МАКАРОВА А. С., СМИРНОВ В. А., ТКАЧЕНКО Г. Е., ШЕВЧУК Л. М.
СВОЙСТВА НАДЕЖНОСТИ РАЗВИТИЯ, ГИБКОСТИ И АДАПТАЦИИ В ЭНЕРГЕТИКЕ
Обобщены результаты, полученные при исследовании свойств развития систем энергетики и связанных с ними принципов управления и моделирования. Основное внимание уделено управлению развитием систем в условиях неопределенности. Обоснована предпочтительность отбора гарантированных стратегий как обеспечивающих максимальную надежность развития энергетики и наиболее эффективное распределение по ее отраслям лимитированных народнохозяйственных ресурсов.
Постановка задачи.
Главный тезис, определяющий направления исследований в рассматриваемой области, выдвинут акад. Л. А. Мелентьевым [1, 2] и состоит в следующем: чтобы эффективно управлять развитием систем энергетики, необходимо знать их свойства. Изучение наиболее важных системных свойств успешно продолжено в последние годы [3, 4]. Значительная роль в этих исследованиях отводится группе динамических свойств энергетических систем, в первую очередь надежности развития, гибкости и адаптивной способности.
Отправным положением проводимых исследований являлось выделение в качестве важнейшего динамического свойства системы надежности развития, которая характеризуется ожидаемой степенью достижения стоящих перед системой целей. Задача развития энергетических систем — удовлетворение будущих потребностей общества в топливе и энергии, а ожидаемая степень ее достижения зависит как от условий, в которых предстоит развиваться системе, так и от принципов управления ее развитием.
Анализируя условия развития энергетических систем, необходимо подчеркнуть следующие их особенности.
Известно, что будущим условиям развития энергетических систем объективно присуща неопределенность, нарастающая с увеличением горизонта управления: неоднозначны показатели, характеризующие уровни потребности в различных видах топлива и энергии по районам страны на разных временных этапах, возможные объемы экспорта энергоресурсов, размеры выделяемых народным хозяйством ресурсов, запасы топлива, природные факторы, экономическая результативность многих важнейших направлений научно-технического прогресса и сроки их реализации и т. д.
Важная особенность развития энергетических систем — инерционность, затрудняющая адаптацию к складывающимся условиям. Инерционность проявляется в невозможности за короткий срок резко изменить состав производственных мощностей в отдельных энергетических отраслях и структуру энергетического баланса страны. Причины большой инерционности энергетики следующие: высокая капиталоемкость топливной промышленности и электроэнергетики, их производственные связи со многими фондообразующими отраслями промышленности, значительные затраты времени на сооружение энергетических объектов, па создание инфраструктуры и развитие сопряженных отраслей.
Негативное влияние факторов неопределенности и инерционности на перспективы развития систем усиливается ограниченностью располагаемых материальных и природных ресурсов.
Очевидно, что чем напряженнее условия развития системы, тем выше опасность возможных дефицитов энергетической продукции, нерационального использования лимитированных народнохозяйственных ресурсов, перерасхода затрат на развитие энергетических объектов и, следовательно, тем важнее принимать управляющие решения по формированию такой структуры системы, которая обеспечивала бы максимально возможную надежность развития при прогнозируемых неопределенных условиях.
Поиск таких решений можно осуществить, руководствуясь следующими принципами управления развитием энергетических систем. Во-первых, решения ориентируются на все возможные, в том числе и на худшие, условия. Это соответствует «принципу гарантированного результата». Во- вторых, решения принимаются лишь относительно первоочередных мероприятий, отсрочка в выполнении которых может отрицательно отразиться на развитии системы. Тем самым реализуется «принцип принятия решений с минимальной заблаговременностью», согласно которому принятие ряда решений откладывается до поступления уточненной информации о состоянии системы и условиях развития.
Для реализации этих принципов необходим анализ как процесса развития системы, так и многоэтапного процесса плановой деятельности. Моделирование плановой деятельности включает описание поступления информации о состоянии системы, прогнозирования будущих условий развития и принятия решений по уточненной информации на каждом этане. При этом важно правильно выбрать длительность рассматриваемого периода и выделить достаточное количество этапов плановой деятельности. В таком многоэтапном процессе плановые решения вырабатываются только для первого этапа, а на последующих этапах осуществляется оценка их эффективности. Решения для более отдаленного времени будут приниматься позднее по уточненной информации.
Моделирование многоэтапного процесса развития и плановой деятельности позволяет оцепить реакцию системы на возникающие изменения условий и тем самым проверить наличие гибкости и адаптивной способности в формируемой структуре системы. Гибкость характеризует способность систем энергетики, их элементов и подсистем к структурной перестройке в ответ на возмущения всех видов.
Адаптивная же способность системы отражает возможность ее приспособления к изменению условий с относительно небольшими затратами.
Оптимальное сочетание гибкости и адаптивной способности системы обеспечивает ее максимальную надежность развития.
Выполненное исследование направлено на обоснование пятилетнего плана развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК), создающего предпосылки для максимально надежного развития. В состав первоочередных мероприятий включаются и те, сроки реализации которых превышают пятилетие. Задача формулируется следующим образом.
Найти вариант развития ТЭК на предстоящую пятилетку, который при ограниченных народнохозяйственных и природных ресурсах п при любой возможной реализации неопределенных факторов с наименьшими денежными затратами способен: обеспечить наиболее высокий уровень удовлетворения потребности страны в топливе и энергии на конец первой пятилетки; привести систему в такое состояние, из которого с учетом новых решений, принимаемых по текущей информации, обеспечивается в максимальной степени удовлетворение потребности в топливе и энергии в последующих пятилетках.
Данная задача в математической постановке сформулирована как задача получения наилучшего гарантированного результата в многоэтапных процессах принятия решений по неполной информации с линейными ограничениями на управляющие переменные, линейными двусторонними ограничениями на неопределенные факторы и линейным функционалом [5,6]. Диапазоны значений неопределенных факторов формируются в зависимости от текущей информации о ходе процесса развития. Взаимосвязанность неопределенных факторов существенно усложняет решение задачи.
В СЭИ СО АН СССР разработаны два подхода к решению поставленной задачи. Первый [5, 6] основан на процедуре свертывания линейных неравенств [7] и используется для задач небольшой размерности. Суть второго подхода состоит в направленном переборе крайних значений неопределенных факторов и последовательном формировании вспомогательных линейных задач, позволяющих оценить оптимальное значение целевой функции исходной задачи и выявить ее активные ограничения [8]. Этот подход реализован программно на ЭВМ ЕС-1030 Н. Н. Антоновой.
