CC BY
11УДК 004:82, 003:62
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГЕОВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРИ АНАЛИЗЕ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЗОНЫ БАЙКАЛЬСКОЙ ПРИРОДНОЙ ТЕРРИТОРИИ
Иванова Ирина Юрьевна
к.э.н., зав. лабораторией энергоснабжения децентрализованных потребителей,
e-mail: nord@isem.irk.ru Иванов Роман Андреевич к.т.н., научный сотрудник лаборатории «Информационные технологии»,
e-mail: crowndriver@gmail. com ФГБУН Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук, 664033 г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130
Аннотация. В статье показаны возможности средств геовизуализации при аналитических исследованиях для идентификации размещения энергоисточников и прохождения трасс линий электропередачи. Объектом визуализации является энергетическая инфраструктура центральной экологической зоны Байкальской природной территории. Представлены общий вид и подробный фрагмент разработанной информационной системы энергетических объектов для одного района территории особого природопользования. Приведены примеры отображения сводной информации по котельным территории и визуального представления результатов расчетов - выбросов в атмосферу загрязняющих веществ при сжигании угля в котельных.
Ключевые слова: геосервисы, геовизуализация, котельные, электросетевые объекты, информационная система, антропогенное воздействие
Введение. В соответствии с законом «Об охране озера Байкал» [10] территория центральной экологической зоны (ЦЭЗ) Байкальской природной территории (БПТ) имеет особый статус природопользования. В центральную экологическую зону частично или полностью включены три района Иркутской области (Ольхонский, Иркутский и Слюдянский) и четыре - Республики Бурятия (Кабанский, Прибайкальский, Баргузинский, Северо-Байкальский с г. Северобайкальск).
С целью научного обоснования вариантов экологически чистого энерго-, топливоснабжения потребителей данной территории составлен реестр энергетических предприятий, относящихся к виду экономической деятельности - производство, передача и распределение электроэнергии, газа, пара и горячей воды. На исследуемой территории к таким предприятиям относятся Байкальская ТЭЦ, крупные и мелкие котельные, как правило, обеспечивающие тепловой энергией объекты социальной инфраструктуры (школы, детские сады, больницы, администрации и пр.) и жилой фонд населения, а также электросетевые объекты и автономные источники электроснабжения.
По материалам муниципальных департаментов и соответствующих министерств правительств Иркутской области и Республики Бурятия были сопоставлены и систематизированы данные по различным типам энергоисточников, электрическим сетям и
трансформаторным подстанциям. Основной проблемой при анализе состояния энергетической инфраструктуры ЦЭЗ БПТ оказалось наличие разнородной, в некоторых случаях противоречивой, информации о теплоисточниках и электросетевых объектах.
Использование геовизуализации. Несколько упростить эту проблему позволило использование нового направления визуализации геопространственной информации, которое предоставляет актуальную информацию о транспортной и энергетической инфраструктуре и может применяться как на уровне аналитических исследований, так и на уровне обоснования прогнозов развития территорий.
Геовизуализация за счет применения реалистичных отображений земной поверхности (космических и аэрофотоснимков) в совокупности с трехмерной моделью Земного шара позволяет перейти на новый уровень отображения информации, и тем самым, является основанием для развития средств поддержки принятия решений [2,5].
Новый подход применяется для различных задач визуализации, в том числе и в энергетике, а развитие средств для его поддержки (геосервисов) дает возможность восприятия информации в геопространственном контексте [1]. Возможности геосервиса Google Earth были успешно использованы при оценке стоимости строительства магистрального газопровода в задаче выбора рационального варианта транспортировки иркутского газа потребителям Байкальского региона и на экспорт в Монголию и Китай [3-4].
Настоящая статья посвящена использованию возможностей геосервиса Google Earth при создании информационной системы объектов энергетики ЦЭЗ, включающей электросетевые объекты, ТЭЦ, котельные, дизельные электростанции (ДЭС), возобновляемые источники энергии (ВИЭ).
Границы экологических зон Байкальской природной территории были определены на основе ведомости координат точек поворота границ зон, размещенной на сайте Сибирского отделения ФГУНПП «Росгеолфонд» [6] (рис. 1).
Рис. 1. Установление границ экологических зон Байкальской природной территории
Рис. 2. Идентификация котельных с использованием спутниковых снимков. (а) и (б) -исходные снимки, на снимках (в) и (г) котельные выделены рыжим контуром и отмечены соответствующим значком с индексом, показывающим размер котельной.
Высокое качество спутниковых снимков исследуемого региона, доступных для открытого использования, позволило идентифицировать энергетические объекты и определить их размещение на территории населенных пунктов. На рис. 2 показана идентификация месторасположения котельной, имеющей угольный склад. Кроме того, с использованием снимков были уточнены маршруты и протяженность линий электропередачи, а также расстояния доставки топлива (рис. 3).
