CC BY
27
УДК 621.6+620.262:339.182
АНАЛИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ДЛЯ ЕВРОПЕЙСКИХ СТРАН И РОССИИ ОТ НАРУШЕНИЙ ТРАНЗИТА РОССИЙСКОГО ГАЗА ЧЕРЕЗ ТЕРРИТОРИЮ УКРАИНЫ
© С.В. Воробьев1
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 664033, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130.
События весны 2014 г. на мировом рынке значительно обострили вопросы о надежности поставок российского газа в европейские страны. Возможное снижение экспорта природного газа порождает проблемы топливо - и энергоснабжения как в других странах, так и в самой России. В статье анализируются вопросы по существу указанных проблем. Рассмотрены сценарий прекращения транзита экспортного газа по территории Украины и возможные последствия такой ситуации. Подчеркивается важность своевременных поставок российского газа для европейских стран-импортеров. Сделан вывод о том, что потребители европейских стран, как и Россия, не могут не пострадать в сложившейся ситуации.
Ключевые слова: экспорт газа; недопоставки; потребление котельно-печного топлива; выработка электроэнергии.
ANALYSIS OF POSSIBLE CONSEQUENCES FOR EUROPEAN COUNTRIES AND RUSSIA FROM RUSSIAN GAS TRANSIT INTERRUPTION THROUGH UKRAINE S.V. Vorobiev
Melentiev Energy Systems Institute SB RAS, 130 Lermontov St., Irkutsk, 664033, Russia.
The events of spring 2014 have greatly escalated the questions of reliability of Russian gas supply to European countries. Possible reduction of natural gas export causes the problems in fuel- and energy supply both in Russia and other countries. Consideration is given to the termination scenario of gas export transit through Ukraine and possible outcomes of this situation. The importance of timely delivery of Russian gas to European countries-importers is underlined. It is concluded that both European consumers and Russia will be affected in this situation. Keywords: gas export; short deliveries; consumption of boiler and furnace fuel; electrical energy generation.
Россия продает газ ряду европейских стран. Рассмотрим двенадцать из них с наибольшими объемами импорта российского газа. Это Австрия, Болгария, Венгрия, Германия, Греция, Италия, Нидерланды, Румыния, Словакия, Турция, Франция и Чехия.
В последнее время все чаще возникают конфликтные ситуации с Украиной как с основным транзитером российского газа. Так, в результате перекрытия экспортных потоков газа через Украину в 2009 г. без российского газа остались 18 государств, что, безусловно, серьезно отразилось на энергетике этих стран [5]. В настоящее время в широком доступе нет работ, выполненных на имитационных математических моделях и связанных с определением возможных последствий для энергетики европейских стран от перерывов экспортных поставок российского газа через территорию Украины. Данная работа представ-
ляет первый опыт таких исследований на базе специализированной математической потоковой модели газовой отрасли. В статье смоделирована и проанализирована ситуация с краткосрочным перерывом транзита российского газа через Украину. Основными задачами исследования являются:
1. Определение возможных последствий для энергетики европейских стран от недопоставок российского газа, вызванных резким сокращением экспорта газа, на примере транзита через Украину.
2. Анализ проблемы «лишнего» газа в единой системе газоснабжения России (ЕСГ).
3. Формирование путей минимизации негативных последствий в данной ситуации.
Для достижения поставленных целей разработан подход к оценке последствий для энергетики европейских стран (от
Воробьев Сергей Валерьевич, аспирант, тел.: 89148769196, e-mail: seregavorobev@isem.sei.irk.ru Vorobiev Sergey, Postgraduate, tel.: 89148769196, e-mail: seregavorobev@isem.sei.irk.ru
недопоставок российского газа при резком сокращении его экспорта), который позволил:
- на потоковой модели европейской газовой сети смоделировать ситуацию, связанную с прекращением транзита газа через Украину;
- определить объемы возможных недопоставок российского газа в европейские страны в такой ситуации;
- проанализировать структуру потребления котельно-печного топлива (КПТ) в рассматриваемых странах до возникновения чрезвычайной ситуации (ЧС);
- определить долю российского газа в структуре потребления КПТ в указанных странах, а также долю российского газа, участвующего в производстве электроэнергии;
- проанализировать изменения в структуре потребления КПТ в рассматриваемых странах в условиях ЧС;
- определить объемы сокращения выработки электроэнергии в рассматриваемых странах;
- сформулировать пути смягчения негативных последствий в рассматриваемой ЧС.
