АКАДЕМИЯ НАУК СССР НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО КОМПЛЕКСНЫМ ПРОБЛЕМАМ ЭНЕРГЕТИКИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ

РЕКОМЕНДАЦИИ

по технико-экономическому обоснованию проектных решений в энергетике при неоднозначности исходной информации

Москва — Иркутск 1987 г.

АКАДЕМИЯ НАУК СССР НАУЧНЫЙ СОВЕТ ПО КОМШШКСНЬУ ПРОВШjam энергетики

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМШДАЩИ ПО ТЕ}ЛИКО-ЭКОНаШЕСШ'^У ОЮСНОВАНИЮ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ в ЭНЕРГЕТИКЕ ПРИ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ИСХОДНОЙ ИНФОРМАЦИИ

Москва - Иркутск 1988 г.

однозначную) оценку вероятностей значений таких величин с переводом их в предыдущую категорию (вероятностно-неопределенных величин).

2.2.    В большинстве задач обоснования решений приходится учитывать несколько неоднозначных исходных величин (всех видов). Их необходимо рассматривать в совокупности (как набор,или вектор неоднозначных величин), отбирая тем или иным способом представительные сочетания их значений. Такие сочетания характеризуют различные возможные условия развития и функционирования проектируемой системы (иди объекта).

В связи с этим при решении задачи обоснования важны, в конечном итоге, вероятности сочетаний информации (отобранных "условий развития"). Строго (объективно) одределить такие вероятности невозможно, если хотя бы одна из неоднозначных величин не имеет точного вероятностного описания. Поэтому рекомендуется давать субъективную (экспертную) оценку вероятностей отобранных сочетаний неоднозначных исходных данных. При этом нужно учитывать, что экспертным путем нельзя подучить однозначные распределения вероятностей, т. е. можно найти лишь несколько (серию) возможных рядов распределения вероятностей, представляющихся правдоподобными. Такое неоднозначное вероятностное описание соответствует "вероятностно-неопределенным" условиям (см. рис. 2.1, где буквой ”У^п будет обозначаться теперь вектор неоднозначных величин).

2.3.    Одно из главных положений при обосновании решений состоит в том, что при неоднозначной исходной информации не всегда можно найти единственный наидучший (оптимальный) вариант. Отсутствие достоверного вероятностного описания для неоднозначных исходных величин может привести к неопределенности (неоднозначности) цри выборе решения.

йаесте с тем, решения, подлежащие непосредственной реализации, необходимо принимать вполне определенно (однозначно). Поэтому при обосновании решения следует стремиться получить один наилучший вариант (и описываемый в разделах 3-7 подход исходит из такого стремления). Если же из-за большой неопределенности предстоящих условий это не удается, то должны быть выявлены экономически равноценные (рациональные, равноэкономичные) варианты. Окончательный выбор из них варианта, рекомендуемого к исполнению, будет делаться с использованием других, неэкономических критериев,

10

а также ошта и интуиции проектировщика.

Для определения экономически равноценных вариантов в качестве критерия будет применяться математическое ожидание затрат, рассчитываемое на основе экспертных оценок вероятностей различных сочетаний неоднозначных исходных данных. Ввиду отмечавшейся невозможности найти экспертным путем точные распределения вероятностей и необходимости использования поэтому вероятностно-неопределенной формы представления информации, вариантов, рациональных по математическому ожиданию затрат, может оказаться несколько.

В качестве дополнительной оценки (наряду с математическим ожиданием затрат) будет использоваться максимальное (для каждого сопоставляемого варианта решения) значение затрат. Эта оценка характеризует наихудшие последствия, к которым может привести выбор соответствующего варианта. Иногда учет таких последствий (если они существенно различаются у выявленных равноэкономичных вариантов) может повлиять на окончательный выбор.

2.4. Большое значение для повышения достоверности исходной информации имеет использование цринципа обоснования и принятия решений с минимально допустимой заблаговременностью. Этот принцип вытекает из свойства информации естественно уточняться по мере приближения конкретного календарного срока (даты), к которому она относится. Поэтому в случаях, когда действительно имеется неопределенность выбора, окончательные решения следует принимать как можно позже, непосредственно перед началом их реализации. При этом используется каждый раз наиболее свежая информация, имеющая минимально возможную неопределенность.

Практическое осуществление принципа минимальной заблаговременности требует соответствующей организации управления. Так, при проектировании (и планировании) непрерывно развивающихся систем окончательные решения должны приниматься только по первоочередна объектам или для ближайшего интервала времени. По следу одим объектам или интервалам времени окончательные решения нужно принимать позднее, когда лучше прояснится реальная обстановка. При этом проектирование сложных технических систем (например, электроэнергетических) будет представлять собой .непрерывный процесс последовательного обоснования назревших первоочередных решений.

