Методология и практика исследования проблем энергетической безопасности России с выделением роли газовой отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Методология и практика исследования проблем энергетической безопасности России с выделением роли газовой отрасли

Специальность 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы

На правах рукописи

Сендеров Сергей Михайлович

Иркутск - 2008 г.

Работа выполнена в Институте систем энергетики им. Л. А. Мелентьева Сибирского отделения Российской Академии наук.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Лесных Валерий Витальевич;

доктор технических наук, профессор Илькевич Николай Иванович;

доктор технических наук, профессор Степанов Владимир Сергеевич.

Ведущая организация - ГУ «Институт энергетической стратегии»

Защита состоится «10» июня 2008 г. в 9-00 на заседании диссертационного совета Д 003.017.01 в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан “____” ________________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор Клер А.М.

Общая характеристика работы

Актуальность.

Одной из важнейших целей развития энергетики России является обеспечение энергетической безопасности (ЭБ) страны и ее регионов. При этом ключевым требованием энергетической безопасности является обеспечение бездефицитности энергоснабжения, физической и экономической доступности энергоносителей приемлемого качества. Исследования существующего состояния, сложившихся тенденций и перспектив развития энергетики России показывают, что в период до 2020 гг. перед страной могут возникнуть серьезные трудности в обеспечении своей энергетической безопасности.

При анализе структуры современного топливно-энергетического баланса (ТЭБ) страны видна доминирующая роль природного газа, при этом 90% этого газа добывается в одном Надым-Пур-Тазовском районе в Западной Сибири. Доля газа в балансе котельно-печного топлива (КПТ) в целом по стране близка к 80%, в значительной части регионов европейской части страны эта доля составляет более 90%, а в некоторых доходит до 95-97%.

При реализации угрозы снижения объемов добычи газа в России может сложиться негативная ситуация с обеспечением КПТ потребителей, использующих газ. В чрезвычайно сложном положении с энергообеспечением могут оказаться регионы с высоким доминированием этого ресурса. Проблема обостряется невозможностью быстрого изменения видовой структуры потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в таких регионах. Налицо критическое положение дел с освоением запасов газа на полуостровах Ямал, Гыдан, на шельфе Баренцева и Карского морей (Западно-Арктическая зона). Важнейшей составляющей угрозы отставания освоения сырьевой базы углеводородов является ожидаемое снижение объемов добычи газа из-за риска несвоевременного выхода на эти ресурсы. Следствием такого отставания будет дефицитность российского энергобаланса.

Важнейшей задачей обеспечения энергетической безопасности России является ежегодное увеличение прироста разведанных запасов углеводородов в объемах, не менее 115-125% от уровня их добычи. В течение длительного периода времени эти требования не выполняются, основные приросты запасов за последние годы получены на уже открытых месторождениях; в новых районах и на шельфе геологоразведочные работы проводятся в недостаточном объеме.

Трудности замены газа углем усугубляются проблемами транспорта угля из Сибири в европейскую часть, а также существующим перекосом в ценовых соотношениях на эти ресурсы в последние годы. Результат - деформация структуры спроса с чрезмерной ориентацией на газ и снижением конкурентоспособности угля. Преодоление этого перекоса осложняется слабой конкурентоспособностью отечественной продукции даже при нынешних сравнительно низких ценах на газ; низкой платежеспособностью населения, бюджетной сферы и значительной части бизнеса.

В то же время

- заканчивается технический ресурс значительной части генерирующего оборудования и в т.ч. ядерных реакторов на работающих АЭС;

- снижается производство мазута и, соответственно, его доля в приходной части баланса котельно-печного топлива;

- имеются объективные сложности с ощутимым повышением роли нетрадиционной энергетики (энергии ветра, солнца, приливов и т.д.) в стране в целом.

В последние 10-15 лет инвестиции в ТЭК использовались преимущественно для простого воспроизводства, поддержания достигнутого уровня добычи топлива и производства преобразованных топливно-энергетических ресурсов. Согласно Энергетической стратегии России на период до 2020 года (ЭС - 2020) для умеренного варианта развития ТЭК России в 2011-2020 гг. необходимо инвестиций около 40 млрд. долл./год. В последние же годы капиталовложения в ТЭК не превышали $20-25 млрд/год. При этом, половина из них вкладывалась в нефтяную отрасль. Результат - увеличение доли изношенного оборудования, некомпенсируемое выбытие производственных фондов и снижение технического уровня и экономической эффективности оборудования.

Проблематично и обеспечение серьезных сдвигов в решении проблем энергосбережения. Сфера деятельности, связанная с потреблением энергоресурсов, весьма консервативна, а потому для коренного изменения положения дел здесь потребуется много времени, ибо связано это в значительной степени с изменением структуры ВВП в части увеличения доли услуг и наращивания выпуска конкурентоспособной наукоемкой продукции.

Согласно вышесказанному, проблема возможной дефицитности ТЭБ страны в среднесрочной перспективе может быть решена лишь радикальными шагами по преодолению стратегических угроз энергетической безопасности, которые сформировались к настоящему времени. В современных условиях для обоснования таких радикальных шагов или возможных направлений учета фактора энергетической безопасности при формировании стратегий развития энергетики необходимо:

- учесть методический и практический опыт решения задач управления развитием ТЭК страны и исследования проблем ЭБ и оценить возможности его применения для учета фактора энергетической безопасности при развитии энергетики на среднесрочную перспективу;

- разработать методический аппарат для оценки уровней энергетической безопасности регионов, как важнейших составляющих уровня энергетической безопасности страны и провести такую оценку;

- разработать методику формирования направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности;

- сформировать требования к газовой отрасли (как доминирующей в получении первичных ТЭР) с позиций обеспечения будущей энергетической безопасности страны.