Представленный подход был применен к каждой из перечисленных стран. Также разработан подход к решению проблемы «лишнего» газа в ЕСГ, который позволил:
- проанализировать сущность проблемы «лишнего» газа в ЕСГ;
- рассмотреть пропускные возможности газотранспортной сети (ГТС) по распределению дополнительного объема газа с использованием потоковой модели ЕСГ;
- рассмотреть возможности ГТС по замещению «лишним» газом объемов газа, поступающего из подземных хранилищ газа (ПХГ);
- определить возможности по закачке излишков газа в ПХГ;
- рассмотреть возможности топливно-энергетического комплекса (ТЭК) по замещению части топочного мазута газом на ТЭС и котельных (где это возможно) на время наличия «лишнего» газа в сети.
Структура потребления котельно-печного топлива и электроэнергии
Рассмотрим условия функционирования систем топливо- энергоснабжения стран-импортеров российского газа в 2013 г. Экспортные поставки российского газа в 2013 г. составили 205 млрд м3 при общем объеме потребления внутри России 463 млрд м3. В табл. 1 показана структура потребляемых видов КПТ для рассматриваемых стран, а в табл. 2 - доля российского газа в общем газопотреблении данной страны и доля этого же газа в общем объеме потребляемых КПТ. При формировании табл. 1, 2 за информационную основу взяты данные [3, 4].
Таблица 1
Структура потребления КПТ в рассматриваемых европейских странах в 2013 г.
Страна Природный газ Уголь Мазут Всего
млн т у.т. 3 млрд м3 % млн т у.т. % млн т у.т. % млн т у.т. %
Австрия 9,4 8,1 54,2 5,1 29,6 2,8 16,2 17,3 100
Болгария 2,8 2,4 23,2 8,4 70,1 0,8 6,7 11,9 100
Венгрия 9,3 8,1 65,4 3,8 26,8 1,1 7,7 14,3 100
Германия 93,3 81,1 42,7 115,4 52,8 9,8 4,5 218,5 100
Греция 3,7 3,2 18,6 10,1 50,4 6,2 31,0 20,0 100
Италия 73,1 63,6 70,1 20,7 19,9 10,5 10,1 104,3 100
Нидерланды 40,1 34,9 67,4 11,4 19,2 8,0 13,4 59,5 100
Румыния 13,2 11,4 56,9 8,0 34,4 2,0 8,7 23,1 100
Словакия 5,7 5,0 53,9 4,3 40,5 0,6 5,6 10,7 100
Турция 51,9 45,1 49,8 46,9 44,9 5,5 5,3 104,3 100
Франция 47,3 41,1 58,1 17,3 21,3 16,8 20,6 81,4 100
Чехия 9,5 8,2 27,7 23,0 67,3 1,7 5,0 34,1 100
Таблица 2
Доля российского газа для рассматриваемых стран в общем газопотреблении _и в производстве электроэнергии в 2013 г._
Страна Объем поставок газа из России Доля российского газа, % Доля ТЭС в получении электроэнергии, % Доля газовых ТЭС в производстве электроэнергии на ТЭС, % Электроэнергия, получаемая за счет российского газа
млрд м3 млн т ут. в общем газопотреблении в общем объеме потребления КПТ
млрд кВт*ч %
Австрия 5,1 5,9 62,6 33,9 32,8 34,6 4,8 7,1
Болгария 2,4 2,8 99,8 23,1 52,0 44,0 10,1 22,9
Венгрия 5,9 6,8 72,6 47,5 40,6 34,3 3,1 10,1
Германия 39,8 45,8 49,1 20,9 60,7 24,9 47,0 7,4
Греция 2,4 2,8 74,1 13,8 78,4 63,0 21,3 36,6
Италия 24,9 28,6 39,2 27,4 62,2 41,6 29,3 10,1
Нидерланды 2,1 2,4 6,0 4,1 83,0 35,0 1,7 1,7
Румыния 3,8 4,4 33,2 18,9 46,6 36,2 3,3 5,6
Словакия 4,8 5,5 96,1 51,8 22,4 28,0 1,9 6,6
Турция 26,2 30,1 58,0 28,9 71,2 51,4 50,8 21,2
Франция 8,1 9,3 19,7 11,4 8,8 20,6 2,0 0,4
Чехия 7,2 8,3 87,5 24,3 52,9 18,0 7,3 8,3