Кроме того, целесообразно разбивать (когда это можно) принятие решений на этапы. Например, раздельно принимать решения о

11

начале цроектировавия и о начале строительства объектов с параллельным проектированием нескольких конкурирующих объектов. При этом, с одной стороны, в процессе проектирования уточнятся технико-экономические показатели объектов и, с другой стороны, за время, необходимое для проектирования, прояснятся прочие внешние условия, что уменьшит неопределенность информации при принятии окончательного решения о строительстве объекта.

2.5.    Осуществление непрерывного проектирования развивапцихся систем требует четкого определения последовательности (очередности) принятия и взаимной увязки различных решений по развитию их объектов. Надлежащий учет неопределенности информации приводит к тему, что единая, казалось бы, задача оптимизации развития рассматриваемой системы распадается фактически на ряд задач (подзадач) обоснования отдельных решений (в определенной последовательности

и с соответствующей заблаговременностью). Каждая такая задача должна быть четко поставлена и согласована с другими задачами по времени (последовательности) решения и по составу обменной информации. В тем числе должны быть уяснены связи рассматриваемой задачи с задачами развития систем более высокого иерархического уровня, которые назывались в п.1.2. При этом результаты (варианты) решения какой-либо задачи более высокого уровня могут входить в состав исходных данных задачи более низкого уровня, решаемой позднее.

2.6.    Одна из важнейших особенностей решения задач при неоднозначности исходной информации - необходимость соблюдения ресурсных, балансовых, конструкционных и других ограничений при варьировании информацией о перспективных условиях развития и функционирования энергетических систем и объектов. Практически это оз -вачает, что намечаемые варианты решения должны обладать способ -ностью адаптироваться к изменениям будущих условий, а варианты, не обеспечивающие соблюдение всех ограничений хотя бы при одном сочетании условий, признаются недопустимыми и исключаются из рассмотрения*.

* В отдельных случаях, когда для некоторых вариантов решения не удается обеспечить заданную надежность энергоснабжения потребителей, для обеспечения экономической сопоставимости вариантов в состав затрат могут включаться ущербы, имеющие место у потребителей при снижении надежности энергоснабжения.

12

Свойство адаптивности решений является фундвментадънш для постановки и методов решения проектных задач с учетом воодвознач -ности исходной информации. По способам адаптации задачи обоснования решений можно разделить на два типа. К первому типу относятся задачи выбора состава, очередности и сроков сооружения либо технического перевооружения объектов в локальных системах энергетики, а также задачи выбора системных параметров этих объектов (установленной мощности, производительности и др.)..В таких задачах адаптация вариантов решений к различна* условиям развития систем осуществляется прежде всего путем изменения сроков (тем -пов) ввода мощностей энергетических объектов.

В экстремальных ситуациях, когда ишенение сроков сооружения наиболее экономичных объектов и нормативные темпы ввода мощное -тей на них не обеспечивают выполнения балансовых и ресурсных ог -раничений, могут использоваться специальные мероприятия, называемые "корректирующими". Это экстренное сооружение дополнительных электрических или трубопроводных связей с другими системами, пе -ревод энергетических объектов и оборудования на непроектный режим работы, временное снижение надежности энергоснабжения (с повыше -нием вероятности ущербов у потребителей) и т.п. Состав таких мероприятий определяется проектировщиком цри постановке задачи.

Корректирующие мероприятия реализуются в более короткие сроки, чем основное решение, но требуют повышенных затрат. Для большей четкости параметры, характеризующие корректирующие мероприятия, будут обозначаться буквой Z в отличие от основных оптимизируемых параметров X # характеризующих обосновываемое решение.

К задачам второго типа относятся задачи выбора конструктивнотехнологических решений по энергетическим объектам и обоснова -ния схем и параметров энергетического оборудования. Принципиальной особенностью этих задач, называемых иногда условно-статическими, является то, что в каждом из конкурирующих вариантов решения технические характеристики и номинальные параметры объектов и оборудования остаются фактически неизменными во времени, тогда как условия работы объектов и оборудования и, соответственно, их экономическая эффективность могут существенно изменяться в перспективе .

