Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Современные методы решения задач развития электроэнергетических систем и классификации состояния энергетической безопасности территорий с учетом фактора неопределенности 13
1.1. Неопределенность в задачах развития электроэнергетических систем 13
1.2. Методы решения задач выбора при развитии систем энергетики 17
1.3. Классификация состояний территорий электроэнергетических систем по энергетической безопасности 28
1.4. Нечеткие множества в задачах развития электроэнергетических систем 32
Выводы по главе 1 36
ГЛАВА 2. Развитие систем энергетики и диагностирование энергетической безопасности с применением теории нечетких множеств 38
2.1. Особенности решения энергетических задач методами нечетких множеств 38
2.2. Основные понятия и определения теории нечетких множеств 40
2.3. Моделирование нечетких значений параметров 44
2.4. Решение задачи выбора альтернатив развития электроэнергетических систем в условиях неопределенности и многокритериальности 50
2.5. Диагностика энергетической безопасности территорий при нечетком задании классов и значений параметров 54
2.6. Поддержка принятия решений по развитию систем энергетики на основе нечеткой информации 57
Выводы по главе 2 60
ГЛАВА 3. Решение задачи выбора рациональной структуры электроэнергетической системы 62
3.1. Обоснование рациональной концентрации мощностей электрических станций 65
3.2. Многокритериальное районирование территории по условиям сооружения энергетических объектов 69
3.3. Исследование направлений технического перевооружения электрических станций 75
3.4. Анализ направлений энергосбережения в электроэнергетических системах 80
Выводы по главе 3 88
ГЛАВА 4. Диагностика энергетической безопасности территорий и надежности энергоснабжения систем энергетики 91
4.1. Энергетическая безопасность территорий и надежность энергоснабжения систем энергетики 91
4.2. Программа распознавания образов в нечеткой информационной среде 96
4.3. Диагностика энергетической безопасности территорий федеральных округов Российской Федерации 99
4.4. Оценка состояния систем энергетики по надежности энергоснабжения 106
4.5. Определение пороговых значений индикаторов статистическим методом 113
Выводы по главе 4 117
Заключение 119
Литература 123
Приложения 138
- Классификация состояний территорий электроэнергетических систем по энергетической безопасности
- Решение задачи выбора альтернатив развития электроэнергетических систем в условиях неопределенности и многокритериальности
- Многокритериальное районирование территории по условиям сооружения энергетических объектов
- Диагностика энергетической безопасности территорий федеральных округов Российской Федерации
Введение к работе
Изменения экономической ситуации в стране, произошедшие за последние полтора десятилетия, привели к резкой смене как условий функционирования электроэнергетических систем, так и их управляющих структур. Такие изменения делают актуальным обращение к проблеме развития электроэнергетических систем в новых условиях и к таким ее разделам, как оценка текущего технического и экономического состояния и принятие управленческих решений по нейтрализации кризисных явлений и развитию объектов энергетических систем. Основное внимание в данной работе уделяется электроэнергетическим системам (ЭЭС). При этом в соответствии с принципами системного подхода ЭЭС рассматриваются во взаимосвязи с другими подсистемами энергетики и экономики.
В современном понимании системы энергетики (СЭ) определяются как открытые человеко-машинные системы, предназначенные для получения (производства, добычи), преобразования (переработки), транспортирования, хранения и распределения энергоресурсов и энергоносителей и снабжения этой продукцией. [108]. Такие системы представляют собой взаимосвязанные части: топливоснабжающие (по видам топлива), теплоснабжающие и электроснабжающие.
В настоящее время системы энергетики характеризуются увеличением неопределенности условий функционирования и целей развития [15,36,73,82,104], что связано с изменениями, происходящими в управлении государством и экономикой в направлении рыночных преобразований. В новых условиях социально-экономического развития общества проявилась существенная ограниченность современных методов системных исследований в энергетике, которые были главным образом ориентированы на централизованное управление отраслями народного хозяйства и на стабильное или, в значительной мере, предсказуемое развитие экономики. С ростом экономической самостоятельности территорий (субъектов РФ - об-
7 ластей, краев, республик) и формированием рыночных отношений в значительной мере расширяется круг субъектов системы управления энергетикой.
