ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ МОДЕЛИ ОПТИМАЛЬНОГО ОТРАСЛЕВОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

Рассмотрим отраслевую оптимизационную модель перспективного проектирования централизованного теплоснабжения [84]. Она представляет собой задачу развития и размещения предприятий подотрасли «Теплоснабжение» отрасли «Электроэнергетика» и является составной частью системы взаимосвязанных перспективных и текущих планов — основных направлений экономического и социального развития СССР на 10 лет, пятилетнего и годовых планов [34].

В перспективном планировании развития различных отраслей народного хозяйства СССР широко применяются экономико-математические методы и электронно-вычислительная техника. В частности, в состав отраслевой автоматизированной системы управления Минэнерго СССР (ОАСУ «Энергия») входят подсистемы «Перспективное развитие отрасли» и «Технико-экономическое планирование», предназначенные для решения задач оптимального развития электроэнергетики и представляющие собой комплекс непрерывных и дискретных математических моделей. Этот комплекс включает линейную непрерывную модель оптимизации ТЭК на верхнем уровне и дискретные отраслевые модели развития электроэнергетики. Между этими моделями происходит итеративный обмен информацией вплоть до сходимости процесса оптимизационных расчетов.

Необходимость дополнения непрерывной модели оптимизации ТЭК отраслевыми дискретными моделями настоятельно подчеркивается в работе [26]. Что касается централизованного теплоснабжения, то эта подотрасль энергетики лишь относительно недавно включена в линейную оптимизационную модель ТЭК при долгосрочном планировании (на срок 15 лет и более) в виде блока теплоснабжения, разработанного в Сибирском энергетическом институте Сибирского отделения АН СССР (СЭИ СО АН СССР) [67]. Учет указанного блока оптимизационной модели ТЭК позволяет определять оптимальные маштабы развития теплофикации и централизованного теплоснабжения на отдаленную перспективу, а также ориентировочную потребность теплоснабжающей отрасли в дефицитных ресурсах (трудовых ресурсах, топливе по видам, капиталовложениях, энергетических мощностях ТЭЦ, трубопроводах для тепловых сетей, металле, цементе, сборном железобетоне и др.).

Определенная с помощью оптимизационной модели ТЭК структура источников централизованного теплоснабжения нуждается в дальнейшей детализации в виде рекомендаций относительно конкретных объектов, по которым разрабатываются схемы теплоснабжения. При переходе от обобщенных решений, полученных с помощью блока теплоснабжения оптимизационной модели ТЭК, к конкретным рекомендациям по отдельным объектам предлагается ранжирование объектов по максимум экономии приведенных затрат за счет теплофикации по сравнению с раздельной схемой энергоснабжения на единицу капиталовложений в комбинированную схему, определенному из локальных объектных расчетов нижнего уровня иерархии [67]. Таким образом, предполагается двухуровневая система моделей (ТЭК — объект) и непосредственно учитывается ограничение лишь на один вид дефицитных ресурсов — капиталовложения. Очевидно, что учет дискретности оборудования и других ограничений может существенно повлиять на результаты окончательных выводов по конкретным объектам.

При существующей практике рассмотрения и утверждения схем теплоснабжения конкретных объектов окончательный учет различных ограничений осуществляется при согласовании проекта в Госплане СССР. Периодический характер поступления проектов на рассмотрение (по мере их выполнения) приводит к тому, что дефицитные ресурсы могут «достаться» тому объекту, который рассматривался раньше, чем другой объект, которому эти ресурсы должны быть направлены в оптимальном плане. Отсюда следует необходимость совместного рассмотрения схем теплоснабжения всех объектов одновременно (списком). Это требует скользящего проектирования схем теплоснабжения с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) централизованного теплоснабжения.

Принятая практика разработки схем теплоснабжения основана на сопоставлении ряда вариантов, определяемых на основании инженерного анализа специалистов. Как правило, эти варианты отличаются структурой системы и типом источников теплоты (ТЭЦ и котельные на различных видах топлива), составом их основного оборудования, зонами охвата тепловых нагрузок, трассировкой и параметрами тепловых сетей, схемами присоединения абонентов и др. Сопоставление указанных представительных вариантов с помощью локальных технико-экономических расчетов на нижнем иерархическом уровне по критерию минимума приведенных затрат [68, 75] позволяет проектировщикам выбрать вариант, который схемой теплоснабжения рекомендуется к утверждению в качестве оптимального.

Ограниченность дефицитных ресурсов приводит к тому, что далеко не все локально-оптимальные проектные решения будут соответствовать действительному оптимуму с учетом ограничений. Поэтому и по аналогии с другими отраслями народного хозяйства (в первую очередь, с электроэнергетикой) представляется целесообразным заменить двухуровневую систему оптимального планирования теплоснабжения (ТЭК — объект) трехуровневой (ТЭК — подотрасль «Теплоснабжение» — объект) за счет применения дискретной отраслевой модели оптимизации централизованного теплоснабжения, которая необходима для принятия оптимальных решений по списку схем теплоснабжения.

Отраслевая оптимизационная модель централизованного теплоснабжения помимо вышеописанных вертикальных связей имеет горизонтальные связи с отраслевыми моделями оптимизации подсистем ТЭК. Описание указанной модели в простейшей постановке и составляет предмет данного раздела.

Выделение теплоснабжающей системы из общеэнергетической осуществляется с помощью методического приема, описанного в работе [80]: из суммарных затрат (или количества ресурса) вычитаются затраты (расход ресурса) на все виды дополнительной продукции, кроме основного — тепловой энергии. В принятой терминологии [44] многопродуктовая производственная модель в данном случае сводится к однопродуктовой (единственный продукт — тепловая энергия) с учетом взаимосвязей с другими отраслями ТЭК.

Целевая функция модели представляет собой минимум суммарных приведенных затрат на тепловую энергию для всего списка схем теплоснабжения рассматриваемых объектов:

Указанная модель представляет собой целочисленную задачу линейного программирования с булевыми переменными. Матоды решения подобных задач большой размерности разработаны ведущими организациями страны [3, 50, 70]. Пакеты прикладных программ ПЛАНЕР и ДИСПРО-3 [36], «Целочисленное программирование» [50] позволяет решать задачи большой размерности (с тысяча- Ми переменных).

Для практического внедрения описанной оптимизацинной модели необходимо: 1) установить номенклатуру дефицитных ресурсов, расход которых на тепловую энергию требуется определять при разработке схем теплоснабжения конкретных объектов; 2) из расчетов по долгосрочной оптимизации ТЭК определить внешние ограничения по ресурсам для централизованного теплоснабжения; 3) в схемах теплоснабжения найти затраты на тепловую энергию для каждого из представленных вариантов; 4) получить в пользование и освоить один из пакетов прикладных программ для решения задачи целочисленного линейного программирования с булевыми переменными.

Описанная производственная модель является связывающим звеном между верхним (модель ТЭ ) и нижним (массовые локальные расчеты в схемах теплоснабжения) уровнями оптимизации. Она позволяет находить оптимальные решения по списку схем теплоснабжения в целом с получением «поименных» результатов по каждому из рассматриваемых объектов.

Юфа А. И., Носулько Д. Р./ Комплексная оптимизация теплоснабжения.— К.: Техника, 1988.