В рассматриваемой группе задач возможности адаптации тахни -ческих решений к изменяющимся условиям в принципе ограничены и

13

должны быть предусмотрены уже на стадии ппоектно-конструкторских работ по объектам и оборудованию путем выбора гибких технических решений по отдельным узлам, повышения производительности (или дублирования) вспомогательных установок и т.п. Для этого необходим детальный анализ технического соответствия намечаемых вари -антов решения всей совокупности условий работы объектов и оборудования в перспективе. Это позволяет, с одной стороны, выявить и исключить недопустимые решения, а с другой - определить конкретный состав мероприятий (и связанные с их осуществлением затраты), обеспечивающих адаптацию конкурирующих вариантов решений к раз -личным условиям. Иногда для приведения вариантов к одинаковому энергетическому эффекту могут использоваться замыкающие затраты на топливо, электро- и теплоэнергию.

2.7.    Необходимость адаптации обосновываемых решений к различные условиям в перспективе предопределяет целесообразность рас -смотрения "гибких" вариантов решений. "Гибкость" вариантов может достигаться несколькими путями:

включением в структуру систем энергетики объектов и установок различного типа, технические характеристики которых обеспечивают работоспособность системы при всех сочетаниях условий;

созданием различного рода резервов - в виде проектных и строительных заделов, резервов мощности в системах, запасов пропускной способности электрических и трубопроводных связей;

повышением производительности элементов и выбором гибких технологических схем энергетических установок.

Использование "гибких" решений зачастую оказывается наиболее эффективным путем снижения экономических потерь от незнания бу -дущих условий развития систем энергетики.

2.8.    Основная идея рекомендуемого подхода, излагаемого в разделах 3-7, состоит в отборе ряда представительных сочетаний не -однозначной информации (характеризующих возможные условия развития и функционирования проектируемой системы или объекта) и не -скольких конкурирующих вариантов решения, для которых расечиты -ваются затраты и составляется матрица затрат. Эта матрица коли -чественно характеризует эффективность различных вариантов реше -ния при разных сочетаниях исходных данных. Затем производится анализ матрицы затрат и выбор рациональных (равноэкономичных)

14

вариантов.

Последовательность работ по обоснованию решений, соответствующая такому подходу, представлена на рис. 2.2. Решение задачи слагается из нескольких достаточно самостоятельных этапов, на каждом из которых необходимо участие проектировщика. В связи с этим процесс решения задачи нельзя полностью автоматизировать и он строится по "человеко-машинной" схеме (если для расчетов используются математические модели и ЭВМ).

Рис. 2.2. Общая схема обоснования решений

4 ок— 7J

УДК (620. $*621.31).51*в15

Настоящие "Методические рекомендации" предназначены душ корректного учета неоднозначности (неполноты, неопределенности) исходных данных, почти всегда имеющейся при обосновании проектных решений в энергетике. Они являются вторим, существенно переработанным изданием соответствующих "Методических положений", выпущенных в 1977 г.

Данное издание ориентировано на массовые задачи, решаемые в проектных организациях. Оно одобрено бюро Научного совета по комплексна проблемам энергетики All СССР 12 февраля 1967 г.

Настоящее издание подготовлено рабочей группок в составе: д.т.н. Л.С.Беляева (председатель), к.т.н. Ь.л.Бабурина, к.т.н.

Н.Б.Буйнова, к.т.н. Р.л.Ярмакова, д.т.н. А.Н.Зейлигера, чл.-корр. АН СССР А.А.Макарова, к.т.н, Л.И.Мардера, к.т.н. L.B.Hayi.ioBa, чл.-корр. АН СССР Л.С.Волырина, к.т.н. Л.Д.Йабачева, к.т.н.

Д.Н, Ilia пота.

055 (02) 5

© Сибирский энергетический институт СО АН СССР (СЗИ), 1Эьа г.

СОДЕРЖАНИЕ

1.    Введение...................... 1

2.    Общие положения .................. ⁷

3.    Постановка задачи................. 16

4.    Отбор представительных сочетаний исходных данных и

оценка их вероятностей .............. 19

5.    Поиск конкурирующих вариантов решения....... 24

6.    Расчет и анализ матрицы затрат........... 26

7.    Расчет матрицы математических ожиданий затрат, ее

анализ и выработка рекомендаций.......... 30

Литература..................... 33

Приложения:

Пример I. Определение первоочередных конденсационных

электростанций в ОЭЭС........ •    34

Пример 2. Выбор источников теплоснабжения города . .    42

Пример 3. Выбор установленной мощности ГЭС..... 52

Пример 4* Технико-экономическое обоснование схемы

основных сетей ОЭЭС ........... 61

Пример 5. Выбор технологической схемы энергоблока

АЭС с учетом надежности......... 69 ²

I. ВВЕДЕНИЕ

1.1.    Настоящие "Методические рекомендации" предназначаются для использования в проектных и научно-исследовательских организациях при обосновании конкретных решений о развитии систем энергетики и их объектов. Имеются в виду следующие группы задач:

а)    обоснование развития объектов в локальных (районных) системах энергетики (электроэнергетических, газоснабжающих, энерго- и теплоснабжения городов и промышленных узлов и т.п.) - выбор очередности, сроков сооружения и размещения новых объектов, обоснование реконструкции и демонтажа действующих;

б)    обоснование некоторых общесистемных технических решений -единичных мощностей типового оборудования, рациональной величины производственных резервов, целесообразности создания новых видов энергетических технологий (основного оборудования) и т.п,;

в)    оптимиза идя технологических схем и параметров энергетических объектов;

г)    выбор схем и параметров нового оборудования.