Отмеченные обстоятельства требуют соответствующего развития средств и процедур обоснования и принятия решений по структурной и технической политике в энергетике на основе многокритериального анализа возможных альтернатив и достижения эффективного компромисса между заинтересованными сторонами.
Кризисные процессы последнего десятилетия и реформирование экономики и энергетики России привели к существенному снижению уровней ее экономической и энергетической безопасности [1,25,33-35,129]. Это сопровождалось снижением надежности топливо- и энергоснабжения территорий. В связи с этим требуют развития методы анализа состояния энергетической безопасности (ЭнБ) и выработки решений по развитию систем энергетики.
Над проблемами энергетической безопасности, надежности и развития систем энергетики плодотворно и успешно работают в ИСЭМ СО РАН, ИНЭИ РАН, ИСЭ и ЭПС Коми НЦ УрО РАН, ИЭС Минэнерго России, ИЭ УрО РАН, УГТУ-УПИ и в других организациях. Однако до последнего времени еще недостаточно были проработаны вопросы учета неопределенности, как в исходной информации, так и в формировании целей.
Системы энергетики обладают такими свойствами больших систем, как иерархичность решений, неполнота информации, многокритериаль-ность и инерционность [112]. На основе этих свойств задачи развития и оценки состояния можно сформулировать как многокритериальный анализ альтернатив и классификацию состояний в условиях неопределенности. Для решения таких задач перспективно применение понятий и методов теории нечетких множеств [14,16,19,41,55,85,133].
В настоящей диссертационной работе рассмотрены вопросы оценки энергетической безопасности территорий РФ, надежности их топливо- и энергоснабжения и многокритериального анализа вариантов развития ЭЭС и их объектов - электрических станций в условиях неопределенности.
Целями диссертационной работы являются:
разработка методов формирования и сравнения вариантов развития электроэнергетических систем и других системы энергетики и их объектов, прежде всего электрических станций, в условиях неопределенности и многокритериальности;
разработка методов оценки и диагностирование энергетической безопасности территорий и надежности топливо- и энергоснабжения их систем энергетики в условиях неопределенности.
Реализация этих целей позволила получить следующие новые результаты:
разработан новый метод отбора рациональных вариантов развития электроэнергетических систем при неопределенной исходной информации;
разработан новый метод классификации состояний безопасности систем при неопределенной исходной информации;
предложен статистический метод определения пороговых значений индикаторов состояния безопасности;
решены практические задачи выбора в условиях неопределенности применительно к различным аспектам развития электроэнергетических систем;
произведена оценка состояния территорий Российской Федерации регионального уровня и их систем энергетики по энергетической безопасности и надежности топливо- и энергоснабжения в условиях неопределенности.
9 При этом были решены несколько практических задач:
обоснование рациональной концентрации электрогенерирующих мощностей;
многокритериальное районирование территории по условиям сооружения энергетических объектов;
исследований направлений технического перевооружения тепловых электростанций;
анализ направлений энергосбережения в электроэнергетических системах;
классификация состояния территорий федеральных округов РФ по энергетической безопасности;
оценка состояния систем энергетики федеральных округов по надежности топливо- и энергоснабжения.
Результаты диссертации опубликованы в двадцати трех печатных работах, основными из которых являются пять [50,79,86,90,105], и получили апробацию на двадцати трех Международных, Всероссийских и региональных конференциях:
X научная конференция по моделированию электроэнергетических систем. Каунас, Литва. 1991 г.;
Первая международная конференция Академии Северного Форума. Якутск, 1996 г.;
67-е (г. Мурманск, 1996 г.), 68-е (г. Санкт-Петербург, 1997 г.), 69-е (г. Иркутск, 1998 г.), 70-е (г. Сыктывкар, 1999 г.), 71-е (г. Вышний Волочек, 2000 г.), 72-е (г. Казань, 2001 г.) заседания Всероссийского научного семинара с международным участием «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики»;
Второй (1996 г.), третий (1997 г.) и четвертый (1998 г.) Всероссийские научно-технические семинары, пятая (1999 г.), шестая (2000 г.) и девя-
10 тая (2003 г.) Всероссийские научно-технические конференции «Энергетика: экология, надежность, безопасность», г. Томск;
Первая региональная конференция «Роль инноваций в экономике Уральского региона». Екатеринбург. Фонд ЦИБ, 1998 г.;
Межрегиональная научно-практическая конференция «Региональная стратегия устойчивого социально-экономического роста», г. Екатеринбург, 1998 г.
