Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження

Одним із чинників, що перешкоджають швидкому подоланню в Україні наслідків глобальної економічної кризи, є надзвичайно висока енергоємність вітчизняної економіки. Для зменшення питомих витрат енергетичних ресурсів необхідно розробити та реалізувати низку заходів, радикально змінивши промислову, фіск...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2009
Автори:	Михалевич, М., Сергієнко, І., Стогній, Б.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України 2009
Назва видання:	Вісник НАН України
Теми:	Енергоресурс
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/26181
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження / М. Михалевич, І. Сергієнко, Б. Стогній // Вісн. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 3-13. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-26181
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-261812011-08-30T12:47:47Z Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження Михалевич, М. Сергієнко, І. Стогній, Б. Енергоресурс Одним із чинників, що перешкоджають швидкому подоланню в Україні наслідків глобальної економічної кризи, є надзвичайно висока енергоємність вітчизняної економіки. Для зменшення питомих витрат енергетичних ресурсів необхідно розробити та реалізувати низку заходів, радикально змінивши промислову, фіскальну, зовнішньоекономічну, кре дитно-банків ську та цінову політику держави. Розроблення зазначених заходів є складним та багатоаспектним завданням, що зумовлює широке застосування для цього сучасних комп’ютерних технологій. У статті на ведено приклади таких технології, створених за участю авторів, а також рекомендації із енергоощадження, вироблені із застосуванням цих технологій. One of the factors preventing rapid overcoming of global economic crisis consequences in Ukraine is extremely high power consumption of domestic economy. Reduction of power resources intensity of use requires development and implementation of a number of actions aimed at radical change of commercial, fiscal. foreign economic, credit and banking and price policy of the state. Development of such actions is difficult and multi-aspect task that requires wide application of modern computer technologies. The article presents the examples of such technologies developed with participation of the authors as well as recommendations regarding energy saving elaborated with such technologies application. 2009 Article Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження / М. Михалевич, І. Сергієнко, Б. Стогній // Вісн. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 3-13. — укр. 0372-6436 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/26181 uk Вісник НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Енергоресурс Енергоресурс
spellingShingle	Енергоресурс Енергоресурс Михалевич, М. Сергієнко, І. Стогній, Б. Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження Вісник НАН України
description	Одним із чинників, що перешкоджають швидкому подоланню в Україні наслідків глобальної економічної кризи, є надзвичайно висока енергоємність вітчизняної економіки. Для зменшення питомих витрат енергетичних ресурсів необхідно розробити та реалізувати низку заходів, радикально змінивши промислову, фіскальну, зовнішньоекономічну, кре дитно-банків ську та цінову політику держави. Розроблення зазначених заходів є складним та багатоаспектним завданням, що зумовлює широке застосування для цього сучасних комп’ютерних технологій. У статті на ведено приклади таких технології, створених за участю авторів, а також рекомендації із енергоощадження, вироблені із застосуванням цих технологій.
format	Article
author	Михалевич, М. Сергієнко, І. Стогній, Б.
author_facet	Михалевич, М. Сергієнко, І. Стогній, Б.
author_sort	Михалевич, М.
title	Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження
title_short	Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження
title_full	Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження
title_fullStr	Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження
title_full_unstemmed	Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження
title_sort	комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження
publisher	Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Енергоресурс
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/26181
citation_txt	Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження / М. Михалевич, І. Сергієнко, Б. Стогній // Вісн. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 3-13. — укр.
series	Вісник НАН України
work_keys_str_mv	AT mihalevičm kompûternítehnologíítaproblemienergooŝadžennâ AT sergíênkoí kompûternítehnologíítaproblemienergooŝadžennâ AT stogníjb kompûternítehnologíítaproblemienergooŝadžennâ
first_indexed	2025-07-03T05:47:15Z
last_indexed	2025-07-03T05:47:15Z
_version_	1836603551331123200
