CC BY
11Седнёв В. А., Смуров А. В.
техноценологическая оценка устойчивости электроэнергетического обеспечения
СУБЪЕКТОВ российской ФЕДЕРАЦИИ
Представлен научно-методический подход оценки устойчивости электроэнергетического обеспечения субъектов Российской Федерации, имеющий существенное значение для управления электроэнергетической безопасностью экономики и территорий Российской Федерации.
Ключевые слова: техноценологический подход, электроэнергетическая система, электроэнергетическое обеспечение.
Ущерб от нарушения электроснабжения объектов, как правило, намного превышает затраты на его предотвращение. Нынешняя энергосистема страны характеризуется недостаточной надёжностью: электроэнергетические системы (ЭЭС) регионов обладают низким уровнем резервирования генерирующих мощностей и не обеспечивают устойчивое электроэнергетическое обеспечение (ЭЭО) территорий, а износ основных производственных фондов региональных систем электроэнергетики, достигающий 80 %, увеличивает вероятность чрезвычайных ситуаций. При этом две трети территории страны не имеет постоянного электроснабжения, и это не только отдалённые и северные районы, но и населённые пункты Центра, Северо-Запада, Урала, Сибири; города и посёлки, отключаемые планово, аварийно, из-за грозы, ветра, гололёда, схода лавин и других причин.
При этом независимо от того, произошла авария в ЭЭС или нет, в ряде субъектов РФ наблюдается недостаточность ЭЭО. До 1990 года потребление электроэнергии промышленностью составляло 70 %, а населением - 30 %; в настоящее время это соотношение поменялось при
фактически той же структуре объектов электроэнергетики. В результате, ограниченность традиционных энергоресурсов, неравномерность и неконтролируемый рост электропотребления создали дефицит мощности в ряде энергосистем.
Мероприятия по повышению устойчивости функционирования на объектах РСЭЭ сводятся к соблюдению требований нормативных документов, что недостаточно для надёжного обеспечения потребителей электроэнергией [1]. При этом только у 1 % потребителей имеются свои энергетические службы, отвечающие за бесперебойное электроснабжение, в то время как последствия ЧС всегда связаны с недостаточным ЭЭО объектов и территорий на длительное время, а подразделения МЧС России привлекаются для ликвидации последствий ЧС только на краткосрочный период.
В настоящее время фактически отсутствуют научные труды, посвящённые методам обоснования мероприятий по обеспечению устойчивого функционирования объектов РСЭЭ и по ЭЭО потребителей, - имеются только исследования реализации отдельных требований к уровням ЭЭС региона. Необходима разработка теоретических положений, направленных на повышение эффективности системы предупреждения и ликвидации ЧС и обеспечение электроэнергетической безопасности населения и территорий при ЧС.
Стоит отметить следующие моменты:
- первоначально план электрификации России был ориентирован на создание крупных энергетических мощностей. Реформирование электроэнергетики осуществляется с 1918 года по настоящее
время за счёт потребителя и характеризуется полным монополизмом. Цели, установленные планом Государственной комиссии по электрификации России, не достигнуты, так как в настоящее время около 20 млн человек на двух третях территории России находятся без централизованного электроснабжения;
- уничтожение малых по мощности электростанций сделало неустойчивым энергообеспечение малых предприятий, сельского хозяйства, отдалённых поселений. При этом одной из задач энергетической стратегии РФ является как раз активное развитие и внедрение автономного электроснабжения потребителей на основе различных источников электроэнергии;
- до 1992 года Единая энергетическая система России обеспечивала мировой уровень надёжности энергоснабжения потребителей, но в условиях низкого уровня резерва генерируемых мощностей;
- продолжается старение основного оборудования электростанций и сетей, нарастает дефицит мощности в ряде энергосистем и связанный с этим отказ в присоединениях к сетям новых потребителей, при этом износ оборудования увеличивает вероятность аварий и ЧС;
Анализ аварий на объектах РСЭЭ и их последствий показал необходимость разработки научно-методического аппарата обоснования и прогнозирования потребностей объектов и территорий в ЭЭО. Одновременно данный аппарат будет являться основой поддержки принятия должностными лицами РСЧС решений по обоснованию, организации и реализации мероприятий по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов РФ.
