Фірми - це установи у вигляді фабрик, ферм, шахт, магазинів, які виконують кілька функцій з виробництва та розподілення товарів та послуг. Фірма - організація, яка володіє економічними ресурсами і веде господарську діяльність. Як агенти попиту вони купують необхідні для виробництва ресурси, а як агенти пропозиції - пропонують на ринку вироблені товари та послуги.

Метою фірми є максимізація прибутку, тобто різниці між виручкою від продажу готових благ і витратами, які вона понесла, придбаваючи ресурси для виробництва цих благ. При цьому фірма (вірніше, її хазяїн) сама визначає усі параметри діяльності : яке саме благо вона вироблятиме, яку технологію використовувати і, нарешті, кому продати готове благо. Ключову роль в діяльності фірми грає правило необмеженої відповідальності

: згідно з цим правилом, власник фірми у разі її банкрутства зобов'язаний погасити усі зобов'язання фірми, навіть якщо для цього йому доведеться продати власне майно (іноді цю думку виражають так: зобов'язання фірми поширюються на майно власника). В той же час власник фірми є єдиним претендентом на отримуваний нею прибуток. Таким чином, власник фірми (підприємець) вважає за краще керуватися сильними стимулами за принципом "усе або нічого".

Фірми виступають можуть виступати інвесторами.

Фірми - це сукупний, раціонально діючий макроекономічний агент, метою економічної діяльності якого виступає максимізація прибутку.

Фірми є:

• основними виробниками товарів і послуг в економіці;

• покупцями економічних ресурсів, за допомогою яких здійснюється процес виробництва.

Для розширення виробництва, забезпечення приросту запасу капіталу та відшкодування зносу капіталу фірмам необхідні інвестиційні товари (у першу чергу, обладнання), тому вони є покупцями інвестиційних товарів, т . е. пред'являють попит на частину виробленої в економіці продукції.

Оскільки виручка від продажів виплачується домогосподарствам у вигляді факторних доходів, то для фінансування своїх інвестиційних витрат фірми використовують, як правило, позикові кошти, виступаючи основними позичальниками в економіці, пред'являючи попит на кредитні кошти.

Домогосподарства і фірми утворюють приватний сектор економіки.

3. Держава - агент, що складається з державних установ, завдання якого полягає в регулюванні економіки.

Держава – це сукупність державних установ, які відповідальні за виробництво суспільних благ, здійснюють перерозподіл доходів (через податки, субсидії та трансферти), виходять на фінансовий ринок як кредитор або позичальник в залежності від стану державного бюджету. Важливим призначенням є проведення макроекономічної політики з метою стабілізації економіки.

Держава - це раціонально діючий макроекономічний агент, представлений сукупністю державних установ і організацій, що володіють політичним і юридичним правом впливати на хід економічних процесів, регулювати економіку. Основне завдання держави в ринковій економіці полягає в усуненні провалів і максимізації суспільного добробуту.

Держава виступає:

• виробником суспільних благ;

• покупцем товарів і послуг, що необхідно для забезпечення функціонування державного сектора;

• перераспределітель національного доходу (через систему податків і трансфертів);

• залежно від стану державного бюджету - кредитором або позичальником на фінансовому ринку]

• регулятором і організатором функціонування ринкової економіки, по-перше, створюючи й забезпечуючи інституційні основи ефективного розвитку економіки (законодавча база, система безпеки, податкова система тощо), тобто розробляє "правила гри", по-друге, проводячи макроекономічну політику, яка поділяється на структурну, спрямовану на забезпечення економічного зростання, і кон'юнктурну (стабілізаційну), спрямовану на згладжування циклічних коливань економіки (забезпечення повної зайнятості ресурсів і стабільного рівня цін).

Основними видами макроекономічної політики є:

фіскальна (або бюджетно-податкова) політика, монетарна (або грошово-кредитна) політика, зовнішньоторговельна політика, політика доходів (політика " заробітна плата - ціни "). Приватний і державний сектори утворюють закриту економіку. Іноземний сектор (foreign sector) - це сукупний раціонально діючий макроекономічний агент, який об'єднує всі інші країни світу, з якими дана країна взаємодіє допомогою:

міжнародної торгівлі, тобто покупки і продажу товарів і послуг (експорт та імпорт товарів і послуг);

переміщення капіталів, тобто купівлі та продажу фінансових активів - цінних паперів (експорт та імпорт капіталу).

