О Е Корнійчук - Gran- ілюстрація та прогнозні обчислення еколого-економічної моделі - страница 1

Страницы:
1  2 

О.Е. Корнійчук

Житомирський державного агроекологічний університет

GRAN- ілюстрація та прогнозні обчислення еколого-економічної моделі

Ефективна економічна політика має спиратися на довготермінове, стратегічне мислення та високий професіоналізм спеціалістів. Сьогодні суспільству необхідні поглиблення знань за усіма азимутами, інтегральний підхід і в наукових дослідженнях, і в освіті для вирішення проблем, від яких залежить майбутнє поколінь та цивілізації в цілому. Основні взаємозв'язки, що сприяють розвитку мислення майбутнього економіста, визначено у статті «Еволюція формування економічного мислення» [3]: ,

* союз філософії і політекономії, зокрема етичні аспекти економічної діяльності [4];

* сплетіння: інтуїція, математика та нові інформаційні технології;

* екологічні орієнтири в економіці.

Продовжуючи тему професійно-спрямованої математичної підготовки молодших спеціалістів економічного профілю на базі комп'ютерних технологій [5; 6; 7], розглянемо, як на заняттях з «математики для економістів» можливо подавати суттєві прикладні питання і задачі з проблеми екологізації економіки, використовуючи при цьому вітчизняний програмно-методичний комплекс «GRAN» [1; 2].

Зосередимо увагу на екологічному аспекті теплоенергетики України. Циклічні підвищення цін на природний газ, нафту й нафтопродукти спричинили перегляд енергетичної політики в багатьох країнах. У першу чергу була досліджена можливість оптимізації структури паливного забезпечення з урахуванням низки політичних, економічних, соціальних та екологічних факторів. Наприклад, у США (І975-1979 рр.) найбільш прийнятним виходом з кризисної ситуації була визнана програма щодо заміни газу і нафти на інші види палива (в основному на вугілля) у тих галузях промисловості, де це можливо, і зокрема, у виробництві електроенергії [9].

Разом з тим, у практичному здійсненні цього плану виникли серйозні труднощі, серед яких найбільш важливою стала проблема забруднення навколишнього середовища, що тісно пов'язана з видом та якістю палива, яке використовується. Енергетика України є частиною глобальної енергосистеми, для якої існують єдині об'єктивні економічні закони, і тому вона не може розвиватися без урахування загальносвітових тенденцій, таких, як дефіцит і значне підвищення вартості нафти і газу, як необхідність переорієнтації на споживання інших видів енергоресурсів, як проведення науково-дослідної роботи щодо забезпечення вимог охорони навколишнього середовища.

Моделювання залежності атмосфероохоронних витрат від ступеня знешкодження викидів димових газів ТЕС (окисів сірки, азоту та золи) викладена у монографії О.Теліженко «Економіка чистого повітря: міжнародне управління» [10]. В результаті аналізу вихідної інформації були визначені базові моделі в координатах «ступінь знешкодження - питомі витрати», як наприклад, залежність відносної зміни питомих капітальних витрат (Вв) від ступеня знешкодження викидів окисів азоту (Е, %): (І)   Вв = 0,0003896Е2 - 0,027705Е + 1,4632 (некаталітичними методами);

(ii) Вв = 0,001818Е2 - 0,2479Е + 9,5758 (каталітичними методами);

(iii) Вв = 0,000974Е2 - 0,126T + 4,877 (комплексним регулюванням).

Геометрична інтерпретація моделі v GRAN1

|MinX=-2 MaxY=2.85

 

 

 

G Список об'єктів

 

0.1

 

Явна:У=У|Х) _^

 

 

 

0 Y[X)=0.0003S96^2-0.027705%-1.4632 0 YM=0.001818^2-0.2479^+9.5758

 

10

зо

 

MinY=-0.15 МахХ=103

0 BY|X)=0.000974^2-0.126^+4.877

GRAN-документ 1

Примітка. Характер зростання витрат, виражених у відносних одиницях вартості, суттєво не залежить від того, у якій валюті ці витрати вимірюються: тут має значення саме технологічний аспект. Одиничний рівень витрат (Вв=1) відповідає 30%-му ступеню очистки некаталітичними методами. Вартісне значення питомих капітальних витрат Вк при базовому рівні знешкодження (Е=30%) дорівнює 130 ум.од./тМЭх.