Российская научно-практическая конференция «Общероссийские и региональные проблемы обеспечения национальной безопасности», Уфа, 1998 г.;
Всероссийская научно-техническая конференция «Энергосистема: управление, качество, безопасность». Екатеринбург, 2001 г.;
Научно-практический семинар «Энергосберегающие техника и технология» (Уральские выставки - 2000), г. Екатеринбург, 2002 и 2003 г.г.;
Научно-практический семинар «Проблемы и достижения в промышленной энергетике» (Уральские выставки - 2000), г. Екатеринбург, 2002 и 2003 г.г.;
Международная научно-практическая конференция «Экономическая и энергетическая безопасность регионов России», г. Пермь, 2003 г.
Результаты работы внедрены в Институте энергетических исследований РАН, Департаменте СА и ФП Министерства топлива и энергетики Российской Федерации, Департаменте стратегического развития ТЭК Министерства топлива и энергетики Российской Федерации, ГУ «Институт энергетической стратегии» Министерства топлива и энергетики Российской Федерации, Департаменте региональной политики и размещения производительных сил Министерства экономики и труда Свердловской области, Департаменте структурных реформ в ТЭК Министерства энергетики Российской Федерации, что подтверждено одиннадцатью актами внедрения, приведенными в приложении 10. Материалы исследований автора бы-
ли использованы при подготовке аналитических докладов для Совета безопасности Российской Федерации «О состоянии энергетической безопасности регионов России» (1999 и 2000 г.г.) и «О состоянии живучести систем энергетики и надежности (бесперебойности) топливо- и энергоснабжения субъектов РФ» (2002 г.).
Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и десяти приложений. Основное содержание работы изложено на 137-и страницах машинописного текста, включает 16 таблиц и 6 рисунков.
В первой главе приведена формулировка рассматриваемых в диссертации задач принятия решений по развитию электроэнергетических систем, методов диагностики энергетической безопасности в условиях неопределенности и дан обзор современных методов их решения. Сформулированы достоинства и недостатки этих методов. Обоснована необходимость применения методов нечеткой математики для учета неопределенностей в задачах развития электроэнергетических систем и оценки состояния безопасности систем энергетики.
Во второй главе приведены основные определения и понятия теории нечетких множеств, необходимые для изложения применяемых в работе методов. Предложены методы определения результатов операций над нечеткими значениями параметров. Изложены методы решения задач выбора при нечетких значениях критериальных оценок на конечном множестве альтернатив и классификации при нечетком описании классов и значений индикаторов состояния. Приведен алгоритм информационной поддержки процесса формирования и выбора альтернатив развития систем энергетики.
Третья глава посвящена практическим задачам выбора с применением разработанных подходов. В ней рассмотрены задачи:
обоснование рациональной концентрации генерирующих мощностей в Единой электроэнергетической системе (ЕЭЭС);
многокритериальное районирование территории ОЭС Урала по экологическим условиям;
формирование и сравнение вариантов технического перевооружения конденсационных электростанций;
формирование и ранжирование направлений энергосбережения.
В четвертой главе рассмотрены задачи диагностирования энергетической безопасности и оценки надежности топливо- и энергоснабжения территорий электроэнергетических систем РФ в условиях неопределенности, а также сопутствующая им задача оценки пороговых значений индикативных показателей безопасности и надежности.
В заключении обобщены основные результаты работы и приведены основные направления продолжения работы.
Список литературы содержит 133 источника.
В приложениях приведены алгоритмы, схемы и материалы расчетов, иллюстрирующие и поясняющие некоторые детали выполненных исследований и не вошедшие в основную часть диссертационной работы.
Классификация состояний территорий электроэнергетических систем по энергетической безопасности
Для решения задач выбора в энергетике кроме методов на основе критериальных оценок достаточно широко применяются методы, основанные на бинарных отношениях предпочтения [24,28,47,60]. Это более общий подход по сравнению с критериальным. Его большая общность основана на учете того факта, что в реальности дать оценку отдельно взятой альтернативе часто затруднительно или невозможно, но если рассматривать ее не в отдельности, а в паре с другой альтернативой, то находятся основания полагать, какая из них более предпочтительна.