4. Іноземний сектор – це всі інші країни світу, що пов’язані з даною процесами експорту та імпорту товарів, послуг т а капіталів. Макроекономіка абстрагується від відмінностей між окремими ринками та суб’єктами. З точки зору макроекономічного аналізу це неважливо. Витрати всіх домогосподарств розглядають ся як сукупні споживчі витрати. Витрати підприємців є приватними внутрішніми інвестиціями. Державні установи та організації здійснюють так звані державні витрати, а іноземний сектор пов’язаний з національною економікою потоками експорту-імпорту.

В трёхсекторной (закритою) моделі економіки, іноземний сектор відсутній). Додавання в аналіз іноземного сектора дає відкриту економіку (4- х секторну).

Усі рішення економічні агенти приймають самостійно, не погоджуючи їх з іншими учасниками ринкової гри. Але для того, щоб такі рішення були безпомилковими, люди повинні мати в розпорядженні достовірну інформацію про те, які саме блага і яким чином необхідно виробляти. Джерелом достовірної інформації в ринковій економіці виступає система рівноважних цін. Вона миттєво і притому абсолютно безоплатно надає ринковим агентам усю інформацію про зміни, що відбуваються на ринку, що дозволяє їм вносити корективи до своєї поведінки. Особливість ринкової економіки полягає в тому, що тут обмін благ відбувається за допомогою грошей. Гроші виконують три функції. По-перше, вони виступають мірою вартості, в грошах виражаються пропорції обміну усіх благ, що звертаються в ринковій економіці. По-друге, гроші служать засобом обігу економічних благ. По-третє, гроші використовуються населенням як засіб зберігання багатства. Це параметри, що характеризують ринкову економічну модель (її протилежність – модель директивної економіки).

Тема 10. Енергетичне моделювання та прогнозування попиту на енергію.

30. Енергетичний ринок та завдання енергетичного моделювання.

Регулювання ринкових процесів в економіці України обумовлено низкою чинників, серед яких нестабільність кон’юнктури ринку енергоносіїв, залежність від імпорту енергоресурсів, низький розвиток технологій у виробництві, високий рівень енергоємності ВВП.

У структурі створення ВВП вагоме місце займає генерація електроенергії як незамінний товар для забезпечення розвитку всіх галузей національної економіки, саме тому питання впровадження енергозберігаючих технологій, зниження рівня використання енергетичних ресурсів при виробництві електроенергії енергогенеруючими суб’єктами паливно-енергетичного комплексу (ПЕК) набувають першочергового значення та потребують втручання держави в регулювання цих процесів. Енергозбереження виступає важливою складовою розвитку національної економіки, що обумовлює потребує впровадження перспективних технологій

енергозбереження, які використовуються у світовій практиці та пошук нових економічних методів і механізмів з регулювання енергозбереження та доцільність розробки державою дієвої регуляторної політики у забезпеченні системи управління енергозбереження в Україні.

Енергетичний ринок лежить в основі всієї світової економіки та політики. Саме тому прогнози щодо можливих змін на цьому ринку мають величезне значення для всіх економічних агентів.

Для визначення та прогнозування цих змін використовуються методи і інструменти мікро- та макроаналізу

Наскільки вони ефективні і перспективні? Які тут є проблеми?

Важливою закономірністю розвитку світової економіки минулого сторіччя стало неперервне та швидке зростання виробництва та споживання енергії переважно за рахунок енергоресурсів органічного походження – нафти, природного газу та вугілля. Ймовірно, що протягом наступних десятиріч світовий попит на енергію також буде задовольнятись переважно за рахунок традиційних джерел незважаючи на зростання обсягів інвестицій щодо використання відновлюваних джерел енергії. Зростання світового споживання відбуватиметься, в першу чергу, за рахунок країн з перехідною економікою; хоча найбільшими споживачами енергії залишатимуться індустріально розвинені країни – сьогодні частка країн Організації економічного співробітництва і розвитку (ОЕСР) у загальному споживання енергії становить близько 52%, а кількість населення в цих країнах – лише п’яту частину від світової. (ОЕСР об'єднує 34 найбільш економічно розвинених країн світу — більшість держав Європейського Союзу, США, Австралія, Швейцарія, Норвегія, Південна Корея, Японія та інші).