Точність аналітичних залежностей зумовлює фахове опрацювання і точність інформаційного наповнення моделі. Для розрахунків моделі «ступінь знешкодження - питомі витрати» використовуються різні види залежностей та рівнянь, зокрема й лінійна залежність. Вивчаючи в «Аналітичній геометрії» пряму на площині, доцільно показати студентам, як, починаючи з елементарного рівняння прямої та її графіка, за допомогою математичного апарату та комп'ютерного засобу GRAN1 або GRAN-2D проводяться прогнозні обчислення еколого-економічної моделі.

ЗАДАЧА (модель розроблена за матеріалами з оцінки та прогнозування атмосфероохоронних витрат у теплоенергетиці України [10, 198-268]).

Структура палива, яке споживається на Змієвській ТЕС: вугілля - 68,5%; мазут - 4,1%; газ -27,4%. Прийнято рішення про зміну структури палива: вугілля - 75%; мазут - 15%; газ - 10%. Загальний обсяг палива не змінюється і складає 4314 тис.т ум.п. за рік. Необхідно дати прогнозну оцінку зміни обсягу викидів SO2 та NOx.

Для виконання обчислювальної роботи побудувати номограму у вигляді лінійної залежності питомих викидів SO2 та NOx на тону умовного палива від питомої ваги газу, мазуту і вугілля. На основі усереднення даних про викиди встановлено, що маса забруднюючих речовин при використанні лише газу фіксувалась і залишалась на рівні 0,002 т/т ум.п. При зміні структури палива і збільшенні питомої ваги від 0 до 100% 1) мазуту, 2) вугілля, відбувалось збільшення питомих викидів від 0,002 т/т ум.п. 1) до 0,03 - SO2та 0,003 - NOx; 2) до 0,0222 - SO2 та 0,039 - NOx.

Інформаційне наповнення моделі

Зауваження. За даними таблиць 1 і 2 можна створювати різні варіанти типових розрахункових моделей.

Показники теплових електростанцій України

ЕЛЕКТРОСТАНЦІЯ

Потужність (Р), МВт

Виробництво електроенергії, млн. кВттод

СТРУКТУРА ПАЛИВА, % Вугілля Мазут Газ

Прогноз питомих капі- тальних витрат при 15-97,5% ступені знешко- дження SO2, ум.од./т

Кпп

Ладижинська

1800

6284

53,4

0, 2

46,4

В = 4,41 8 Е 0,9763

0,725

Углегорська

3600

13748

32,8

12,4

54,8

В = 11,646Е 0,9771

1,913

Запоріжська

3600

11154

48,5

7,7

43,8

В = 16,745 Е 0,978

2,8

Зуєвська

1200

5506

54,1

1,8

44,1

В = 5,523 Е 0,9763

0,9125

Кураховська

1460

8450

87,1

12,9

0,0

В = 6,004 Е 0,9778

1

Бурштинська

2100

8704

57,0

10,3

32,7

В = 6,004 Е 0,9778

1

Луганська

1400

6671

55,6

23,0

21,4

В = 6,237 Е 0,9752

1,025

Славянська

1440

3173

55,0

18,4

26,6

В = 5,794 Е 0,9776

0,9625

Старобишевська

1750

8593

72,8

19,5

7,7

В = 6,414 Е 0,9774

1,075

Придніпровська

1740

9022

71,5

5,7

22,8

В = 6,012 Е 0,9759

0,9875

Криворізька

2820

14585

79,0

7,7

13,3

В = 8,044 Е 0,9777

1,338

Трипольська

1800

7903

54,6

19,5

28,9

В = 6,347 Е 0,9766

1,05

Змієвська

2190

12326

68,5

4,1

27,4

В = 7,469 Е 0,9794

1,25

Середнє значен-

 

 

 

 

 

В = 6,56 4 Е 0,9765

 

ня за ТЕС

2069

 

 

 

 

 

