Многокритериальная оптимизация структуры производства электрической энергии в контексте развития перспективных энергетических комплексов, работающих на природном газе
DOI:
https://doi.org/10.24160/1993-6982-2026-1-52-60Ключевые слова:
перспективные энергетические комплексы, устойчивые энергетические системы, структура генерации, многокритериальная оптимизация, Парето-оптимизацияАннотация
Рассмотрена методика многокритериальной оптимизации структуры производства электрической энергии в условиях ужесточения требований к энергоэффективности и экологической безопасности энергетических систем. Выделены основные технологические классы перспективных энергетических комплексов, работающих на природном газе, — высокоэффективные, низкоуглеродные и безуглеродные энергетические комплексы. Разработан алгоритм многокритериальной оптимизации структуры производства электрической энергии, основанный на последовательном применении таких математических инструментов, как анализ главных компонент, Парето-оптимизация, методы энтропийного взвешивания и упорядочения предпочтений по близости к идеальному решению. Установлено, что при заданных моделью ограничениях доля высокоэффективных энергетических комплексов в Парето-оптимальных структурах генерации, как правило, не превышает 40%, низкоуглеродных энергетических комплексов — 60%. С увеличением горизонта энергетического планирования доля безуглеродных энергетических комплексов в наиболее эффективных структурах генерации возрастает до 51% при вводе генерирующего оборудования в 2031 г. и 92% — при дате начала функционирования энергосистемы в 2035 г. Предложенная методика позволяет проанализировать изменение оптимальной структуры генерации во времени, указывая на приоритетное направление развития устойчивой энергетики.
Библиографические ссылки
1. Muniz R.N. e. a. The Sustainability Concept: a Review Focusing on Energy // Sustainability. 2023. V. 15(19). P. 14049.
2. Илюшин П.В. Интеграция электростанций на основе возобновляемых источников энергии в Единой энергетической системе России: обзор проблемных вопросов и подходов к их решению // Вестник МЭИ. 2022. №. 4. С. 98—107.
3. Добейсси Е. и др. Планирование развития электрической генерации однозонной энергосистемы с высокой долей возобновляемых источников энергии // Вестник МЭИ. 2022. №. 5. С. 56—65.
4. Li L. e. a. System Dynamics Simulation of Policy Synergy Effects: How Tradable Green Certificates and Carbon Emission Trading Shape Electricity Market Sustainability // Appl. Sci. 2025. V. 15(8). P. 4086.
5. Lin B., Zhao H. Green Electricity System Dynamics under the Carbon Border Adjustment Mechanism // Renewable Energy. 2025. P. 124069.
6. Candra O. e. a. The Impact of Renewable Energy Sources on the Sustainable Development of the Economy and Greenhouse Gas Emissions // Sustainability. 2023. V. 15(3). P. 2104.
7. Ediger V.Ş., Berk I. Future Availability of Natural Gas: Can it Support Sustainable Energy Transition? // Resources Policy. 2023. V. 85. P. 103824.
8. Kindra V. e. a. Research and Development of Trinary Power Cycles // Inventions. 2022. V. 7(3). P. 56.
9. Rogalev N. e. a. Reforming Natural Gas for CO2 Pre-Combustion Capture in Trinary Cycle Power Plant // Energies. 2024. V. 17(22). P. 5544.
10. Baudoux A., Demeyer F., De Paepe W. Advanced Configurations of Amine Based Post-combustion Carbon Capture Process Applied to Combined Cycle Gas Turbine // Energy Conversion and Management: X. 2024. V. 22. P. 100537.
11. Rogalev A. e. a. Research and Development of the Oxy-fuel Combustion Power Cycles with CO2 Recirculation // Energies. 2021. V. 14(10). P. 2927.
12. Raho B. e. a. A Critical Analysis of the Oxy-combustion Process: from Mathematical Models to Combustion Product Analysis // Energies. 2022. V. 15(18). P. 6514.
13. Tvaronavičienė M., Lisin E., Kindra V. Power Market Formation for Clean Energy Production as the Prerequisite for the Country’s Energy Security // Energies. 2020. V. 13(18). P. 4930.
14. Коновалова О.Г., Лапин И.О., Лисин Е.М. Оценка экономической эффективности перехода на высокотемпературные технологии генерации энергии в условиях экологической повестки // Экономическая безопасность. 2025. Т. 8. № 5. С. 1321—1340.
15. Parhizkar T., Rafieipour E., Parhizkar A. Evaluation and Improvement of Energy Consumption Prediction Models Using Principal Component Analysis Based Feature Reduction // J. Cleaner Production. 2021. V. 279. P. 123866.
16. Deb K. e. a. On Finding Pareto-optimal Solutions Through Dimensionality Reduction for Certain Large-dimensional Multi-objective Optimization Problems // Kangal Rep. 2005. V. 2005011. P. 1—19.
17. Rebello C.M. e. a. From a Pareto Front to Pareto Regions: a Novel Standpoint for Multiobjective Optimization // Mathematics. 2021. V. 9(24). P. 3152.
18. Zeng Z., Zhang W., Jin H. A «C3-TOPSIS-Pareto» Based Model for Identifying Critical Nodes in Complex Networks // Systems. 2025. V. 13(2). P. 138.
19. Ma W. e. a. Multi-objective Carbon Neutrality Optimization and G1-EW-TOPSIS Assessment for Renewable Energy Transition // J. Cleaner Production. 2023. V. 415. P. 137808.
