Постановка задачи

При разработке схем теплоснабжения городов или промышленных центров на перспективу 10—15 лет задача оптимизации структуры СЦТ является основной и включает выбор структуры, единичной мощности и состава основного оборудования; конфигурации и параметров транзитных и магистральных тепловых сетей; очередности ввода оборудования.

Наиболее общая постановка задачи оптимизации СЦТ предполагает рассмотрение ее как динамической, т.е. с учетом роста тепловых нагрузок по годам расчетного периода. Кроме того, для многих СЦТ, перспективы развития которых исследуются, необходим учет существующей части системы. Попытка решения такой задачи в рамках одной математической модели, которая учитывала бы сложнейший комплекс связей, реально существующих в СЦТ, привела бы к трудностям, связанным с необходимостью решения задачи исключительно большой размерности. Опыт разработки глобальных математических моделей оптимизации СЦТ в ряде организаций [6, 15, 30—33] подтверждает наличие больших трудностей при их создании, а главное, при использовании в проектной практике.

В настоящее время представляется целесообразным решать задачу оптимизации структуры СЦТ с помощью комплекса взаимосвязанных математических моделей, предназначенных для решения отдельных задач (рис. 4.1).

По способу учета тепловой нагрузки постановку задачи оптимизации структуры СЦТ можно разделить на статическую (блок I) и динамическую (блок П). При статической постановке задачи расчетная тепловая нагрузка СЦТ задается на конечный уровень развития СЦТ; при динамической — по годам расчетного периода.

Общий алгоритм поиска наилучшего решения как статической, так и динамической задачи оптимизации структуры СЦТ может быть представлен как итерационный процесс, состоящий из трех этапов: декомпозиции исходной задачи на ряд задач по числу альтернативных типов основных ИТ (блок 1), далее решения каждой задачи отдельно (блок 2) с последующим сопоставлением оптимальных решений, полученных в задачах, и выбора оптимального решения задачи оптимизации структуры СЦТ (блок 3).

Второй этап — решение отдельных задач (блок 2) — целесообразно разделить на две части: задачу оптимизации конфигурации ТС и задачу оптимизации состава оборудования ИТ и диаметров трубопроводов ТС.

В результате решения первой задачи определяются оптимальные трассировки транзитной и магистральной ТС, места расположения и мощности ИТ; при этом используются укрупненные технико-экономические показатели ИТ. Результаты, полученные в первой задаче, служат исходной информацией для второй задачи, при решении которой используются технико-экономические показатели ИТ с учетом состава их оборудования, а для ТС — диаметров трубопроводов. В результате решения второй задачи определяются оптимальные составы оборудования ИТ и диаметры трубопроводов ТС.

В том случае, если технико-экономические показатели ИТ, полученные при решении второй задачи, отличаются от соответствующих укрупненных показателей первой задачи более чем на заданную величину, решение итеративно уточняется при скорректированных показателях ИТ и ТС. Методы решения названных задач и соответствующие математические модели представлены для статической постановки в настоящей главе в разд. 4.2 и 4.3, для динамической постановки — в гл. 8.

На третьем этапе происходит сопоставление вариантов структур СЦТ с альтернативными типами основных ИТ и выбор оптимального варианта по критерию минимума приведенных затрат в СЦТ. При этом структура СЦТ для каждого из альтернативных типов основного ИТ является наилучшей.

Необходимость решения задачи оптимизации СЦТ -не только в динамической, но и в статической постановке обусловлена рядом причин:

большая размерность динамической задачи (пропорционально числу плановых периодов) приводит к дополнительным допущениям при ее постановке;

исходная информация в динамической задаче обычно представлена в более агрегированном виде. Например, при решении статической задачи, детально учитываются внутригодовые показатели режима выработки теплоты, а в динамической задаче они представлены укрупненно и т.п.

Задача оптимизации СЦТ в динамической постановке может решаться независимо от решения задачи в статической постановке и совместно с ней. Использование оптимального и близких к нему решений статической задачи в качестве начального приближения существенно упрощает решение динамической задачи.

Таким образом, статическая и динамическая постановки задачи оптимизации структуры СЦТ взаимно дополняют друг друга и позволяют получить наиболее эффективное решение.

Исследование систем теплоснабжения/Л.C. Попырин, К.С. Светлов, Г.М. Беляева и др. М.: Наука, 1989.