З енергозбереження

Базова версія оптимізаційної моделі визначення заходів

Актуальність та основні напрямки енергозбереження

3. Вдосконалені моделі визначення структурно-технологічних змін

Енергозбереження у широкому розумінні цього терміну, тобто, зменшення питомих витрат енергії та енергоресурсів усіх видів, є одним з найбільш актуальних завдань сучасного економічного розвитку в Україні. Це обумовлено низкою чинників.

По-перше, існуюча в Україні система промислових технологій формувалася протягом десятиліть за умов, які абсолютно не відповідають ані вимогам розвитку ринкових відносин, ані реаліям сучасної бізнесової діяльності. Такими умовами, зокрема, були:

− низькі ціни на природно-сировинні ресурси (особливо на енергоресурси), що не сприяло їх економії;

− низькі ціни на основні споживчі товари за низької оплати праці, що обумовило малу питому вагу доданої вартості в ціні більшості видів продукції;

− розвинута система бюджетних субсидій, яка викривлювала міжгалузеві цінові пропорції та призводила до штучного здешевлення одних товарів та подорожчання інших;

− закритий характер соціалістичної економіки, який не передбачав конкурентоспроможності вітчизняних товарів на зовнішніх ринках.

У даний час ціни на більшість видів енергоресурсів, які імпортує Україна, наблизилися до світового рівня, а у ряді випадків перевищили його за недосконалості виробничих технологій. Це призводить до швидкого зростання матеріальних витрат у базових галузях економіки (чорна металургія, металомістке машинобудування, хімічна промисловість, виробництво будівельних матеріалів, агропромисловий комплекс тощо). Конкурентоздатність продукції зазначених виробництв підтримується, здебільшого, за рахунок низької оплати праці та застосування “тіньових” схем з метою мінімізації фіскальних витрат, що створює серйозні загрози стабільності суспільства та національній безпеці. Іншими наслідками є скорочення платоспроможного попиту та зменшення питомої ваги доданої вартості у ціні виготовленої продукції та розвиток макроекономічних процесів кейсіанського типу, коли ціна слабко залежить від попиту на продукцію, що виготовляється, а обсяги її виробництва – від ціни. За цих умов в залежності від жорсткості здійснюваної монетарної політики реалізується один з двох альтернативних сценаріїв: зростання неплатежів та посилення спаду виробництва через скорочення кінцевого попиту чи прискорення інфляції витрат. Виходом із зазначеної ситуації є збільшення платоспроможності споживачів (перш за все, населення) за одночасного скорочення витрат виробництва.

По-друге, не менш небезпечного за тенденцію до зростання виробничих витрат є збільшення залежності економіки України від імпорту окремих видів енергоресурсів. Це стосується, перш за все, природного газу, споживання якого протягом останнього десятиліття зросло більш, ніж на 40% і зараз досягає 82-88 млрд. м³ на рік. На початку XXI століття це був один з небагатьох енергоресурсів, ціна на який для України була суттєво меншою за світову. Гуртові ціни на нафту та нафтопродукти в цілому відповідали світовим ще з середини 90-х років минулого століття, що й сприяло збільшенню споживання природного газу. Зараз питання ціни на нього та його поставок набуває дедалі більш політичного забарвлення. Не слід перебільшувати вплив цього чинника: для більшості виробництв існуючі технології допускають заміну газу іншими видами пального, щоправда, при цьому ще збільшаться матеріальні витрати та посилиться екологічне навантаження. Виняток становлять лише окремі підгалузі хімічної промисловості (аміачне та азотнотукове виробництво, синтез деяких видів полімерів), де газ (метан) використовується як сировина для хімічних реакцій і тому є незамінним. Проте, враховуючи вищезазначені негативні наслідки збільшення виробничих витрат, доцільно розглядати зменшення споживання природного газу за умов стабілізації економіки як одне з найважливіших завдань структурно-технологічних перетворень.

По-третє, сучасний стан технологічного обладнання на більшості підприємств базових галузей промисловості, а, особливо, у невиробничій сфері (наприклад, у житлово-комунальному господарстві) потребує негайних значних витрат на оновлення. Головним джерелом цих витрат має бути національний доход, створений всередині країни, тобто частина доданої вартості продукції, що виготовляється. За цих умов збільшення питомої ваги доданої вартості у ціні продукції, що виготовляється, слід розглядати як одну з найважливіших задач подолання економічної кризи та відновлення подальшого економічного розвитку.