20. Yazdani H., Baneshi M., Yaghoubi M. Techno-economic and Environmental Design of Hybrid Energy Systems Using Multi-objective Optimization and Multi-criteria Decision Making Methods // Energy Conversion and Management. 2023. V. 282. P. 116873.
---
Для цитирования: Рогалев А.Н., Лапин И.О., Максимов И.А., Злывко О.В., Маленков А.С. Многокритериальная оптимизация структуры производства электрической энергии в контексте развития перспективных энергетических комплексов, работающих на природном газе // Вестник МЭИ. 2026. № 1. С. 52—60. DOI: 10.24160/1993-6982-2026-1-52-60
---
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 25-79-30037), https://rscf.ru/project/25-79-30037/
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
1. Muniz R.N. e. a. The Sustainability Concept: a Review Focusing on Energy. Sustainability. 2023;15(19):14049.
2. Ilyushin P.V. Integratsiya Elektrostantsiy na Osnove Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii v Edinoy Energeticheskoy Sisteme Rossii: Obzor Problemnykh Voprosov i Podkhodov k Ikh Resheniyu. Vestnik MEI. 2022;4:98—107. (in Russian).
3. Dobeyssi E. i dr. Planirovanie Razvitiya Elektricheskoy Generatsii Odnozonnoy Energosistemy s Vysokoy Doley Vozobnovlyaemykh Istochnikov Energii. Vestnik MEI. 2022;5:56—65. (in Russian).
4. Li L. e. a. System Dynamics Simulation of Policy Synergy Effects: How Tradable Green Certificates and Carbon Emission Trading Shape Electricity Market Sustainability. Appl. Sci. 2025;15(8):4086.
5. Lin B., Zhao H. Green Electricity System Dynamics under the Carbon Border Adjustment Mechanism. Renewable Energy. 2025:124069.
6. Candra O. e. a. The Impact of Renewable Energy Sources on the Sustainable Development of the Economy and Greenhouse Gas Emissions. Sustainability. 2023;15(3):2104.
7. Ediger V.Ş., Berk I. Future Availability of Natural Gas: Can it Support Sustainable Energy Transition?. Resources Policy. 2023;85:103824.
8. Kindra V. e. a. Research and Development of Trinary Power Cycles. Inventions. 2022;7(3):56.
9. Rogalev N. e. a. Reforming Natural Gas for CO2 Pre-Combustion Capture in Trinary Cycle Power Plant. Energies. 2024;17(22):5544.
10. Baudoux A., Demeyer F., De Paepe W. Advanced Configurations of Amine Based Post-combustion Carbon Capture Process Applied to Combined Cycle Gas Turbine. Energy Conversion and Management: X. 2024;22:100537.
11. Rogalev A. e. a. Research and Development of the Oxy-fuel Combustion Power Cycles with CO2 Recirculation. Energies. 2021;14(10):2927.
12. Raho B. e. a. A Critical Analysis of the Oxy-combustion Process: from Mathematical Models to Combustion Product Analysis. Energies. 2022;15(18):6514.
13. Tvaronavičienė M., Lisin E., Kindra V. Power Market Formation for Clean Energy Production as the Prerequisite for the Country’s Energy Security. Energies. 2020;13(18):4930.
14. Konovalova O.G., Lapin I.O., Lisin E.M. Otsenka Ekonomicheskoy Effektivnosti Perekhoda na Vysokotemperaturnye Tekhnologii Generatsii Energii v Usloviyakh Ekologicheskoy Povestki. Ekonomicheskaya Bezopasnost'. 2025;8;5:1321—1340. (in Russian).
15. Parhizkar T., Rafieipour E., Parhizkar A. Evaluation and Improvement of Energy Consumption Prediction Models Using Principal Component Analysis Based Feature Reduction. J. Cleaner Production. 2021;279:123866.
16. Deb K. e. a. On Finding Pareto-optimal Solutions Through Dimensionality Reduction for Certain Large-dimensional Multi-objective Optimization Problems. Kangal Rep. 2005;2005011:1—19.
17. Rebello C.M. e. a. From a Pareto Front to Pareto Regions: a Novel Standpoint for Multiobjective Optimization. Mathematics. 2021;9(24):3152.
18. Zeng Z., Zhang W., Jin H. A «C3-TOPSIS-Pareto» Based Model for Identifying Critical Nodes in Complex Networks. Systems. 2025;13(2):138.
19. Ma W. e. a. Multi-objective Carbon Neutrality Optimization and G1-EW-TOPSIS Assessment for Renewable Energy Transition. J. Cleaner Production. 2023;415:137808.
20. Yazdani H., Baneshi M., Yaghoubi M. Techno-economic and Environmental Design of Hybrid Energy Systems Using Multi-objective Optimization and Multi-criteria Decision Making Methods. Energy Conversion and Management. 2023;282:116873
---
For citation: Rogalev A.N., Lapin I.O., Maksimov I.A., Zlyvko O.V., Malenkov A.S. Multi-objective Optimization of the Electricity Generation Mix in the Development of Advanced Natural Gas Fired Power Plants. Bulletin of MPEI. 2026;1:52—60. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2026-1-52-60
---
The Work was Supported by the Russian Science Foundation (Grant No. 25-79-30037), https://rscf.ru/project/25-79-30037/
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
