Artykuł ukazał się w Górnictwie Odkrywkowym Nr1/2004 dr inż. Leszek Jurdziak

Transkrypt

1 dr inż. Leszek Jurdziak Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, O potrzebie szczegółowego sterowania jakością węgla brunatnego na zliberalizowanym rynku energii propozycja utworzenia modelu bilateralnego monopolu: kopalnia -elektrownia Do niedawna projektując nową kopalnię rozważano zaledwie kilka wariantów jej rozwoju i zakładano wybieranie złoża z jak najmniejszymi stratami. Obecnie w dobie komputerów i dostępności algorytmów optymalizacyjnych oraz konieczności poddania eksploatacji surowców zasadom rynkowym można w przypadku kopalń odkrywkowych do każdego poziomu cen surowca znaleźć optymalne wyrobisko docelowe maksymalizujące wartość niezdyskontowanych przepływów pieniężnych (wg algorytmu Lerchs a-grossmann a opartego na teorii grafów [10]) oraz optymalny harmonogram rozwoju kopalni maksymalizujący jej wartość NPV lub zapewniający spełnienie wymagań jakościowych, przy wykorzystaniu algorytmów programowania dynamicznego (np. algorytm prof. Tołwińskiego z USA wykorzystywany w programie NPVScheduler [26, 27]). Oznacza to, że ustalona cena surowca ma decydujący wpływ nie tylko na ilość surowca, ale również na rozkład w czasie strumienia eksploatowanej kopaliny (jej ilości i jakości) [4]. Różnice w wartości kopalni zaprojektowanej przy tradycyjnych kryteriach oraz kryteriach ekonomicznych mogą sięgać nawet kilkudziesięciu procent, przy niewielkiej zmianie ilości wydobywanego węgla. Przeprowadzone wstępne analizy dla złoża Szczerców wskazują, że rezygnacja z ok.10% węgla może prowadzić do wzrostu niezdyskontowanej wartości kopalni nawet o 50% lub przy zachowaniu tej samej ilość węgla można zwiększyć wartość kopalni o 24% [25]. Brak uwzględnienia tych współczesnych możliwości analiz numerycznych, zarówno przy projektowaniu nowych wyrobisk jak i modyfikacji istniejących kopalń, może więc prowadzić do nieoptymalnych decyzji i w konsekwencji do: żądania przez kopalnie wyższych cen za węgiel, by pokryć koszty zdejmowania większej ilości nadkładu niż potrzeba w przypadku wyrobisk optymalnych ekonomicznie (w układzie dwóch niezależnych organizmów gospodarczych) lub wzrostu kosztów przez realizację nieoptymalnych projektów (w przypadku połączenia elektrowni i kopalni w jeden organizm integracja pionowa). Energetyka oparta na węglu brunatnym i górnictwo węgla brunatnego w Polsce są dochodowymi gałęziami przemysłu, a energia wytwarzana w elektrowniach opalanych węglem brunatnym należy do najtańszych. W związku z tym planowana jest rozbudowa istniejących kopalń poprzez uruchamianie nowych wyrobisk odkrywkowych (pole Szczerców w KWB Bełchatów, nowe wyrobiska w KWB Konin i KWB Adamów, dyskusja o nowej elektrowni i kopalni na złożu Legnica ). Rozważane są też plany integracji pionowej kopań z elektrowniami oraz łączenia ich we wspólnych kompleksach energetycznych np. BOT, co stwarza konieczność uwzględnienia wpływu rynku energii (m.in. cen i popytu, pozycji na rynku) na sposób ich funkcjonowania w tym m.in. na kształt i wielkość wyrobisk kopalni oraz ich rozwój, a w konsekwencji na zyski całego układu. W niedalekiej przyszłości, po uwolnieniu cen energii i otwarciu naszego rynku na konkurencję zagraniczną, elektrownie na węgiel brunatny może czekać zaostrzona konkurencja cenowa. Przetrwanie na rynku i osiągnięcie sukcesu może okazać się niemożliwe bez sięgnięcia po metody optymalizacyjne. Dzięki nim i aktywnemu sterowaniu jakością węgla możliwe stanie się obniżenie kosztów, które dzisiaj stanowią nawet 60% kosztów wytwarzania energii elektrycznej z tego paliwa. W warunkach liberalizacji rynku energii i planów zmian w tej branży istnieje pilna potrzeba zbadania i modelowania wpływu ceny węgla i jego jakości na opłacalność układu bilateralnego monopolu kopalniaelektrownia. Konieczne jest też zbadanie wpływu zmienności cen energii i wahań popytu na ryzyko i opłacalność tego układu 1. Aktualnie takiego wpływu przy projektowaniu nowych wyrobisk i dalszego ich rozwoju zupełnie się nie uwzględnia. Możliwość uzyskania znacznych oszczędności w tym zakresie np. poprzez optymalizację ekonomiczną kształtu wyrobisk może zdecydowanie wpływać na strategię działania elektrowni 1 Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej wystąpił do Ministerstwa Nauki z wnioskiem o grant badawczy Modelowanie wpływu ceny i jakości węgla brunatnego na opłacalność bilateralnego monopolu: elektrownia-kopalnia, by opracować model funkcjonowania tego układu zarówno w postaci dwóch osobnych organizmów gospodarczych jak i zintegrowanego pionowo kompleksu energetycznego.