Слід зазначити, що задачі, про які йшла мова вище – зменшення матеріальних витрат, скорочення споживання природного газу та пожвавлення інвестицій у виробництво – є взаємопов'язаними, оскільки одним з чільних шляхів їхнього розв'язання є енергозбереження, але й вони до деякої міри є протиречивими. Різні заходи з енергозбереження справляють неоднаковий вплив на розв'язання цих задач. Наприклад, заміна рідкого палива природнім газом, який купувався за зниженою ціною, сприяла зменшенню загальних матеріальних витрат (у грошовому вимірі, у поточних цінах), але стимулювала швидке зростання споживання газу. Закриття хімічних виробництв, що належать до найбільших (до того ж, безальтернативних) споживачів газу, зменшить потреби у ньому, але водночас призведе до зменшення валової доданої вартості, скорочення зайнятості та зменшення інвестиційних ресурсів, тобто, поглибить кризові явища в економіці України. Таким чином, приймаючи рішення про енергозбереження, слід одночасно враховувати необхідність розв'язання усіх трьох вищезазначених задач, що має бути відображене у переліку критеріїв, за якими оцінюються згадані рішення.

Характеризуючи шляхи розв'язання задач енергозбереження, слід зазначити наявність серед них як прямих, так і опосередкованих. До перших належать заходи зі зменшення питомих (тобто на одиницю продукції, що виготовляється) витрат енергії та енергоресурсів усіх видів в існуючих виробничих технологіях та впровадження нових технологій з суттєво меншими витратами. При цьому велике значення має скорочення витрат енергії при її передачі та більш ефективне використання наявних енергоресурсів. До прямих шляхів енергозбереження слід також віднести застосування альтернативних енергогенеруючих технологій, нових енергоресурсів (моторне пальне на основі етанолу, біогаз, синтетичний газ та низькооктановий бензин – газойль, виготовлені з бурого вугілля тощо). При цьому слід брати до уваги, що впровадження зазначених заходів потребує значних інвестиційних ресурсів і часто призводить до зростання (принаймні, тимчасово) матеріальних витрат. Отже, ці заходи мають сенс, передусім, з огляду на критерій мінімізації витрат енергоресурсів, що імпортуються, зокрема, природного газу.

Не менший, а, часом, й більший потенціал, ніж прямі, мають опосередковані заходи з енергозбереження – зменшення питомого споживання найбільш енергомістких видів продукції, заміна внутрішнього виробництва такої продукції імпортом тощо. Наприклад, заміна металевих деталей композитними при виготовленні машин та механізмів зменшить потреби машинобудування у продукції чорної металургії, яка є енергоємним виробництвом. Якщо виготовлення композитних матеріалів у потрібній кількості не призведе до зростання енергоспоживання, загальні потреби в енергоресурсах зменшаться внаслідок скорочення виробництва металів. Аналогічний ефект матиме підвищення надійності машинобудівної продукції, яке зменшить потребу у запасних частинах для ремонту, отже, і загальні енерговитрати внаслідок скорочення виробництва таких частин.

Слід зазначити, що наявна кількість пропозицій щодо опосередкованого енергозбереження є набагато більшою, ніж щодо прямого. При цьому кожна з таких пропозицій, поряд з позитивним, може справляти і негативний вплив, наприклад, зростання енергомісткого виробництва окремих видів кольорових металів, які надалі використовуються при виготовленні композитів, збільшення виробничих витрат внаслідок встановлення та освоєння нового обладнання тощо. Для співвимірювання позитивних та негативних наслідків зазначених пропозицій потрібні всебічні та глибокі економічні дослідження із застосуванням кількісних методів, у тому числі й економіко-математичного моделювання.

У моделях, що створюються з цією метою, мають бути відображені як технологічні, так і економічні аспекти заходів з енергозбереження. Останні дають суттєвий ефект при їхній реалізації на рівні окремих великих груп споріднених виробництв, на галузевому та міжгалузевому рівнях, що й обумовлює ступінь агрегованості моделей.