Обзор научно-методической литературы, посвященной этим проблемам, показывает, что научным основам развития энергетики с учетом требований надежности топливо- и энергоснабжения потребителей и надежности функционирования ТЭК посвящено значительное количество исследований и создана фундаментальная научная база. Автором изучены труды по данной тематике и в диссертационной работе учтены отдельные результаты работ Л.А. Мелентьева, Ю.Н. Руденко, А.А. Макарова, Н.И. Воропая, А.П. Меренкова, А.Э. Конторовича, В.В. Бушуева, Л.Д. Криворуцкого, А.М. Мастепанова, А.Г. Коржубаева и др. Однако, в настоящее время еще не нашли достаточной проработки вопросы:

- моделирования взаимосвязанной работы ТЭК и СЭ в условиях реализации стратегических угроз энергетической безопасности и крупномасштабных чрезвычайных ситуаций (ЧС);

- комплексной оценки уровней энергетической безопасности регионов России;

- формирования направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны с учетом требований энергетической безопасности;

- формирования требований к газовой отрасли с позиций обеспечения энергетической безопасности страны в настоящее время и в перспективе.

Существо сказанного и определяет актуальность данной работы.

Целью диссертации является создание научно-методической базы исследования вариантов развития ТЭК страны и регионов с позиций обеспечения требований энергетической безопасности и формирования на этой основе направлений повышения уровня энергетической безопасности.

В рамках создания такой научно-методической базы должны быть сформулированы методические основы оценки уровня энергетической безопасности страны и ее регионов, разработана методика формирования направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности и определены требования к перспективному развитию газовой отрасли с позиций обеспечения энергетической безопасности страны и ее регионов.

Основные задачи исследования:

1. Выявление основных проблем и долгосрочных тенденций развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности.

2. Анализ методического и практического опыта решения задач управления развитием ТЭК страны и исследования проблем ЭБ и оценка возможностей использования этого опыта при учете фактора энергетической безопасности в задачах развития энергетики России и ее регионов.

3. Разработка методического аппарата для оценки уровня энергетической безопасности страны и ее регионов и проведение такой оценки для ряда представительных субъектов РФ.

4. Разработка методических основ формирования направлений корректировки вариантов развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности.

5. Формирование требований к газовой отрасли с позиций обеспечения энергетической безопасности страны и ее регионов на современном этапе и в перспективе.

6. Учет требований энергетической безопасности при решении проблем развития газотранспортной системы страны.

При решении этих задач в диссертационной работе впервые получены, составляют предмет научной новизны и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты.

1. Двухуровневая технология исследований при решении задач управления развитием ТЭК страны и регионов с учетом требований энергетической безопасности.

2. Научно-методическая база оценки уровня энергетической безопасности страны и ее регионов, включая методические принципы использования индикативного анализа энергетической безопасности.

3. Методический аппарат формирования направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны с позиций требований энергетической безопасности.

4. Принципы учета требований энергетической безопасности при обосновании перспектив развития газовой отрасли и освоении новых районов газодобычи (на примере Ковыктинского газоконденсатного месторождения в Иркутской области).

5. Практические результаты, полученные на базе разработанных методов и моделей:

· сформулированы основные направления корректировки вариантов развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности на период до 2020 г.;

· оценены перспективы выполнения основных требований энергетической безопасности России с учетом производственных возможностей всех отраслей ТЭК страны и показана необходимость скорейшего решения проблем освоения новых районов газодобычи и реконструкции газотранспортной системы страны;

· сформулированы требования энергетической безопасности, необходимые к учету при решении задач реконструкции газотранспортной системы страны;

· показаны требуемые уровни работоспособности газотранспортной системы страны с позиций обеспечения энергетической безопасности регионов России;

· проведена комплексная оценка существующих уровней энергетической безопасности субъектов Российской Федерации, расположенных на территориях Сибирского и Северо-Западного федеральных округов; при этом сформулированы основные проблемы в организации работы систем топливо- и энергоснабжения этих субъектов РФ и разработана направленность мер по повышению уровня энергетической безопасности в регионах России на перспективу.

Методология исследований опирается на основные положения теории и методов системных исследований в энергетике, теории комплексного исследования надежности ТЭК и живучести систем энергетики, а также на использованные в работе основные положения энергетической безопасности.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

Разработанные научно-методическая база и соответствующие подходы позволяют:

· оценить возможности участия каждой из отраслей ТЭК в обеспечении энергетической безопасности страны и ее регионов;

· сформировать представления об уровне энергетической безопасности страны и регионов в заданный момент времени;

· выделить основные негативные с позиций энергетической безопасности моменты в развитии и функционировании системы топливо- и энергоснабжения этих регионов;

· сформулировать направления корректировки вариантов перспективного развития энергетики страны с целью предотвращения (минимизации последствий) возможной реализации стратегических угроз энергетической безопасности.

На основе разработанных методов и аппарата были проведены исследования, основные результаты которых нашли отражение в материалах ФЦП “Топливо и энергия”, подпрограмма 4.1 “Энергетическая стратегия и безопасность России” (г. Москва, Минтопэнерго РФ, 1998 г.); «Основные направления развития топливно-энергетического комплекса Хабаровского края на перспективу до 2010 года» (г. Хабаровск, 2002-2003 гг.); «Основные направления развития топливно-энергетического комплекса Республики Бурятия до 2020 года» (г. Улан-Удэ, 2003-2004 гг.); «Программа газификации Иркутской области» (г. Иркутск, 2005 г.); «Концепция обеспечения устойчивой работы объектов топливно-энергетического комплекса и энергетической безопасности Сахалинской области» (г. Южно-Сахалинск, 2007 г.); «Корректировка энергетической стратегии Томской области на период до 2020 г.» и «Программа развития энергетики Томской области на период до 2007-2012 гг.» (г. Томск, 2007 г.); «Определению перспективного спроса на газ на основе оптимизации топливно-энергетических балансов субъектов РФ, входящих в Северо-Западный федеральный округ» (г. Москва, 2007 г.) и др.