2 na węgiel brunatny na rynku energii i dalsze ich plany rozwojowe. Połączenie kopalni węgla brunatnego z elektrownią przede wszystkim stwarza możliwość kontroli całego łańcucha tworzenia wartości od złoża węgla po energię elektryczną trafiającą na wolny rynek. Może to stanowić podstawę uzyskania wiodącej pozycji w zakresie kosztów na rynku energii w kraju i UE poprzez wykorzystanie synergii z połączenia obu organizmów i możliwości lepszego zaspokojeniu potrzeb uwolnionego rynku energii. Rynek energii w UE nie jest już regulowany lokalnie i nie funkcjonuje na nim już stała cena. Energia jest sprzedawana tak jak każde inne dobro. Podaż i popyt decydują o cenie, która zmienia się znacząco pomiędzy latem, a zimą, dniami pracy, a świętami, a nawet pomiędzy dniem, a nocą. Aktywność w elektrowni powinna dopasować się do rynku, a działania kopalni do potrzeb elektrowni tak by zapewnić wszystkim z osobna lub całemu układowi atrakcyjne zyski. Wymaga to wspólnego działania elektrowni i kopalni oraz zintegrowanego planowania i kontroli całego łańcucha tworzenia wartości od planu na całe życie kopalni (Life of Mine Plan - LOM) po codzienne sterowanie jakością węgla trafiającego do kotłów w elektrowni. Zadanie to może ułatwić zbudowanie modelu bilateralnego monopolu: kopalnia elektrownia, analiza jego funkcjonowania i opracowanie szeregu planów działania dla różnych horyzontów czasowych. Dotychczasowa zastosowania algorytmów optymalizacji w górnictwie węgla brunatnego Algorytmy optymalizacji wyrobiska docelowego kopalni odkrywkowej w oparciu o kryterium maksymalizacji wartości kopalni (algorytm Lerchs a-grossmann a - LG) są znane od lat 60-tych [10, 28]. Ich powszechne wykorzystanie stało się możliwe z chwilą wprowadzeniem komputerów PC i trójwymiarowego modelowania złoża i wyrobisk kopalnianych, dostępnego w specjalistycznych pakietach oprogramowania geologiczno-górniczego (m.in. DATAMINE) oraz w zaawansowanych trójwymiarowych programach CAD przeznaczonych dla modelowania brył i powierzchni. Ostatnio w związku z rozwojem nowych metod optymalizacji prowadzących do tworzenia optymalnych harmonogramów wydobycia (NPVScheduler, Four-X z algorytmem MILAWA i środowiskiem PROTEUS) wraz z generowaniem stanów pośrednich poprzez maksymalizację wartości bieżącej netto (NPV) i sterowania jakością urobku metody te wkraczają do górnictwa wymagającego nie tylko czysto ekonomicznego podejścia, lecz również zwracającego baczną uwagę na jakość surowca: cementownie, górnictwo rud żelaza, kopalnie węgla brunatnego i kamiennego. Zastosowanie metod optymalizacji w górnictwie węgla brunatnego nie jest tak powszechne na świecie jak np. w przypadku kopalń rud metali nieżelaznych. Metody optymalizacji ekonomicznej korzystające z algorytmu L-G były jednak z powodzeniem stosowane m.in. w Grecji [18, 19] i Indiach [20]. Oprogramowanie DATAMINE jest również wykorzystywane w firmie projektowej Rheinbraun Engineering opracowującej projekty na rzecz górnictwa węgla brunatnego w Niemczech i w firmie Public Power Corporation z Grecji [16, 17, 21] oraz wielu kopalniach odkrywkowych węgla na całym świecie. Prace studialne zrealizowano również w Polsce [4, 5, 23-25] i są kontynuowane nadal pod kątem ich integracji z systemem transportu taśmowego 2. Do tej pory programów optymalizacyjnych nie zastosowano jednak w Polsce w praktyce projektowej. Żadna z firm projektowych opracowująca projekty na rzecz polskich kopalń węgla brunatnego nie korzysta i nie korzystała z górniczych programów optymalizacyjnych, choć posiadają już oprogramowanie geologicznogórnicze do modelowania złóż i projektowania (np. Poltegor Projekt Sp z o.o. posiada oprogramowanie DATAMINE). Aby móc w pełni wykorzystać możliwości tych stosunkowo nowych narzędzi optymalizacyjnych w warunkach liberalizacji rynku energii konieczne jest ich zastosowanie do określenia wpływu ceny węgla na ilość i jakość węgla oraz dopasowanie ich do wymagań rynku energetycznego. Rozwiązanie tego zagadnienia powinno doprowadzić do stworzenia uogólnionego modelu: kopalnia odkrywkowa węgla brunatnego - elektrownia, w którym optymalizacja wyrobiska docelowego i stanów pośrednich kopalni jest skoordynowana z kosztami elektrowni i wymogami rynku energii w Polsce. Jest to naturalny kierunek rozwoju obszaru zastosowań metod trójwymiarowego modelowania i optymalizacji kopalń odkrywkowych węgla brunatnego w warunkach liberalizacji rynku energii na świecie. 2 Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej aktualnie realizuje grant badawczy z Ministerstwa Nauki Aktualnie Nr 0882/T12/2002/23 w zespole T12 poświęcony integracji nowoczesnych metod projektowania i optymalizacji kopalń odkrywkowych węgla brunatnego ze stosowanym w nich systemem transportu ciągłego przy użyciu przenośników taśmowych.