Таким образом: 1) отдельная альтернатива не оценивается, то есть критериальная функция не вводится; 2) для каждой пары альтернатив (х,у) некоторым образом можно установить, что одна из них предпочтительнее другой, либо они равноценны или несравнимы; 3) отношение предпочтения внутри любой пары альтернатив не зависит от остальных альтернатив, предъявленных к выбору. Математически бинарное отношение R на множестве X определяется как некоторое подмножество упорядоченных пар (х,у). Поскольку в общем случае не все возможные пары (х,у) удовлетворяют условиям, накладываемым отношением R, бинарное отношение является некоторым подмножеством универсального множества Х Х. Задать отношение - это значит тем или иным способом указать все пары (х, у), для которых оно выполнено [11,61,88,122]. Существует четыре разных способа задания отношений: перечисление пар, задание матрицы предпочтений, задание графа предпочтений, за 26 дание сечений. Преимущества каждого проявляются при разных характеристиках множества X. Первый, очевидный, способ состоит в непосредственном перечислении пар, для которых отношение выполняется. Ясно, что он приемлем лишь в случае конечного множества X. Второй способ задания отношения на конечном множестве — матричный. Все элементы нумеруются, и матрица отношения R определяется своими элементами. Известным примером такого задания отношений служат турнирные таблицы. Именно этот способ задания бинарного отношения будет использоваться при сравнении вариантов развития электроэнергетических систем с применением теории нечетких множеств. Третий способ - задание отношения графом. Вершинам графа ставят в соответствие пронумерованные элементы множества X, и если отношение между элементами выполняется, то вершины соединяются дугой. Для определения отношений на бесконечных множествах используется четвертый способ - задание отношения сечениями. В теории выбора особое значение имеют отношения, которые соответствуют предпочтению одной альтернативы перед другой или случаю невозможности отдать предпочтение одной из двух альтернатив. Эти отношения можно задать через строго определяемые отношения эквивалентности и порядка [132] С применением бинарных отношений к конечному множеству альтернатив удобно решается задача выделения паретовского множества. В реальных условиях достаточно часто приходится иметь дело с задачами выбора, когда несколько лиц с одинаковыми намерениями пытаются найти хорошее решение [40,72]. Итак, пусть на множестве альтернатив X задано п в общем случае различных индивидуальных предпочтений. Ставится задача о выработке некоторого нового отношения, которое согласует индивидуальные выборы, выражает в каком-то смысле общее мнение и принимается за групповой выбор. Очевидно, что это отношение должно быть какой-то функцией индивидуальных выборов: R = Q(Rt,R2,...,Rn). Различным принципам согласования будут отвечать разные функции П. Теоретически, функции Q могут быть совершенно произвольными, учитывать не только индивидуальные выборы, но и другие факторы, в том числе исход некоторых случайных событий, и главный вопрос состоит в том, чтобы в функции П правильно отобразить особенности конкретного варианта реального группового выбора.
Один из наиболее распространенных принципов согласования -правило большинства: принятой всеми считается альтернатива, получившая наибольшее число голосов. Правило большинства привлекательно своей простотой и демократичностью, но имеет особенности, требующие осторожного обращения с ним. Прежде всего, оно лишь обобщает индивидуальные предпочтения, и его результат не является критерием истины. Только дальнейшая практика показывает, правильным или ошибочным было решение, принятое большинством голосов. Само голосование является лишь формой согласования дальнейших действий. Во-вторых, даже в простейшем случае выбора одной из двух альтернатив легко представить себе ситуацию, когда правило большинства не срабатывает в случае разделения голосов поровну при четном числе голосующих. При числе альтернатив больше двух возможность того, что ни одна из них не получит большинства голосов, достаточно реальна.
Решение многокритериальных задач может быть найдено с применением некоторого правила (алгоритма) выбора на основе оценок рассматриваемых альтернатив по частным критериям. Это так называемые «игровые» критерии выбора [47,52]. Их общее наименование образовано от названия класса первоначально решаемых задач и не является легкомысленным. Самым распространенным является критерий выбора «наименьшего из зол» - минимаксный критерий. В каждой из строк матрицы платежей , находится наибольший проигрыш, который считается оценкой альтернативы v,. Теперь остается найти альтернативу v , обеспечивающую наименьшее значение этой оценки среди всех строк матрицы. Эта альтернатива и называется оптимальной по минимаксному критерию. Часто платежную матрицу определяют не через проигрыш, а через выигрыш, тот же принцип приводит к максиминному критерию.