При разработке информационной системы для более наглядного отображения предложена классификация энергообъектов: для генерирующих источников введены категории по типу, мощностному ряду, виду топлива, для электрических сетей - по классу
и4
напряжения (рис. 4). Каждой котельной соответствует значок .шв, Где индекс показывает мощностной ряд. Так, 1 соответствует установленной мощности (Руст) котельной < 0,2 Гкал/ч; 2 - 0,2 < Руст < 1 Гкал/ч; 3 - 1 < Руст < 10 Гкал/ч; 4 — Руст > 10 Гкал/ч. Кроме того, введена цветовая дифференциация по виду топлива, так, белый значок определяет котельную на угле, оранжевый - на мазуте, фиолетовый - на дровах и зеленый - электрокотельную.
Идентично введена градация дизельных электростанций. По мощностному ряду выделено две категории: 1 - Руст < 1 МВт, 2 -1 < Руст <10 МВт, по типу использования отражены резервные и автономные ДЭС.
Рис. 3. Идентификация линии электропередачи с использованием спутниковых снимков. (а) и (б) - исходные снимки, на (в) и (г) отмечены ЛЭП, соответствующего класса напряжения.
Рис. 4. Классификация объектов энергетики ЦЭЗ информационной системы
Введены определенные значки, соответствующие типу возобновляемого энергоисточника: фотоэлектрической станции (ФЭС), систем солнечного теплоснабжения (ССТ), малой гидроэлектростанции (МГЭС), ветроэлектростанции (ВЭС).
Линии электропередачи представлены в виде наборов отрезков, оторванных от поверхности Земли. Такой способ отображения позволяет наглядно отобразить ЛЭП в
трехмерном пространстве. Определенный цвет той или иной ЛЭП соответствует классу ее напряжения (220 кВ - голубой, 110 кВ - красный, 35 кВ - оранжевый и 10 кВ - желтый).
Общий вид информационной системы энергетической инфраструктуры центральной экологической зоны приведен на рис. 5, более подробный фрагмент Ольхонского района - на рис. 6. Описанные значки сведены в легенду и представлены крупно на рис. 6.
Файл Редактировать Вид Инструменты Добавить Справка
SI И ivitf'l¿¡»igle? © — ä и iHiaiaiwi
Рис. 5. Общий вид информационной системы энергетической инфраструктуры центральной
экологической зоны
^ Google Earth ■ — I
Файл Редактировать Вид Инструменты Добавить £пра«»
Q
Рис. 6. Фрагмент информационной системы Ольхонского района
Цифровые данные, отражающие технико-экономические показатели энергоисточников, величину электрической и тепловой нагрузки, энергопотребление могут быть представлены отдельными слоями с необходимой подробностью [9, 11].
Результаты исследования. Выполненные аналитические исследования с использованием методов геовизуализации позволили оценить состояние и обеспеченность энергетической инфраструктурой потребителей центральной экологической зоны Байкальской природной территории. Подробное описание энергетической инфраструктуры по районам центральной экологической зоны приведено в [7].
Основная часть потребителей в этой зоне электроэнергией обеспечивается централизованно от Иркутской и Бурятской энергосистем. Лишь некоторые мелкие населенные пункты, турбазы, метеостанции, расположенные в труднодоступных местах на побережье северной части ЦЭЗ, снабжаются электроэнергией от автономных дизельных электростанций. Несмотря на наличие значительного потенциала возобновляемых природных энергоресурсов (ветро-, гелио, гидропотенциала малых водотоков) [8], источники энергии на этих видах ресурсов в коммунальной энергетике ЦЭЗ до недавнего времени были представлены лишь небольшими объектами. В последние годы наметилась тенденция более широкого применения этого вида энергоисточников на строящихся туристических базах на побережье озера, в основном, солнечных коллекторов для горячего водоснабжения, подогрева бассейнов и пр., а также фотоэлектрических модулей для автономного и резервного электроснабжения.
Границы районов, входящих в Центральную экологическую зону
с показывает размер котельной: 2 Гкал/ч; 2- 0,2 < Р^, < 1 Гкал/ч; с 10 Гкал/ч; 4 - Р > 10 Гкал/ч
ысота над уровнем моря: чаъ м оозор с В1
Рис. 7. Сводная информация по котельным ЦЭЗ
Среди объектов энергетической инфраструктуры наибольшее антропогенное воздействие на природную среду центральной экологической зоны оказывают котельные и ТЭЦ. В целом в границах ЦЭЗ функционируют более 100 котельных разной мощности. Однако в реестр для настоящей работы включены только 85 котельных муниципальной принадлежности. Информация по мелким автономным источникам тепла отсутствует.
