CC BY
36
УДК 620.9, 658.26
Энергетическая безопасность населённых пунктов в условиях Крайнего Севера
Д. В. Прохоров,
Институт физико-технических проблем Севера СО РАН, г. Якутск
Приведён системный анализ функционирования децентрализованных систем энергоснабжения в условиях Крайнего Севера как сложных технических систем. Определены их основные свойства и обоснован выбор показателя безопасности «риск как прогнозируемый ущерб».
Ключевые слова: энергобезопасность, децентрализованные потребители, ущерб, отказ элементов системы.
Республика Саха (Якутия) находится в сложных природно-климатических и социально-экономических условиях: почти 40 % её территории располагается за полярным кругом. Топливно-энергетический сектор играет важнейшую роль в обеспечении жизнедеятельности населения в условиях Крайнего Севера, где особенностью энергоснабжения является очень низкая доля централизованного энергообеспечения. Такая ситуация сложилась из-за малой концентрации нагрузок и слабой промышленной и транспортной освоенности.
Основные проблемы энергоснабжения децентрализованных потребителей - дальний транспорт топлива и ограниченность сроков сезонного завоза в труднодоступные районы. Низкий уровень развития транспортной инфраструктуры, многозвенность процесса завоза топлива приводят к высоким
потерям как самого топлива, так и его теплотворной способности, а также к его многократному подорожанию.
Структурная схема системы энергоснабжения Крайнего Севера представлена на рис. 1. Основными элементами системы электроснабжения являются системы топливоснабжения, генерации электроэнергии, транспортировки электроэнергии, а системы теплоснабжения - системы водоснабжения, топливоснабжения, выработки и транспортировки тепла. Следовательно, систему энергоснабжения можно отнести к сложной, неоднородной и многофункциональной технической системе, которая эксплуатируется в суровых климатических условиях, состоит из крупных подсистем и отказы которой вызывают значительные экономические потери.
Рис. 1. Функциональная схема системы энергоснабжения
эмшштшшшттшмштвтшшшт
Примеры крупных аварий со значительным материальным и социальным ущербом, которые произошли в последние десятилетия в системах энергоснабжения ряда населённых пунктов Якутии, свидетельствуют о том, что проблема сохраняет особую актуальность [1, 2]. С целью анализа аварийных ситуаций в системе энергоснабжения были собраны материалы аварий по данным МЧС Республики Саха (Якутия) и создана база данных [2]. Установлено, что в течение десяти лет (с 1998 по 2008 гг.) на объектах энергетики произошла 291 авария.
Данные распределения по годам приведены на рис. 2, по месяцам - на рис. 3. Аварии и аварийные ситуации происходят ежегодно, чаще всего в самые холодные месяцы отопительного периода (декабрь и январь). Наибольшее количество аварий наблюдалось в 1998, 2001, 2006 годах, наименьшее - в 2003 году.
40-
Л 35 2 30
8 20 и 15 | 10
I 0
1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Рис. 2. Распределение количества аварий по годам
80 70 |60 й 50 ¡5 40 о 30 § 20 * 10
Рис. 3. Распределение количества аварий по месяцам
Чтобы представить последствия для элементов системы энергетики, приведём некоторые характерные описания аварий, произошедших по различным причинам на территории республики.
29 января 1998 г., село Бейдинга: произошло аварийное отключение электроэнергии из-за неисправности трансформатора, вследствие чего остановилась центральная котельная. Заморожено 133 объекта, из них 101 жилой дом, 11 864 м теплотрассы и 300 м водовода.
В селе Тополином 29 декабря 1998 г. из-за выхода из строя глубинного насоса на водозаборе был повреждён водовод. В результате без тепла остались 42 жилых дома, 34 объекта соцкультбыта и 5 административных зданий. В селе проживает 1058 человек, в их числе 414 детей. Жители были эвакуированы в Хандыгу.
3 января 2001 г. из-за выхода из строя двух сетевых насосов в г. Томмоте была остановлена котельная. Без тепла остались 20 жилых дома, 5 объектов соцкультбыта, разморожено 2 000 м теплотрассы. Ущерб составил 900 тыс. рублей.
2 февраля 2001 года в посёлке Депутатском во время сварочных работ возникло возгорание на ДЭС. Огнём уничтожен силовой кабель и все одиннадцать дизель-генераторов. Была остановлена центральная котельная, обеспечивающая теплом 26 жилых домов (1539 квартир, 3 698 человек, в том числе 1208 детей) и 33 объекта производства и соцкультбыта. Население было эвакуировано в соседние населённые пункты и в г. Якутск. Ущерб составил более 40 000 тыс. рублей.
31 декабря 2001 года в посёлке Сангаре из-за отсутствия водоснабжения была остановлена котельная «Новая», в результате чего повреждено 300 м водовода до котельной и 100 м от пожарной ёмкости до котельной. Также пострадали 58 объектов жилого фонда и 26 частных жилых домов, разморожено 2 200 м теплотрассы. Ущерб составил 8 000 тыс. рублей.
7 ноября 2002 года в посёлке Кысыл-Сыре из-за выхода из строя датчика контроля пламени произошёл останов парового котла мощностью 2,6 Гкал. В результате без тепло- и водоснабжения остались 105 квартир в 46 домах. Ущерб - 5 038,5 тыс. рублей.