Доя некоторых видов энергетических объектов на основе настоящих "Методических рекомендаций", носящих достаточно общий характер, може-г потребоваться разработка более детальных "Руководящих указагай", регламентирующих конкретные способы выполнения отдельных этапов обоснования решений.

1.2.    Не подпадают под настоящие "Методические рекомендации" задачи оптимизации перспективной структуры (на 10-20 лет) таких больших систем энергетики (БСЭ), как энергетический комплекс

(ЭК) страны и экономических районов, единые электроэнергетическая, газоснабжающая, нефтеснабжавдая, ядерноэнергетическая системы и их крупные части (секции). Для этих задач, связанных с выявлением рациональных тенденций развития БСЭ и пропорций (соотношений, связей) между входящими в них подсистемами, необходимо применять иные подходы.

Другие методы используются и для задач управления функциониро- ¹

ванием (эксплуатацией) систем энергетики.

1.3.    "Методическими рекомендациями" охватывается только стадия подготовки и обоснования решений, т.е. анализ альтернативных (конкурирующих) вариантов рассматриваемого решения, технико-экономическая оценка последствий от их выбора и выработка рекомендаций для инстанций, принимающих решение.

1.4.    Настоящие "Методические рекомендации" предназначаются в основном для экономического обоснования решений, когда показателем оптимальности выступают приведенные затраты

3=E_HK+U,    ц.1)

где К - капитальные вложения; U - ежегодные эксплуатационные издержки; Е_н~ нормативный коэффициент эффективности капиталовложений.

Общие правила и приемы определения приведенных затрат, включая соизмерение разновременных затрат, приведение вариантов к одинаковому энергетическому эффекту, использование замыкавших затрат на топливо и энергию и др., должны соответствовать общепринятым методикам и положениям [ 1-3 и др. ]. Особенности вычисления затрат, связанные с неоднозначностью информации, будут пояснены в следующих разделах.

Учитывать другие критерии и показатели, дополнительно характеризующие эффективность вариантов решения (которые не мо1ут быть оценены экономически), - экологические, социальные, по отдельным дефицитным материалам и т.п. - предполагается на завершающем этапе анализа после выявления экономически равноценных (рациональных) вариантов.

1.5.    Под "неоднозначностью" информации здесь понимается неточное знание значений исходных данных, используемых при обосновании решений. Конкретными причинами неоднозначности могут быть природные случайные явления; незнание будущих результатов научно-технического прогресса и разведки полезных ископаемых; неточная реализация производственных планов и проектов; невозможность однозначного предсказания управленческой деятельности людей (незнание конкретных вариантов еще не принятых решений) и др.

При неоднозначной информации приходится рассматривать не од-

5

но, а несколько (два-три или даже больше) возможных значений соответствующей величины. Если же среди исходных данных имеется несколько неоднозначных величин, то при решении задачи нужно рассматривать некоторое множество сочетаний возможных их значений.

1.6.    Неоднозначность информации не всегда приводит к неопределенности выбора решений. Во многих задачах решение может оказаться "устойчивым" - при любых возможных сочетаниях исходных данных наилучзпим будет один и тот же вариант. Примером может служить устойчивая, йак правило, эффективность повышения единичных мощностей оборудования, применения новых прогрессивных технологий, использования наиболее дешевых энергетических ресурсов и т.п.

Неопределенности выбора можно также избежать, если для всех неоднозначных исходных величин удается достаточно уверенно (достоверно) определить вероятностные характеристики. В таких случаях *можн о рекомендовать для реализации вариант, обеспечивающий минимум математического ожидания затрат.

Настоящие "Методические рекомендации" следует применять в случаях, когда ожидается, что может возникнуть неопределенность решения, т.е. когда отсутствует точное вероятностное описание для неоднозначных исходных величин и когда для разных сочетаний их значений оптимальными могут оказаться различные варианты решения.