3 Założenia i ograniczenia modelu bilateralnego monopolu: kopalnia elektrownia Model bilateralnego monopolu: elektrownia kopalnia węgla brunatnego działającego na rynku energetycznym w Polsce powinien uwzględniać wpływ ceny bazowej węgla brunatnego oraz jakości węgla na łączne zyski tego układu i ich podział przy traktowaniu elektrowni i kopalni zarówno jako wspólnego, zintegrowanego pionowo organizmu jak i dwóch odrębnych podmiotów. Założonego celu nie można jednak osiągnąć wyłącznie posługując się zasadami mikroekonomii i teorii gier, klasycznie stosowanymi przy analizie tego typu układów. Sytuacja bilateralnego monopolu, czyli układu, w którym jedyny sprzedawca oferuje półprodukt jedynemu odbiorcy, który po jego przetworzeniu odsprzedaje go na wolnym rynku była już bowiem przedmiotem analiz ekonomicznych, gdyż występuje w realnym świecie np. w sytuacji wyspecjalizowanego producenta podzespołów dostarczającego części pobliskiej fabryce samochodów. W najprostszym modelu [22] najczęściej zakłada się, że cena półproduktu nie ma wpływu na wielkość łącznego zysku. W pierwszym etapie procedury optymalizacyjnej ustala się więc wspólnie wielkość produkcji dobra finalnego (lub jego cenę związaną z ilością funkcją popytu), a dopiero później negocjuje cenę półproduktu, co ma wpływ na podział zysku pomiędzy obie związane ze sobą firmy. W przypadku dostarczaniu surowców do dalszego ich przetworzenia (sprzedaż węgla elektrowniom, wapienia i margla cementowniom, czy koncentratów rud metalicznych hutom) sytuacja jest jednak znacznie bardziej skomplikowana. Pojawiają się bowiem dodatkowe ograniczenia znacznie utrudniające analizę. 1. Z uwagi na dysponowanie konkretnym, unikalnym złożem węgla brunatnego ilość i rozkład surowca w przestrzeni podlega ograniczeniom, co determinuje maksymalną, łączną wielkość jego podaży, a zatem i maksymalną wielkość wyprodukowanej energii. Po ustaleniu rocznego wydobycia jednoznacznie określa to maksymalny czas eksploatacji złoża i istnienia elektrowni. Wybranie całego złoża do czysta przy danej strukturze kosztów w kopalni może być opłacalne jedynie przy bardzo wysokiej cenie węgla. Najniższą ceną, przy której będzie to opłacalne możemy nazwać ceną maksymalizującą wydobycie. Dalsze jej zwiększanie będzie wprawdzie prowadzić do zwiększania zysków kopalni, nie będzie miało jednak już wpływu na ilość węgla i kształt wyrobiska. Jest też wysoce prawdopodobne, że cena ta nie będzie akceptowalna z rynkowego punktu widzenia, a tym bardziej optymalna dla układu elektrownia-kopalnia. 2. W ramach tych ograniczeń (poniżej ceny maksymalizującej wydobycie) cena surowca ma podstawowe znaczenie dla określenia wielkości zasobów węgla opłacalnych do eksploatacji. Określenie zależności cena węgla wielkość i wartość kopalni jest w warunkach rynkowych koniecznością. Obecnie na świecie nie rozpoczyna się budowy żadnej kopalni odkrywkowej bez przeprowadzenia swoistej analizy wrażliwości kształtu optymalnego wyrobiska docelowego na zmianę ceny surowca. Analizując serię zagnieżdżonych wyrobisk docelowych, nazywanych również fazami [10], odpowiadających różnym poziomom cen kopaliny, można określić związek ilości węgla z ceną, czyli podaż węgla. Cena węgla determinuje nie tylko ilość surowca i kształt optymalnego wyrobiska docelowego, ale w połączeniu z zasadami eksploatacji danego typu złóż, i algorytmami optymalizacji również rozkład ilości i jakości wydobywanej kopaliny w czasie (optymalny harmonogram wydobycia [4]. Pozwala to ocenić opłacalność kopalni lub tandemu kopalnia - elektrownia zarówno metodami opartymi na analizie niezdyskontowanych jak i zdyskontowanych przepływów pieniężnych.