fulltext	ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 3 ЕНЕРГОРЕСУРС Енергетичні проблеми — ріст дефіциту енергоресурсів, посилення впливу не- економічних чинників на світових енергоринках, необхідність мінімізації не- гативного впливу енергетики на довкілля, потреба в нарощуванні ефективнос- ті наявних та залученні нових енергоресурсів — актуальні сьогодні як ніколи для всього цивілізованого світу. Їх розв’язання — необхідна передумова і запо- рука оперативного подолання наслідків світової фінансової кризи, переходу до сталого економічного зростання. Особливу увагу при цьому в країнах з різним рівнем економічного і соціального розвитку приділяють енергоощадженню. На думку фахівців, інтенсифікувати енергоощадження можна шляхом по- слідовної реалізації системи економічних, технологічних, суспільно-політичних та інших заходів, оформлених у державні цільові програми. На жаль, Україна має певні проблеми з практичним втіленням і виконанням розумних намірів, що пов’язано передусім із незавершеністю структурних реформ у державі. Складність і багатоаспектність цих проблем потребують застосування су- часних підходів, зокрема економіко-математичного моделювання М. МИХАЛЕВИЧ, І. СЕРГІЄНКО, Б. СТОГНІЙ КОМП’ЮТЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГООЩАДЖЕННЯ © МИХАЛЕВИЧ Михайло Володимирович. Член-кореспондент НАН України. Завідувач кафедри Україн- ського державного університету фінансів та міжнародної торгівлі. СЕРГІЄНКО Іван Васильович. Академік НАН України. Директор Інституту кібернетики НАН України. СТОГНІЙ Борис Сергійович. Академік НАН України. Завідувач відділу Інституту електродинаміки НАН України (Київ). 2009 Необхідною передумовою подолання наслідків системної кризи, відновлен- ня економічного зростання, підвищення ефективності й конкурентоздатності віт- чизняного виробництва, зростання доб ро- буту населення та реалізації життєво важ- ливих соціальних програм (освіта, охоро- на здоров’я, пенсійне забезпечення тощо) є реформування паливно-енерге тич ного комплексу (ПЕК) України. Проблеми тут нагромаджувалися впродовж десятиліть, їх розв’язання вже перейшло в площину національної безпеки України. Одна з хронічних вад вітчизняної еко- номіки — неефективне використання енер- гетичних ресурсів. За даними Національ- ної енергетичної стратегії, енергоємність ВВП України у 2,6 разу перевищує серед- ньосвітовий рівень і становить 0,89 кг умовного палива на $1 ВВП. Аналогіч- ний показник для Австрії та Данії стано- вить 0,20, Японії — 0,24, Фінляндії — 4 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 0,40, Чехії — 0,43, Білорусі — 0,50. Водно- час за питомим споживанням електро- енергії Україна суттєво відстає від про- відних країн світу (див. рис.)1. Відновити економічне зростання за цих умов можливо лише, інтенсифікувавши енергоощадження, подолавши технологіч- не відставання в більшості галузей еконо- міки і житлово-комунальній сфері, мі ні- мізувавши вплив «тіньового сектору», по- ліпшивши галузеву структуру національної економіки в цілому і експортно-ім порт них операцій зокрема. Згідно з оцінками, наведеними в Націо- нальній енергетичній стратегії України, вже у 2010 р. завдяки заходам із енерго- ощадження енергоємність ВВП має ско- ротитися на 25,8 %, у 2015 — на 37,3%, у 2020 — на 44,1% порівняно з нинішнім ча- сом. Досягти цього неможливо без науко- во обґрунтованої цілісної програми доко- рінних структурно-технологічних змін енергоощадження. Енергоощадження в широкому розумінні цього терміна — це зменшення питомих ви- трат енергії та енергоресурсів усіх видів. 1 Енергетична стратегія України на період до 2030 р.: www.mpenergy.gov.ua. Не випадково більшість фахівців вважає енергоощадження та енерго ефективність най - важливішим додатковим енергоресурсом України, не менш важливим, аніж нафта чи газ. Це зумовлено низкою чинників. 1. Вітчизняна система промислових тех- нологій сформована протягом десятиліть за умов, які абсолютно не відповідають ані ви- могам розвитку ринкових відносин, ані реа- ліям сучасної бізнес-діяльності. Це, зокрема: — низькі ціни на природно-сировинні ресурси (особливо на енергетичні); — низькі ціни на основні споживчі това- ри за невисокої оплати праці, що зумовлює низьку питому вагу доданої вартості в ціні більшості видів продукції; — розвинена система бюджетних суб- сидій, що спотворювала міжгалузеві ціно- ві пропорції та штучно здешевлювала одні товари і робила дорожчими інші; — закритий характер соціалістичної еко - номіки, який не передбачав конкуренто- спроможності вітчизняних товарів на зов- нішніх ринках. Ціни на більшість видів енергоресурсів, які імпортує Україна, наближені нині до світового рівня, або й перевищують їх, не- досконалість виробничих технологій зу- мовлює споживання цих ресурсів у вели- ких обсягах. Це збільшує матеріальні ви- трати в базових галузях економіки (чорна металургія, металоємне машинобудуван- ня, хімічна промисловість, виробництво будівельних матеріалів, агропромисло- вий комп лекс то що). Конкурентоспромож- ність їхньої продукції забезпечує здебіль- шого низька оплата праці та застосування «тіньових» схем для мінімізації фіскаль- них витрат, що загрожує стабільності су- спільства і навіть національній безпеці. Свідчення цього — «Концептуальні засади державної політики щодо забезпечення ефективного використання паливно-енер- ге тич них ресурсів (енерго ефективності)», введені в дію рішенням Ради національної Питоме річне споживання електричної енергії в країнах світу та в Україні, кВт год./люд. (за дани- ми МЕА) ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 5 безпеки і оборони України від 30 травня 2008 року, де зазначено: «… в умовах зростання глобальної конку- ренції на паливно-енергетичні ресурси енергоефективність економіки і, відповід- но, зниження витрат енергетичних ресурсів на виробництво продукції є практично єди- ним інструментом отримання конкурент- них переваг України на глобальних