6 декабря 2002 года в г. Ленске из-за повреждения кабеля без электроснабжения остались водовод и 6 котельных. В связи с неоднократными отключениями электроэнергии и остановами котельных при температуре наружного воздуха -55 °С произошло размораживание объектов соцкультбыта и жилищного фонда. Ущерб составил 12 655,2 тыс. рублей.
Возникновение отказа в технической системе из-за износа или повреждения является случайным событием [3]. Например, отказ котла может произойти из-за выхода из строя датчика контроля пламени, останов подачи электричества - из-за обрыва кабеля, падения опор, короткого замыкания и др. Резервные устройства во многих случаях отсутствуют или бывают не готовы к аварийному включению. Климатические явления являются ещё одной причиной отказа элементов системы.
Распределение аварий по основным элементам системы энергоснабжения представлено на рис. 4.
■
Топливоснабжение Энергоснабжение Водоснабжение Теплотрасса Котельная
=5:90 ¡180 370 «60 50 53 40 «30 120 о 10 0
Рис. 4. Распределение аварий по системным элементам
Аварии сопровождаются значительным ущербом, который в общем случае разделяется на материальную и социальную части и расходы на восстановление. Социальный ущерб определяется не только снижением отпуска электроэнергии и понижением температуры в жилых зданиях, но и вынужденной эвакуацией жителей в другие населённые пункты. Интенсивность аварий чрезвычайного характера со значительным ущербом повышается при низких температурах, когда размер ущерба может увели-
6
0
ЭНЕРГОБЕЗОПАСНОСТЬ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ I www.endi.nl
№ 3 (57)2014, май-июнь
читься на несколько порядков. Можно констатировать, что ущерб от аварий объектов энергетики в центральных районах Российской Федерации бывает гораздо меньшим, чем при авариях в условиях Крайнего Севера.
Таким образом, если основными свойствами энергетической системы являются эффективность, безопасность, живучесть и надёжность [4], то для суровых климатических условий Крайнего Севера показатель эффективности представляет собой постоянное поддержание энергоснабжения потребителей с минимальными затратами ресурсов и времени. Безопасность энергетических систем характеризуется способностью защитить потребителей от аварийных ситуаций в системах и может быть нарушена под влиянием как внешних, так и внутренних факторов. К внешним относятся природные и социально-экономические воздействия, к внутренним -технические, технологические, организационные и индивидуально-психологические источники потенциальных опасностей, присущие системам теплоснабжения [1, 3].
Отказы в системных элементах энергетики Севера снижают качество жизни людей, которое при децентрализованном энергообепечении напрямую связано с величиной ущерба при отказах системы энергетики, а не с вероятностью отказа системы. Следовательно, основным свойством, оценивающим функционирование системы энергетики Крайнего Севера, является безопасность, учитывающая свойства надёжности и живучести систем.
Интегральным показателем, отражающим уровень безопасности объектов и учитывающим связи с внешней социальной средой, является риск как про-
гнозируемый ущерб [1, 3]. Ущерб информативно и обобщенно характеризует эффективность функционирования системы в целом, учитывает изменения параметров, предопределяет эксплуатационные требования. В этом случае безопасность связывается со свойством эффективности системы, так как ущерб является экономической характеристикой.
В общем случае ещё одним показателем безопасности является вероятность безотказной работы технической системы, однако этот показатель используется для технически однородных систем и в случае энергосистемы может быть использован для оценки безопасности таких подсистем, как единицы оборудования: котёл, насос, генератор. Для характеристики безопасности сложной энергосистемы этот показатель не используется.
Таким образом, показатель риска как прогнозируемый ущерб можно применить для задачи оценки и прогнозирования безопасности системы энергетики в условиях Крайнего Севера. Специфика природно-климатических условий данного региона выдвигает особые требования к комплексному решению проблемы безопасности человека и среды его обитания при возникновении аварий в системах энергоснабжения. И поскольку безопасность является важнейшей характеристикой качества функционирования системы энергетики Крайнего Севера, учитывая экстремальные климатические условия и продолжительность отопительного сезона, то интегральным показателем, отражающим уровень безопасности систем энергетики и учитывающим связи с внешним социальным контуром, является риск как прогнозируемый ущерб.
Литература
1. Махутов Н. А. Фундаментальные исследования в области регулирования техногенных рисков / / Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2005. - № 3. - С. 35-48.
2. Прохоров В. А., Иванов В. Н., Попова М. В. Проблема обеспечения безопасности системы теплоснабжения населённых пунктов Якутии / / Безопасность труда в промышленности. - 2009. - № 12. - С. 49-52.
3. Лесных В. В. Анализ риска и механизмов возмещения ущерба от аварий на объектах энергетики. -Новосибирск: Наука, 1999. - 251 с.
4. Попырин Л. С. Природно-техногенные аварии в системах теплоснабжения / / Вестник Российской академии наук. - 2000. - Т. 70. - № 7. - С. 604-610.
Energy safety of Far North settlements D. V. Prokhorov,
Institute of the Physical and Technical Problems of the North, Siberian Branch of the RAS, Yakutsk
The author analyzes how decentralized power supply systems work in extreme conditions of the Far North, considering the mentioned systems as complicated technical systems. He determines main properties of the systems and chooses the indicator of the "risk as forecasted damage" for safety estimation purpose.
Keywords: energy-safety, decentralized consumers, damage, system elements failure.