4 Stosunek aktualnych do maksymalnych przepływów pieniężnych [%] 100% 90% 80% 70% 60% Przepływy pieniężne Węgiel brunatny % 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% mln ton Procent ceny bazowej Rys.1 Zależność pomiędzy ceną węgla, a jego ilością w poszczególnych fazach podaż węgla z kopalni. Wynik analizy wrażliwości kształtu optymalnego wyrobiska docelowego na zmianę ceny (obliczenia przeprowadzono w programie NPV Scheduler+) [15] 3. Oprócz samej ceny węgla bazowego przedmiotem negocjacji powinny być również nałożone wymagania jakościowe wymuszające na kopalni mieszanie urobku z różnych frontów, a nawet wprowadzenie dodatkowych składów w celu zapewnienia strugi o stałej, określonej przez elektrownię jakości. Aktualne możliwości programów komputerowych (NPVScheduler+ i Raw Material Scheduler) pozwalają nie tylko na przeanalizowanie składu jakościowego strugi urobku optymalnego ekonomicznie harmonogramu, co jest potrzebne do zbadania zaspokojenia potrzeb elektrowni w tym względzie, ale również optymalizowanie harmonogramu wydobycia pod tym kątem [13]. Program NPVScheduler+ pozwala bowiem na zadanie zmiennych celowych wykorzystujących parametry jakościowe urobku i planowanie wydobycia z wykorzystaniem algorytmów optymalizacji dynamicznej [27]. Istnieje nawet możliwość zdefiniowania i wykorzystania składów do uśredniania urobku, gdy nie jest możliwe osiągnięcie zadowalającej jakości strugi węgla z bieżącej eksploatacji. Spośród harmonogramów spełniających nałożone wymagania jakościowe program wybiera harmonogram o najwyższej wartości NPV, dzięki czemu możną łączyć wymagania jakościowe z ekonomicznymi. Najnowszy produkt firmy Earthworks Corp. o nazwie MultiMine Scheduler pozwala na optymalizację rozwoju kopalń prowadzących eksploatację w wielu wyrobiskach i przygotowanie optymalnych harmonogramów wydobycia (pod względem wartości NPV i/lub składu jakościowego zmieszanego urobku) pod kątem długo- i średnioterminowych wymagań elektrowni. Takie rozwiązanie mogłoby być interesujące zarówno dla KWB Bełchatów po uruchomienia produkcji węgla z pola Szczerców jak dla KWB Konin, która od lat prowadzi eksploatację w wielu wyrobiskach i możliwość prognozowania uśredniania węgla z wielu wyrobisk i pięter eksploatacyjnych jest potrzebna, zwłaszcza z uwagi na dużą zmienność zawartości siarki i wysokie kary za przekroczenie dopuszczalnego poziomu. W zakresie krótkoterminowej optymalizacji składu jakościowego urobku z wielu frontów odpowiednim narzędziem jest moduł ACHIEVE w systemie DATAMINE (rys.2) wykorzystujący metody programowania liniowego do tego celu [5].

5 wydobycie [t] miesiące eksploatacji piętro 2 piętro 3 piętro 4 piętro 5 piętro 6 piętro 7 piętro 8 piętro 9 piętro 10 piętro 11 piętro 12 Rys.2 Harmonogramu eksploatacji węgla brunatnego zoptymalizowany pod kątem jakości - mieszanie węgla z wielu pięter eksploatacyjnych (moduł programowania liniowego ACHIEVE w systemie DATAMINE) [5] 4. Dodatkowym ograniczeniem jest specyfika rynku energii elektrycznej, który podlega różnym regulacjom i ograniczeniom, choć i tu postępuje proces liberalizacji. Zasadniczą sprawą jest więc określenie funkcji popytu na energię, co pozwoli na określenie optymalnej wielkości sprzedaży dla danej elektrowni. Wahania cen energii i popytu na nią mogą być wykorzystane do modelowania ryzyka podobnie jak dzieje się to w przypadku kopalń rud metalicznych, gdzie zmienność cen metalu (miedzi, srebra, czy złota) na rynku odgrywa istotną rolę przy wycenie i projektowaniu kopalń odkrywkowych [12]. Do tej pory w przypadku kopalń węgla brunatnego i związanych z nimi elektrowni wpływ ten nie był uwzględniany, gdyż kopalnie posługiwały się cenami bazowymi ustalanymi sztucznie w oderwaniu od popytu na energię. Zasoby potrzebne do zrealizowania zaplanowanego zakresu prac Nakreślony zakres prac przy tworzeniu modelu bilateralnego monopolu: kopalnia - elektrownia nie może być zrealizowany bez specjalistycznej wiedzy i oprogramowania. Aktualnie w Polsce jedynie Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej dysponuje odpowiednimi zasobami. To tutaj na bieżąco od kilkunastu lat [6-9, 14] śledzi się postęp w zakresie komercyjnego oprogramowania geologiczno-górniczego w tej dziedzinie na świecie [3, 11] oraz zrealizowano szereg studialnych