1,075

Таблиця 1

Значення коригуючого коефіцієнта в залежності від структури палива

Питома вага вугілля в структурі палива, що використовується, %

до 20

21-40

41-60

61-80

більше 80

Значення коригуючого коефіцієнта (кш)

0,85

0,88

0,92

0,96

1,0

Таблиця 2

Математичний апарат моделі

> Аналітична геометрія:

х - х1    y - y1      ... ~

= - рівняння прямої, що проходить через 2 задані точки;

х2 - х1   y2 - y1

Ax + By + C = 0 - загальне рівняння прямої; y = kx + b - рівняння прямої з кутовим коефіцієнтом. ^ Середньозважене значення питомих викидів:

nij = Е qi jij (IV)

qi - питомі викиди і-ої забруднюючої речовини з розрахунку на 1 тону умовного палива, т/т ум.п.; jij -частка j-го палива у загальній структурі палива, щовикористовується, част.од.

^ Проектна ступінь знешкодження викидів:

Е = ЛЩІОО - Еб)

АМ - необхідна маса зниження викидів, т; Мб - базова (існуюча) маса викиду, т; Еб - базовий ступінь знешкодження викидів, %.

> Капітальні витрати на зниження викидів SO2:

В = кю(Впр - кзВб)АМ (VI) кю - коригуючий коефіцієнт, за допомогою якого враховується питома вага вугілля у загальній структурі палива; кз - коефіцієнт заміщення витрат (для теплоенергетики = 0,3-0,5); Впр, Вб - питомі капітальні витрати при проектному та базовому ступеню знешкодження викидів, ум.од./т.

> Капітальні витрати на зниження викидів NOX:

ВкМ?х = кв(Вв(пр) - кзВв(б))АМ (VII) кв - коефіцієнт для переведення відносних одиниць у вартісний вираз (при Е=30%, кв=130 ум.од./тNOx); Вв(пр), Вв(б) - проектне і базове відносне значення питомих капітальних витрат на знешкодження викидів однієї тони NOx, в.од./тNOx (розраховуються за формулами І - ІІІ в залежності від технології очищення).

> Поточні витрати прямопропорційні ступеню знешкодження викидів:

Вп = кп Е (VIII)

кп - коефіцієнт пропорційності (таблиця 1).

Розв'язування

Виведення залежностей викидів SO2 та NOx за споживанням мазуту. Іа-SO^ Складаємо рівняння прямої, що проходить через 2 задані точки (0; 0,002) і (100; 0,03): х = y - 0,002 100 = 0,03 - 0,002 ,

0,028х - 100y + 0,2 = 0 - загальне рівняння прямої «1а»;

Іб-NOx) для (0; 0,002), (100; 0,003): 0,001х - 100y + 0,2 = 0 - «1б».

За споживанням вугілля:

2а^) для (0; 0,002), (100; 0,0222): 0,0202х - 100y + 0,2 = 0 - «2а»; 26-NOx) для (0; 0,002), (100; 0,039): 0,037х - 100y + 0,2 = 0 - «2б».

• Створення номограми та проведення обчислень за допомогою послуг «Графік» та «Операції /

Калькулятор » v GRAN 1.__

MinX=-2 MaxY=0.041

газ - мазут - вугілля, %

MinY=-0,003 МахХ=108.5

Неявна: 0=6(X,Y)

0 0=0.028%100*Г+0.2 Ш ■0=0.001%100'Y+0.2 @ 0=0.0202^-100^+0.2

0=0.037%100"Y+0.2

0=0.037%100*т+0.2

Ах=0

Bx=100

Ay=0

By=0.039

Вираз: 7.4693*30.9Л0.9794

215.1

9in(

Cos(

Tg(

I

1

6

ASin(

ACos(

ATg(

)

2

7

Exp(

Ln(

Log(

 

3

8

Sqrt(

lnt(

Pi

 

4

9

CTg(

ACTg(

Abs(

E

5

0

GRAN-документ 2

Зауваження. ППЗ GRAN-2D містить послугу «Об'єкт \ Створити \ Пряма, що проходить через 2 задані точки». У разі її застосування втрачається суть знаходження рівняння прямої та зміст навчальної мети заняття з даної теми.