Звернемо увагу на те, що як заходи зі зміни існуючих технологій з метою зменшення питомих витрат енергії, сировини, матеріалів та комплектуючих, так і впровадження нових та скорочення застосування старих, найбільш енерго- та ресурсомістких технологій (аж до відмови від них) пов'язані зі зміною коефіцієнтів матриці прямих витрат агрегованого міжгалузевого балансу. Дійсно, коефіцієнти прямих витрат продукції i- ї агрегованої галузі на виробництво одиниці продукції j -ї агрегованої галузі можна записати у наступному вигляді:

(12.1)

де — номери технологій та підгалузей, які належать до галузі i; — номери технологій та підгалузей, які належать до галузі j; , — кількість зазначених технологій та підгалузей; — питомі прямі витрати продукції, виготовленої за технологією у рамках галузі i на виробництво продукції, виготовленої за технологією у рамках галузі j; — питома вага технології у галузі j. Тоді зміна існуючих технологій буде зменшувати значення , а заміна старих новими — значення при найбільших за своєю величиною . Як випливає з (12.1), в обох випадках наслідком буде зменшення величини . Це обумовило вибір міжгалузевих агрегованих балансових моделей як інструментарію для аналізу та планування структурно-технологічних змін.

Надалі розглянемо деякі з цих моделей. Враховуючи наявність декількох неспівпадаючих цілей, які слід досягти при енергозбереженні, ці моделі будуть багатокритеріальними, що обумовить певні особливості методів розрахунків за ними. Слід також зазначити, що, на відміну від планової економіки, результати цих розрахунків слід розглядати не як основу певного управлінського рішення, а як “інформацію для роздумів”, базу для формування цілеспрямованої економічної політики, яка спирається на використання ринкових стимулів та механізмів.

Базова версія моделі, про яку йтиметься далі, призначена, по-перше, для визначення тих напрямків енергозбереження, які матимуть найбільшу ефективність відповідно до цілей, сформульованих у попередньому підрозділі; по-друге, для дослідження залежності між ступенем досягнення цих цілей та наявними фінансовими, виробничими та іншими ресурсами; по-третє, для аналізу відповідності існуючих тенденцій у структурно-технологічних змінах тим напрямкам з енергозбереження, які випливають з модельних розрахунків.

Як вже зазначалося, змінними моделі будуть передусім коефіцієнти прямих витрат агрегованого міжгалузевого балансу. Тому спочатку визначимо залежність між цими змінними та тими показниками, які відображають цілі енергозбереження, зокрема, приростом доходів працюючих, одержаним за рахунок скорочення матеріальних витрат у виробництві, загальним споживанням певного виду дефіцитних енергоресурсів та мультиплікатором Кейнса, який впливає на ефективність інвестицій.

Нехай економіка країни утворена n агрегованими галузями та A = {} — матриця коефіцієнтів прямих витрат для цих галузей. Припустимо лінійну залежність оплати праці від обсягів виробництва у галузях; нехай q_i — частка заробітної плати та інших доходів кінцевих споживачів у ціні продукції i- ї галузі. Позначимо y_i та x_i відповідно кінцевий та валовий продукт i -ї галузі у фіксованих цінах; ці величини пов’язані співвідношеннями міжгалузевого балансу:

(12.2)

а загальні реальні доходи кінцевих споживачів D дорівнюють

(12.3)

Будемо вважати, що кінцевий продукт галузей складається з двох частин, одна з яких залежить, а інша не залежить від D. Припустивши лінійну залежність першої з них від величини доходів кінцевих споживачів, отримаємо рівність

(12.4)

де коефіцієнти здебільшого відображають структуру індивідуального споживання та внутрішніх інвестицій, а величина h_i визначається експортно-імпортним сальдо галузей та потребами громадського споживання.

Скориставшись отриманими співвідношеннями, визначимо D через А та q. З рівнянь (12.2) випливає, що x = (E – A)^-1 y, де x = (x ₁, …, x_n), y = (y ₁, …, y_n). Тому

D = (q, x) = (q, (E — A)^-1 y).

Із останнього рівняння та (12.4) отримаємо

(12.5)

де h = (h ₁, …, h_n), α = (α₁, …, α _n), q^T – транспонований вектор q.