Среди рассматриваемых стран наименьшую долю газа в балансе КПТ имеют Болгария (23,2%), Греция (18,6%) и Чехия (27,7%)(см. табл. 1). Однако в этих странах доля российского газа в общем газопотреблении высока: Болгария - 99,8%, Чехия - 87,5% и Греция - 74,1% (см. табл. 2). Также высока эта доля в Словакии -96,1%, Венгрии - 72,6% и Австрии - 62,6%. Далее определена роль российского газа в производстве электроэнергии для каждой рассматриваемой страны. В выб-ранных странах используются главным образом три вида электрогенерирующих мощностей: тепловые электростанции (ТЭС), гидроэлектростанции (ГЭС) и атомные электростанции (АЭС). Все прочие виды генерирующих источников (использующие энергию ветра, солнца, тепла подземных источников и др.) вместе занимают в балансах производства электроэнергии этих стран не очень большое место (самая малая доля таких источников принадлежит Турции -4,1%, а самая большая - Германии -20,7%). Доля ТЭС, включая газовые электростанции, в общем объеме производства
электроэнергии для рассматриваемых стран различается существенно - от 8,8% во Франции до 83% в Нидерландах.
О роли российского газа в энергетике той или иной страны можно судить по его доле в общем объеме потребления КПТ данной страны (см. табл. 2). Среди рассматриваемых стран роль российского газа наиболее высока в Венгрии (47,5%), Словакии (51,8%) и Австрии (33,9%). Наименее заметна - в Нидерландах (4,1%), Франции (11,4%) и Греции (13,8%).
Учитывая долю электроэнергии, получаемой на ТЭС, а также долю электроэнергии, получаемой на ТЭС за счет газа, и долю российского газа в общем газопотреблении для каждой страны, находится доля электроэнергии, полученной за счет российского газа (см. табл. 2). Данный показатель, во-первых, указывает на роль российского газа в производстве электроэнергии каждой страной при нормальных режимах экспорта, во-вторых, является важнейшим исходным показателем при оценке последствий от недопоставки российского газа для этой страны.
Среди рассматриваемых стран доля электроэнергии, получаемая за счет российского газа, самая большая у Греции (36,6%) и самая незначительная у Франции (0,4%).
Для каждой из рассматриваемой страны определена структура потребления КПТ в суточном разрезе (табл. 3). Переход от годовых объемов потребления к суточным осуществляется через коэффициент суточной сезонной неравномерности потребления газа в рассматриваемых странах:
лгод
где Осут - суточные объемы (производства, потребления, экспорта и импорта); О - годовые объемы (производства, потребления, экспорта и импорта); кн - коэффициент сезонной неравномерности потребления ресурса.
При формировании условий проведения расчета гипотетической ситуации с прекращением поставок газа имеет смысл говорить о начале зимы, когда потребление КПТ весьма значительно. Ситуация по европейским странам в данном случае схожа, и проведенный анализ показывает, что коэффициент сезонной неравномерности в
это время близок к значению 1,1. Именно это значение коэффициента и принято в дальнейших расчетах.
Гипотетический сценарий сокращения поставок российского газа
С помощью программно-вычислительного комплекса «Нефть и газ» (ПВК) [1] смоделирована ситуация, в которой прекращается экспорт газа из России в страны Европы через территорию Украины. В этом случае приходится решать задачу обеспечения минимума дефицита энергоресурса у потребителя. Эта задача может быть решена путем нахождения максимального потока по сети [2] и формулируется следующим образом:
max /
при условиях, что
£x« -£ xß=
IgN Т
ign -
-f ,j = O 0, j ф O, S f ,j = S
(1)
(2)
0 < хг] < , для всех (I, у). (3)
В данной постановке /■ - максимизируемая переменная, соответствующая максимальному потоку.
