of fuel of the corresponding type.In the network presentation of fuel supply options and the functioning of TPPs and CHPPs, it is shown that the fuel balance of thermal power can be formed in conditions of structural changes in the extractive industries caused by the temporary occupation of part of the country's territory.The results of calculations of the predicted volumes of coal supplies to thermal power engineering, including the volumes of its import, are given in 2020 and 2025 when implementing measures planned for this period to convert part of the generating facilities to gas coal consumption, as well as coal mixes of different brand groups. Запропоновано мережне подання економіко-математичної моделі вибору варіантів паливозабезпечення теплової енергетики за обмежених обсягів постачання окремих видів вугільного палива. Розглянуто варіанти змін інтенсивностей використання встановленої потужності електричних станцій, можливості їх переобладнання на альтернативні види палива. Наведено потокову структуру ланцюгів постачання вугілля різних марочних груп та відповідних способів генерування електричної енергії. Для цієї структури пояснено властивості частково-цілочисельної задачі лінійного програмування, що забезпечують «перемикання» ланцюгів паливозабезпечення залежно від потреби на електричну енергію, наявності необхідних обсягів палива відповідного виду.У мережному поданні варіантів паливозабезпечення та функціонування ТЕС і ТЕЦ показано можливості формування паливного балансу теплової енергетики в умовах структурних змін у видобувних галузях, викликаних тимчасовою окупацією частини територій країни.Наведено результати розрахунків прогнозних обсягів постачання вугілля в теплову енергетику, включно з обсягами його імпортування, у 2020 та 2025 рр. при здійсненні запланованих на цей період заходів з переобладнання частини генеруючих потужностей на споживання газового вугілля, а також вугільних сумішей різних марочних груп. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2018-07-26 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/659 10.15407/pge2018.02.005 System Research in Energy; No. 2 (53) (2018): The Problems of General Energy; 5-14 Системні дослідження в енергетиці; № 2 (53) (2018): Проблеми загальної енергетики; 5-14 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/659/570 Copyright (c) 2018 Kaplin M.I., Bilan T.R. https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0
spellingShingle	thermal power sector power plant fuel supply network model anthracite coal. Kaplin M.I. Bilan T.R. The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants
title	The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants
title_alt	Балансово-оптимізаційна модель паливозабезпечення теплової енергетики на основі мережного подання варіантів роботи електричних станцій
title_full	The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants
title_fullStr	The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants
title_full_unstemmed	The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants
title_short	The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants
title_sort	balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants
topic	thermal power sector power plant fuel supply network model anthracite coal.
topic_facet	thermal power sector power plant fuel supply network model anthracite coal. теплова енергетика паливозабезпечення електростанції мережна модель антрацитне вугілля.
url	https://systemre.org/index.php/journal/article/view/659
work_keys_str_mv	AT kaplinmi thebalanceandoptimizationmodelofthermalpowersectorfuelsupplyonthebasisofnetworkrepresentationofelectricityplantoperationvariants AT bilantr thebalanceandoptimizationmodelofthermalpowersectorfuelsupplyonthebasisofnetworkrepresentationofelectricityplantoperationvariants AT kaplinmi balansovooptimízacíjnamodelʹpalivozabezpečennâteplovoíenergetikinaosnovímerežnogopodannâvaríantívrobotielektričnihstancíj AT bilantr balansovooptimízacíjnamodelʹpalivozabezpečennâteplovoíenergetikinaosnovímerežnogopodannâvaríantívrobotielektričnihstancíj AT kaplinmi balanceandoptimizationmodelofthermalpowersectorfuelsupplyonthebasisofnetworkrepresentationofelectricityplantoperationvariants AT bilantr balanceandoptimizationmodelofthermalpowersectorfuelsupplyonthebasisofnetworkrepresentationofelectricityplantoperationvariants

The balance and optimization model of thermal power sector fuel supply on the basis of network representation of electricity plant operation variants

Репозитарії

Схожі ресурси