Якщо позначити питомі витрати енергоресурсу певного виду у галузі ί як g_ί, та припустити лінійну залежність між сукупними витратами енергоресурсу та обсягами виробництва продукції x_i, одержимо наступне співвідношення, яке визначає потребу G у енергоресурсі певного виду економіки в цілому:

G = (g, x) = (g, (E-A)^-1 y), (12.6)

де g =(g ₁, …, g_n) - вектор питомих витрат енергоресурсу у галузях. З рівностей (12.4) та (12.6) випливає співвідношення:

G = g (E-A)^-1(α D + h), (12.7)

де D визначається відповідно до (12.5).

Мультиплікатор Кейнса m можна визначити за допомогою рівності

де 0 <k< 1 – деяка константа, її значення достатньо малі, щоб виконувалось m> 0. Враховуючи певну невизначеність цієї константи та міркування щодо спрощення задачі, доцільно замість задачі максимізації величини m розглядати еквівалентну до неї задачу максимізації величини

, (12.8)

Змінені значення коефіцієнтів прямих витрат та інших параметрів моделі мають задовольняти низці обмежень. Передусім, це умови, які виключають розвиток інфляції витрат під впливом внутрішніх чинників.

Використовуючи коефіцієнти матриці А та результати, ці умови можна записати у вигляді нерівності:

(12.9)

де — частка доданої вартості в ціні продукції j -ї галузі.

З припущення про лінійну залежність між q_j та випливає рівність:

де и — деякі наперед визначені коефіцієнти.

Враховуючи неточність вхідних даних та необхідність створення резерву для безінфляційного збільшення тих компонент доданої вартості, які не залежать від q, доцільно замість (12.9) розглядати умови

(12.10)

де β < 1 — наперед визначена величина граничного рівня витрат.

Ці обмеження мають бути доповнені обмеженнями на діапазон зміни коефіцієнтів прямих витрат та частки оплати праці і доданої вартості в ціні продукції: 0≤ a_ij ≤1, 0≤ q_ij ≤1, , обмеженнями на можливі діапазони змін значень a_ij та q_i, обумовлені технологічними міркуваннями, та ресурсними обмеженнями.

Як наслідок, одержимо наступну оптимізаційну задачу.

Необхідно знайти зміни ,та () існуючих значень компонент матриці А та векторів q і g таким чином, щоб вони забезпечили більші значення функцій

(12.11)

та

(12.12)

та якомога менші значення функції

, (12.13)

де , за наступних обмежень

, (12.14)

, (12.15)

, (12.16)

(12.17)

та за ресурсних обмежень:

(12.18)

де K — кількість ресурсів, B_k — обсяг k- го ресурсу, який виділяється на заходи із зниження виробничих витрат, b_kij — витрати цього ресурсу за низки реалізації заходів, які забезпечують одиничне зменшення витрат продукції i -ї галузі на виробництво одиниці продукції j -ї галузі, – витрати ресурсу, необхідні для одиничного зменшення величини g_j.

Задача (12.11) – (12.18) є задачею багатокритеріальної оптимізації, оскільки вона має три функції мети , .

Існує низка методів розв'язання таких задач, зокрема, методи згорток та обмежень.

Згідно методу згорток, замість багатокритеріальної задачі

(12.19)

у якій f ₁(x), …, f _l(x) − функції мети, l ≥2, x - керовані змінні (розв'язки), а D − множина допустимих розв'язків, розглядається однокритеріальна оптимізаційна задача

(12.20)

де коефіцієнти γ _k визначають відносну важливість критеріїв.

Метод обмежень полягає у розгляді замість (12.19) однокритеріальної задачі:

де − прийнятні значення функцій мети

Для розв'язання задачі (12.11) – (12.18) доцільно використовувати комбінацію цих методів. Це випливає з наступних міркувань.

Враховуючи низку економічних, соціальних та політичних проблем, пов'язаних з газопостачанням в Україні, критерій (обсяги споживання газу) матиме, за будь-якими неупередженими експертними оцінками, дуже значну вагу. Критерій (доходи працюючих) є найважливішою складовою критерію . Отже, за більшої ваги останнього одержані розв'язки будуть спрямовані не на максимізацію, а на мінімізацію , що є не зовсім прийнятним з соціальної точки зору. Тому доцільною є максимізація згортки виду (1.2.20) на множині, утвореній обмеженнями (12.14) – (12.18) та додатковим обмеженням

(12.21)

де − прийнятий рівень доходів працюючих, який визначається на основі експертних оцінок. Корисною інформацією для одержання таких оцінок є максимальне значення функції , яке вона набуває на множині допустимих розв'язків (12.14) – (12.18). Тоді експертна оцінка може мати вигляд допустимого відсотка зменшення вищезазначеної величини.