Апробация работы. Теоретические положения диссертационной работы использовались, проверялись и корректировались в процессе исследовательских и практических работ научно-исследовательскими и проектными коллективами: ИСЭМ СО РАН, ОАО «Промгаз» и ОАО «ВНИИГАЗ» ОАО «ГАЗПРОМ», ОАО «Гипровостокнефть», ОАО «Институт Нефтепродуктпроект», ГУ «Институт энергетической стратегии», ОАО «ЭНИН им. Кржижановского».

Отдельные практические результаты диссертационной работы были использованы Управлением научно-технического прогресса Министерства топлива и энергетики РФ, Правительствами Республики Бурятия, Хабаровского края, Администрациями Иркутской, Томской и Сахалинской областей.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях, семинарах и симпозиумах: международном семинаре по методам анализа трубопроводных систем (Иркутск, 1991 г.); международном семинаре по новым информационным технологиям управления развитием и функционированием трубопроводных систем энергетики (Туапсе, 1993); международной конференции “Risk analysis and management in a global economy” (Ludwigsburg, Germany, 1995); двух международных конференциях “Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях” (Москва, 1995, 1997 г.); на международной конференции международного общества по анализу риска (TIEMS) “National and international issues concerning research and applications” (Copenhagen, Denmark, 1997); четырех заседаниях международного семинара «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики» (Мурманск, 1997 г.; Казань, 2001 г.; Минск, 2005 г.; Вологда, 2007 г.); на международной конференции «Восточная энергетическая политика России и проблемы интеграции в энергетическое пространство Азиатско-Тихоокеанского региона» (Иркутск, 1998 г.); на всероссийском семинаре «Риск и страхование» (Иркутск, 1999 г.); на международной конференции «Информационные технологии в энергетике: современные подходы к анализу и обработке информации» (Иркутск, 2000 г.); на всероссийской конференции «Энергетика России в 21 веке: проблемы и научные основы устойчивого и безопасного развития» (Иркутск, 2000 г.); на всероссийской футурологической конференции «Энергетика ХХI века: глобальные тенденции и проблемы, их последствия для России, задачи системных исследований в энергетике» (Иркутск, 2002 г.); на международной конференции СИГРЭ (Paris, France, 2002); на научной Сессии РАН «Энергетика России: проблемы и перспективы» (Москва, 2005 г.); на всероссийской конференции «Энергетика России в XXI веке: развитие, функционирование и управление» (Иркутск, 2005 г.); на первом и втором сибирских энергетических конгрессах (Новосибирск, 2005, 2007 гг.); на международной конференции «Energy, regional security, and the Korean Peninsula: toward a Northeast Asian energy forum» (Seoul, Republic of Korea, 2006); на заседаниях Ученого совета и секций Ученого совета ИСЭМ СО РАН.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 85 работах - в 11 монографиях (в соавторстве), в статьях академических и отраслевых журналов, в том числе в 11 статьях, опубликованных в журналах, включенных в «Перечень рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук», а также в материалах симпозиумов, конференций и семинаров, в том числе в 9 за рубежом.

Личный вклад. Диссертантом разработано лично большинство из представленных методических подходов, математических моделей и принципов. Большинство практических результатов диссертации получено лично автором или под его руководством. Части исследований, которые проводились в сотрудничестве или, где использованы наработки других авторов, отмечены в тексте диссертационной работы. Так, при разработке двухуровневой технологии исследований при решении задач управления развитием ТЭК страны и регионов с учетом требований энергетической безопасности, составляющая, касающаяся исследований на уровне ТЭК базировалась на работах Л.Д. Криворуцкого и была выполнена совместно с Н.И. Пятковой [20,24]. При разработке методических основ оценки уровня энергетической безопасности страны и ее регионов на базе использования аппарата индикативного анализа энергетической безопасности были использованы методические основы мониторинга и индикативного анализа энергетической безопасности, разработанные в ИСЭМ СО РАН с непосредственным участием автора при активной роли Г.Б. Славина [7]. В части оценки проблем развития газовой отрасли с позиций обеспечения перспективной энергетической безопасности страны и регионов исследования были выполнены в тесном сотрудничестве с В.И. Рабчуком [26,38,44 и др.]. В ходе исследований использовались программные средства, разработанные научным коллективом под руководством Л.В. Массель, а также А.В. Еделевым под непосредственным руководством автора [16,28,45].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Общий объем 382 стр., из них 357 стр. текста, 42 рисунка, 75 таблиц. Список литературы содержит 230 наименования.

Во введении показаны особенности современного функционирования ТЭК страны с выделением роли газовой отрасли в аспекте обеспечения энергетической безопасности страны и регионов; обоснована актуальность исследования вопросов смягчения возможных последствий реализации стратегических угроз энергетической безопасности при решении задач развития ТЭК и систем энергетики. Сформулированы основные задачи исследований, показана их научная и практическая значимость.

Основное содержание изложено в семи главах.

В первой главе раскрываются история вопроса и суть проблемы энергетической безопасности, показана эволюционная связь понятий надежности, живучести и энергетической безопасности. На фоне современной картины структуры производства первичных ТЭР и потребления КПТ показана роль природного газа в топливоснабжении России и федеральных округов. Сформулирована общая постановка исследований проблем энергетической безопасности на федеральном и региональном уровнях, оценены возможности использования существующего опыта исследований в решении поставленных в работе вопросов и сформулирована постановка диссертационной работы.