Суммарная установленная мощность муниципальных котельных составляет 417,7 Гкал/ч, из них 65 котельных (мощностью 390,9 Гкал/ч) в качестве топлива используют уголь, сводная информация по ним представлена на рис. 7.
Систематизация информации по котельным дала возможность выполнить расчеты выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и провести ранжирование территории ЦЭЗ как по объектам (источникам), так и по населенным пунктам и суммарно по котловинам озера Байкал.
Экологическое ранжирование территории центральной экологической зоны показало, что основной выброс в атмосферу от объектов энергетики сосредоточен в южной и северной котловинах оз. Байкал. Наглядно этот вывод представлен на рис. 8 и 9 по территориальному распределению выбросов твердых веществ и оксидов серы соответственно.
Рис. 8. Расчетный выброс твердых веществ в атмосферу от энергообъектов ЦЭЗ
Заключение. Использование визуализации при решении геопространственных задач может служить средством поддержки принятия решений при исследованиях аналитического характера для оценки текущего состояния энергетической инфраструктуры. Возможности геосервисов позволяют не только уточнить места размещения энергообъектов и прохождения трасс электрических сетей, но и наглядно отобразить их на реальной территории, используя методы классификации и группировки, для улучшения восприятия. Кроме того, геовизуализация может достаточно эффективно применяться и для представления как промежуточных, так и итоговых результатов исследований. При этом использование многослойности информации дает возможность без дополнительных трудозатрат отображать различные слои по сформированному запросу.
Рис. 9. Расчетный выброс оксидов серы в атмосферу от энергообъектов ЦЭЗ
Описанные результаты отражены в разделе по текущему состоянию энергетической инфраструктуры центральной экологической зоны Байкальской природной территории научно-исследовательской работы по теме «Научное обоснование экологической допустимости размещения объектов хозяйственной и иных видов деятельности в центральной экологической зоне Байкальской природной территории» по реализации федеральной целевой программы «Охрана озера Байкал и социально-экономическое развитие Байкальской природной территории».
Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке РФФИ и Правительства Иркутской области в рамках регионального проекта №14-48-04139-р сибирь а, а также грантов РФФИ№14-07-0116а, №15-07-01284а, №16-07-00474а.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Еремченко Е., Тикунов В., Чи-Гон С. Противоречивость и несогласованность пространственновременных данных: возможность решения проблемы в геоинформационной среде // Геодезия и картография. 2013. № 4. С. 41-47.
2. Иванов Р.А. Методика 3D-визуализации для поддержки принятия решений в энергетических исследованиях // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2013. №1(37). C. 116-121.
3. Ижбулдин А.К., Иванов Р.А. Применение геосервисов для задач сравнительной экспресс-оценки маршрутов нефтегазопроводов // Проблемы экономики и управления нефтегазовым комплексом. - 2015. - № 12. с. 21-28
4. Ижбулдин А.К., Платонов Л.А. Анализ маршрутов поставок российского трубопроводного газа в Китай. Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие
и управление // Сб. статей всероссийской конференции «Энергетика России в XXI веке. Инновационное развитие и управление», 1-3 сентября 2015 г., Иркутск, Россия. -Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2015. 591 с. ISBN 978-5-93908-138-2. С 156-161.
5. Массель Л.В., Иванов Р.А., Массель А.Г. Моделирование этапов принятия решений на основе сетецентрического подхода / Вестник ИрГТУ . №10 (81). 2013. С. 16-22.
6. Официальный сайт Сибирского отделения ФГУНПП «Росгеолфонд» [Электронный ресурс] - http://www.geol.irk.ru/ (дата обращения 23.09.2016).
7. Санеев Б.Г., Иванова И.Ю., Майсюк Е.П., Тугузова Т.Ф., Иванов Р.А. Энергетическая инфраструктура центральной экологической зоны: воздействие на природную среду и пути его снижения // География и природные ресурсы. 2016. №5. С.45-48.
8. Санеев Б. Г., Иванова И. Ю., Тугузова Т. Ф., Халгаева Н. А. Возобновляемая энергетика как одно из направлений снижения антропогенной нагрузки в центральной экологической зоне Байкальской природной территории // География и природные ресурсы. 2016. №3. С.86-90.
9. Сайт компании DATA+ http://www.dataplus.ru/services/geo_database_design/
10. Федеральный закон от 1.05.1999 г. № 94-ФЗ «Об охране озера Байкал» [Электронный ресурс] - http://base.garant.ru/2157025/ (дата обращения 23.09.2016).
11. Virtual story in cyberspace: valley of geysers, kamchatka: Unesco natural heritage site in cyberworld / A. Leonov, A. Serebrov, M. Anikushkin et al. // 10th International Conference on Cyberworlds, CW 2010 Proceedings. sponsors: Nanyang Technological University, IEEE Computer Society, IEEE, ACMSIGGRAPH, Media Development Authority (MDA. — KAMCHATKA, 2010. Pp. 247-253.