ринках та зростання добробуту громадян. Забезпе- чення конкурентоспроможності еко номіки України за рахунок поширених на сьогодні способів, а саме: заниження рівня заробіт- ної плати працівників підприємств, відмо- ва від довгострокових інвестицій на модер- нізацію виробничих потужностей, застосу- вання схем уникнення оподаткування тощо неприйнятне для розвитку держави. Такі підходи не підвищують ефективність вико- ристання паливно-енергетичних ресурсів національної економіки, зумовлюють збе- реження високого рівня енергоємності ва- лового внутрішнього продукту України та обсягів споживання дефіцитних енергоре- сурсів, що є загрозою національній безпеці України в економічній, енергетичній, еко- логічній, соціальній сферах»2. Серед наслідків застосування цих мето- дів — скорочення платоспроможного попи- ту та зменшення питомої ваги доданої вар- тості в ціні виготовленої продукції й розви- ток макроекономічних процесів кейнсіан- ського типу (ціна мало залежить від попиту на виготовлену продукцію, а обсяги її ви- робництва — від ціни). Залежно від жор- сткості ведення монетарної політики еко- номіка розвивається за одним із двох аль- тернативних сценаріїв: а) зростання непла- тежів і посилення спаду виробництва через скорочення кінцевого попиту; б) приско- рення інфляції витрат. Вихід із зазначеної ситуації — це збільшення платоспромож- 2 Рішення Ради національної безпеки і оборони України від 30 травня 2008 року: http://www.rainbow.gov.ua. ності споживачів (передусім населення) за одночасного скорочення витрат виробни- цтва. 2. Не менш небезпечним за тенденцію до зростання виробничих витрат є збільшення залежності економіки України від імпорту окремих видів енергоресурсів. Це стосує- ться перш за все природного газу, спожи- вання якого протягом останнього десяти- ліття зросло більше ніж на 40%. На почат- ку століття ціна на газ для України була меншою за світову. Гуртові ціни на нафту та наф топродукти в цілому відповідали сві- товим ще із середини 90-х рр. ХХ ст., що й сприяло збільшенню споживання природ- ного газу. Для більшості виробництв тепе- рішні технології дозволяють заміняти газ іншими видами пального, щоправда, при цьому зростають матеріальні витрати й екологічне навантаження. Виняток станов- лять окремі підгалузі хімічної промисло- вості (аміачне, карбамідне та азотнотукове виробництво, синтез деяких видів поліме- рів), де газ (метан) використовують як си- ровину для хімічних реакцій, тому він не- замінний. Ураховуючи негативні наслідки збільшення виробничих витрат, зменшення споживання природного газу за умов стабі- лізації економіки доцільно розглядати як одне з найважливіших завдань структурно- технологічних перетворень. 3. Сучасний стан техобладнання біль- шості підприємств базових галузей про- мисловості, особливо невиробничої сфери (наприклад ЖКГ), потребує негайного сут- тєвого скорочення витрат на оновлення. Го- ловне джерело фінансування цих витрат — національний дохід, створений усередині країни, тобто частина доданої вартості виго- товленої продукції. За цих умов збільшення питомої ваги доданої вартості в ціні виго- товленої продукції слід розглядати як одне з найважливіших завдань подолання еко- номічної кризи та відновлення подальшого економічного розвитку. 6 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 Завдання, про які йшлося вище — змен- шення матеріальних витрат, скорочен- ня споживання природного газу, пожвав- лення інвестицій у виробництво, — взає мо- пов’язані, бо необхідною умовою їх роз- в’язання є енергоощадження. Проте кожен пункт має певні відмінності: різні заходи енергоощадження неоднаково впливають на досягнення мети. Наприклад, заміна рід- кого палива природним газом, який купу- вали за низькою ціною, зменшує загальні матеріальні витрати (у грошовому вимірі, у поточних цінах), але стимулює нарощування споживання газу. Закриття хімічних ви- робництв, що належать до найбільших (до того ж безальтернативних) споживачів газу, зменшує потребу в ньому, проте відлунює державі зменшенням валової доданої вар- тості, скороченням зайнятості населення та зменшенням інвестиційних ресурсів, тобто поглиблює кризові явища в економіці. Отже, приймаючи рішення про спосіб енер- гозаощадження, необхідно враховувати всі три зазначені проблеми і прогнозувати ре- зультат їхньої дії. Допомогти з визначенням способу енерго- ощадження може перелік критеріїв, за яки- ми оцінюють рішення з визначення шля- хів реформування ПЕК. При цьому зва- жають на непередбачуваність ситуації, за якої проводять реформування, вплив чис- ленних непрогнозованих зовнішніх (світо- ві ціни на енергоресурси, кон’юнктура сві- тових ринків традиційних продуктів укра- їнського експорту) і внутрішніх (політична ситуація в країні, стан фінансової системи тощо) чинників. Як було доведено, рішення щодо енерго- ощадження та реформування ПЕК багато- критеріальні, враховуючи численні нефор- мальні аспекти, зокрема різні ризики і пев- ну невизначеність. Характеризуючи розв’язання завдань енер гоощадження, згадаймо про наявність серед них прямих і опосередкованих шля- хів. До перших відносять зменшення пито- мих (тобто на одиницю виготовленої про- дукції) витрат енергії та енергоресурсів усіх видів у наявних виробничих техно л о- гіях, упровадження нових технологій із суттєво меншими витратами. При цьому важливе значення має скорочення витрат енергії при її передачі та ефективніше ви- користання наявних