Минимаксный (максиминный) критерий является крайне осторожным, очень пессимистическим, поэтому были предложены другие критерии. Таков, например, критерий минимаксного сожаления, предложенный Сэвиджем. При этом по платежной матрице вычисляется «матрица сожаления», элементы которой определяются как разница между значением элемента и значением минимального элемента в столбце. Минимаксный критерий применяется к матрице сожаления.
Решение задачи выбора альтернатив развития электроэнергетических систем в условиях неопределенности и многокритериальности
Переход от административного управления к рыночному регулированию требуют внесения существенных изменений в методы решения задач развития энергетики. Задачи развития региональных систем энергетики в современных условиях представляют собой наиболее характерный класс задач, для которых проблема учета многокритериальности и неопределенности стоит наиболее остро. Представляет интерес классификация задач развития по специфике методических подходов к решению. В этом отношении можно выделить три группы задач: 1) формирование территориально-производственной структуры систем энергетики региона; 2) дифференциация территории региона по условиям сооружения электростанций, как наиболее крупных и капиталоемких объектов энергосистемы; 3) сопоставление альтернативных направлений развития электро энергетики и вариантов электроэнергетических объектов по их составу, ти пам и параметрам. Круг задач при этом представляет собой широкий спектр от разработки стратегий развития электроэнергетики региона до выбора рационального варианта сооружения или реконструкции объекта электроэнергетики.
Для всех этих задач наибольшую актуальность и сложность представляют исследования, связанные с обоснованием решений по электроге-нерирующим источникам - электрическим станциям. Это объясняется необходимостью учета многосторонних связей с отраслями ТЭК, крупномасштабного воздействия на инфраструктуру и природную среду региона, а также значительной инвестиционной емкостью электрических станций и большой продолжительностью работ по их сооружению.
Возрастающая сложность выработки решений по развитию электроэнергетических систем объясняется резким увеличением неопределенности условий развития из-за перехода к рыночному регулированию функционирования объектов энергетики различного иерархического уровня, наличием нескольких целей развития и появлением различных субъектов системы управления в условиях становления рыночной экономики.
Возможность согласования интересов самостоятельных подсистем в рамках системы энергетики основана на признании объективного существования некоторых общих целей для всех субъектов. Такими целями представляются достижение энергетической эффективности, экономической эффективности, улучшение состояния природной среды, достижение энергетической безопасности и социальной эффективности.
Эти общие цели реализуются в конкретных задачах в виде системы частных целей. Так, энергетическая эффективность реализуется через ресурсосбережение, углубление электрификации; экономическая эффективность - через снижение затрат и получение максимальной прибыли энергетическими предприятиями; энергетическая безопасность - через повышение надежности и живучести систем энергетики, повышение топливной независимости; социальная эффективность - через увеличение доходов работников энергетических предприятий, повышение уровня жизни населения, развитие социальной инфраструктуры; улучшение состояния природной среды - через снижение выбросов вредных веществ объектами энергетики, сокращение других видов воздействия на окружающую среду. Переход от общих целей к частным, как правило, сопровождается смещением приоритетов отдельных субъектов системы управления.
В связи с этим требуют пересмотра формы представления традиционных критериев и появляются новые критерии. Например, критического переосмысления требует запись экономических критериев, в том числе критерия приведенных затрат. Введение понятия финансовой эффективности требует определения способов ее моделирования на основе анализа доходов от продажи продукции, учета систем налогообложения, кредитования, акционирования и так далее.
Отмеченные особенности требуют разработки новых подходов к многокритериальному анализу решений по развитию систем энергетики.
В диссертационной работе предлагается использование новых моделей представления информации в виде нечетких множеств и новых процедур принятия решений на основе применения нечетких отношений (свидетельств) [45,90,105].