prac i opublikowano ich wyniki na krajowych [1, 2, 4, 5] i zagranicznych konferencjach [15].Specjaliści od lat zajmujący się tą tematyką mają zarówno bardzo dobre wykształcenie matematyczne w tym z zakresu badań operacyjnych i probabilistyki (co jest niezbędne do badania układu: kopalnia-elektrownia metodami teorii gier i do analizy ryzyka), wiedzę górniczą (specyfika eksploatacji odkrywkowej wnosi istotne ograniczenia w klasycznym modelu bilateralnego monopolu) jak i przygotowanie z zakresu ekonomii i zarządzania oraz planowania przedsięwzięć (wiedza ta jest niezbędna do analizy kosztów i przepływów gotówki w kopalni i elektrowni oraz modelowania popytu na energię z elektrowni, czy planowania harmonogramów ich rozwoju). Przy rozwiązywaniu problemów mogą też być przydatne doświadczenia zespołu w zakresie tworzenia komercyjnego oprogramowania, które jest użytkowane w wielu kopalniach i biurach projektów (programy: Wulkan, Sufler, SZEPT, TAŚMA i TAŚMTEST). Dla realizacja zadania prawdopodobnie trzeba będzie opracować specjalistyczne procedury, czy to w

6 środowisku własnego języka makr i skryptów systemu DATAMINE, czy też samodzielnych programów pomocniczych. Instytut Górnictwa posiada od 1993 roku na bieżąco aktualizowane, najnowsze wersje oprogramowania DATAMINE Studio (licencje komercyjną i kilka licencji edukacyjnych) oraz korzysta z udostępnionych do celów badawczych licencji programu NPV Scheduler + z firmy Earthworks Corp.. Posiada również specjalistyczne oprogramowanie do modelowania powierzchni i CAD (system MX i Microstation), program do symulacji procesów oraz pakiety matematyczno-statystyczne (MatLab, Statistica i Statgraphics). Przydatne w opracowaniu szczegółowych harmonogramów eksploatacji mogą być doświadczenia w zastosowaniu technologii GPS m.in. do określania bieżącej pozycji kół czerpakowych koparek na frontach wydobywczych, co w połączeniu ze szczegółowym modelem jakości węgla w zabierkach [5, przypis nr 3] pozwoliłoby na bieżące sterowanie mieszaniem i uśrednianiem urobku. Ten unikalny w Polsce zestaw oprogramowania i najnowszych komputerów w połączeniu z wiedzą specjalistów gwarantuje możliwość podjęcia się najtrudniejszych zadań z tego zakresu, nie tylko kopiujących rozwiązania już wdrożone gdzieś indziej, lecz również zupełnie nowatorskich. Zarówno bowiem koncepcja potraktowania układu: kopalnia-elektrownia jako bilateralnego monopolu i zaproponowana analizę jego działania metodami teorii gier oraz sporządzenia planów jego rozwoju z wykorzystaniem górniczych programów optymalizacyjnych, jak i zintegrowanie metod projektowania i optymalizacji kopalń odkrywkowych węgla brunatnego ze stosowanym w nich systemem transportu ciągłego przy użyciu przenośników taśmowych nie były do tej pory nigdy, ani nigdzie na świecie zrealizowane. Rozwój metod optymalizacji uwzględniających jakość urobku nastąpił dopiero w ostatnich kilku latach, podobnie jak liberalizacja rynku energii. Sytuacja ta jest więc zupełnie nowa dla wszystkich kompleksów energetycznych bazujących na węglu brunatnym. Tym bardziej warto więc finansować wszelkie prace i badania zmierzające do znalezienia optymalnych rozwiązań i procedur postępowania. Firmy, które wypracują je pierwsze zdobędą bowiem przewagę rynkową i pomnożą zyski Przewidywane efekty projektu badawczego W wyniku zrealizowania przedstawionego projektu badawczego powinno uzyskać się: Opracowanie standardowej procedury postępowania zapewniającej dostarczanie niezbędnych danych do stworzenia modelu bilateralnego monopolu: kopalnia węgla brunatnego - elektrownia. Obejmowałaby ona m.in. badanie wrażliwości kształtu wyrobiska docelowego na zmianę ceny węgla, zbudowanie na tej podstawie funkcji wiążącej cenę węgla z ilością, jakością i wartością węgla opłacalnego do wydobycia oraz wartością kopalni. Zintegrowanie metod optymalizacji rozwoju kopalń odkrywkowych z wymogami elektrowni i rynku energii elektrycznej. Zbudowanie modelu bilateralnego monopolu: kopalnia węgla brunatnego elektrownia, uwzględniającego ograniczenia modelu wynikające z faktu, że jedna ze stron jest odkrywkową kopalnią oraz wykorzystującego zidentyfikowane wcześniej zależności. Zakreślenie ram i wyznaczenia obszaru akceptowalnego porozumienia pomiędzy elektrownią i kopalnią poprzez szukanie