енергоресурсів. Пря- мими шляхами енергоощадження вважають застосування альтернативних енергогене- рувальних технологій, нових енергоресур- сів (відходи сільського та лісового госпо- дарства, моторне пальне на основі етанолу, біогаз, синтетичний газ і низькооктановий бензин (газойль), виготовлені з бурого ву- гілля тощо). Упровадження цих заходів по- требує великих інвестицій і часто призво- дить до збільшення матеріальних витрат (принаймні тимчасових). Отже, ці заходи виправдані передусім з огляду на критерій мінімізації витрат імпортованих енергоре- сурсів, зокрема природного газу. Не менший, а часом і більший потенці- ал, ніж прямі, мають опосередковані захо- ди з енергоощадження — зменшення пито- мого споживання найбільш енергоємних видів продукції, заміна внутрішнього ви- робництва такої продукції імпортом тощо. Наприклад, заміна металевих деталей ком- позитними при виготовленні машин і меха- нізмів зменшує потребу машинобудуван- ня в продукції чорної металургії (енергоєм- не виробництво). Якщо виготовлення по- трібної кількості композитних матеріалів не збільшує енергоспоживання, то загальні потреби в енергоресурсах зменшуються че- рез скорочення виробництва металів. Ана- логічний ефект матиме підвищення надій- ності машинобудівної продукції, що скоро- чує потребу запчастин для ремонту і від- повідно загальні енерговитрати — завдяки скороченню виробництва таких частин. Наявна кількість пропозицій опосеред- кованого енергоощадження набагато біль- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 7 ша, ніж прямого. Кожна з них, крім пози- тивного, має негативний ефект. Наприклад, зростання енергоємного виробництва окре- мих видів кольорових металів, які потім використовують при виготовленні компо- зитів, збільшує виробничі витрати через установлення та освоєння нового облад- нання тощо. Для зіставлення позитивних і негативних наслідків зазначених пропози- цій потрібно проводити глибокі різноас- пектні економічні дослідження із застосу- ванням кількісних методів, у тому числі й економіко-математичного моделювання. Такі моделі, разом із згадуваними методами прийняття рішень, є важливим складником інформаційних технологій, над якими пра- цюють Інститут кібернетики та Інститут загальної енергетики НАН України в ме- жах комплексної програми наукових дослі- джень НАН України «Науково-технічні ос- нови вирішення проблем енергозбережен ня» («Енергозбереження»). У таких моделях відображені технологічні та економічні аспекти заходів з енергооща- дження. Ці заходи максимально ефективні при реалізації в комплексі спорідне них ви- робництв, на галузевому / міжгалу зе во му рівнях, що й зумовлює ступінь агрегова- ності моделей. Розглянемо детальніше одну зі створених моделей — визначення шляхів енергоощадження. Зменшення питомого енергоспоживання може забезпечити безінфляційне збільшен- ня частки доданої вартості в ціні продукції, що створює передумови для зростання опла- ти праці та інших доходів кінцевих спожи- вачів. Отже, певний інтерес становить опти- мізаційна модель, що дозволяє знаходити «вузькі місця» в економіці, усунення яких мінімізує негативні «побічні ефекти». Таку модель можна створити на основі рівнянь міжгалузевого балансу зі змінними коефіці- єнтами прямих витрат, які визначають обся- ги питомого споживання різних видів про- дукції за різними технологіями. Модерні- зація виробничих технологій обов’язково змінює зазначені коефіцієнти, тому при ви- значенні способу найкращої модернізації варто оцінити бажані напрямки змін. Наяв- ність кількох цілей, на досягненні яких зо- середжені програми з енергоощадження, зу- мовлює багатокритеріальність моделі. Проведення модельних розрахунків за цих умов пов’язане з необхідністю роз в’я- зання складних задач недиференційованої оптимізації з неопуклими функціями мети та множинами допустимих розв’язків. От- же, застосування локально-пошукових оп- тимізаційних методів для проведення мо- дельних розрахунків не дозволяє відпо- вісти на питання про сумісність системи обмежень моделі. Таку проблему можна роз в’язати за допомогою РЕСТАРТ-тех- но логій, які передбачають багаторазове проведення обчислень із різних початко- вих точок. Зазначені технології відносно легко розпаралелити на багатопроцесор- них об чис люваль них комплексах, які сьо- годні знаходять дедалі ширше застосу- вання. Це, зокрема, кластери СКІТ-2 та СКІТ-3, створені в Інституті кібернетики НАН України. Слід зауважити, що результати розра- хунків, виконаних на основі запропонова- ної оптимізаційної моделі в умовах пере- хідної економіки, не можуть мати дирек- тивного характеру. Вони мають допомогти визначити бажану структуру виробничих технологій, яка б сприяла інтенсифікації соціально-економічного розвитку країни, виявити шляхи перетворення наявної структури, оцінити необхідні для цього ре- сурси тощо. Важливу роль відіграє аналіз зміни в часі коефіцієнтів прямих витрат за декілька останніх років, виявлення тенденцій наближення (або віддалення) їхніх реаль- них значень до/від бажаних, отриманих у результаті розрахунків. З цього погляду одержання серії розв’язків задачі зі значен- нями критеріїв, достатньо близьких до 8 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 оптимальних, більш придатне для подаль- шого застосування, ніж пошук власне оп- тимального рішення. Модель містить низку неоднозначних па- раметрів. Тому доцільно провести діалого- ві розрахунки для різних