Енергетичні кризи 70-х рр. минулого сторіччя різко загострили питання доступу до запасів енергетичних ресурсів. Причини зростання цін (у першу чергу, на нафту) були суто політичними. Сьогодні обмеження поставок енергоресурсів на світові та регіональні ринки окремими країнами- імпортерами використовується як фактор політичного тиску.

Проте додатковий фактор конкурентної переваги економіки країни, отриманий внаслідок нерівномірності розподілу енергоресурсів є доволі нестійким і обмеженим у часі. Спалювання органічних видів енергоресурсів супроводжується викидами двоокису вуглецю (CO2), що, на думку багатьох експертів, є головною причиною глобального потепління.

Вплив енергетичних процесів на навколишнє середовище спостерігається і на регіональному рівні: в результаті емісії двоокису сірки (SO2) та окису азоту (NOx) відбувається окислення ґрунтів і підземних вод. Емісія SO2 є побічним продуктом спалювання викопних видів енергоресурсів і може бути суттєво зменшена шляхом впровадження енергоефективних технологій та переходом на види палива з меншим вмістом сірки. Основними джерелами емісії NOx є транспортування та спалювання енергоресурсів при виробництві електроенергії. Особлива увага до питань охорони довкілля виникає при експлуатації атомних електростанцій. Хоча за нормальної роботи атомних енергоблоків та суворим дотриманням правил експлуатації і заходів безпеки цей вид виробництва енергії є найбільш екологічно прийнятним. Аварії на АЕС можуть мати довготривалі екологічні наслідки. З цієї причини більшість європейських країн відмовились від перспективного розвитку атомної галузі енергетики.

Мінімізація шкідливого впливу енергетичних процесів на навколишнє середовище, поряд із забезпеченням енергетичної безпеки, розвитком конкурентних ринків енергоресурсів стали базисами енергетичної політики європейських країн.

Посилення інтеграційних процесів у Європі обумовили відхід від концепції національної енергетичної політики та проведення країнами ЄС спільної енергетичної політики.

31. Доцільність використання економіко-математичних моделей

Спектр використання економіко-математичних моделей в енергетиці є досить широким, а сам термін енергетичне моделювання є доволі загальним. Доцільність використання економіко-математичних моделей обумовлена можливістю визначення за їх допомогою взаємозв’язків і залежностей між різними елементами системи, що інакше залишилися б невиявленими, визначення впливу зовнішніх факторів на стан системи, аналізу альтернатив її розвитку. Складність реальних процесів унеможливлює їх бездоганне вираження у моделі, природним є певне спрощення їх математичної проекції. Такі спрощення і обмеження, можливі неточності щодо певних параметрів, а з іншого боку – будь-які непрогнозовані явища реального життя, безумовно, зменшують достовірність моделі.

Проте використання моделей слід радше розглядати не як пошук чітких відповідей для прийняття рішень, але як спосіб вивчення тих процесів, які відбуваються в системі. Часто інформація та досвід, набуті в процесі побудови та експлуатації моделі, набагато важливіші за безпосередні результати модельних розрахунків.

Тема 11. Енергетичне моделювання за об’єктом моделювання

32. Класифікація економіко-математичних моделей в енергетиці моделей за об’єктом моделювання: енерго-економічні моделі Енерго-економічні моделі - «спадні моделі»

Існує тісний взаємозв’язок між обсягами енергоспоживання та рівнем економічного та соціального розвитку. Тому типова енерго-економічна (top-down) модель розглядає повністю всю економіку країни, наслідком чого представлення енергетичного сектора є дещо спрощеним. Модель розраховує точки ринкової рівноваги факторів виробництва. Необхідною умовою такого макроекономічного підходу є припущення щодо раціональної поведінки суб’єктів ринку та існування прозорих конкурентних ринків факторів

виробництва. Використовують енерго-економічні моделі переважно для оцінки впливу енергетичної політики на економіку країни і навпаки.

Принципи сучасної енергетичної політики при визначенні оптимальних напрямів та обсягів інвестування енергетичної галузі, які прийнято використовувати при моделюванні:

− повне енергозабезпечення економіки та населення (енергетична незалежність);

• екологічна прийнятність функціонування енергетичного сектора;

• розвиток прозорих і конкурентних ринків енергоресурсів;

• створення умов і стимулювання раціонального використання енергоресурсів;

• забезпечення доступу до енергоресурсів і створення резервів.