Из множества задач принятия решений по развитию систем энергетики в этой главе рассмотрены: 1. Обоснование рациональной концентрации генерирующих мощностей; 2 Ранжирование пунктов возможного сооружения КЭС по экологическим критериям; 3. Таксономия пунктов возможного сооружения КЭС в пространстве экологических критериев; 4. Сравнение вариантов технического перевооружения КЭС; 5. Ранжирование направлений энергосбережения Эти пять задач решались с применением разработанного автором программного комплекса многокритериального анализа в нечеткой информационной среде (МКА). Основу его составляет метод выбора из конечного множества альтернатив по конечному числу критериев, описанный в параграфе 2.4. Программный комплекс многокритериального анализа в нечеткой информационной среде написан на алгоритмическом языке PL-1 и впервые реализован на вычислительном комплексе ЕС-1060 вычислительного центра ИММ УрО РАН в 1992 году. Он представляет собой пакет программ, работающих в диалоговом режиме, организованном на уровне управляющего пакетного файла. Для решения исследовательских задач в настоящее время выполнена сокращенная реализация для приложения Excel. Алгоритм МКА для ЕС-ЭВМ с необходимыми пояснениями и расшифровкой обозначений представлен в приложении 1. Реализация Excel-процедур полностью соответствует последовательности вычислений, приведенной в п. 2.4. Она имеет некоторые непринципиальные ограничения на количество альтернатив (и 255) и число критериев (w 31), связанные с максимальным количеством полей на листе и максимальным числом листов в книге. Пусть для анализа имеется п альтернатив и выбор необходимо осуществить по т критериям. Оценки альтернатив по критериям задаются математическим ожиданием и доверительным интервалом. Критерии характеризуются видом функции принадлежности ее значением на границах доверительного интервала и характером критерия (минимизируемый или максимизируемый критерии). Задача решается при допущении, что вид функции принадлежности критериальных оценок и ее значение на границе интервала одинаковы для всех альтернатив в пределах одного критерия. Строго говоря разработаны две программы. Первая - для расчета матриц бинарных нечетких отношений предпочтения. Вторая - для нахождения на основе этих матриц оценок недоминируемости альтернатив. Выбор альтернатив осуществляется на основе оценок недоминируемости.
Многокритериальное районирование территории по условиям сооружения энергетических объектов
С использованием программного комплекса МКА выполнен многокритериальный анализ с целью выявления территорий, благоприятных по экологическим условиям сооружения электростанций. Для получения качественных результатов желательно, чтобы площадь ячеек соответствовала зонам экологического воздействия электростанций. Для современных электростанций такому требованию отвечает размер ячеек примерно 100x100 км, что отвечает дроблению ячеек международной метрической разграфки, имеющих для российских территорий размеры примерно 400x400 км, на 16 более мелких ячеек. Число таких ячеек для крупных регионов, соответствующим территориям объединенных электроэнергетических систем, для уровня которых решается данная задача, оказывается достаточно большим, что затрудняет проведение многокритериального анализа.
Выполнение анализа территории региона требует предварительного выполнения трудоемкой работы по сплошному экологическому обследованию территории региона. Существенного облегчения анализа можно достичь, если использовать выполненные проектные и предпроектные разработки по площадкам электростанций на исследуемой территории, для которых определялись необходимые экологические показатели.
Здесь можно предложить несколько направлений анализа. Первое направление относится к непосредственному многокритериальному сопоставлению площадок как объектов многомерного пространства критериев. Как правило, в этом случае применяются традиционные методы многокритериального анализа. Однако, если показатели площадок определены с известными диапазонами неоднозначности, то необходимо применение многокритериального анализа в нечеткой среде.
Второе направление относится к проведению таксономии территории по условиям сооружения электростанций. В этом случае имеющиеся площадки рассматриваются как представители соответствующих прилегающих территорий. Эти площадки описываются значениями критериев. Выполняется таксономия площадок [67] по степени близости совокупности показателей в результате чего образуется несколько территориальных таксонов. Каждый таксон характеризуется диапазоном значений по каждому критерию, что задает диапазоны неоднозначности оценок. Для полученных таксонов выполняется многокритериальный анализ в нечеткой среде. Таким образом выявляются территории, благоприятные по экологическим условиям сооружения электростанций.
В случае, когда имеется достаточно обширная информация по площадкам возможного сооружения электростанций, так что в каждой территориальной ячейке имеется несколько таких площадок, возможно определение диапазонов неоднозначности оценок по экологическим условиям ячеек непосредственно по показателям площадок.
В приложении 3 приводится пример, где демонстрируются результаты проведения районирования территории региона по экологическим условиям сооружения электростанций и многокритериального анализа, выполненного с целью выявления зон, благоприятных по этим условиям.