значень цих пара- метрів. При цьому важливо, щоб проміжок часу між початком і завершенням чергової серії розрахунків, тобто між формуванням варіанта задачі з певними значеннями її па- раметрів і отриманням серії її розв’язків, не перевищував 3-5 хвилин. Для задач реаль- ної розмірності при застосуванні однопро- цесорних комп’ютерів вкластися в ці часо- ві обмеження вдається не завжди. Проте, використовуючи багатопроцесорні систе- ми, зокрема вже названі кластери, досягти цього відносно просто, адже час, потрібний для здійснення всієї сукупності обчислень за допомогою РЕСТАРТ-технологій, після розпаралелювання обчислювальної проце- дури дорівнюватиме часу одноразової ре- алізації обчислювального алгоритму для розв’язання однієї задачі. Цей підхід реа- лізовано в спеціалізованій комп’ютерній системі. З використанням зазначеної системи були проведені модельні розрахунки на реальних даних. Результати моделювання дали можливість визначити ті види вироб- ничих витрат, скорочення яких може най- більше вплинути на загальне споживання енергії за зростання внаслідок енергооща- дження обсягів пропозиції товарів кінце- вого споживання та попиту на них. Розра- хунки здійснено за даними міжгалузевих балансів за останні роки (кількість урахо- ваних галузей — 38), але для порівняння аналогічні обчислення виконували також для балансів середини 90-х років XX сто- ліття (кількість урахованих галузей — 18). Коефіцієнти прямих витрат, які відпо- відно до результатів розрахунків за даними балансів останніх років доцільно зменши- ти, стосуються здебільшого витрат енерге- тичних ресурсів та конструкційних матері- алів у базових галузях економіки України. Зокрема, доцільно скоротити на 47–50% питомі витрати вугілля, вуглеводнів (пере- дусім природного газу), продукції коксохі- мії та електроенергетики в металургії (цьо- го можна досягти, наприклад, збільшивши питому вагу металу, виплавленого з мета- лобрухту, та застосувавши сучасні електро- металургійні технології). Питомі витрати вуглеводнів та електроенергії в машинобу- дуванні можуть бути зменшені на 45–48%, а в хімічному виробництві — на 43–46%. На 49% слід зменшити питомі витрати вуг- леводневої сировини в нафтопереробній промисловості та на 50% — питомі витра- ти вугілля при виробництві коксу. Питомі витрати вугілля, вуглеводнів (здебільшого природного газу) та продукції коксохіміч- ної промисловості при виробництві елек- троенергії доцільно зменшити на 46–48%. На 49–50% необхідно зменшити питомі ви- трати продукції нафтопереробної промис- ловості в сільському господарстві, будівни- цтві та на транспорті. Важливе значення для енергоощадження має також скорочення витрат конструкцій- них матеріалів, виробництво яких є енерго- ємним. Зокрема, на 48–50% слід скоротити витрати металургійної продукції для ма- шинобудування (це можна зробити, скажі- мо, зменшивши питому вагу застарілих технологій оброблення металів методом рі- зання), видобування вугілля, будівництва. Рекомендовано скоротити питомі витрати продукції видобувної промисловості (не- енергетичні матеріали: залізна та марганце- ва руди, флюси, вогнетривкі глини, буді- вельне каміння, пісок) в чорній металургії та в будівництві, що також становить 48– 49%. Розрахунки показали завищеність ви- трат на власні потреби продукції базових галузей. Такі витрати слід скоротити на 45–47% у металургії, машинобудуванні, на- ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 9 фтопереробній та хімічній промисловості, на 36–38% — у коксохімічній та в харчовій промисловості. Для низки галузей доціль- но зменшити питомі витрати машинобудів- ної продукції. Це — сільське господарство (рекомендоване скорочення на 49%), видо- бування вугілля (скорочення на 48%), елек- троенергетика (скорочення на 46%). Порів- няно з результатами розрахунків за 18-га- лузевим балансом істотно зменшилася кількість рекомендованих для скорочення позицій, пов’язаних із супутніми витрата- ми. Транспортні витрати залишаю ться над- мірними в будівництві (рекомендоване зменшення на 48%), на 46–49% доцільно зменшити питомі (на одиницю виготовле- ної продукції) послуги фінансових посе- редників та інших юридичних осіб у маши- нобудуванні, на 18% — послуги з газо- постачання в житлово-комунальному гос- подарстві. Свідченням певних позитивних зрушень за останнє десятиліття стало іс- тотне зменшення деяких коефіцієнтів пря- мих витрат, значення яких були «критич- ними» з огляду на результати розрахунків за 18-галузевою моделлю. Це, зокрема, ви- трати власної продукції у вуглевидобувній промисловості, які за цей період скороти- лися більше ніж на 30%. Щоправда, змен- шення цього коефіцієнта й надалі залиша- ється бажаним (рекомендоване скорочення становить 24%). Водночас рекомендації щодо зменшення питомих витрат енергоре- сурсів та конструкційних матеріалів залиши- лися майже незмінними як для 18-галузевої, так і для 38-галузевої моделі. Це свідчить про те, що реальних зрушень у питаннях енергоощадження шляхом технологічного оновлення виробництва в Україні за цей час, на жаль, не відбулося. Скорочення матеріальних витрат дасть змогу збільшити частку заробітної плати в ціні продукції більшості галузей із 3–7% до 15–25%. При цьому рекомендоване збіль- шення буде неоднаковим для різних галу- зей: від 10–17% у сільському господарстві, легкій та харчовій промисловості, машино- будуванні; до 3–4% у хімічній, нафтохіміч- ній, лісовій та деревообробній