Адаптация аппарата суперструктур к задачам конфигурирования изделий из типовых компонентов: синтез водно-энергетических модулей

Момени  Мани; Аведик Сергеевич Саркисов

doi:10.22213/2413-1172-2026-3-45-54

Авторы

М. Мани Российский университет дружбы народов
А. С. Саркисов Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

DOI:

https://doi.org/10.22213/2413-1172-2026-3-45-54

Ключевые слова:

суперструктура, граф процессов, синтез конфигураций, водно-энергетический модуль, оптимизационная модель, морская нефтедобывающая платформа

Аннотация

В данной статье рассматривается задача синтеза оптимальных конфигураций интегрированных водно-энергетических модулей, формируемых из типовых компонентов в условиях проектного производства. Актуальность работы обусловлена необходимостью перехода от фрагментированного проектирования к целостному синтезу конфигураций интегрированных водно-энергетических модулей для объектов нефтегазовой инфраструктуры, что позволит сократить дисбаланс потоков и избыточные организационные затраты. Однако существующая практика базируется на фрагментированном подходе: водная и энергетическая подсистемы проектируются независимо, выбор оборудования осуществляется изолированно, а интеграция переносится на стадию монтажа. Это приводит к структурной неоптимальности - дисбалансу потоков, когда избыточная мощность одних компонентов сочетается с дефицитом других; неконтролируемому качеству - неспособности гарантировать выполнение требований к ресурсной эффективности; избыточным организационным затратам - многократным итерациям согласования и постпроектным доработкам. Целью исследования является разработка оптимизационной модели синтеза конфигураций водно-энергетических модулей из типовых комплексных компонентов на основе методологии суперструктур и графов процессов. Разработана оптимизационная модель, позволяющая осуществлять целостный выбор оборудования и режимов его работы с учетом межподсистемных связей, дискретности мощностей, технологических норм расхода и выхода материалов, а также экономических параметров. Модель включает множества сырья, промежуточных и конечных продуктов, типовых установок с альтернативными технологиями, систему линейных ограничений, обеспечивающих материальные балансы, доступность сырья и выполнение спроса. Целевая функция минимизирует приведенные годовые затраты, включающие капитальные вложения (через коэффициент аннуитета), постоянные эксплуатационные расходы и переменные затраты на сырье. Таким образом, предложенный подход обеспечивает комбинаторную полноту поиска и может быть исследован на этапе предпроектного обоснования при выборе структуры систем энерго- и водоснабжения для различных типов промышленных объектов.

Биографии авторов

М. Мани, Российский университет дружбы народов

лаборант, ассистент преподавателя Инженерной академии

А. С. Саркисов, Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)

доктор экономических наук, профессор кафедры финансового менеджмента

Библиографические ссылки

Тайфан Г. С. П., Маравельяс К. Т. Синтез систем разделения с использованием нескольких технологий // Компьютеры и химическая инженерия. 2024. Т. 181. Ст. 108616. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2024.108616

Фридлер Ф., Орош А., Пиментел Лозада Дж. П-графики для проектирования технологических систем: математические модели и алгоритмы. Чам: Спрингер, 2022. 261 с. DOI: 10.1007/978-3-030-92216-0

Орош А., Фридлер Ф. Синтез процессов с учетом устойчивости как для нормальных, так и для нештатных режимов эксплуатации: подход с использованием P-графа // Журнал чистого производства. 2023. Т. 414. Ст. 137696. DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.137696

Движение к циркулярности пластиковых отходов: переопределение расширенной ответственности производителя с учетом внешних эффектов с помощью структуры оптимизации жизненного цикла на основе P-графа / З. Х. Фуанг, К. С. Муля [и др.] // Ресурсы, сохранение и переработка. 2023. Т. 197. Ст. 107187. DOI: 10.1016/j.resconrec.2023.107187

Исчерпывающий перебор теплообменных сетей с минимальным потреблением утилит с использованием теоретико-графового подхода / А. Орош, Б. С. Хау, Л. С. Йео, Д. Турунаварасу, В. Андиаппан, Дж. Пиментел, С. Ю. Тенг, Ф. Фридлер // Энергетика. 2025. Т. 335. Ст. 137898. DOI: 10.1016/j.energy.2025.137898

Подход на основе P-графа и моделирования Монте-Карло для устойчивых портфелей технологий удаления углерода с управлением рисками / М. В. Миго-Сумаганг, К. Б. Авизо, Дж. Ф. Д. Тапиа, Р. Р. Тан // Энергетика. 2024. Т. 310. Ст. 133228. DOI: 10.1016/j.energy.2024.133228

Социально-экологические сетевые структуры, основанные на графиках процессов / А. Лао, Х. Кабесас, А. Орош., Ф. Фридлер, Р. Тан // PLoS ONE. 2020. Т. 15, № 8. Ст. e0232384. DOI: 10.1371/journal.pone.0232384