UDK 004:82, 003:62
THE USE OF GEOVISUALIZATION IN THE ANALYSIS OF ENERGY INFRASTRUCTURE PLACEMENT IN THE CENTRAL ECOLOGICAL ZONE OF THE
BAIKAL NATURAL TERRITORY Irina Yu. Ivanova
Ph.D., Head of the laboratory "Energy supply for distributed consumers",
e-mail: nord@isem.irk.ru Roman A. Ivanov
Ph.D., Researcher of the laboratory «Information technology in the energy sector»,
e-mail: crowndriver@gmail .com Melentiev energy systems institute Siberian branch of the Russian academy of sciences
664033, Irkutsk, Lermontov St., 130
Abstract The article shows the possibilities of geovisualization tool in analytical investigations to identify the placement of energy sources and transmission power line routes. The object of the visualization is the energy infrastructure of the central ecological zone of the Baikal natural territory. General view of and part of of one district energy facilities of special wildlife management area information system is presented. Examples of summary information on the boiler on the Baikal natural
territory and the visual representation of the results of calculations - emissions of pollutants from coal combustion in the boiler are given in the article. Keywords: geoservices, geovisualization, boilers, electric grid facilities, anthropogenic impact
References
1. Eremchenko E., Tikunov, Chi-Gon C. Protivorechivost' i nesoglasovannost' prostranstvennovremennyh dannyh: vozmozhnost' reshenija problemy v geoinformacionnoj srede [Contradictory and inconsistent the space-data: the ability to solve the problem in the medium-term geo-information] // Geodesy and Cartography. 2013. № 4. Pp. 41-47. (in Russian)
2. Ivanov R. Metodika 3D-vizualizacii dlja podderzhki prinjatija reshenij v jenergeticheskih issledovanijah [Methods 3D-visualization for decision-making support for energy research] // Modern technologies. System analysis. Modeling. 2013. №1 (37). Pp. 116-121. (in Russian)
3. Izhbuldin A., Ivanov R. The use of geo-services for task comparative rapid assessment of oil and gas pipeline routes // Problems of Economics and Management of oil and gas complex. -2015. № 12. Pp. 21-28. (in Russian)
4. Izhbuldin A.K., Platonov L.A. Analiz marshrutov postavok rossijskogo trubo-pro-vodnogo gaza v Kitaj. [Analysis of the supply routes of Russian gas in pipeline, the water in China.]/Russian Energy in the XXI century. Innovative development and management // Coll. Articles All-Russian Conference "Russian Energy in the XXI ve-kyo. Innovative development and management ", September 1-3, 2015 Irkutsk, Russia. - Irkutsk: ESI SB RAS, 2015. 591 p. - ISBN 978-5-93908-138-2. With 156-161.5.
5. Massel L., Ivanov R., Massel A. Modeling stages of decision-making re-based network-centric approach / Bulletin of Irkutsk State Technical University. 2013. №10 (81). Pp. 1622. (in Russian)
6. The official website of the Siberian Branch FGUNPP "Rosgeolfond" [Electronic resource] http://www.geol.irk.ru/ (reference date 09/23/2016).
7. Saneev B., Ivanova I., Maisyuk E., Tuguzova T., Ivanov R. Jenergeticheskaja infrastruktura central'noj jekologicheskoj zony: vozdejstvie na prirodnuju sredu i puti ego snizhenija [Energy infrastructure is the central ecological zone: the impact on the environment and ways to reduce it]// Geography and natural resources. 2016. №5. Pp.45-48. (in Russian)
8. Saneev B., Ivanova I., Tuguzova T., Halgaeva N. Vozobnovljaemaja jenergetika kak odno iz napravlenij snizhenija antropogennoj nagruzki v central'noj jekologicheskoj zone Bajkal'skoj prirodnoj territorii [Renewable Energy as one of the ways to reduce the anthropogenic load in the central ecological zone of the Baikal natural territory] // Geography and natural resource 2016. №3. Pp.86-90. (in Russian)
9. DATA + [Electronic resource] http://www.dataplus.ru/services/geo_database_design/
10. Federal Law of 05.01.1999, № 94-FZ "On the Protection of Lake Baikal" [Electronic resource] http://base.garant.ru/2157025/ (reference date 23/09/2016).
11. Virtual story in cyberspace: valley of geysers, kamchatka: Unesco natural heritage site in cyberworld / A. Leonov, A. Serebrov, M. Anikushkin et al. // 10th International Conference on Cyberworlds, CW 2010 Proceedings. sponsors: Nanyang Technological University, IEEE Computer Society, IEEE, ACMSIGGRAPH, Media Development Authority (MDA. — KAMCHATKA, 2010. Pp. 247-253.
