№ 2
ИЗВЕСТИЯ АКАДЕМИИ НАУК ЭНЕРГЕТИКА
2014
УДК 620.9.002.5(035.5)
© 2014 г. ПЯТКОВА Н.И., СЕНДЕРОВ С.М., ПЯТКОВА Е.В.1
МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ
Приведена схема исследования ТЭК страны с учетом требований энергетической безопасности (ЭБ) анализируются этапы исследований и решаемые задачи на каждом этапе, используемые при этом методы и модели. Показаны особенности и новые задачи в исследованиях проблемы ЭБ на современном этапе и необходимость разработки современных методов, моделей и инструментальных средств.
Энергетическая безопасность (ЭБ) — это состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их потребностей в энергии экономически доступными энергетическими ресурсами приемлемого качества, от угроз нарушений бесперебойности энергоснабжения [1]. По сути ЭБ есть сбалансированность спроса и предложения энергии или бездефицитность энергобаланса. ЭБ характеризуется тремя факторами [2]:
способностью топливно-энергетического комплекса (ТЭК) обеспечивать достаточное предложение экономически доступных качественных энергоресурсов;
способностью экономики (как системы потребителей энергоресурсов) рационально их расходовать и ограничивать спрос, реализуя экономически обоснованный потенциал энергосбережения;
достаточно высоким уровнем устойчивости систем энергетики, ТЭК в целом, экономики в целом к возмущающим воздействиям при реализации потенциальных угроз ЭБ.
Основные методические положения и особенности исследований энергетики для обеспечения энергетической безопасности связаны со следующими аспектами:
— уникальностью критических и чрезвычайных ситуаций экстремального характера и связанными с этим проблемами их моделирования, оценки вероятности таких явлений и последствий для систем энергетики и потребителей;
— необходимостью подробного иерархического моделирования топливно-энергетического комплекса и систем энергетики из-за крупномасштабности критических и чрезвычайных ситуаций, возможности развития неблагоприятных явлений, взаимозависимости и взаиморезервирования систем энергетики, ограничений по техническим возможностям энергообъектов и связей между ними в таких ситуациях;
— важностью понятия риска критических и чрезвычайных ситуаций (КС и ЧС) и их последствий.
Задачи таких исследований и обоснование мер по обеспечению энергетической безопасности состоят в прогнозировании условий функционирования и развития систем энергетики и ТЭК в целом, с учетом возможных КС и ЧС, в оценке состояния в этих условиях и выявлении "узких мест" в системах топливо- и энергоснабжения потребителей, в выборе необходимых направлений и конкретных мер по предотвращению КС и ЧС в этих системах или снижению их негативного воздействия.
1Институт систем энергетики им. Л.А.Мелентьева СО РАН, г. Иркутск.
Рис 1. Взаимосвязь основных задач в общей схеме исследований энергетики для обеспечения ЭБ
Схема исследований и решаемые задачи (рис. 1) разделены на два этапа: этап качественного анализа и этап количественного анализа.
Методически более разработан этап количественного анализа, на котором решаются задачи по исследованию функционирования и развития энергетики с учетом требований ЭБ. Исходной базой для проведения исследований являются технико-экономические характеристики энергетических объектов и отчетные данные о состоянии систем энергетики, результаты исследований развития ТЭК, обосновывающие выбор долгосрочной стратегии и формирование энергетической политики. На основе принимаемой на перспективу социально-экономической программы развития экономики страны, которая определяет спрос на топливно-энергетические ресурсы, проводится анализ и оценка уровней энергопотребления с учетом энергосбережения.
Сх + ^ min Лх ■ В( 1 - 0) = 0
max /
X х - X х-
-/,У = 0 0, У * 0, Б /,} = Б
X тт
(¡,л
Рис. 2. Иерархия задач оценки состояния ТЭК и СЭ
Технологическая структура
Экономика-математическая модель для исследования вариантов развития ТЭК с позиций энергетической безопасности
Информационные потоки
ГО
Имитационные модели систем энергетики
ГСС
НСС
ЭЭС
Оценка возможностей ТЭК в целом
Оценка возможностей СЭ по поставкам ТЭР потребителям
Рис. 3. Взаимосвязь моделей двухуровневой технологии и основные решаемые задачи
На этапе качественного анализа на основе вышеперечисленных характеристик и анализа угроз энергетической безопасности формируются расчетные условия для вычислительного эксперимента, который проводится на этапе количественного анализа.