Вторая глава посвящена систематизации и идентификации угроз энергетической безопасности. При этом, особо выделены стратегические угрозы и возможности их реализации в перспективе до 2030 г., а также обоснованы принципы использования мониторинга и индикативного анализа энергетической безопасности для идентификации существующих и ожидаемых угроз энергетической безопасности.

В третьей главе подняты вопросы адаптации существующих подходов к моделированию систем энергетики и ТЭК в целом для исследования проблем энергетической безопасности. При этом показаны особенности решения задач энергетической безопасности при функционировании ТЭК и систем энергетики в условиях чрезвычайных ситуаций с использованием двухуровневого моделирования. Затем с учетом указанных особенностей на базе использования ранее разработанных методов предложен собственный методический подход, включающий в себя методологию многоуровневых исследований развития ТЭК. Подход включает использование балансовой модели для исследования структуры ТЭК страны с учетом требований энергетической безопасности и имитационных потоковых моделей оценки производственных возможностей отраслевых энергетических систем, как в нормальных условиях функционирования, так и в условиях чрезвычайных ситуаций.

В четвертой главе сформулированы методические основы оценки уровня энергетической безопасности страны и регионов и формирования соответствующих направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны. При этом разработаны методические принципы использования аппарата индикативного анализа при оценке уровня энергетической безопасности страны, включающие выделение важнейших индикаторов энергетической безопасности и обоснование их пороговых значений, а также методику оценки уровня энергетической безопасности страны при различных вариантах развития энергетики. Определены соответствующие индикативные показатели, обоснованы их пороговые значения для различных (с позиций организации системы топливо- и энергоснабжения) типов территорий. Сформулированы принципы формирования направлений корректировки вариантов развития энергетики страны с позиций требований энергетической безопасности.

Пятая глава посвящена вопросам практического использования методики выбора направлений корректировки вариантов развития ТЭК страны с позиций энергетической безопасности. Обоснована исходная база для исследований и сформировано расчетное множество перспективных состояний энергетики страны. На основании анализа результатов расчета, связанных с оценкой перспективных значений важнейших индикаторов, которые отвечали бы требованиям энергетической безопасности, получена и представлена траектория развития энергетики страны, характеристики которой в наибольшей мере отвечают требованиям энергетической безопасности. Показано, что эти характеристики могут являться основными направлениями (ориентирами) для корректировки вариантов развития энергетики, разрабатываемых различными коллективами, с целью предотвращения либо смягчения последствий возможной реализации стратегических угроз энергетической безопасности.

В шестой главе основное внимание уделено учету требований энергетической безопасности страны при решении важнейших задач развития газовой отрасли России (реконструкция газотранспортной сети и выход в новые районы газодобычи). Сформулированы основные проблемы развития газовой отрасли в рамках исследования вопросов обеспечения энергетической безопасности страны. Показана основополагающая роль газотранспортной системы страны и сформулированы требования энергетической безопасности, которые необходимо учитывать при решении проблем развития указанной системы. На базе анализа характеристик рациональной с позиций энергетической безопасности траектории развития энергетики страны сформулированы требуемые уровни работоспособности газотранспортной системы. В главе рассмотрены вопросы обеспечения требуемых уровней устойчивого функционирования газотранспортной системы страны с позиций энергетической безопасности и показаны особенности учета требований энергетической безопасности страны при выходе в новые районы добычи газа на примере готовящегося к промышленной разработке Ковыктинского газоконденсатного месторождения в Иркутской области.

Седьмая глава связана с оценкой уровней энергетической безопасности регионов страны и разработке направленности мер по их повышению. Проведен анализ текущих значений важнейших индикаторов энергетической безопасности субъектов РФ, расположенных на территориях принципиально разных по условиям организации процессов топливо- и энергоснабжения потребителей Сибирского и Северо-Западного федеральных округов. На приведенной базе получены комплексные оценки уровня энергетической безопасности субъектов РФ, расположенных на данных территориях. На основе данных оценок сформулирована направленность мер по повышению уровня энергетической безопасности, приемлемых для большинства регионов России.

В заключении сформулированы наиболее важные выводы по работе.

Основное содержание работы

В первой главе показана преемственность исследований проблем энергетической безопасности с изучением свойств надежности систем энергетики. Понятие ЭБ, трактуемое как состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их потребностей в энергии экономически доступными энергетическими ресурсами приемлемого качества в нормальных условиях и при чрезвычайных обстоятельствах, а также от нарушений стабильности, бесперебойности топливо- и энергоснабжения, соответствующее в нормальных условиях обеспечению в полном объеме обоснованных потребностей, в чрезвычайных ситуациях - гарантированному обеспечению минимально необходимого объема потребностей говорит о более широком смысле понятия ЭБ по сравнению с понятиями надежности СЭ и с понятиями его единичных свойств. Наличие связей между взаимосвязанным функционированием отдельных отраслей ТЭК и возможностями потребителей снижать удельные затраты требуемых ТЭР на производство различных видов продукции и услуг, диверсифицировать виды потребляемых ТЭР, а также источники их поступления говорит о том, что ЭБ - уже предмет исследования не столько состояния самой энергетики, сколько ее взаимосвязей с экономическими, социальными, внешнеполитическими и другими сторонами существования граждан, общества и государства в целом.

Принципиальная структурная схема исследований проблем обеспечения энергетической безопасности страны и регионов представлена на рис. 1. Составляющие схемы можно считать перечнем основных задач, связанных с решением проблем энергетической безопасности страны и ее регионов для заданной перспективы.