промисло- вості. Варіанти рішень, одержані за допомогою РЕСТАРТ-технологій, неістотно різняться за своєю структурою. Компоненти ж рі- шень, які значно відрізняються між собою, стосуються відносно малозначущих галу- зей. Рекомендації щодо скорочення коефі- цієнтів прямих витрат у таких галузях, як металургія, машинобудування, хімічне та коксохімічне виробництво, нафтоперероб- лення, електроенергетика, харчова промис- ловість і транспорт, збігаються для всіх ва- ріантів. Реалізація запропонованих змін потре- бує капіталовкладень у розмірі близько 45 млрд дол. США. Враховуючи лише без- посередній ефект цих змін, який полягати- ме в збільшенні кінцевих доходів спожива- чів на 59,1 млрд дол. США, ефективність цих капіталовкладень перевищуватиме 30%, тобто є достатньо високою. Крім того, лише через зменшення питомих витрат природ- ного газу в промисловості та витрат енер- гоємної продукції можна досягти його що- річної економії в обсязі 14,3 млрд м3. Змен- шення потреб в енергоємній продукції та- кож забезпечить щорічну економію близько 7,8 млн тонн вугілля та 5,5 млн тонн про- дукції чорної металургії. При цьому потен- ційний ВВП країни зросте на 25–30%. Отже, енергоощадження та струк тур но-тех но ло гіч- ні перетворення мають стати істотним чин- ником подолання економічної кризи. Врахо- вуючи актуальність енерго ощадження за умов, що склалися в Україні, вважаємо, що результати виконаних розрахунків доціль- но враховувати владним інституціям при формуванні бюджетної (визначення пріо- ритетів державного інвестування), промис- лової та загальноекономічної політики дер- жави. Слід зазначити, що моделювальна 10 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 система, створена фа хів ця ми-кібер не ти ка ми, є відкритою. У ній можна враховувати по- яву нових цілей та зміну пріоритетів між уже окресленими, нові обмеження й ін- струменти досягнення цілей; до складу системи можуть бути включені нові розра- хункові та аналітичні процедури. Одна з модифікацій моделі призначена для відбо- ру інноваційних проектів. Нині розроблено велику кількість інно- вацій, суто технологічних та організа- ційних, спрямованих на зменшення пито- мих витрат енергії та скорочення енергоєм- них виробництв у різних галузях економіки. Кожна з таких інновацій ха рактеризується оцінками змін виробничих витрат, зокрема витрат енергоресурсів, та можливим при- ростом кінцевих доходів виробників уна- слідок її реалізації. Обґрунтування інно- вації має включати оцінювання потреб в інвестиціях, фінансових, матеріальних та інших ресурсах з метою її реалізації. Об- меженість ресурсів не дає змоги втілити в життя всі запропоновані інновації, отже, постає складне та багатоаспектне завдання їх відбору, яке не може бути повністю фор- малізоване. Проте застосування математич- них моделей та чисельних алгоритмів для розрахунків за ними є дієвим засобом під- тримки прийняття рішень із зазначених питань. Ураховуючи сказане, створену раніше мо- дель визначення шляхів енергоощадження було модифіковано для оцінювання проек- тів, спрямованих на досягнення таких ці- лей, як збільшення рівня кінцевого спо- живання, зменшення витрат дефіцитних енергоресурсів, поліпшення технологіч- ної структури виробництва, стимулюван- ня науково-технічного прогресу. При цьо- му враховують обмеженість інвестиційних ресурсів, а також різноманітні технологіч- ні, екологічні та інші обмеження. Тут та- кож необхідно розв’язати достатньо склад- ну оптимізаційну задачу, подібну за своєю структурою до тієї, про яку йшлося вище, але не з неперервними, а з дискретними змінними. Це зумовлює особливості розро- блення обчислювальних алгоритмів, осно- ву яких становлять методи вектора спаду, імітації відпалу і табу, а також застосуван- ня багатопроцесорної обчислювальної тех- ніки. Подібно до задачі пошуку шляхів струк- турно-технологічних змін тут також важ- ливо провести розрахунки в діалоговому режимі для врахування неструктурованих аспектів прийняття рішень, проте предмет діалогу між моделювальною системою та особами, що приймають рішення, дещо ін- ший. Зокрема, можливе прийняття окре- мих проектів із неформальних міркувань та розбиття множини всіх проектів на кілька підмножин різної пріоритетності, яку також установлюють неформально. При цьому проекти вибирають спочатку з підмножини з вищою пріоритетністю, а потім, у межах ресурсів, — із підмножини нижчої пріоритетності. З цього приводу інтерес становить розроблення процедури роз в’я зання задачі передусім на основі ме- тодів локального пошуку. Ітеративний ха- рактер цих методів створює можливості для реалізації такого підходу. Значний об- сяг обчислень, необхідний для розв’язання задачі відбору проектів за цією схемою, створює певні труднощі для реалізації ді- алогових процедур. Проміжки часу між послідовними зверненнями до особи, що приймає рішення, у ході реалізації діало- гової процедури можна суттєво скороти- ти, застосувавши вже згадану багатопро- цесорну обчислювальну техніку. Алгорит- ми локального пошуку, як детерміновані (метод вектора спаду), так і стохастичні (імітація відпалу, граничний рівноважний пошук), перед бачають відносно просте та ефективне за своїми наслідками розпара- лелювання. На відміну від розрахунків ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 11 для планування структурно-технологічних змін, таке розпаралелювання здійснюва- тиметься не за вхідними даними, а безпо- середньо в