Способи досягнення поставлених цілей часто є взаємно суперечливими,тому стратегічного планування енергетичного сектора потребує пошуку певних компромісів. Висока капіталомісткість енергетичних об’єктів і притаманні їм екологічні ризики, загальна інерційність енергетики, її соціальна важливість у поєднанні з переважно низькою енергоефективністю промислового виробництва обумовлюють необхідність пошуку оптимального сценарію розвитку.

33. Класифікація економіко-математичних моделей в енергетиці моделей за об’єктом моделювання:моделі енергетичних систем

Моделі енергетичних систем (bottom-up) детально описують зв’язки всередині енергетичного сектора, дизагреговану номенклатуру енергоресурсів, повний набір технологій обробки та споживання енергії.

Коректність відображення енергетичної системи в моделі, вибір способу моделювання напряму залежать від типу системи, що вивчається, повноти та якості інформації про неї, часового горизонту моделювання та, безпосередньо, самих цілей досліджень. З іншого боку, не завжди кожна енергетична модель може бути строго категоризована, оскільки в неї можуть бути поєднані характеристики різних класів моделей. Крім того, при

моделюванні суміжних систем поширеною практикою стала розробка системи моделей різних класів.

У моделях енергетичних систем всі технології описуються набором параметрів – такими як ціна, експлуатаційні витрати, експлуатаційний термін і термін окупності, доступність, ефективність та ін. Фактично, технології представлені процесом трансформації енергоресурсу в продукт. Так, на вході процес когенерації отримує вугілля, на виході – електроенергію, тепло та викиди парникових газів. Визначення цього методологічного підходу як "знизу-вверх" пояснюється тим, що остаточне рішення моделі приймається після аналізу економічних процесів на мікрорівні, іншими словами – технологічних змін на рівні кінцевих споживачів енергії. Такий підхід застосовують для визначення оптимальної стратегії забезпечення енергетичними послугами на національному та міжнаціональному рівнях. Завдяки особливостям топології, прикладна модель енергетичної системи може бути легко скоригована, тобто непередбачені наперед зміни у попиті та пропозиції енергії, або параметри нової технології можуть бути у будь-який час внесені до моделі. Щоправда, велика кількість технологій з унікальними технічними характеристиками вимагатиме їх уніфікації, тобто додаткового спрощення моделі, що вплине на її достовірність. Крім того, деякі параметри, необхідні для перспективних розрахунків (наприклад, світові ціни на енергоресурси), точно оцінити доволі важко.

Моделі енергетичних систем можна поділити на моделі часткової рівноваги та моделі з фіксованим попитом. Моделі часткової рівноваги, як і енерго-економічні моделі розраховують ціну на енергію за допомогою кривих попиту та пропозиції, тобто попит на енергію обернено залежить від ціни на неї. У моделях із фіксованим попитом рівень попиту на корисне споживання енергії визначається дослідником і в подальшому не змінюється.

34.Оптимізаційні та імітаційні моделі енергетичних систем

Залежно від цілей досліджень застосовують оптимізаційні або імітаційні моделі енергетичних систем. Аналіз поведінки системи при різних комбінаціях її параметрів проводять з використанням імітаційних моделей. Результат повністю залежить від коректності вхідної інформації: оскільки число невідомих у моделі відповідає кількості рівнянь, тобто рівень свободи дорівнює нулю, отримане рішення не обов’язково буде найкращим, оскільки воно повністю визначається дослідником. Високий рівень свободи в оптимізаційній моделі дає можливість вибрати кращий стан системи з множини допустимих рішень у рамках встановлених обмежень і цільової функції. На локальному рівні це може бути завдання пошуку оптимальної інвестиційної стратегії або виробничого плану окремого підприємства; моделювання муніципальної системи теплопостачання.

При моделюванні національної енергетичної системи критеріями оптимізації стають завдання енергетичної політики, наприклад, мінімізація загальних витрат, мінімізація або досягнення визначеного рівня викидів парникових газів, максимізація споживання окремого виду енергоресурсу. Незважаючи на фактично багатокритеріальний характер поставленої в такий спосіб задачі, при моделюванні енергетичних систем намагаються уникати багатокритеріальної оптимізації, оскільки при використанні стандартних математичних алгоритмів рішення багатокритеріальних задач (лінійне звертання вагових коефіцієнтів, Парето-оптимальність та інші) розв‘язок моделі не завжди може бути якісно інтерпретовано. В сучасних прикладних комп’ютерних моделях енергетичних систем багатокритеріальний підхід використано в моделі LEAP (лінійне звертання вагових коефіцієнтів) та одній з версій моделі MESSAGE (метод гарантованого результату).