Указанные на рис. 1 задачи приходится решать в условиях значительного доминирования природного газа в балансе КПТ всех федеральных округов европейской части страны. Более того, во всех этих округах присутствует тенденция увеличения этой доли (табл. 1).

Рис. 1. Структурная схема исследований по проблемам обеспечения энергетической безопасности страны и регионов

топливный энергетический баланс газовый

Таблица 1. Объемы добычи и потребления газа и доли в балансе КПТ федеральных округов России в 2003 - 2005 гг.

Россия, федеральный округ	2005 г.	Доля газа в балансе КПТ, %
	Добыча газа	Потребление газа	Год
	млрд. м3	2003	2004	2005
Россия	640,8	392,3	75	76	77
Центральный	0	102,1	93	93	94
Северо-Западный	4,1	35,6	76	76	78
Южный	17,9	52,2	93	94	94
Приволжский	23,9	106,9	94	94	95
Уральский	585,4	76,6	82	87	88
Сибирский	6,0	15,4	22	23	22
Дальневосточный	3,5	3,5	13	13	13

В принципе, при наличии собственного газа в стране, ситуация с такой высокой его долей в ТЭБ могла бы считаться приемлемой с позиций энергетической безопасности, но подавляющая часть российского газа добывается в западной Сибири, в 2 - 3 тыс. км от основных мест его потребления. Это в значительной степени повышает актуальность проведения исследований по возможностям перспективного обеспечения энергетической безопасности европейских регионов и заставляет тщательно оценивать перспективные возможности газовой отрасли.

На основании знаний о современных и перспективных потребностях в энергоресурсах, о существующем состоянии и перспективах развития ТЭК, а также о имеющейся сегодня и возможной в перспективе степени реализации угроз ЭБ, в главе формулируется постановка исследований: разработать методологию выбора направленности мер, инвариантных к различным возможным возмущениям (в экономике и энергетике), для достижения и поддержания требуемого уровня энергетической безопасности страны (региона). Для этого необходимо создать научно-методическую базу позволяющую исследовать варианты развития ТЭК страны и регионов с позиций обеспечения требований энергетической безопасности и на этой основе формировать направления повышения уровня энергетической безопасности.

Вопросам систематизации и идентификации существующих и формирующихся угроз энергетической безопасности и анализу возможных масштабов их проявления посвящена вторая глава. При этом внимание уделено выделенным в более ранних работах с непосредственным участием автора текущим угрозам энергетической безопасности (экономическим, социально-политическим, внешнеполитическим и внешнеэкономическим, техногенным, природным, управленческо - правовым), но особо выделены стратегические угрозы системного характера, чреватые долговременным и масштабным сдерживанием темпов развития национальной экономики в силу возможного проявления значительных дефицитов ТЭР у потребителей страны в период до 2020 - 2030 гг. (рис. 2).

Суть стратегических угроз ЭБ приведена ниже.

Дефицит инвестиций. В последние 10-15 лет инвестиции использовались преимущественно для простого воспроизводства в отраслях ТЭК, поддержания достигнутого уровня добычи топлива и производства преобразованных ТЭР.

Результат - накопление доли изношенного оборудования, некомпенсируемое выбытие производственных фондов, снижение технического уровня и экономической эффективности энергетики.

Согласно ЭС-2020 для умеренного варианта развития ТЭК России в 2011-2020 гг. необходимо инвестиций около 40 млрд. долл./год, в последние годы капиталовложения в ТЭК не превышали $20-25 млрд/год, при этом, половина из них вкладывалась в нефтяную отрасль.

Низкие темпы снижения удельной энергоемкости экономики - фактор напряжения энергетического баланса.

На основании комплексного анализа ситуации можно предположить пределы снижения энергоемкости до 2020 г. на 30-35 % (1,75-2,15 % в среднем за год).



Рис. 2. Стратегические угрозы энергетической безопасности России
и их взаимосвязи

Низкие темпы преодоления ценовых перекосов между газом и углем. Доля газа в балансе КПТ европейских районов России чрезвычайно велика. Трудности замены газа углем усугубляются существующим перекосом в ценовых соотношениях на ТЭР в России в последние годы. Результат - "деформация структуры спроса с чрезмерной ориентацией на газ и снижением конкурентоспособности угля" [ЭС - 2020].

Основные препятствия для устранения перекоса:

- слабая конкурентоспособность отечественной продукции даже при нынешних сравнительно низких ценах на газ;

- низкая платежеспособность населения, бюджетной сферы и значительной части бизнеса.

Трудности с широкомасштабной переброской избыточных ТЭР из Сибири в европейскую часть России. Прежде всего эти трудности касаются угля и электроэнергии.

Низкие темпы обновления ОПФ в отраслях ТЭК. ОПФ ТЭК России значительно изношены. Для замены изношенного электрогенерирующего оборудования необходим ежегодный ввод 5-6 ГВт, фактически же в последние годы вводится в среднем по 1,2 ГВт. Согласно ЭС-2020 в 2011-2020 гг. коэффициент обновления в электроэнергетике должен составить 3-5 % в год. Сегодняшняя ситуация с инвестициями в ТЭК в целом, в особенности с вложениями в электроэнергетику, заставляет усомниться в реальности столь резкого перехода. Та же ситуация в газовой отрасли.

Отставание освоения сырьевой базы углеводородов. Основное требование: прирост запасов должен быть выше уровня годовой добычи на величину потенциально неизвлекаемого ресурса (т.е. необходимо учитывать коэффициент извлечения). В то же время основные приросты запасов углеводородов получены на открытых ранее месторождениях. В новых районах и на шельфе геологоразведочные работы проводятся в недостаточном объеме. Ситуация в газовой отрасли представлена на рис. 3.