обчислювальній схемі алгорит- му. Це стосується перш за все аналізу окремих підмножин одиничного околу по- точного наближення до оптимального розв’язку на окремих процесорах. Коор- динаційний процесор порівнює найкращі варіанти змін, знайдені на процесорах, які працюють незалежно один від одного, а потім остаточно обирає наступне набли- ження. Для проведення розрахунків за моделя- ми відбору проектів у Інституті кібернети- ки НАН України було створено програмну систему, сумісну із системою пошуку шля- хів структурно-технологічних змін за ви- могами до вхідних даних та за принципами побудови інтерфейсу користувача. На основі цієї системи було проведе- но чисельні експерименти на даних між- галузевих балансів останніх років. За від- сутності інформації щодо значної кількос- ті реальних проектів із енергоощадження для тестових розрахунків було створено умовні проекти, які передбачали випад- кові зміни (як позитивні, так і негативні) окремих коефіцієнтів прямих витрат про- дукції в базових галузях та інших показ- ників, що характеризують проект. Загалом таких умовних проектів було 200. Крім них, у ході розрахунків розглядали й дея- кі реальні пропозиції з енергоощадження, для яких удалося одержати точні або на- ближені оцінки тих параметрів, що вико- ристовують при моделюванні. Кількість реальних проектів дорівнювала 10. Серед них, зокрема, були: — виготовлення металу шляхом пере- роблення металобрухту в електропечах з наступним електрошлаковим переплав- ленням та застосуванням технологій непе- рервного розливу металу; реалізація цьо- го проекту дозволить істотно (на 30–35%) знизити питомі витрати коксу, вугілля, природного газу та продукції видобувної промисловості (неенергетичні матеріали: металеві руди, флюси) у металургії; пито- мі витрати електроенергії та продукції ма- шинобудування при цьому дещо зростуть (у межах 10%); — виготовлення рідкого палива та синтез-газу з бурого вугілля; реалізація цього проекту приведе до зменшення при- близно на 25–30% питомих витрат вугле- воднів у паливній промисловості; питомі витрати вугілля в цій галузі збільшаться в межах 28–34%; — збільшення питомої ваги високотехно- логічної продукції в машинобудуванні че- рез розширення виробничої кооперації з провідними виробниками в цій сфері; реа- лізація цього проекту зменшить на 20–25% питомі витрати металургійної продукції в машинобудуванні; — упровадження нових технологій з ефективнішим використанням пального в тепловій енергетиці (парогазотурбінний цикл, технології спалення бурого вугілля без підсвічування газом, когенерація, ви- користання альтернативних видів палива тощо); реалізація цього проекту дасть змо- гу зменшити питомі витрати вугілля (на 20–25%) та газу (на 35–40%) в енергетиці; витрати продукції машинобудування в за- значеній галузі збільшаться на 10–15%; — упровадження в сільському господар- стві біологічних технологій захисту рос- лин та підвищення їхньої врожайності; ре- алізація цього проекту дозволить скороти- ти на 30–35% питомі витрати енергоємної продукції хімічної промисловості в рос- линництві, при цьому також скоротяться в меншому обсязі витрати паливно-мас- тильних матеріалів; — заміна ламп розжарювання галогенни- ми та люмінесцентними лампами й запро- вадження системи індивідуального обліку послуг із газо-, водо- та теплопостачання; 12 ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 реалізація цих проектів дасть можливість зменшити питомі витрати вугілля, газу та нафтопродуктів у житлово-комунальному господарстві; витрати продукції машинобу- дування (приладобудування та електротех- нічної промисловості) у зазначеній галузі при цьому зростуть. Крім 10 реальних проектів із енергооща- дження, до переліку розглядуваних проек- тів було включено 4 «неприйнятні». Оцін- ки можливостей збільшення доданої вартос- ті для двох із них не відповідали реальним обсягам скорочення матеріальних витрат, за одним із цих проектів зростали загальні ви- трати, а другий передбачав фактичне збіль- шення енергоємності виробництва. Усі проекти перед початком розрахунків мали однакову пріоритетність, для того щоб штучно знизити інтерес до реальних проек- тів, потребу в інвестиціях для умовних про- ектів було встановлено на рівні 50% від се- реднього значення цього показника. За ре- зультатами проведених розрахунків моде- лювальна система з 214 проектів «відібрала» всі 10 реальних та 20 умовних проектів із 200. Усі 4 «неприйнятні» проекти відхилено. При зменшенні інвестиційних ресурсів, ви- ділених на реалізацію проектів, було відхи- лено частину з раніше прийнятих умовних проектів, а реальні проекти зберігалися. Це наочно демонструє селективну здатність за- пропонованої моделювальної системи, яку можна було б використовувати для підтрим- ки прийняття управлінських рішень при формуванні державної політики з питань енергоощадження. Розглянуті приклади не вичерпують усіх розроблень, виконаних Ін- ститутом кібернетики під час вищезгаданих досліджень. Увагу також приділено моделю- ванню впливу зовнішньоекономічних чин- ників, створенню засобів моніторингу вико- нання рішень із енергоощадження тощо. Варто звернути увагу ще й на такий аспект, як взаємозв’язок енергоощадження з покра- щенням стану довкілля. Слід зазначити, що реалізація заходів з енергоощадження може не лише зменшити обсяги споживання енергетичних ресурсів, але й мати позитивний екологічний вплив, принаймні на короткостроковий період. Щоправда, тут