Лінійне програмування є найбільш поширеним математичним апаратом в оптимізаційних моделях. Енергетичні моделі лінійного програмування використовують як при складанні виробничих програм окремих енергокомплексів, так і при довгостроковому плануванні національної енергетики. Якщо взяти до уваги, що узгоджені показники видобутку, імпорту, експорту, перетворення та споживання енергоресурсів складають таблицю енергетичного балансу країни, з певним допуском можна стверджувати, що при оптимізації національної енергосистеми розв’язується задача оптимізації зведеного енергетичного балансу: В розрахунку оптимального паливного балансу розглядається не окреме виробництво, а весь господарчо-виробничий комплекс, що охоплює сфери виробництва, транспорту і споживання палива. Включення до моделей лише лінійних рівнянь гарантує існування абсолютного оптимуму. Використанням нелінійних моделей можна досягти відображення більш складних взаємозв’язків системи, проте, на відміну від лінійної оптимізації, абсолютний оптимум існуватиме лише за умови, що цільова функція та обмеження є випуклими. Більшість задач нелінійної оптимізації розв’язуються із застосуванням методу (релаксацій) Лагранжа, алгоритму імітації випалу або генетичного алгоритму. Базуючись на підходах лінійного програмування, було розроблено нові математичні методи, що пізніше застосовувалися в енергетичному моделюванні – змішане цілочислове програмування, полілінійне програмування.

Для визначення необхідної потужності нового енергетичного об’єкта проводять аналіз енергопостачання під час максимальних навантажень системи, що робиться з використанням статичної оптимізаційної моделі. Така модель вивчає стан системи в конкретний момент, нехтуючи змінами системи в часі. Оскільки математичний алгоритм статичних моделей порівняно з динамічними є відносно нескладним, технічні параметри енергетичної системи можуть бути описані в них максимально детально.

35. Коротко-, середньо- та довгострокового моделювання енергетичної системи

При складанні короткострокових прогнозів поряд з параметричними часто використовують економетричні моделі. Наприклад, прогноз погодинного споживання електроенергії на наступний день, тиждень або навіть рік, як правило, складається за допомогою саме економетричних моделей. Основою такого підходу є припущення, що існуючі в минулому в середині системи взаємозв’язки з часом не змінилися. На базі статистичного аналізу часових рядів, встановлених статистичних залежностях і трендах проводиться коригування ретроспективних статистичних даних. Іншим прикладом застосування економетричних моделей є аналіз чутливості споживачів до цін на енергоресурси.

Тема 12. Комп’ютерне моделювання та програмне забезпечення ірп.

Проведення розрахунків складних енергетичних моделей з сотнями рівнянь і тисячами невідомих неможливе без застосування обчислювальної техніки. Більше того, сьогодні розробка нової моделі або нового математичного алгоритму передбачає подальшу прикладну реалізацію.

Першою іноземною комп’ютерною моделлю вважається Брукгавенська модель оптимізації енергетичних систем (BESOM), розроблена американською Брукгавенською національною лабораторією в 1974 р.

Модель EFOM (Energy Flow Optimisation Model, модель оптимізації енергетичних потоків) розроблялася в 1970-х рр. на замовлення Європейської Комісії. Ця лінійна оптимізаційна модель описує енергетичні потоки від по- ставок первинної енергії до сектору кінцевого споживання. Дослідження з використанням EFOM проводилися у всіх країнах ЄС за виключенням Австрії, а також у Росії, Мексиці та Китаї. Модель EFOM описує структуру енергетичної системи за допомогою орієнтованого графу (вузлів та орієнтовних зв’язків між ними). Зв’язки описують потоки енергії (матеріалів), вузли – умовні об’єкти, де енергетичні та матеріальні потоки зустрічаються та трансформуються. Модель враховує рівень використання вузлів, їх екологічні параметри, технічний та економічно доцільний термін їх експлуатації. Обмеженнями можуть виступати витрати енергосистеми, імпорт енергоресурсів, верхні та нижні границі енергопотоків і вузлів. EFOM є квазідинамічною моделлю – горизонт моделювання, що становить 40 років, може бути розбитий на періоди довільної довжини з можливістю визначення обмежень на енергопотоки, продуктивність енергосистеми та загальні витрати для кожного періоду окремо. Загальні витрати складаються з інвестицій, постійних витрат, пропорційних до продуктивності енергосистеми, та змінних витрат, що пропорційні до енергетичних і матеріальних потоків. Інвестиції, включаючи кредитну ставку, розбиваються на весь період економічно доцільного використання технології. З використанням модулю EFOM-ENV до моделі можна включити екологічні обмеження щодо використання певної технології, рівня емісії парникових газів як окремого сектора, так і повністю всієї енергосистеми. Економічний цикл у моделі розбитий на три сезонні періоди (зима, літо, осінь/весна) та три добових періоди (базове навантаження, підвищене та пікове навантаження). Попит на кінцеву енергію можна змінювати завдяки можливості представлення у моделі заходів з енергозбереження, проте попит на енергію визначається екзогенно.