<
Таблица 3
Структура потребления КПТ в рассматриваемых европейских странах _(суточный разрез)_
Страна Природный газ Уголь Мазут Всего
тыс. т ут. 3 млн м3 % тыс. т ут. % тыс. т ут. % тыс. т ут. %
Австрия 28,2 24,5 54,2 15,4 29,6 8,4 16,2 52,1 100
Болгария 8,3 7,2 23,2 25,2 70,1 2,4 6,7 36,0 100
Венгрия 28,2 24,5 65,4 11,6 26,8 3,3 7,7 43,0 100
Германия 281,0 244,4 42,7 347,9 52,8 29,5 4,5 658,5 100
Греция 11,2 9,8 18,6 30,4 50,4 18,7 31,0 60,3 100
Италия 220,3 191,5 70,1 62,5 19,9 31,6 10,1 314,4 100
Нидерланды 120,9 105,1 67,4 34,5 19,2 24,1 13,4 179,4 100
Румыния 39,6 34,5 56,9 24,0 34,4 6,0 8,7 69,6 100
Словакия 17,3 15,1 53,9 13,0 40,5 1,8 5,6 32,1 100
Турция 156,5 136,1 49,8 141,2 44,9 16,6 5,3 314,3 100
Франция 142,4 123,8 58,1 52,2 21,3 50,6 20,6 245,2 100
Чехия 28,5 24,8 27,7 69,2 67,3 5,1 5,0 102,9 100
При работе со сложной схемой, которой и являются российская и европейская газотранспортные сети, может быть несколько вариантов решения, т.е. несколько возможных максимальных потоков. Тогда целесообразно говорить о минимизации затрат на доставку газа потребителям и использовать алгоритм Басакера -Гоуэна:
^ j ^ min. (4)
(i ,j )
Здесь N+j - подмножество «входящих» в узел j дуг; Nj - подмножество «выходящих» дуг из узла j; f - величина суммарного потока по сети; Xj - поток по дуге (i, j); dj- ограничения на поток по дуге (i, j); Сj - удельные затраты на транспорт газа.
В конечном итоге решается задача о максимальном потоке минимальной стоимости. Решение такой задачи позволило определить объемы недопоставок российского газа в указанные европейские страны при прекращении его экспорта через терри-
торию Украины и сопоставить эти объемы с объемами поставок до возникновения ЧС (табл. 4).
Возможные последствия для энергетики рассматриваемых стран
Масштабы сокращения поставок КПТ в целом по каждой рассматриваемой стране в электроэнергетику данной страны и суммарно всем другим потребителям страны, а также масштабы снижения производства электроэнергии для рассматриваемых стран в связи с нарушениями экспортных поставок российского газа в описываемой ситуации представлены в итоговой табл. 5.
Как видно из табл. 5, по уровню сокращения поставок КПТ в целом по стране среди рассматриваемых стран при снижении поставок газа из России наиболее пострадали Италия (27,4%), Болгария (23,1%) и Румыния (19%), незначительно - Австрия (2,7%). В Венгрии, Нидерландах, Словакии и Германии недопоставки отсутствуют.
До начала ЧС Сокращение поставок газа из России
Страна общее потребление газа поставки газа из России в период нарушений его экспорта
объемы недопоставок газа общее потребление газа
Австрия 24,5 14,0 1,2 23,3
Болгария 7,2 6,6 6,6 0,6
Венгрия 24,5 16,2 0,0 24,5
Германия 244,4 109,0 0,0 244,4
Греция 9,8 6,6 6,6 3,2
Италия 191,5 68,2 68,2 123,3
Нидерланды 105,1 5,8 0,0 105,1
Румыния 34,5 10,4 10,4 24,1
Словакия 15,1 14,5 0,0 15,1
Турция 136,1 71,8 34,0 102,1
Франция 123,8 22,2 22,2 101,6
Чехия 24,8 19,7 10,7 14,1
Таблица 4
Объемы поставок газа из России и общие объемы потребления газа для рассматриваемых стран на день, предшествующий началу недопоставок, _и в период недопоставок газа в условиях описанной ЧС, млн м3/сут_
Таблица 5
Уровень сокращения поставок КПТ потребителям европейских стран и снижение выработки электроэнергии при нарушениях экспорта российского газа
Страна Уровень снижения поставок газа из России, % Сокращение поставок КПТ Снижение выработки электроэнергии, %
в электроэнергетику, % другим потребителям, % в целом по стране
тыс. т у.т./сут %
Австрия 8 1,7 3,5 1,4 2,7 0,6
Болгария 100 34,7 5,0 8,3 23,1 16,4
Венгрия 0 - - - - -
Германия 0 - - - - -
Греция 100 15,5 6,9 8,3 13,8 12,2