можуть виникнути певні, передусім методологічні, проблеми. Реалізація заходів з енергоощадження зазвичай поліпшує стан довкілля, оскіль- ки зменшення споживання енергії супро- воджується зменшенням її виробництва, а отже, і скороченням шкідливих викидів, пов’язаних із таким виробництвом. З ін- шого боку, впровадження нових, більш економних за теперішньої системи та за наявної фіскальної політики, технологій виробництва, передачі й використання енергії, цін може супроводжуватися непе- редбачуваним впливом на довкілля, осо- бливо в довгостроковій перспективі. На наш погляд, тут доцільно провести анало- гію з ядерною енергетикою, адже на по- чатку її впровадження багато фахівців убачало в розвитку цієї технології шлях не лише до економії коштів на придбання органічного пального, але й до зменшення негативного екологічного впливу. Усві- домлення проблем, які виникають при зберіганні та захороненні радіоактивних відходів, впливу можливих масштабних катастроф та наслідків опромінення насе- лення малими дозами радіації прийшло значно пізніше. Отже, оцінюючи всі ас- пекти екологічного впливу реалізації про- ектів з енергоощадження, маємо справу з типовими задачами прийняття рішень за умов ризику та невизначеності. При цьо- му можливості застосування як детермі- ністських, так і суто імовірнісних підходів обмежені дією низки чинників — наявніс- тю малоймовірних, але дуже значущих за своїми наслідками подій, неповторюваніс- тю ситуацій, неоднорідністю ста тистичних вибірок, впливом різних типів невизначе- ності тощо. ISSN 0372-6436. Вісн. НАН України, 2009, № 9 13 * * * Результатом досліджень, проведених на- уковцями Національної академії наук у форматі програми «Енергозбереження», стали інформаційна технологія підтримки прийняття рішень з питань енергооща- дження та відповідні рекомендації, виро- блені за її допомогою. Ця технологія може бути впроваджена в Національному агент- стві з питань забезпечення ефективного ви- користання енергетичних ресурсів або в ін- ших органах державного управління, які формують енергетичну політику. Запропо- новані заходи дадуть можливість забезпе- чити розв’язання першорядних завдань з енергоощадження, визначених Національ- ною енергетичною стратегією. Проте і ця технологія, і рекомендації будуть ефектив- ними лише в разі їх системного застосуван- ня. Технологічні перетворення мають су- проводжуватися структурними перетво- рен нями в усіх сферах економіки та сус- пільства й спиратися на них. Реформу фіскальної системи необхідно провести для того, щоб більша частина додаткового до- ходу, одержаного внаслідок енергооща- дження, залишалася у виробника, а суб’- єктивні податкові преференції перестали б бути найдоступнішим засобом одержання надприбутків. Антимонопольне регулюван- ня має запобігати спробам несумлінних ви- робників перекласти наслідки подорожчан- ня енергоресурсів на споживачів їхньої продукції. Необхідно подолати «тіньову» економіку та корупцію, які можуть погли- нути додаткові прибутки, одержані після реалізації технологічних змін, та звести на- нівець зацікавленість суспільства в таких змінах. Фінансова система має забезпечити концентрацію ресурсів для проведення структурних перетворень. Таким чином, енергоощадження може стати каталізато- ром конче потрібних країні структурних реформ і має спиратися на них, але для цього потрібна політична воля та розумін- ня безальтернативності підвищення ефек- тивності економіки як шляху виходу з еко- номічної кризи. М.В. Михалевич, І.В. Сергієнко, Б.С. Стогній КОМП’ЮТЕРНІ ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРОБЛЕМИ ЕНЕРГООЩАДЖЕННЯ Р е з ю м е Одним із чинників, що перешкоджають швидкому подоланню в Україні наслідків глобальної економіч- ної кризи, є надзвичайно висока енергоємність віт- чизняної економіки. Для зменшення питомих витрат енергетичних ресурсів необхідно розробити та реалі- зувати низку заходів, радикально змінивши промис- лову, фіскальну, зовнішньоекономічну, кре дитно-бан- ків ську та цінову політику держави. Розроблення зазначених заходів є складним та багатоаспектним завданням, що зумовлює широке застосування для цього сучасних комп’ютерних технологій. У статті на ведено приклади таких технології, створених за участю авторів, а також рекомендації із енергооща- дження, вироблені із застосуванням цих технологій. Ключові слова: енергоємність, міжгалузевий баланс, оптимізаційні моделі, багатопроцесорні системи. M. Mykhalevych, I. Sergiyenko, B. Stogniy COMPUTER TECHNOLOGIES AND POWER SAVING PROBLEMS S u m m a r y One of the factors preventing rapid overcoming of global economic crisis consequences in Ukraine is extremely high power consumption of domestic economy. Reduc- tion of power resources intensity of use requires develop- ment and implementation of a number of actions aimed at radical change of commercial, fiscal. foreign economic, credit and banking and price policy of the state. Deve- lopment of such actions is difficult and multi-aspect task that requires wide application of modern computer tech- nologies. The article presents the examples of such tech- nologies developed with participation of the authors as well as recommendations regarding energy saving elabo- rated with such technologies application. Keywords: power consumption, interbranch balance, optimization models, multiprocessor systems.

Комп’ютерні технології та проблеми енергоощадження

Репозитарії

Схожі ресурси