На початку 1990-х рр. у колишньої ФРН було розпочато проект IKARUS (Instrumente fur Klima- gasreduktionsstrategien, Інструментарій для розробки стратегій зменшення викидів парникових газів). Метою проекту було створення бази даних та системи моделей для розробки та кількісного обчислення енергетичних та екологічних сценаріїв. Крім макроекономічної, база даних включає детальну інформацію щодо кінцевого попиту на енергію, характеристику існуючих технологій обробки та споживання енергії, ціни на всіх трансформаційних стадіях та ін.

У рамках проекту IKARUS було розроблено три енергетичні моделі:

• лінійна оптимізаційна модель енергетичного сектора;

• імітаційна модель теплопостачання з відокремленням типових житлових будинків і домогосподарств (сімей);

• імітаційна модель транспортного сектора з відокремленням пасажирського транспорту та вантажівок; облік споживання енергії, викидів парникових газів і витрат проводиться окремо залежно від типу поїздки та транспортного засобу.

• макроекономічна динамічна модель типу затрати/випуск, що складається з 24 галузей, включаючи 9 підгалузей енергетичного комплексу.

Тема 13. Прикладні моделі енергетичних систем: стисла характеристика моделі markal

Модель MARKAL (MARKet ALlocation) є лінійною, квазі-динамічною оптимізаційною моделлю національної енергетичної системи. Перша її версія була розроблена у 1983 р. в рамках Програми системного аналізу енергетичних технологій (ETSAP) на замовлення Міжнародного енергетичного агентства (IEA) спільно з Брукгавенською національною лабораторією (США) та науковим центром Kernforschungsanlage (Юліх, Німеччина).

Модель MARKAL призначалася для визначення економічно та екологічно оптимальної системи енергопостачання на національному, регіональному та локальному рівнях. Ставши базовою для цілої серії наступних модельних розробок, на сьогодні вона є найпоширенішою енергетичною моделлю і використовується у понад 40 країнах світу більше ніж 80 науково-дослідними центрами. Алгоритмічно, базуючись спочатку лише на теорії лінійного програмування, наступні версії цієї серії моделей вже розроблялися з використанням елементів нелінійного, динамічного, стохастичного та цілочислового програмування. Перевагою цієї моделі є те, що тіло комп’ютерної програми є відкритим (комп’ютерна програма моделі реалізована на мові GAMS (General Algebraic Modeling System), що дає можливість користувачу зрозуміти математичний алгоритм моделі та, за потреби, внести до нього необхідні зміни.

MARKAL є моделлю з фіксованим попитом, тобто умовою рішення є повне задоволення попиту. При оптимізації цільової функції модель вибирає кращий набір енергоресурсів і технологій для покриття заданого попиту.

Вхідними даними моделі є інформація щодо доступних енергоресурсів, економічні, технічні та екологічні характеристики технологій та прогноз попиту.

В markal вирізняють п’ять класів об’єктів:

1. джерела (наприклад видобування),

2. енергоносії (вугілля, вітер),

3. процеси,

4. трансформаційні системи та

5. суб’єкти споживання.

Основні принципи, що використовуються при побудові енергетичної моделі MARKAL:

Процесом описується перетворення одного енергоносія в інший (нафтопереробка).

Трансформаційні системи (електростанції, машини) перетворюють енергоносії у продукти кінцевого попиту (електроенергія, відстань подорожі).

Визначені обсяги кінцевого та корисного споживання енергії дають можливість моделювання впливу на споживання, зокрема – через заходи з енергозбереження.