równowagi Nasha (matematyka i laureat nagrody Nobla z ekonomii z roku 1994 za rozwój analizy równowagi w teorii gier niekooperacyjnych oraz głównego bohatera filmu Piękny umysł ), krzywej kontraktu i optymalnych rozwiązań w sensie Pareto czyli znalezienie tradycyjnych rozwiązań w teorii negocjacji cenowych w sytuacji bilateralnego monopolu opisanych językiem teorii gier kooperacyjnych (zintegrowany pionowo kompleks energetyczny) i niekooperacyjnych (dwa osobne podmioty). Przygotowanie danych i wytycznych do sporządzania szeregu planów rozwoju kopalni i elektrowni dla różnych horyzontów czasowych, począwszy od planów długoterminowych na całe życie kopalni (Life of Mine plans), poprzez planowanie średnioterminowe (na kilka lat), po planowanie zabierek, a nawet prognozowanie codziennych dostaw węgla do elektrowni. Im krótszy horyzont czasowy planów tym potrzebny jest dokładniejszy model jakościowy złoża. Konieczne jest więc opracowanie procedur lokalnej aktualizacji modelu [5] danymi z dostępnych źródeł m.in. otworów wyprzedzających oraz prób bruzdowych z frontów eksploatacyjnych 3 pojawiających się w miarę postępu eksploatacji. 3 Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej wystąpił do Ministerstwa Nauki z wnioskiem o grant badawczy Wykorzystanie fotografii cyfrowej do profilowania frontu roboczego w kopalni węgla brunatnego dla celów przestrzennego modelowania by usprawnić proces modelowania jakości węgla w zabierkach z wykorzystaniem możliwości trójwymiarowego modelowania programu DATAMINE.

7 Wdrożenie metod optymalizacji w kopalniach węgla brunatnego powinno umożliwić osiągnięcia znacznych obniżek kosztów produkcji energii elektrycznej. Optymalizacja kształtu wyrobiska docelowego i opracowanie optymalnego harmonogramu jej rozwoju może bowiem prowadzić do znacznego wzrostu wartości kopalni przy tym samym poziomie cen węgla (nawet do kilkudziesięciu procent). Uwzględnienie składów i możliwości homogenizacji urobku poprzez mieszanie węgla z różnych źródeł (pięter, frontów i składów, a nawet wielu wyrobisk) umożliwia maksymalizację wykorzystania zasobów. Urobek o niskiej jakości zamiast trafić na zwały może być bowiem zeskładowany i w późniejszym terminie zmieszany z urobkiem o wyższej jakości, gdy rozpocznie się jego eksploatacja. Można też odpowiednio zgrać postęp frontów w różnych wyrobiskach, by uniknąć niebezpieczeństwa podawania urobku o niskiej jakości przez dłuższe okresy. Podsumowanie i wnioski Po sporządzeniu pełnej metodologii maksymalizacji zysków układu kopalnia-elektrownia oraz przetestowaniu jej na wybranym wyrobisku można będzie zaoferować przeprowadzenie odpowiednich analiz elektrowniom i kopalniom węgla brunatnego w Polsce i za granicą. Do tej pory, w omówionym tu szerokim zakresie, metody optymalizacyjne nie były zastosowane w praktyce projektowej, nie ma też wypracowanych modeli kopalnia-elektrownia opartych na zastosowaniu wyników tych metod. Procedura badań nie jest prosta wymaga bowiem przeprowadzenie kompleksowego modelowania złoża i jego analizy wartościowo-jakościowej z wykorzystaniem najnowszych metod optymalizacyjnych oraz połączeniu ich z opracowanym modelem bilateralnego monopolu: elektrownia-kopalnia. Może jednak przynieść ogromne korzyści dzięki zastosowaniu metod optymalizacji oraz racjonalizacji negocjacji pomiędzy elektrownią, a kopalnią. Wnioskowana metodologia bazuje na wszechstronnym wykorzystaniu metod trójwymiarowego projektowania i optymalizacji kopalń odkrywkowych, toteż jej realizacja jest możliwa jedynie w dedykowanym środowisku projektowym odpowiednio wyposażonym do tego celu. Opracowanie modelu - w wymiarze praktycznym - umożliwi skuteczne wdrożenie metod optymalizacji kopalni odkrywkowej w nowych warunkach działania rynku energetycznego w Polsce i badanie wpływu cen energii na zyski (przychody i koszty) układu elektrownia-kopalnia, oraz - w wymiarze poznawczym - wzbogaci te metody o narzędzia potrzebne do stosowania ich w górnictwie węgla brunatnego i umożliwi uwzględnienie przy optymalizacji zmienności cen energii i wahań popytu. Złożenie wniosków na wspominane w artykule granty badawcze nie gwarantuje uzyskania ich finansowania, dlatego tą drogą zachęcamy wszystkie zainteresowane instytucje: kopalnie węgla brunatnego, elektrownie opalane tym paliwem