Враховуючи те, що третій з критеріїв моделі, на відміну від перших двох, мінімізується, задача набуває наступного остаточного вигляду.

Необхідно знайти точку максимуму функт

(12.22)

де функції ,визначаються відповідно рівностями (12.11), (1.2.12), (1.2.13), − деякі вагові коефіцієнти, які відображають відносну важливість критеріїв та визначаються експертним шляхом. Максимум функції шукається на множині, утвореній співвідношеннями (1.2.14) – (1.2.18), (1.2.20).

Слід зазначити, що задача (1.2.11) – (1.2.18), (1.2.21) – (1.2.22) за відомих коефіцієнтів , належить тому ж класу оптимізаційних задач, що й (1.2.11), (1.2.14) – (1.2.18) або ж (1.2.12), (1.2.14) – (1.2.18), тому для спрощення подальшого викладу матеріалу розрахункові алгоритми розглядатимуться стосовно лише двох останніх задач. Для інших випадків вони будуть подібними до наведених далі.

Галузі	За результатами моделювання	Фактично, 1994 р.	Фактично, 1995 р.
Варіант 1	Варіант 2	Варіант 3	Варіант 4
Стабільні ціни	Діючі ціни	Стабільні ціни	Діючі ціни
1. Електроенергетика	1,84	2,4	-30,79	-16,32	-34,38	-17,13	0,34	-0,86
2. Нафтогазова	-63,44	-64,2	-40,3	-68,36	-45,76	-72,97	-78,63	-74,69
3. Вугільна пр.	-13,68	-13,9	-19,2	-10,1	-0,3	-0,15	-2,27	-7,62
4. Інша паливна
5. Чорна мет.	25,08	28,0	25,23	42,22	26,45	36,02	59,05	59,55
6. Кольорова мет.	0,09	0,5	0,7	0,51	0,75	0,64	-0,85	0,58
7. Хімічна пр.	9,23	10,2	11,42	14,12	5,77	9,33	3,17	1,93
8. Машинобудування	18,91	11,2	19,16	13,94	20,50	17,45	-6,85	-4,89
9. Лісова та д/о пр.	1,2	1,3	1,16	0,85	1,24	1,06	-2,84	-3,93
10. Пром. будмат.	-5,17	-4,8	-14,69	-7,79	-4,19	2,09	3,19	0,02
11. Легка пр.	-9,67	-9,8	-7,93	-4,20	-8,86	-4,41	-6,14	-7,75
12. Харчова пр.	17,13	18,23	16,61	9,67	17,77	12,10	13,88	16,67
13. Інші пр. гал.	1,0	1,07	0,97	0,7	1,04	0,89	-0,55	-0,25
14. Будівництво	1,18	1,3	1,15	0,84	1,23	1,05	1,14	0,39
15. Сільске господ.	2,84	3,0	2,75	2,0	2,94	2,5	-1,38	0,40
16. Транспорт, зв.	20,6	21,9	19,98	14,53	21,38	18,19	19,21	19,81
17. Торгівля	-8,03	-7,2	-6,09	-3,23	-6,51	-3,24	0,03	0,01
18. Інше	0,88	0,9	0,85	0,62	0,91	0,77	-0,04	0,63

Таблиця 2

Прибутковість експортно-імпортних операцій

Показник	За результатами моделювання*	Фактично, 1994 р.	Фактично, 1995 р.
Варіант 1	Варіант 2	Варіант 3	Варіант 4
Експорт, млн. USD	11968,5	9104,3	19149,8	11953,2	10298,0	11966,5
Імпорт, млн. USD	8999,6	6539,6	20547,5	15342,9	11042,0	13134,5
Експортно-імпортне сальдо, млн. USD	2968,9	2564,7	-1397,7	-3389,7	-744,0	-1168,0

Дата добавления: 2014-01-07