1.7.    Основные отличия и преимущества используемого здесь подхода по сравнению с "обычными" детерминированными методами обоснования решений, ориентированных на рассмотрение каких-то одних "наиболее характерных" условий развития системы (на одно сочетание исходной информации), состоят в следующем:

а)    расчеты проводятся для нескольких возможных сочетаний исходных данных, отобранных с соблюдением специальных правил и включающих как некоторые средние, так и крайние (благоприятные и неблагоприятные) сочетания информации;

б)    предпочтение отдается "гибким" вариантам решения, которые легче (с меньшими затратами) подстраиваются под различные возможные условия развития систем;

в)    применяются специальные процедуры выбора решений в условиях неопределенности, которые систематизируют и упрощают анализ, делая его одновременно более строгим и объективным.

Эти особенности повышают качество обоснования решений, умень-

6

шают элементы субъективизма и "произвола", снижают риск, или перерасход народнохозяйственных средств, обусловленный неточным знанием предстоящих условий.

1.8. По сравнению с первым изданием "Методических положений"

[4 ] здесь уточнены состав этапов решения задачи и способы их выполнения, включая способы определения экономически равноценных (рациональных) вариантов, классификация информации и терминология; расширены разделы, касавшиеся общеметсщических положений и информации; обновлены примеры и др.

2. ОНДОЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Для обоснования решений необходимо количественное описание неоднозначных величин, которое существенно зависит от того, известны ли вероятности их значений. В этом отношении по чвоему формализованному (математическому) представлению неоднозначная информация монет быть разделена на три вида:

1)    вероятностно-определенную;

2)    вероятностно-неопределенную;

3)    неопределенную.

Иллюстрация этих видов информации дается на рис. 2.1. Там же для полноты картины показана однозначная (детерминированная) информация. Наиболее удобной для практического использования формой вероятностных характеристик является ряд распределения, представляющий таблицу, где для каждого возможного значения величины указывается его вероятность .

У вероятностно-определенных величин ряды распределения считаются точно известными. Практически это относится только к массовым (повторяющимся) показателям, по которьм имеются достаточно представительные статистические данные (ряды наблюдений), - к природным явлениям (речному стоку, температурам наружного воздуха и т.п.), аварийности освоенного оборудования и др.

Для вероятностно-неопределенных величин имеющиеся сведения о распределении вероятностей недостаточны для однозначного суждения о нем. Поэтому будет существовать неопределенность в вероятностном описании таких величин.

На рис. 2.1 представлены две возможные формы вероятностного описания таких величин: серией рядов распределения и диапазонами

3 ОК - 73

вероятностей. Вторая форда более удобна при экспертной оценке вероятностей - для каждого иэ возможных (или рассматриваемых) значений величины ££ указываются наибольшая и наименьшая Р_ь его вероятности, кажущиеся цра вдоподобнымн. Однако эту форму не всегда можно использовать для последующих вероятностных расчетов. Поэтому, как правило, она является промежуточной - на ее основе получают затем серию возможных (экспертных) рядов распределения.

Креме этих форм возможны и некоторые другие, например, если известен общий вид закона распределения вероятностей, то неопределенность можно отнести к его числовым характеристикам - математическому ожиданию, дисперсии и т.д., которые задаются при этом некоторым диапазоном.

Практически вероятностно-неопределенными величинами могут оказаться отмечавшиеся выше вероятностно-определенные показатели, если по ним нет достаточно полных статистических материалов, а также неопределенные величины (см. ниже), если для них экспортно оцениваются вероятности. Иногда сада можно причислить также показатели, однозначно заданные плановыми и проектными решениями, но для которых в процессе реализации возможны случайные отклонения.

В качестве примера можно указать технико-эконсмические показатели объектов, сооружаемых с использованием освоенного оборудования и типовых проектов, у которых могут быть отклонения, обусловленные местными условиями. Для получения вероятностных характеристик таких показателей нужно проанализировать (с применением статистических методов) опыт проектирования (планирования) с тем, чтобы оценить погрешность определения аналогичных показателей в прошлом и возможность перенесения этого опыта на будущее.

Неопределенные величины, для которых полностью отсутствуют сведения о вероятностях, можно задать только набором возможных значений без указания их вероятностей. К неопределенным величинам реально относятся показатели, связанные с еще не цринятши решениями, научно-техническим прогрессом, геологическими открытиями и т.п., по которым в принципе нельзя получить статистических сведений, например, потребности в энергии на отдаленные годы (10-20 лет), сроки внедрения и технико-экономические показатели новых энергетических технологий, характеристики новых топливных баз. Вместе с тем, как один из путей раскрытия (уменьшения) неопределенности можно рекомендовать экспертную (притом не-

9

1

2

ОК - 73