Синтез интегрированной системы регенерации тепловой воды с использованием теоретико-графового последовательного метода / Б. С. Хау, А. Орош, С. Ю. Тен, Дж. Ю. Лим, Ф. Фридлер // Труды по химической инженерии. 2021. Т. 88. С. 43-48. DOI: 10.3303/CET2188008

Подход P-графа в оптимальном синтезе и планировании управления отходами для достижения целей устойчивого развития: систематический обзор / Р. Мохд Фирдаус, Н. Абдул Мулок Оон, М. К. Аруа, Л. Т. Гев // Управление отходами и исследования. 2025. Т. 43, № 4. С. 455-473. DOI: 10.1177/0734242X241265010

Орош А., Фридлер Ф. Синтез оптимально устойчивых цепочек поставок // Журнал чистого производства. 2020. Т. 272. Ст. 122650. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.122650

Многоцелевой анализ рисков и распределение резервов на основе графиков в критически важных для безопасности энергетических системах / З. Суле, Дж. Баумгартнер, Г. Дорго, Дж. Абоньи // Энергетика. 2019. Т. 179. С. 989-1003. DOI: 10.1016/j.energy.2019.04.117

Синтез процессов с учетом устойчивости как для традиционных, так и для нештатных операций: подход с использованием P-графа / А. Орош, П. С. Варбанов, Ю. Ю. Клемеш, Ф. Фридлер // Журнал чистого производства. 2023. Т. 414. Ст. 137696. DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.137696

Фридлер Ф., Орош А., Пиментел Лозада Дж. П-графики для проектирования технологических систем: математические модели и алгоритмы. Чам: Спрингер Интернэшнл Паблишинг, 2022. 261 с. DOI: 10.1007/978-3-030-92216-0

Варбанов П. С., Фридлер Ф., Клемеш Я. Проектирование и оптимизация технологических сетей с использованием P-графа: успех, проблемы и потенциальная дорожная карта // Труды по химической инженерии. 2017. Т. 61. С. 1549-1554. DOI: 10.3303/CET1761256

Хау Б. С., Тен С. Ю., Леонг У. Д., Нг У. П. К., Лим С. Х., Нган С. Л., Лам Х. Л. Нелинейное программирование с использованием фреймворка P-graph // Труды по химической инженерии. 2019. Т. 76. С. 499-504. DOI: 10.3303/CET1976084

Исчерпывающая генерация полного многомерного фронта Парето для синтеза сети многоцелевых процессов / Б. С. Хоу, С. Л. Нган, Б. Х. Хонг, Х. Л. Лам, У. П. К. Нг, С. Юсуп, Рахман Н. Абд., Т. Ф. Яп // Труды по химической инженерии. 2025. Т. 121. Ст. 1027. DOI: 10.3303/CET25121027

Разработка комплексного полуавтоматизированного систематического обзора литературы: применение к исследованиям P-графа с акцентом на устойчивость / А. Тот, А. Сута, Дж. Пиментел, А. Арготи // Журнал чистого производства. 2023. Т. 414. Ст. 137741. DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.137741

Клемеш Ю. Ю., Варбанов П. С., Фан Л. Т. Распространение информации: усовершенствования P-графа: реализации и приложения // Труды по химической инженерии. 2015. Т. 45. С. 2233-2238. DOI: 10.3303/CET1545223

Цзянь Сян Тан, Хонг Шенг Тан, Амели Питер Эффери, Иан Ян Бенг Онг, Доминик Си Ю. Фу, Кэтлин Б. Авизо, Рэймонд Р. Тан, Чанг К. Ю. Подход на основе P-графа к синтезу водородных сетей с ограничениями по давлению и примесям // Process Safety and Environmental Protection. 2020. DOI: 10.1016/j.compchemeng.2020.107145

Абдулкадер Бин Саль, Адриан Чун Мин Лой, Джуин Яу Лим, Ákos Orosz, Ференц Фридлер, Бин Шен Хоу. Исследование N-наилучшего пространства решений для теплоинтегрированной сети регенерации водорода с использованием последовательного теоретико-графового подхода // International Journal of Hydrogen Energy. 2023. Т. 48, № 13. С. 4943-4959. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.10.196

Амели Питер Эффери, Цзянь Сян Тан, Иан Ян Бенг Онг, Джуин Яу Лим, Чанг Кю Ю, Бин Шен Хоу, Габриэль Х. Т. Линг, Доминик К. Ю. Фу. Оптимальное планирование межзаводской интеграции водорода в эко-индустриальном парке с использованием P-графа и анализа теории игр // Process Safety and Environmental Protection. 2023. DOI: 10.1016/j.psep.2021.08.016