Моделирование и имитация энергетических систем: обзор

Энергетика является ключевым двигателем современной экономики; поэтому моделированию и имитации энергетических систем уделяется значительное внимание в научных исследованиях. В работе рассматриваются основные достижения в этой области и предлагаются два способа классификации разнообразных исследований. Первая классификация основана на подходе к моделированию: выделяются вычислительные, математические и физические модели. В рамках этой классификации рассматриваются новые гибридные подходы, сочетающие элементы различных предложенных групп. Вторая классификация основана на научной области, а именно на инженерии технологических систем (Process Systems Engineering, PSE) и экономике энергетики (Energy Economics, EE). Для демонстрации различий используются следующие критерии: природа переменных, теоретические основы, уровень технологической агрегации, пространственные и временные масштабы, а также назначение моделей. Традиционно подход инженерии технологических систем моделирует технологические характеристики энергетической системы эндогенно. Однако энергетическая система функционирует в более широком экономическом контексте, включающем ряд заинтересованных сторон как внутри энергетического сектора, так и в других секторах экономики. Между этими сторонами существуют сложные взаимосвязи и эффекты обратной связи, которые могут существенно влиять на принятие стратегических, тактических и оперативных решений. Использование опыта, накопленного в области экономики энергетики при моделировании этих сложностей, может быть полезно для специалистов по инженерии технологических систем. На основе этой классификации представлены взаимосвязи между двумя областями и обоснована целесообразность объединения этих подходов. Выделены три области применения: (1) оптимальное проектирование и эксплуатация гибких технологических процессов с использованием прогнозов спроса и цен, (2) анализ устойчивости и проектирование процессов с применением гибридных методов и (3) учет эффектов обратной связи, обусловленных прорывными технологиями. Эти три примера демонстрируют ценность объединения моделей инженерии технологических систем и экономики энергетики для получения целостного представления об энергетической системе в более широком экономическом контексте.