IEA IETS Annex 15: A Novel Approach for Linearization of a MINLP Stage-Wise Superstructure Formulation (2018)

Die mathematische Programmierung mit Superstructureformulierungen wird seit etwa drei Jahrzehnten für die kosteneffiziente Wärmetauscher-Netzsynthese (HENS) eingesetzt. Damit wurden erhebliche Verbesserungen erzielt. Ein Hauptproblem ist die kombinatorische Natur der zugrunde liegenden Superstructureformulierungen: Die mathematische Komplexität des HENS-Problems skaliert exponentiell mit der Problemgröße.

In diesem Beitrag wird ein neuartiger Ansatz mit konvexen linearen Approximationen für simultane HENS vorgestellt. Die Linearisierung wird vor der Optimierung durchgeführt und das ursprüngliche Problem der Nichtlinearen Programmierung (MINLP) wird in ein Problem der Linearen Programmierung (MILP) umgewandelt. Für das linearisierte Problem kann ein globales Optimum wesentlich schneller erreicht werden als mit der ursprünglichen MINLP-Formulierung.

Für alle vorgestellten Fallstudien konnten praktikable Lösungen gefunden werden, die im Vergleich zu Ergebnissen anderer Autoren gut abschneiden.