Италия 100 16,3 44,3 86,3 27,4 10,1
Нидерланды 0 - - - - -
Румыния 100 12,0 23,9 13,2 19,0 5,6
Словакия 0 - - - - -
Турция 43 12,8 12,0 39,0 12,5 9,1
Франция 100 4,1 13,5 28,1 11,0 0,4
Чехия 51 8,0 16,3 12,7 12,4 4,2
Таблица 6
Суммарные объемы мазута, которые могли быть замещены газом, и требуемое количество газа при замещении мазута на ТЭС и в котельных _в декабре 2013 г._
Федеральный округ России Замещаемый объем мазута, тыс. т у.т./сут Газ на замещение мазута, млн м3/сут
ТЭС котельные всего ТЭС котельные всего
Центральный 0,79 1,17 1,96 0,69 1,02 1,70
Северо-Западный 1,37 2,15 3,52 1,19 1,87 3,06
Южный 0,14 0,52 0,66 0,12 0,45 0,58
Приволжский 0,52 0,88 1,39 0,45 0,76 1,21
Уральский 0,44 0,29 0,73 0,38 0,25 0,63
Сибирский 0,43 0,56 1,00 0,38 0,49 0,87
Всего по России 3,69 5,57 9,26 3,21 4,84 8,05
Соответственно, при снижении поставок газа из России для рассмотренной ситуации в Италии снижение производства электроэнергии составило 10,1%, в Греции - 12,2%, в Болгарии - 16,4%. В то же время во Франции и Австрии указанные недопоставки российского газа практически не оказали влияния на уровень производства электроэнергии.
Остальные рассматриваемые страны находятся между двумя перечисленными выше группами государств. Можно считать, что для этих стран снижение поставок
газа из России если и вызывает снижение производства электроэнергии в стране, то оно не столь существенное: Чехия - 4,2%, Турция - 9,1%, Румыния - 5,6%.
Безусловно, чтобы смягчить ситуацию с недопоставками КПТ в указанных странах, могут быть предприняты следующие меры:
- выбор варианта распределения газа между электроэнергетикой и другими потребителями на период нарушений его экспортных поставок;
- взаимопомощь европейских стран-импортеров российского газа, выражающаяся в перераспределении газовых потоков между странами;
компенсация недопоставок КПТ за счет увеличения потребления угля и мазута, а также за счет определенного сокращения экспорта и увеличения импорта тех или иных видов КПТ.
Возможные последствия для России
Из-за прекращения экспорта газа в Европу через Украину серьезные проблемы в системе топливо- и энергоснабжения могут возникнуть и у нашей страны. В частности, при резком снижении экспорта российского газа на 30-40% и более от нормального уровня на короткое время появляется проблема «лишнего» газа, которую крайне нежелательно решать путем сокращения добычи газа, так как это связано с большими экономическими затратами и техническими особенностями, в частности гидратацией скважин.
Пути решения этой проблемы могут быть следующие:
- сокращение или полное прекращение выдачи газа из подземных хранилищ (ПХГ) в газотранспортную сеть (ГТС);
- распределение всего или части указанного выше дополнительного объема газа внутри России между субъектами РФ;
- сокращение объемов добычи газа на время сокращения экспортных поставок.
В декабре 2013 г. (месяц выбран как показательный пример сложившейся ситуации) поставки российского газа на экспорт в Европу составили 15,4 млрд м3 или среднесуточно - 513 млн м3. В соответствии с принятым сценарием по прекращению экспорта через Украину в момент начала недопоставок невостребованным оказался объем газа в 160 млн м3/сут. Среднесуточный отбор газа из ПХГ в это же время (декабрь 2013 г.) был на уровне 108,6 млн м3/сут. Таким образом, полные возможности ПХГ по решению проблемы дополнительного газа составляют указанные 108,6 млн м3/сут. Тогда для распределения дополнительного газа среди субъектов РФ
о
остаются 51,4 млн м7сут (160-108,6). Проблему появления дополнительного газа на короткое время прекращения экспортных поставок можно сгладить заменой мазута газом на ТЭС и в котельных с двойным топливоснабжением.