Рис. 3. Добыча и прирост промышленных запасов газа

Важнейшая составляющая рассматриваемой угрозы - несвоевременный выход на газовые ресурсы Ямала и шельфа северных морей. Следствие этого неминуемый дефицит по первичным ТЭР в стране. Чем позже будет выход в новые районы газодобычи, тем больше будут дефициты.

Доминирующая роль природного газа в топливно-энергетических балансах регионов европейской части России, определяющая высокую зависимость экономики и населения указанных регионов от надежности поставок газа, добываемого на значительном удалении от потребителей.

Систематизация угроз ЭБ - лишь исходный пункт их выявления и анализа. Следующая важнейшая задача - идентификация фактических и ожидаемых угроз, то есть установление, где, когда, каким образом и в каком масштабе проявляются или будут проявляться эти угрозы. Количественно эта информация может отображаться системой индикаторов важнейших с позиций ЭБ моментов развития и функционирования систем энергоснабжения и энергопотребления, то есть системой индикаторов ЭБ. Сравнение фактических или ожидаемых значений этих индикаторов с предельно допустимыми (пороговыми) значениями представляет в совокупности, информационную базу для обоснования решений по обеспечению ЭБ. В этом состоят смысл и суть мониторинга и индикативного анализа ЭБ.

С тем, чтобы на рассматриваемую перспективу оценивать последствия возможной реализации угроз ЭБ необходимо уметь моделировать работу, как отдельных систем энергетики, так и ТЭК в целом с позиций анализа возможностей топливо- и энергоснабжения потребителей в различных условиях функционирования энергетики.

В третьей главе рассмотрены особенности моделирования ТЭК и отраслевых систем энергетики при исследовании проблем обеспечения энергетической безопасности страны и регионов и вопросы разработки специальной двухуровневой технологии исследований. При этом, верхний уровень представляет модель оптимизации территориально-производственной структуры ТЭК с позиций требований ЭБ, которая включает блок оценки текущего состояния ТЭК в нормальных и критических ситуациях. Данная модель представляет собой классическую задачу линейного программирования и базируется на территориально-производственной модели ТЭК с блоками электроэнергетики, тепло-, газо- и углеснабжения, а также нефтепереработки - мазутоснабжения.

Формализованно ограничения указанной выше оптимизационной задачи записываются в виде системы линейных уравнений и неравенств:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

где t категории потребителей; h категории запасов; х искомый вектор, компоненты которого характеризуют интенсивность использования технологических способов функционирования энергетических объектов (добычи, переработки, преобразования и транспорта энергоресурсов); Yt искомый вектор, компоненты которого характеризуют объемы потребления отдельных видов топлива и энергии отдельными категориями потребителей (t); Shk искомый вектор, компоненты которого характеризуют объемы запасов топлива выделенной категории (h) на конец рассматриваемого периода; Sн заданный вектор, компоненты которого равны исходным уровням запасов энергоресурсов; А матрица технологических коэффициентов производства (добычи, переработки, преобразования) и транспорта отдельных видов топлива и энергии (затраты - выпуск); D вектор, определяющий технически возможные интенсивности использования отдельных технологических и производственных способов; Rt вектор с компонентами, равными объемам заданного потребления отдельных видов топлива и энергии отдельными категориями потребителей; Sh вектор, компоненты которого отражают нормативный объем запасов категории h; S вектор с компонентами, равными объемам хранилищ (складов) данного энергоресурса.

Целевая функция при этом имеет следующий вид:

(6)

Первая составляющая целевой функции отражает издержки, связанные с функционированием отраслей ТЭК. Здесь С вектор удельных затрат по отдельным технологическим способам функционирования действующих, реконструируемых или модернизируемых, а также вновь сооружаемых энергетических объектов. Вторая составляющая ущербы от дефицита по каждому виду топлива и энергии у каждой из выделенных категорий потребителей. Величины дефицита энергоресурсов () у потребителей категории t соответствуют разности (Rt Уt). Величина ненакопления запасов энергоресурсов соответствует разности . Вектора rt и qh состоят из компонент, названных с определенной условностью “удельными ущербами”. Третья составляющая аналогична второй и соответствует ущербам от ненакопления запасов.

Нижний уровень иерархии представляют отраслевые потоковые модели для оценки возможностей систем энергетики по удовлетворению потребителей соответствующими энергоресурсами, как в нормальных условиях функционирования, так и в условиях чрезвычайных ситуаций в тех объемах, что определены на верхнем уровне иерархии. В работе эти модели представлены на примере моделей больших трубопроводных систем - Единой системы газоснабжения (ЕСГ) Единой системы нефтеснабжения (ЕСН). Обе модели представлены в виде сетей, в узлах которых находятся предприятия по добыче, преобразованию и потреблению материальных потоков, реализующих материальные связи между предприятиями.

При решении задачи оценки состояния системы после возмущения критерием оптимальности распределения потоков служит минимум дефицита энергоресурса у потребителя при минимальных затратах на доставку энергоносителя потребителям, т.е. модель можно формализовать как задачу о максимальном потоке. Схема-граф, имитирующий систему дополняется двумя фиктивными узлами: O - суммарный источник, S - суммарный сток и соответствующими дугами. Математическая запись поставленной задачи имеет следующий вид:

max (7)

при условиях, что

(8)

, для всех (i, j) (9)

Здесь - подмножество «входящих» в узел j дуг; - подмножество «выходящих» дуг из узла j; - величина суммарного потока по сети; - поток по дуге (i, j); - ограничения на поток по дуге (i, j).

Задача (7)-(9) имеет не единственное решение, поэтому следующим шагом решается задача о максимальном потоке минимальной стоимости:

(10)

где Сij - цена или удельные затраты на транспорт энергоресурса.