Процеси, трансформаційні системи та суб’єкти споживання характеризуються ефективністю, доступністю, терміном експлуатації, початковими інвестиціями, постійними та змінними витратами.

Витрати дисконтуються відносно поточної вартості відповідно до визначеної дисконтної ставки та ліквідаційної вартості існуючих потужностей.

Горизонт моделювання в MARKAL можна розбити на шістнадцять однакових періодів. Відповідно до щойно введених і виведених з експлуатації старих потужностей, ці проміжки відрізнятимуться за складом технологій, що використовуються. Крім того, до моделі можна включити потужності з циклічним графіком роботи (гідроакумулюючі електростанції).

Обмеженнями моделі є річні баланси енергоресурсів, сезонні баланси теплопостачання, добові баланси електроенергії.

До параметрів, які можуть бути обмежені користувачем моделі, відносяться: загальна встановлена потужність, використання окремого енергоресурсу або загальні інвестиції.

Багатокритеріальний аналіз в MARKAL можна провести за допомогою восьми стандартних функції, які почергово можуть виступати як критеріями оптимізації, так і обмеженнями або розрахунковим блоком. Це такі критерії, як:

1. витрати системи (з можливістю виключення витрат на окремі технології),

2. екологічний вплив,

3. використання органічних видів енергоресурсів,

4. використання відновлюваних джерел енергії,

5. використання атомної енергії,

6. структура первинної енергії

7. комбінації показників структури

8. комбінації показників витрат.

При використанні критерію як обмеження, користувачем визначається максимальне або мінімальне значення показника; критерії, включені до розрахункового блоку, не впливають на оптимальне рішення; критерій структури первинної енергії може бути застосований для зменшення залежності від імпортованих енергоресурсів. Оптимальне рішення включає інформацію щодо встановлених потужностей на кожний модельний період, енергопотоків, набору процесів і трансформаційних технологій, загальних витрат і загальної емісії системи.

Додатково до моделі енергетичної системи MARKAL було розроблено 3 допоміжні моделі:

• спрощена енерго-економічна модель MARKAL-МAKRO, що дозволяє оцінити взаємозв’язок ринкових механізмів, державної політики та технологічного розвитку;

• моделі часткової рівноваги MARKAL-MICRO та MARKAL ELASTIC DEMAND, в яких попит на корисну енергію було замінено, відповідно, на нелінійну та скачковидну криві попиту на енергію.

Результатом продовження досліджень стала розробка динамічної лінійної оптимізаційної моделі TIMES (The Integrated MARKAL-EFOM System) з цільовою функцією мінімізації зведених витрат енергосистеми при обмеженнях на річні або кумулятивні (наростаючим підсумком) викиди парникових газів. Завдяки розширенню можливостей моделі, з використанням TIMES можна провести аналіз питань, що не могли бути адекватно представлені в попередніх розробках (MARKAL та EFOM).

Так, шкала часу є більш гнучкою: горизонт моделювання може бути розбитий на довільну кількість довільних за величиною послідовних періодів, а календарний рік може бути представлений довільною кількістю періодів трьох ієрархічних рівнів. Для оцінки майбутньої потреби у міжнародних транспортних потужностях або ефектів від міжнародної торгівлі дозволами на викиди ПГ можна створити модель міжрегіональної енергетичної системи. Залежно від строку давності введення енергетичних об’єктів і моральної застарілості використаних технологій модель розраховує поточну вартість і технічні характеристики процесів. Наприклад, необхідні інвестиції для побудови нової вітрової електростанції з часом можуть зменшуватися, а постійні експлуатаційні витрати на існуючій електростанції з часом можуть зростати. Крім того, передбачено, що характеристики процесів можуть змінюватися і миттєво. Наприклад, така функція може бути використана для моделювання зростання постійних експлуатаційних витрат через зростання витрат на оплату праці. Можливість моделювання регулювання виробництва гідроелектроенергії порівняно з попередніми моделями в TIMES значно краща завдяки введенню в модель поняття сезонних і добових сховищ. Сезонне сховище може бути заповнене як виробленими щойно продуктами енергосистеми, так і специфічними сезонними носіями первинної енергії, наприклад потоками води, що заповнює водосховище для подальшого виробництва електроенергії. У TIMES економічно доцільний та технічно можливий терміни експлуатації задаються окремо, завдяки чому можна встановити різний амортизаційний період. Інвестиції у великі проекти (будівництво електростанції) протягом всього періоду будівництва розбиваються на рівні частини і переносяться на економічно доцільний термін експлуатації технології. Обсяги корисного споживання енергії можуть бути встановлені дослідником або визначені розрахунково на базі еластичних кривих попиту та пропозиції.