Наиболее благоприятными для сооружения электростанций являются ячейки Р-40-В, 0-42-А и 0-42-В. Эти ячейки отличаются средними значениями стоимости воды и земельных угодий, низкой плотностью населения и низким фоновыми выбросами токсичных газов и пыли. Изложенный подход был положен в основу разработки методик территориального районирования по условиям сооружения КЭС в региональных ЭЭС [5,8,9,27,67,123] и соответствующих программно-вычислительных средств. В частности, разработан программный комплекс, позволяющий выполнять таксономию наблюдений по агломерационному алгоритму; система программ многокритериального анализа в условиях определенного задания информации, включающая приближенное выделение множества компромиссов по методу определяющего направления, бинарное сопоставление наблюдений с использованием принципа Парето, районирование наблюдений в пространстве критериев. Выполнение многокритериального районирования территории Урала и прилегающих территорий по условиям сооружения КЭС показало следующее: - территориальное районирование достаточно хорошо отражает общность и различие инженерно-географических, в частности, экологических условий сооружения электростанций; - территория Урала по экологическим условиям дифференцируется на 8- 12 зон; - проведение таксономии по территориальным ячейкам и по альтернативным пунктам сооружения КЭС дают схожие результаты. В связи с отсутствием вводов новых и неуклонным износом существующих электрогенерирующих мощностей возрастает актуальность технического перевооружения тепловых электростанций. Под техническим перевооружением электроэнергетики понимается комплекс мероприятий, направленных на повышение эффективности действующих электроэнергетических объектов. Исходя из этого к техническому перевооружению тепловых станций отнесены следующие мероприятия [94]: 1) замена узлов и деталей основного и вспомогательного оборудования, отработавшего эксплуатационный ресурс времени; 2) замена физически изношенного или морально устаревшего оборудования на новое; 3) изменение тепловых схем ТЭС; 4) перевод ТЭС на более высокие параметры пара; 5) утилизация энергоресурсов избыточных параметров; 6) перевод конденсационных электростанций или отдельных турбин в теплофикационный режим; 7) перевод энергетического оборудования в режим регулирования суточных и недельных графиков электрических нагрузок; 8) перевод электростанций на сжигание непроектных видов топлива; 9) осуществление природоохранных мероприятий, таких как замена или установка устройств по очистке дымовых газов и сточных вод, установка более высоких дымовых труб, утилизация промышленных отходов и др. 10) замена действующих или применение новых средств механизации и автоматизации; 11) специальные мероприятия по улучшению условий труда и его безопасности.
Диагностика энергетической безопасности территорий федеральных округов Российской Федерации
Энергетика рассматривается как один из основных факторов успешного экономического развития любой страны и укрепления ее национальной безопасности. В России в период перехода от плановой экономики к рыночной роль топливо-энергетического комплекса (ТЭК) еще более возросла, а зависимость социального и экономического благосостояния страны от его работы настолько увеличилась, что стала оказывать преобладающее влияние на состояние экономической и национальной безопасности. Этому в значительной степени способствовали как богатые топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) страны (45% мировых запасов природного газа, 13% нефти, 23% угля и 14% урана [131]), так и созданные в предшествующие годы уникальный топливно-энергетический комплекс и Единая электроэнергетическая система (ЕЭЭС) страны.
Отличительной особенностью ТЭК России является то, что он не только полностью обеспечивает нужды страны в энергоресурсах, но и значительную часть (более 30 %) производимых ТЭР поставляет на экспорт -в республики бывшего СССР и страны дальнего зарубежья [115]. Роль ЕЭЭС в обеспечении энергетической безопасности страны велика потому, что она полностью обеспечивает потребности России в электроэнергии, а также вследствие высокого достигнутого уровня электрификации всего народного хозяйства. В результате вся социально-экономическая жизнь страны существенно зависит от надежности работы электроэнергетических систем, образующих ЕЭЭС России.
Процессы реформирования экономики России привели к существенному снижению уровней ее экономической (ЭБ) и энергетической безопасности (ЭнБ). Под ЭнБ понимается состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их обоснованных потребностей в энергии экономически доступными энергетическими ресурсами приемлемого качества, от угроз нарушения бесперебойности энергоснабжения. При этом, состояние защищенности - состояние, соответствующее в нормальных условиях обеспечению в полном объеме обоснованного спроса в энергии, в экстремальных условиях — гарантированному обеспечению минимально необходимого объема потребностей [108].