Предлагаемый научно-методический подход к анализу и прогнозированию параметров ЭЭО населения, объектов и территорий обеспечивает информационно-аналитическую поддержку принятия решений должностными лицами РСЧС по организации устойчивого ЭЭО в условиях ресурсных ограничений. Он позволяет оп-
ределять требуемые объемы электропотребления объектов и территорий в режиме ЧС и нормальных условиях и, тем самым, не допустить возникновения ситуации, связанной с недостаточным ЭЭО объектов, населения и территорий субъектов РФ.
основные положения
по оценке устойчивости
электроэнергетического обеспечения в субъектах российской федерации
Устойчивое функционирование РСЭЭ определяет безопасность и надёжность обеспечения электроэнергией населения и территорий. При этом наука и практика рассматривают электропотребление потребителей на уровне крупных (0,1 % всех объектов), средних (0,9 %) и малых (9 %) объектов. Остальные 90 %, питающихся на напряжении 0,4 кВ, остаются без внимания, причём существующие методы расчёта электрических нагрузок требуют учёта режимов работы и мощности каждого электроприёмника и приводят к большим ошибкам [1, 2]. Именно поэтому определение параметров электропотребления на уровнях ЭЭС, обоснование состава систем электроснабжения (СЭС) и численности структуры электротехнических средств на уровне напряжения 0,4 кВ требуют разработки новых подходов к контролю за электропотреблением объектов и функционированием РСЭЭ, для чего предлагается использовать цено-логические взгляды на развитие сложных многоуровневых систем, ранее не использовавшиеся для обоснования мероприятий по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов РФ.
Анализ состава РСЭЭ выявил, что устойчивость их ЭЭС включает устойчивость структуры СЭС отдельных объектов и функционирования объектов материально-технического обеспечения [1, 3, 4] (рис. 1).
Оценка устойчивости ЭЭС должна производиться на основе анализа
Рисунок 1. Показатели оценки устойчивости функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей
функционирования отдельных СЭС и наличия у них источников электрической энергии. Условием устойчивости СЭС является наличие инфраструктуры и соответствие мощностей её элементов решаемым задачам.
Показатель устойчивости характеризуется отношением ожидаемого объёма производства электроэнергии к минимально необходимому объёму. Значение его зависит от сценария ситуации и варианта воздействия на объекты РСЭЭ и потребителей. Рассчитанные для определённых условий значения показате-
ля следует рассматривать как прогноз устойчивости функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей.
Показатели подготовленности РСЭЭ и её уровней к устойчивому функционированию характеризуют степень выполнения требований по обеспечению устойчивого ЭЭО потребителей. Показатели используются при планировании и контроле за реализацией мероприятий по повышению устойчивого функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей в ЧС, а достигнутые значения характеризуют результаты проделанной работы.
Мероприятия по реализации основных направлений обеспечения устойчивого функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей разрабатываются и осуществляются заблаговременно, исходя из прогноза состояния электроснабжения и требований по обеспечению устойчивого электроснабжения потребителей -объектов жизнеобеспечения и населения. Характер, объёмы и сроки проведения мероприятий определяются с учётом их значимости для поддержания требуемого уровня жизнедеятельности территорий, а также имеющихся ресурсов.
Для каждого уровня РСЭЭ характерны свои цели и методы определения параметров электропотребления и подходы к принятию решения на ЭЭО (рис. 2).
Имеющееся противоречие между ростом электропотребления, критическим состоянием объектов электроэнергетики, необходимостью решения задач ЭЭО
объектов и населения и отсутствием методик обоснования параметров электропотребления для уровней ЭЭС регионов (особенно для уровня 0,4 кВ, осуществляющего обеспечение ЭЭ 90 % объектов), а также рациональной структуры источников электроэнергии для обеспечения их функционирования, определяют тенденции развития теории и практики обеспечения электроэнергетической безопасности субъектов РФ в условиях ЧС.