Лінійна оптимізаційна модель енергосистеми MESSAGE (Model for Energy Supply Strategy Alternatives and their General Environmental impact) розроблена в Міжнародному Інституті прикладного системного аналізу (IIASA, Австрія) в рамках Глобальної Енергетичної Моделі (GEM), що складається з трьох локальних моделей:

• модель енергетичних перетворень (MESSAGE),

• модель енергетичного попиту та

• модель економічних зв’язків (IMPACT).

Цільовою функцією моделі MESSAGE є мінімізація загальних дисконтованих витрат енергосистеми для покриття попиту на енергію для заданого проміжку часу. Важливими додатковими умовами є: будівництво нових потужностей, доступність ресурсів, технологічні зв’язки. Модель враховує графік електричних навантажень, диференціацію ресурсів за категоріями витрат, а також вплив на навколишнє середовище.

MESSAGE описує всі процеси енергетичної системи: видобуток, імпорт та експорт, обробку, транспортування та кінцеве споживання енергії. Горизонт моделювання 50 років можна розбити на довільні періоди з відповідними сезонними та добовими виробничими циклами.

Спеціальні виробничі графіки в MESSAGE регламентують послідовність використання різних технологій. Наприклад, можна визначити базовий режим роботи атомних електростанцій або період роботи електроустановок, що працюють на сонячних батареях.

Технології кінцевого споживання енергії розділяються в моделі на обладнання для термальної конверсії, попит на електроенергію, що не може бути заміщений на будь-який інший енергоресурс або продукт кінцевого попиту, транспорт та неенергетичне використання.

Сучасні версії моделі доповнені можливостями використання цілочислових змінних, нелінійних функцій, багатокритеріальної оптимізації та стохастичного програмування. Крім оптимізації загальних витрат, MESSAGE використовують для побудови кривої граничних витрат, пошуку оптимальних технологій та оцінки перспективних інвестицій.

Тема 14. Прикладні моделі енергетичних систем: стисла характеристика leap

LEAP – це програмний засіб для планування енергетичних можливостей для аналізу енергетичної політики та оцінки з пом'якшення наслідків змін клімату. Вона була розроблена в Стокгольмському інституті навколишнього середовища. LEAP була прийнята тисячами організацій у більш ніж 190 країнах світу. Її користувачами є державні установи, вчені, неурядові організації, консалтингові компанії, і енергетичні комунальні служби. LEAP використовується на різних рівнях, починаючи від міст і держав до національних, регіональних і глобальних додатків.

LEAP являє собою інтегрований інструмент для моделювання, який може бути використаний для відстеження споживання енергії, виробництва і видобутку ресурсів у всіх секторах економіки. Також він може бути використаний для обліку викидів парникових газів (ПГ)для енергетичного сектору та неенергетичного секторів та для аналізу викидів місцевих і регіональних забруднювачів повітря.

За часовими рамками LEAP - це інструмент моделювання, призначений для середньо- і довгостроковіх перспектив. Більшість його розрахунками відбуваються на щорічній часовий крок, і часовий горизонт може продовжити на необмежену кількість років. Як правило, більшість досліджень використовують прогнозний період від 20 до 50 років. Деякі результати можуть бути розраховані докладно з більш точним часовим рівнем. Наприклад, для розрахунків електроенергетичного сектору роки можуть бути розділені на різні "часові зрізи", щоб представити сезони, типи днів або навіть часові зрізи на день. Такий розподіл можна використовувати для вивчення того, як навантаження змінюються протягом року і як при цьому змінюється відпуск електроенергії з електростанцій.

LEAP розраховує величезний набір результатів, які можуть бути відображені у вигляді графіків, таблиць і навіть карти.

Всі результати також можуть бути експортовані у вигляді таблиць і діаграм в Excel та PowerPoint.

LEAP також включає в себе ряд спеціалізованих звітів, включаючи стандартні енергетичні баланси і діаграми потоку енергії. Баланси можуть бути показані по сектору або підсектору в обраних одиницях енергії.