i biura projektowe realizujące projekty na ich rzecz do włączenia się do projektów, sfinansowanie ich realizacji i podjęcie ściślejszej współpracy w z Instytutem Górnictwa Politechniki Wrocławskiej w tym zakresie. Z roku na rok maleje bowiem kwota pieniędzy przeznaczana z budżetu na całą sferę nauki (w 2002 r % PKB, od 1991 roku realne nakłady na naukę zmalały o 34%!), a kwota przeznaczana z przemysłu na sferę badawczo-rozwojową nie przekracza 0.3% PKB (w niektórych krajach wydatki te przekraczają 2%). Łączne wydatki na poziomie 0.65% PKB to stanowczo zbyt mało w stosunku do najszybciej rozwijających się gospodarek, które na tą sferę przeznaczają ponad 3% PKB. Zakup gotowych rozwiązań w przedstawionym tu zakresie za granicą nie jest możliwy, bo rozwiązań takich jeszcze nigdzie nie opracowano. Na dowód tego w kolejnych artykułach przedstawione zostaną najnowsze rozwiązania stosowane w innych krajach i kopalniach. Jak dotąd koncentrują się one jedynie na bieżącej kontroli i sterowaniu jakością eksploatowanego węgla bez stosowania optymalizacji długoi średnioterminowej, jako punktu wyjścia do wprowadzenia bieżącej kontroli produkcji. Metody dedukcyjne (od ogółu do szczegółu) mają zdecydowaną przewagę nad metodami indukcyjnymi (od szczegółu do ogółu), gdyż optymalizacja bieżącej działalności nie gwarantuje osiągnięcia optymalnych rezultatów w długim okresie, a to jest przecież celem każdej inwestycji i każdego przedsiębiorstwa. W momencie tworzenia nowych podmiotów i struktur na rynku energetycznym w Polsce oraz decyzji inwestycyjnych wiążących się z budową nowych wyrobisk konieczne jest zapewnienie tym projektom pełnej optymalności (finansowej i/lub pod względem jakości), a dopiero później w ramach planów długo- i średnioterminowych zapewniających osiągnięcie sukcesu warto zadbać o to by również bieżąca produkcja była optymalna i węgiel trafiający do kotłów w elektrowni zapewniał optymalne ich wykorzystanie.

8 Literatura 1. Dałkowski B.T., Hołodnik K: Harmonogramowanie produkcji górniczej na podstawie przestrzennych modeli zmienności parametrów złożowych. Materiały konferencyjne, Optymalizacja wydobycia kopalin przy wykorzystaniu technik informatycznych, Turów Dałkowski B.T., Hołodnik K: Modele cyfrowe w prognozowaniu rozdrabniania urobku uzyskiwanego w wyniku robót strzałowych. Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Nr 91, Seria: Konferencje Nr Jurdziak L., Kawalec W.: Europejskie oprogramowanie geologiczne, geoinżynierskie i górnicze, V Konferencja Aktualia i perspektywy gospodarki surowcami mineralnymi, Kraków Jurdziak L., Kawalec W.: Optymalizacja rozwoju odkrywki w oparciu o cenę kopaliny i wymagania jakościowe na przykładzie złoża SZCZERCÓW, VII Konferencja Wykorzystanie Zasobów Złóż Kopalin Użytecznych, Zakopane Jurdziak L., Kawalec W.: Wykorzystanie lokalnie aktualizowanego modelu przestrzennego złoża dla szczegółowego sterowania jakością węgla brunatnego, VII Konferencja Wykorzystanie Zasobów Złóż Kopalin Użytecznych, Zakopane Jurdziak L., Kawalec W.: Zintegrowany pakiet programów DATAMINE - nowe możliwości dla górnictwa w Polsce. Wiadomości Górnicze 11/ Jurdziak L.: GUIDE - nowa jakość pracy w interakcyjnym środowisku graficznym dla programu DATAMINE, Wiadomości Górnicze 3/ Jurdziak L.: Komputerowa wizualizacja i animacja przedsięwzięć górniczych, Górnictwo Odkrywkowe, Nr Jurdziak L.: Możliwości podniesienia jakości danych niezbędnych do prowadzenia oceny ekonomicznej przedsięwzięć inwestycyjnych w górnictwie, Konferencja - Ekonomika, organizacja, zarządzanie i marketing w górnictwie, Kraków Jurdziak L.: Na czym polega ekonomiczna optymalizacja kopalń odkrywkowych, VII Krajowy Zjazd Górnictwa Odkrywkowego, Wrocław Jurdziak L.: Rozwój oprogramowania dla działalności geologicznej i górniczej w krajach Unii Europejskiej. 