В условиях негативного возмущения на работу системы и дефицита энергоресурса у потребителя максимальный поток f из задачи (7)-(10) должен быть увеличен на величину суммарного дефицита ресурса у потребителей. В определенных рамках это позволяют сделать технологические особенности системы. Задача о поиске «узких» мест системы и величине необходимого увеличения их производственных возможностей записана ниже:

(11)

при условиях

(12)

(13)

(14)

(15)

где -величина суммарного дефицита ресурса у потребителя; - ограничение на поток по дуге (i, j);. - приращение потока по дуге (i, j); - приращение потока по дуге (i, j) до ; - приращение пропускной способности (i, j) свыше ; - ограничение на приращение пропускной способности по дуге (i, j) свыше ; - цена или удельные затраты на транспорт энергоресурса по дуге (i, j) в пределах ; - цена или удельные затраты на транспорт энергоресурса по приращению; - подмножество "входящих" в узел j дуг; - подмножество "выходящих" дуг из узла j; O - суммарный источник; S - суммарный сток; - значение потока по дуге (i, j), полученное при решении задачи нахождения максимального потока минимальной стоимости.

Разработанная двухуровневая технология создает базу для исследования проблем энергетической безопасности при различных вариантах развития энергетики. Для оценки состояния энергетической безопасности страны и регионов на различных временных срезах были выделены конкретные индикаторы по основным группам объектов возможного и необходимого мониторинга ЭБ, как на уровне регионов, так и по стране в целом, среди которых экспертно выделены важнейшие.

Четвертая глава посвящена вопросам выделения индикаторов ЭБ, обоснованию их пороговых значений и качественной оценке состояния.

Состояние того или иного индикатора в зависимости от расположения его фактического или ожидаемого значения на шкале состояний, можно оценить следующим образом:

(17)

где, n - количество оцениваемых индикаторов; Si - фактическое (ожидаемое) значение i-го индикатора; - значения предкризисного и кризисного пороговых значений i-го индикатора; - качественная оценка состояния индикатора: нормальное, предкризисное и кризисное соответственно.

Для получения комплексной оценки уровня ЭБ при том или ином состоянии или сценарии развития экономики и энергетики разработан механизм свертки значений индикаторов напрямую или косвенно определяющих указанный уровень. При этом важным шагом является определение значимости конкретного (i-го) индикатора в общей шкале индикаторов или выяснение его «удельного веса» в общей системе ценности индикаторов. Удельный вес конкретного индикатора в общей сумме «весов» может быть определен следующим образом:

(18)

где Vi - удельный вес i-го индикатора в системе оцениваемых индикаторов; - условная значимость i-го индикатора в сравнении с j-м индикатором.

При этом, условная значимость есть усредненное значение мнений экспертов по поводу относительной значимости i-го индикатора перед j-м.

Качественная интегральная оценка общего состояния ЭБ в стране или в регионе по индикаторам может быть получена следующим образом:

(19)

где - интегральная оценка качественного состояния энергетической безопасности по индикативной оценке; - удельный вес i-го индикатора, находящегося в области нормальных и кризисных значений, соответственно; - коэффициенты, характеризующие уровень достижения нормального или кризисного состояния, соответственно.

При применении двухуровневой технологии исследований очень важно уметь формировать перспективный уровень ЭБ страны или региона на основе модельных исследований. Уровень кризисности модельного решения (состояние энергетической безопасности на основе исследований на моделях) можно оценивать в зависимости от отношения стоимости выхода из дефицитного решения к стоимости первоначального решения при данном варианте развития энергетики. Принцип оценки этого состояния следующий:

(20)

где Qm - интегральная оценка качественного состояния энергетической безопасности на основе модельно оцениваемых значений индикаторов и их взаимосвязей; - соответственно стоимость первоначального решения с возможными дефицитами энергоресурсов у потребителей (при учете существующих или предполагаемых тенденций изменения во времени численных значений основных индикаторов ЭБ) и стоимость "бездефицитного" решения (с реализацией мероприятий по выходу из дефицитного состояния); - соответственно предкризисное и кризисное пороговые значения отношения стоимости преодоления дефицита энергоресурсов к стоимости первоначального (дефицитного) решения.

В целом, интегральная оценка уровня энергетической безопасности по обеим составляющим должна определяться согласно следующей логике. Когда состояние одной из двух составляющих интегральной оценки ЭБ попадает в предкризисную область, а состояние другой составляющей пребывает в области нормальных значений, налицо - переход в предкризисную область состояния ЭБ; в случае же, когда состояние хотя бы одной составляющей становится кризисным, можно говорить о кризисности интегральной оценки ЭБ в целом.

В результате можно говорить о состоянии энергетической безопасности при том или ином состоянии энергетики страны или отдельного региона и направленности действий по нормализации ситуации в этой области. В то же время имеется значительное количество потенциальных вариантов, по которым может развиваться энергетика государства. В процессе реализации эти варианты могут корректироваться и изменяться иногда существенным образом. Учесть требования ЭБ во множестве таких вариантов на рассматриваемую перспективу возможно при выполнении следующих шагов:

- формирование и анализ всех логически возможных вариантов развития энергетики государства;

- оценка и выбор вариантов удовлетворяющих требованиям ЭБ;

- определение наиболее рациональной с позиций ЭБ траектории развития ТЭК и формирование направленности действий по корректировке вариантов развития ТЭК с позиций ЭБ.

Решению этих вопросов посвящена пятая глава работы.