Суммарные объемы мазута в декабре 2013 г., которые могли бы быть замещены газом, и требуемое количество газа при замещении мазута на ТЭС и в котельных с двойным топливоснабжением, получающих газ из всех структур ЕСГ, для России в целом и по федеральным округам сведены в табл. 6.
При замещении всего мазута газом останется невостребованным объем в 43,4 млн м3 газа. При отсутствии возможностей решения проблемы дополнительного газа за счет полной загрузки «неперекрытых» направлений экспорта газа, за счет сокращения отбора газа из ПХГ и за счет замещения мазута газом необходимо задействовать мощности ПХГ по закачке газа. Среднесуточный объем закачки газа в российские ПХГ в декабре 2013 г. был на уровне 34,5 млн м3/сут. Тогда останется невостребованным объем в 9 млн м3/сут (43,4-34,5). Необходимо отметить, что в декабре 2013 г. ПХГ не работали на полную мощность по закачке газа, соответствующую объему отбора газа из них. Так, в рассматриваемой ситуации при возможном объеме закачки газа в ПХГ в 108 млн м3/сут в системе не останется невостребованного газа.
В то же время возможна ситуация с излишками газа, так как активные объемы ПХГ могут быть заполнены за время недопоставок газа в Европу. В таких обстоятельствах придется идти на соответствующее сокращение добычи газа. Сегодня действующее число газовых скважин в стране - более шести тысяч со средним дебитом скважины примерно в 7 млн м3/мес. или около 0,20 млн м3/сут. Снижение добычи газа на 9 млн м3/сут потребует закрытия на время экспортных недопоставок 40-50 скважин или примерно 1% от числа действующих скважин.
В заключение необходимо отме-
тить, что в данной статье предложены два подхода, позволяющие:
- оценить возможные недопоставки российского газа странам - его потребителям;
- установить изменения структуры потребления КПТ европейскими странами и снижения уровней выработки электроэнергии при нарушениях поставок газа;
- определить пути минимизации негативных последствий для России от краткосрочного прекращения экспорта газа через Украину.
В результате проведенных исследований впервые определены возможные недопоставки российского газа европейским странам-импортерам на время возникшей нештатной ситуации, связанной с перерывом транзита газа по территории Украины. Рассчитаны значения сокращения поставок КПТ потребителям европейских стран и
Библиогра
1. Сендеров С.М., Еделев А.В. Методика определения «узких» мест в работе единой системы газоснабжения и выбор путей преодоления чрезвычайных ситуаций с газоснабжением потребителей // Известия РАН. Энергетика. 2002. № 4. С. 57-62.
2. Форд Л.Р., Фалкерсон Д.Р. Потоки в сетях. М.: Мир, 1966. 276 с.
3. BP Statistical Review of Word Energy 2013 [Электронный ресурс]. URL:
http://www.bp.com/statisticalreview (11.02.2015).
снижения выработки электроэнергии. Проанализирована проблема наличия «лишнего» газа в ЕСГ России. Определены возможные пути минимизации негативных последствий в рассмотренной ситуации.
Также необходимо подчеркнуть важность своевременных поставок российского газа для европейских стран-импортеров. Показаны основные пути смягчения негативных последствий подобных ЧС и сделан вывод о том, что потребители европейских стран, как и Россия, не могут не пострадать в данном случае. Таким образом, всем сторонам было бы целесообразнее обеспечить работоспособность связанной газотранспортной сети, не допуская ситуаций, подобных описанной в статье, особенно по экономико-политическим причинам.
Статья поступила 01.04.2015 г.
кии список
4. Energy Statistics of OECD Countries 2014 [Электронный ресурс]. URL: http://data.iea.org/ieastore (11.02.2015).
5. FACTBOX: Countries affected by Russia-Ukraine gas row [Электронный ресурс]. URL: http://www.reuters.com/ article/2009/01/06/us-russia-ukraine-gas-sb-
idUSTRE50531Q20090106?pageNumber=1& virtu-alBrandChannel=0 (06.02.2015).