Розрахункові викладки. 1) Експрес-метод оцінки питомих викидів тон SO2 на тону умовного палива за номограмою:

Структура палива. % — викиди SO?. т/т ум.п. Базова Проектна Вугілля 68,5% — 0,016 75% — 0.017

Газ 27,4% — 0.002 10% — 0.002

Мазут 4,1 % — 0.0031 15 % — 0.0062

2) Середньозважене значення питомих викидів SO2 за формулою IV:

шб = 0.016-0.685 + 0.002-0.274 + 0.0031-0.041 = 0.011635 т/т ум.п. - діюча структура; Шпр = 0,017-0.75 + 0.002-0.1 + 0.0062-0.15 = 0.01388 т/т ум.п. - проектна структура.

3) Загальна маса викиду SO2 для заданого обсягу палива 4314000 т ум.п.:

Мб = 0,011635-4314000 = 50194 т/рік;     М^ = 0,01388-4314000 = 59878 т/рік. • Аналогічне проведення прогнозної оцінки зміни обсягу викидів NOx.

ПРОДОВЖЕННЯ ЗАДАЧІ. Після відповідного аналізу було прийнято рішення про будівництво установки. що дозволяє знизити викиди SO2 на 10000 т/рік. Викиди SO2 за проектною структурою палива відповідають 17%-му рівню знешкодження. Дати прогнозну оцінку додаткових капітальних і поточних витрат.

4) Необхідний (проектний) ступінь знешкодження викидів SO2 за формулою V:

_ 10000(100-17) _ Епр =       59878      + 17 = 30,9 %.

5) Використовуючи залежності з таблиці 1 . визначимо питомі капітальні витрати при базовому і проектному ступені знешкодження викидів:

Вк(б)(17) = 7.4693 - 170,9794 = 119,8 ум.од./т; Вк(пр)(30.9) = 7.4693 - 30.90,9794 = 215,1 ум.од./т.

6) Загальний обсяг капітальних витрат. необхідних для реалізації проекта за формулою VI:

Вк = 0.96 - (215,1 - 0.3 - 119,8) - 10000 = 1720000 ум.од.. коригуючий коефіцієнт km= 0,96 (таблиця 2). оскільки питома вага вугілля залишилась у діапазоні 61-80

о/ %.

7) Поточні витрати за даними таблиці 1 та за формулою VIII:

Вп = 1.25 - 30.9 = 38.63 ум.од./т SO2    або 386300 ум.од./рік.

Аналогічні доповнення до задачі та обчислювальні операції проводяться для знаходження капітальних витрат на зниження викидів NOx із використанням формули VII.

Сферою застосування отриманих результатів є орієнтовні, попередні еколого-економічні розрахунки проектів. Хоча в цілому залежності витрат від ефективності знешкодження викидів мають нелінійний характер: це можуть бути й криві другого порядку (параболічного. гіперболічного типу). але

.   ...     .. . X - X;      y - У!      . . ...

математична модель лінійної залежності = між змінними х та у. коли відомі дві пари значень

X2 - X;   y2 - y;

(x;, у;), (x2, у2) цих змінних. зокрема прямопропорційна залежність у= kx. необхідні для побудови та розрахунку масштабних еколого-економічних моделей.

Не зайвою буде демонстрація збитків сільськогосподарському виробництву у зоні впливу ТЕС. Наприклад. викиди окисів сірки приводять до зниження врожайності сільськогосподарських культур на 16,6% при концентрації SO2 від 0.01 до 0.05 мг/м3 повітря; на 25% - від 0.06 до 0.1; на 33.6% - від 0.1 до 0,15. результати досліджень стали інформаційною базою для отримання емпіричних залежностей питомих збитків (ум.од./га) від інтегрального показника забруднення х [10, 284-287]:

198

y _ 1 + 26х 052 (ІХ)

(інтегральний показник забруднення сформований з врахуванням викидів окисів сірки. азоту. вуглецю іпопелу).

Побудуємо номограму для визначення питомих збитків рослинництву від забруднення атмосферного повітря.

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

О Е Корнійчук - Gran- ілюстрація та прогнозні обчислення еколого-економічної моделі