Учёные разработали математическую модель международной торговли электроэнергией

16.12.21 05:16

Исследователи из Сколтеха и других научных центров предложили математическую модель международной торговли электроэнергией, которая прогнозирует оптимальные пути расширения сети линий трансграничной электропередачи.

Использованный в исследовании подход придаёт большое значение стабильности отношений между контрагентами и объясняет с этой точки зрения, почему торговля не идёт в некоторых регионах, где чисто экономически представляется оправданной, и какие в этих случаях есть альтернативные варианты сотрудничества. Работа опубликована в журнале IEEE Transactions on Power Systems.

Торговля электроэнергией между странами может быть взаимовыгодной по ряду причин. Пожалуй, самая очевидная — географическое положение государства-соседа может делать производство энергии на его территории настолько дешевле, что с экономической точки зрения бессмысленно генерировать эту энергию у себя, если можно купить намного дешевле. Другой распространённый случай — производство электроэнергии «вхолостую» на промежутке суточного цикла, когда спрос невелик и производитель заинтересован найти внешнего потребителя для этой избыточной энергии.

Для поиска оптимальных вариантов наращивания трансграничной торговли электроэнергией исследователи используют математические модели, которые стремятся уравновесить экономические интересы стран-партнёров и предлагают (рис. 1) оптимальные пути проведения ЛЭП и их пропускную способность.

Рисунок 1. План торговли электроэнергией между странами Северо-Восточной Азии — оптимальный сценарий с точки зрения традиционной модели. Размер стрелок соответствует пропускной способности канала. Источник: Павел Одинев/Сколтех

Однако у традиционных моделей такого рода есть недостаток: они строят план исключительно на основании анализа экономической целесообразности проекта. За скобками остаётся вопрос о том, будет ли этот проект достаточно устойчив, чтобы просуществовать десятилетия и действительно реализовать свой экономический потенциал. Для этого нужно прогнозировать и учитывать в модели вероятность отказа от сотрудничества каждого из партнёров, и предложенное в IEEE TPS решение делает именно это (рис. 2).

Рисунок 2. План торговли электроэнергией между странами Северо-Восточной Азии — оптимальный сценарий с точки зрения новой модели, которая делает поправку на индивидуальную склонность участников прервать сотрудничество. Заметное отличие от плана классической модели выше — значительно более низкая пропускная способность канала на участке (1) — (2) — (4). Источник: Павел Одинев/Сколтех

Если говорить только о рентабельности проекта, то предлагаемый традиционной моделью план более эффективен: ожидается, что он сэкономит участникам 7 млрд долларов в год на протяжении двух десятилетий, что на 6% превышает экономию по плану новой модели. Однако последняя ориентирована на долгосрочную устойчивость проекта, и авторы исследования считают, что преимущество в стабильности перекрывает незначительное отставание по части прямого экономического эффекта.

Новаторский подход к планированию международной торговли электроэнергией основан на синтезе экономики, кооперативной теории игр и исследования операций. Предложенная модель трансграничной передачи энергии за счёт использования двухуровневой оптимизации впервые учитывает стабильность проектов объединения энергосистем стран-участниц и склонность каждой из них покинуть коалицию.

«Одно из слабых мест стандартного подхода — это присвоение несправедливо малого значения интересам транзитных стран. То есть в ситуации с тремя странами интересы двух основных игроков — импортёра и экспортёра — могут быть уравновешены, но располагающаяся между ними транзитная страна окажется в положении младшего, второстепенного партнёра и с большей вероятностью заблокирует проект. Наша модель справедливее учитывает интересы таких стран», — пояснил соавтор работы, Дэвид Позо из Сколтеха.

«Кроме того, разрабатываемый нами инструмент может предсказывать вред от одностороннего выхода из проекта той или иной страны — это своего рода полезный побочный продукт модели, который может помочь сторонам договора заранее сформулировать справедливые штрафные санкции на случай такой ситуации», — добавил учёный.

Исследование опубликовано коллективом авторов из Сколковского института науки и технологий, Института проблем управления имени В. А. Трапезникова РАН, Ньюкаслского университета, Манчестерского университета и Папского католического университета Чили.