В некоторых регионах страны была подорвана уверенность в том, что энергетические ресурсы, энергия в ближайшей или более отдаленной перспективе будут иметься в распоряжении в необходимом количестве и требуемого качества. В соответствии с мировой практикой это свидетельствовало об угрозе снижения энергетической безопасности. Снижение уровня энергетической безопасности сопровождалось снижением ее важнейшей составляющей - надежности, что делает актуальным по-новому оценивать эту проблему - выявить ход процесса формирования показателей надежности систем энергетики с учетом его неоднородности, определить уровни надежности систем энергетики различных территорий России, определить новые угрозы надежности, их действие и причины появления, разработать на этой основе систему мер по нейтрализации угроз, особенно мер, связанных с применением государственного регулирования.
Энергетическая безопасность характеризуется тремя главными факторами: - способностью топливно-энергетического комплекса обеспечивать достаточное предложение экономически доступных и качественных ТЭР; - способностью экономики рационально расходовать энергоресурсы и соответственно ограничивать свой спрос; достаточно высоким уровнем устойчивости систем энергетики и ТЭК в целом к экономическим, социально-политическим, техногенным, природным, организационным, правовым, внешнеэкономическим и внешнеполитическим возмущающим воздействиям, а также устойчивости сферы энергопотребления к дефицитам и нарушениям энергоснабжения, вызванными этими воздействиями.
Для реализации этих факторов общество и экономика должны обеспечивать благоприятные экономические, политические и другие условия, включая инвестиционный и инновационный климат. Таким образом, ЭнБ — атрибут не только энергетики или производственной сферы, но и общества в целом. Поэтому ЭнБ имеет не только технико-экономический, но в определенной мере и политический смысл [128,130].
Энергетика, трактуемая как единство топливно-энергетического комплекса и сферы энергопотребления, является важнейшей составляющей национальной экономики и оказывает многообразное, значительное воздействие на все стороны жизни общества. Ее экономическая эффективность, экологичность, надежное и достаточное по масштабам развитие и функционирование существенным образом формируют условия обеспечения национальной безопасности (НБ), влияя на многие ее компоненты, включая энергетическую безопасность. Совокупность этих воздействий и их последствий образует энергетические аспекты НБ. Таким образом, под энергетическими аспектами НБ понимается совокупность факторов, определяющих влияние качества и эффективности развития энергетики, роста (или снижения) масштабов энергетического хозяйства на уровень НБ и отдельных ее составляющих (видов безопасности) [108].
Среди энергетических аспектов национальной безопасности наиболее существенными, сильными являются связи энергетики с экономической безопасностью. Фактически они отражают не только прямые (первичные) последствия реализации угроз ЭБ в виде дефицитов энергоресурсов и нарушений бесперебойности энергоснабжения, а вторичные и третичные последствия. Например, недопоставка энергоресурса приводит к недовыработке потребителем его продукции и соответствующей цепочке последствий. Ограничение экспорта энергоресурса приводит к уменьшению поступления валютных средств и так далее.
Следует отметить, что и при исследованиях надежности систем энергетики такие отдаленные последствия анализировались и выражались в виде ущербов у потребителя и по экономике в целом от недопоставки энергоресурса [98]. Исследования надежности систем энергетики, как комплексного свойства, связаны с различными уровнями глубины и продолжительности последствий. При обычных отказах последствия относительно невелики и система сама их компенсирует за счет различного рода резервирования и соответствующего управления. При крупных воздействиях (с ними связан анализ живучести систем энергетики) глубина и продолжительность их последствий настолько велика, что в большинстве случаев система не справляется с противодействием возмущению. В этом случае последствия выходят за рамки системы энергетики, что требует анализа реакции потребителей.
Исследования энергетической безопасности, как правило, связаны именно с ситуациями крупных воздействий на энергетику при реализации угроз различного рода, т.к. лишь в этих случаях существует реальная опасность дестабилизации энергоснабжения народного хозяйства. При этом исследования собственно систем энергетики с позиций энергетической безопасности связаны с исследованиями их живучести [128]. Это позволяет говорить об определенном совпадении математических моделей и методов исследований надежности систем энергетики и исследований систем энергетики с позиций обеспечения энергетической безопасности.