На рис. 2 показана иерархия задач оценки состояния СЭ и ТЭК. Задачи комплексной и системной оценки последствий нештатных ситуаций в ТЭК решаются с помощью линейных экономико-математических моделей, в которых поиск необходимых объемов поставок энергоресурсов (Х), с учетом производственных условий (матрица А) и при заданных объемах энергопотребления (В), осуществляется исходя из требований минимизации производственных затрат (Сх) и штрафов (ущербов за неудовлетворенный спрос Оценка последствий функционирования систем энергетики в условиях КС и ЧС решаются с использованием потоковых моделей, в которых критерием оптимальности распределения потоков при решении задачи оценки состояния системы после возмущения служит минимум дефицита энергоресурса у потребителя при минимальных затратах на производство энергоносителя и его доставку потребителям. Изменение состояния объектов системы приводит к решению задачи распределения потоков в системе для максимальной подачи энергоресурса потребителям, т.е. модели формализуются как задачи о максимальном потоке [3].
Исходя из представленной иерархии задач и моделей, разработанных для проведения подобного рода исследований, был предложена двухуровневая технология исследований.
Для согласования моделей разных уровней иерархии в рассматриваемых исследованиях применен методический подход, позволяющий решать соответствующие задачи при исследованиях ТЭК с применением многоуровневой иерархии оптимизационных исследований. Взаимосвязь моделей и основные решаемые задачи приведены на рис. 3. В этом подходе модели верхнего уровня строятся путем агрегирования моделей нижнего уровня в соответствии с предварительно полученными для них условно оптимальными решениями. При этом модели нижнего уровня представляют собой имита-
Рис. 4. Стратегические угрозы энергетической безопасности России
ционные модели систем энергетики для анализа вариантов их развития, оценки состояния и выявления "узких" мест при функционировании в различных условиях. Агрегированные решения, найденные с помощью моделей верхнего уровня, передаются в модели нижнего уровня и используются ими как границы, в пределах которых отыскивается детализированное решение.
Порядок проведения исследований с применением двухуровневой технологии следующий:
— формирование расчетных условий для моделей двух уровней (с учетом результатов качественного анализа последствий возмущения для СЭ и ТЭК);
— выявление "узких" (с позиций энергетической безопасности) мест в отраслевых системах топливо- и энергоснабжения на основе решения отраслевых моделей, описывающих на достаточно подробном уровне внутренние связи;
— проведение расчетов на моделях ТЭК (на основе результатов, полученных в отраслевых моделях), учет возможностей по взаимозаменяемости отдельных ТЭР, условий возможной диверсификации топливо- и энергоснабжения; определение рациональных путей выхода из ЧС в системах топливо- и энергоснабжения потребителей перераспределением нагрузки по отраслевым СЭ;
— на основе повторного решения задачи на моделях отраслевых СЭ, определение наиболее приемлемых в данной ситуации путей достижения возложенных на эти системы требований;
— комплексная оценка возможностей выхода отраслей и ТЭК из рассматриваемой ситуации и формирование требований по обеспечению энергетической безопасности.
С использованием двухуровневой технологии и методов комбинаторного моделирования проведены исследования по выбору альтернативных траекторий развития для последующего их анализа с позиций ЭБ, рассматривались различные траектории развития ТЭК России до 2020 г. [3—5].
На этапе качественного анализа на основе анализа современного состояния энергетического сектора и условий его развития в среднесрочной перспективе были выделены основные стратегические угрозы энергетической безопасности (рис. 4).
Поэтому в современных условиях возникает необходимость в методических, модельных и программных разработках на этапе качественного анализа общей схемы исследований (рис. 1), так как особое место начинают занимать исследования, связанные с понятием риска КС и ЧС, их последствий. Сами ситуации являются следствием
2500 2000 1500 1000 500 0
л 29,3 а 1920 2180 2110____
28,8^ ^ 1720
-
/1400 27,9 —27,5 1040
93,4
600 / 490 798 93,4 27,3 _ Ввод новых мощностей, МВ- Средний возраст " оборудования,лет |
334 1 1 Демонтаж, МВ 1 1
25 75 125 175 225 275
Капиталовложения в электроэнергетику, млрд руб
28
27
26
25 75 125 175 225 275 Капиталовложения в электроэнергетику, млрд руб
Рис. 5. Объемы демонтажа старого и ввода нового оборудования (МВт) и значения среднего возраста оборудования (а). Изменения показателя аварийности в ответ на увеличение объемов капвложений (б)
реализации угроз ЭБ, становится важной задача анализа возможных угроз и формирование на этой основе сценариев возмущений (КС и ЧС) и связанные с этим проблемы их моделирования.
Для проведения такого рода анализа необходимо детальное исследование взаимозависимостей факторов, обусловливающих угрозы ЭБ, через описание причинно-следственных связей между ними. Важной является оценка вероятности появления факторов, их обусловливающих, либо вероятности того, что они примут определенное значение. Такие возможности предоставляет подход с использованием аппарата байесовских сетей доверия (БСД или просто байесовских сетей).
При построении моделей преследуется несколько целей: непосредственно проведение детального анализа
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.