12. Jurdziak L.: Uwzględnienie ryzyka zmiany ceny surowców przy sporządzaniu optymalnego harmonogramu rozwoju kopalni i ocenie jej opłacalności, Konferencja Zarządzanie ryzykiem finansowym, Wrocław Jurdziak L.: Wartość bieżąca netto w projektowaniu kopalń odkrywkowych - możliwości programu MaxiPit i NPV Scheduler. Materiały konferencyjne "Ekonomika, Organizacja i Zarządzanie w Górnictwie '99", Ustroń-Jaszowiec 14. Jurdziak L.: Zintegrowany pakiet programów DATAMINE - nowe wyzwania., Wiadomości Górnicze 6/ Kawalec W., Specylak J., 2000 Open pit optimisation of a lignite deposit. Mine Planning and Equipment Selection, Balkema Leontidis M., Roumpos Ch., Dadswell J.: A question of geology. World Coal, August Leontidis M., Roumpos Ch., Dadswell J.: PPC Embark on Multi-Phase Software Implementation. Coal International / Mining & Quarry World November/ December Mastoris J., Topuz E., 1995, Modeling, optimization and sensitivity analysis of the final pit limits for a lignite deposit, Mining Engineering November Mastoris J., Topuz E., Karamis M., Schilizzi P., Modis K., 1994, An application of geostatistical modeling and 3-D optimisation of the final pit limits for a lignite deposit, Mine Planning and Equipment Selection, 1994 Balkema, Rotterdam. 20. Nakara S., Amaranath N., Satyanarayana, Optimizing extract of Mineral body by using DATAMINE software A case study Vastan Lignite Mine GIPCL. Asian User s Meeting w Udaipur, Indie listopad Optimising Extract of Mineral Body. Coal International, January/February Simon H., 1996 Zarządzanie cenami, Wydawnictwa Naukowe PWN, Warszawa Specylak J., Borowicz A., Ślusarczyk G., Kawalec W.: Wstępna ocena złoża węgla brunatnego Bełchatów pole Szczerców przy użyciu techniki komputerowej, Górnictwo Odkrywkowe nr 3, Wrocław Specylak J., Kawalec W., Projektowanie struktury wyrobiska eksploatacyjnego na cyfrowym modelu złoża węgla brunatnego, Materiały konferencyjne, Optymalizacja wydobycia kopalin przy wykorzystaniu technik informatycznych, Turów Specylak J., Kawalec W.: Modelowanie geometrii odkrywki węgla brunatnego z zastosowaniem algorytmu optymalizacji Lerchs a-grossmann a, Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, VI Konferencja Wykorzystanie zasobów złóż kopalin użytecznych, Zakopane Tołwiński B., Golosinski T.S., 1995, Long term open pit scheduler, Mine Planning and Equipment Selection, 1995 Balkema, Rotterdam. 27. Underwood R., Tolwiński B., A mathematical programming viewpoint for solving the ultimate pit problem, European Journal of Operational Research, 107 (1998) Whittle J., The Facts and Fallacies of Open Pit Optimization. Materiały firmy Whittle Programming Pty Ltd

9 dr inż. Leszek Jurdziak Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, O potrzebie szczegółowego sterowania jakością węgla brunatnego na zliberalizowanym rynku energii propozycja utworzenia modelu bilateralnego monopolu: kopalnia -elektrownia W pracy zaproponowano potraktowanie tandemu: kopalnia - elektrownia jako bilateralnego monopolu i analizę jego opłacalności metodami teorii gier z wykorzystaniem górniczego programu optymalizacyjnego NPVScheduler+. Zbudowany model powinien pozwolić na analizę układu działającego zarówno jako dwa odrębne podmioty jak i zintegrowany pionowo kompleks energetyczny. Wskazano na konieczność wykorzystania w analizie specjalistycznego oprogramowania geologiczno-górniczego (DATAMINE, NPVScheduler+, pakiety matematyczno-statystyczne) jak i szerokiej wiedzy z różnych dziedzin: matematyki, górnictwa i ekonomii. Wskazano Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, jako najlepszy ośrodek posiadający wszystkie niezbędne zasoby do realizacji celu i odpowiednio przygotowane kadry. dr inż. Leszek Jurdziak Instytut Górnictwa Politechniki Wrocławskiej, leszek.jurdziak@pwr.wroc.pl About the need of detail control of lignite quality on liberalised energy market proposal of the creation of bilateral monopoly model: lignite mine power plant It has been proposed to treat tandem: lignite mine - power plant as a bilateral monopoly and analyse its profitability using game theory methods with usage of opencast optimisation program NPVScheduler+. The created model should allow on analysing this unit both as two independent firms and as vertically integrated energy producer. The necessity of usage of special software for geology and mining application (DATAMINE, NPVScheduler+) and mathematical & statistical packages as well as deep knowledge from different sources as mathematics, mining and economy has been shown. The Institute of Mining Engineering at Wroclaw University of Technology has been depicted as the best solution provider having all necessary resource and prepared personnel in Poland for this kind of application.