Формирование множества всех логически возможных сценариев развития энергетики государства возможно благодаря применению методов комбинаторного моделирования. При этом, структура ТЭК разбивается на несколько составляющих частей, например, по территориальному признаку. Для каждой части экспертами строится свой граф развития энергетики по опорным годам. Затем путем комбинирования различных состояний частей ТЭК, принадлежащих одному временному разрезу, получается набор состояний ТЭК для определенного момента времени. Полученные состояния ТЭК соответствуют узлам графа развития ТЭК, которые затем связываются между собой дугами-переходами. Это позволяет сопоставлять отдельные варианты по различным критериям с целью выбора из них наиболее подходящих и на этой базе выявлять рациональные с позиций обеспечения ЭБ траектории развития ТЭК.

Результат - возможность формирования направлений корректировки предлагаемых различными институтами решений по развитию энергетики страны, с позиций обеспечения требований энергетической безопасности.

В результате комбинирования различных состояний энергетики в каждой из территориальных зон может быть получен граф развития ТЭК страны в целом.

Оценивая стоимость каждого из возможных вариантов развития энергетики страны, из полного графа можно выделить рациональную (с точки зрения минимизации затрат и возможного дефицита энергоресурсов у потребителей) траекторию. Необязательно, что полученная "рациональная" с позиций энергетической безопасности траектория будет по настоящему рациональной для развития энергетики государства. Просто для всех просмотренных условий остальные пути развития будут либо дороже, либо хуже с позиций обеспечения энергетической безопасности в отдельных аспектах. Возможно, что лежащие рядом с "рациональной" траектории развития интересней с позиций государства и его будущей экономики. Но в том и суть (и в этом состоит заключительный этап предложенного выше алгоритма) - выработать как можно больше субрациональных с позиций энергетической безопасности траекторий развития ТЭК и на этой базе сформировать общие для всех выбранных стратегий направления корректировки предлагаемых решений по развитию энергетики страны, с позиций обеспечения требований энергетической безопасности.

Для того чтобы на практике применить наработанные методические подходы в работе сформирована информационная база по каждой из энергетических отраслей. При этом, численные характеристики развития энергетических отраслей до 2020 г. базируются как на ориентирах Энергетической стратегии России до 2020 г. и ее научного обоснования, так и на результатах исследований с участием автора в области обеспечения перспективной ЭБ страны и регионов.

Характеристики внутреннего производства и потребления ТЭР данной информационной базы представлены в табл. 2, 3. Кроме того, в информационной базе работе присутствуют характеристики фактического и ожидаемого экспорта и импорта ТЭР.

Таблица 2. Фактическое (2005 г.) и возможное в перспективе до 2020 г. производство отдельных видов ТЭР в стране

Источник	Год
	2005	2010	2015	2020
1	2	3	4	5
Электроэнергия, млрд кВтч
Всего, в т.ч.	948,1	980 - 1070	1040 - 1200	1120 - 1370
АЭС	149,1	170 - 190	190 - 260	220 - 300
ГЭС	174,6	175 - 190	190 - 200	200 - 220
ТЭЦ	344,4	350 - 367	360 - 390	375 - 435
КЭС	280,0	290 - 325	300 - 350	325 - 415
Уголь, млн т
Всего	298,3	340 - 360	380 - 430	400 - 500
Газ, млрд м3
Всего	635,9	575 - 640	580 - 660	500 - 680
Топочный мазут, млн т
Всего	55	45	35	30
Централизованное тепло, млн Гкал
Всего, в т.ч.	1422	1500 - 1560	1560 - 1630	1630 - 1710
ТЭЦ	665	710 - 735	750 - 780	790 - 825
Котельные	679	700 - 730	705 - 735	710 - 750
АИТ	3	6	12	22 - 24
ВЭР	72	80 - 85	90 - 94	97 - 102
ВВЭ	3	4	7	10

Таблица 3. Фактические (2005 г.) и перспективные внутренние потребности страны в отдельных видах ТЭР

Год
2005	2010	2015	2020
Электроэнергия, млрд кВтч
936	1040	1160	1290
Уголь*, млн т
167,4	180	200	225
Газ, млрд м3
396,7	410	410	400
Топочный мазут, млн т
20	17	15	12

* без коксующегося угля

При определении структуры потребления первичных ТЭР в стране на ближнесрочную перспективу (для 2010 и даже для 2015 гг.) есть смысл придерживаться ныне сложившихся соотношений в потреблении отдельных видов первичных ТЭР, т.к. структура эта изменяется достаточно медленно. Прежде чем изменять ее, вводя новые виды оборудования, необходимо определиться с рациональными с позиций ЭБ объемами использования различных видов первичных ТЭР. Понятно, что кроме тех объемов первичных ТЭР, которые будут использоваться для получения электроэнергии и тепла, необходимо учитывать и их объемы, непосредственно используемые у потребителей.

Какой же должна быть перспективная структура потребления первичных ТЭР с позиций требований обеспечения энергетической безопасности страны?

Фактически в 2005 г. удельные расходы условного топлива составили: на выработку электроэнергии - 335 г у.т./кВт.ч; на производство централизованного тепла - 168 кг у.т./Гкал.

Если основываться на ориентирах Энергетической стратегии России до 2020 г., то удельный расход условного топлива на производство электроэнергии в 2020 г. должен составить порядка 280 г у.т./кВт. ч, соответственно удельный расход условного топлива на производство тепла может составить, примерно, 160 кг у.т./Гкал. Представленная в табл. 2 потребность в тепле, вырабатываемом на ТЭЦ и котельных, может составить ориентировочно 1500-1575 млн. Гкал; а потребность в электроэнергии, вырабатываемой тепловыми электростанциями - 700 - 850 млрд. кВтч. Соответственно необходимое количество первичных ТЭР для производства электроэнергии и тепла на тепловых электростанциях и котельных в 2020 г. может составить величины, показанные в табл. 4.

...