Исходя из этого, под ЭЭО субъектов РФ при ЧС предлагается понимать совокупность действий органов управления, сил и средств по организации и выполнению задач электроснабжения объектов и территорий.
Для ЭЭО регионов необходимо [1]:
1. Определить объёмы электропотребления крупными потребителями и обосновать структуру и состав их СЭС. Для обоснования параметров электропотребления
6 Ур
5 Ур ГПП
4 Ур ■
3 Ур ■
О
|10(6) кВ
□ □
\ \ \ \
2 Ур I
1 Ур Щ (о)
Отдельные электроприёмники
□
Объекты генерации
Крупные потребители (0,1 % всех объектов) (граница раздела РСЭЭ и энергоснабжающей организации)
Средние потребители (0,9 % объектов) (шины главной понизительной подстанции)
Малые потребители (9 % объектов) (шины распределительной подстанции 10(6) кВ)
Мини-потребители (90% объектов) (щит низкого напряжения трансформаторной подстанции 10(6)/0,4 кВ; щиты распределительные и распределительные пункты напряжением до 1 кВ переменного тока; отдельный электроприемник)
Рисунок 2. Структурная схема электроэнергетической системы [1,2]
0,4 кВ
используется техноценологический подход, опирающийся на положения теории систем и аппарат устойчивых законов предельных теорем теории вероятности, математической статистики, теории множеств, теории информации и математической логики. Определение и прогнозирование объёмов электропотребления объектов позволит уточнить или обосновать состав источников электроэнергии и определить величину электропотребления объектов. На одну энергосистему мощностью 10 тысяч МВт должно быть 10 энергосистем по 1 000 МВт или 100 по 100 МВт или 10 млн ЭС мощностью по 1 кВт каждая.
2. Обосновать структуру и состав СЭС важнейших объектов с резервным комплексом электротехнических средств. Обоснование количественных и качественных характеристик резервных источников
электроэнергии позволит решить задачу электроснабжения населения на уровне минимальной достаточности с учётом сложившейся ситуации. Для решения этой задачи применяются технический и профессионально-логический анализ, методы и положения теории расчёта электрических нагрузок, теории вероятностей, теории надёжности и математической статистики.
Таким образом, при обосновании мероприятий по обеспечению устойчивого функционирования РСЭЭ и ЭЭО потребителей и в целом - электроэнергетической безопасности субъектов Российской Федерации - используется техноценоло-гический подход. Техноценологический подход синтезирует и упорядочивает применение существующих методов, позволяет оценивать и обосновывать параметры электропотребления объектов на разных уровнях РСЭЭ.
литература
1. Седнёв В. А. Техноценологические методы построения и управления развитием многоуровневых систем. Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2008.
2. Кудрин Б. И. Введение в технетику. -Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та, 1993.
3. Седнёв В. А., Смуров А. В. Методы оценки и обоснования мероприятий по обеспечению электроэнергетической безопасности субъектов
Российской Федерации в условиях чрезвычайных ситуаций. Монография. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2014.
4. Седнёв В. А., Смуров А. В. Методология оценки электроэнергетической безопасности экономики и территорий Российской Федерации и оптимизации сложившейся структуры средств МЧС России // Проблемы управления рисками в техносфере. - 2011. - № 3. - С. 80-91.
Sednev V., Smurov A.
TECHNICAL ASSESSMENT OF ELECTRICITY PROVISION SUSTAINABILITY OF THE RUSSIAN FEDERATION SUBJECTS
Purpose. The article is concerned with the rationale of measures to improve sustainability of the regional electric power systems and electric power supply to consumers.
Methods. Analysis of the existing power system of the country, the amount of electricity consumption by the regions of the Russian Federation, methods and conditions of calculation of electrical loads.
Findings. Application of the technical assessment approach makes it possible to rationalize the application of the classical methods of forecasting energy consumption parameters, to use electricity effectively and to provide information support for decision making to increase electricity provision sustainability of facilities.
Research application field. It is recommended for use in developing action plans for preventing and eliminating emergency situations in the Russian Federation, in preparing objects, population and
territories for functioning in the conditions of long-term power supply failure. The results are of interest for officials involved in justification, planning, organization and implementation of measures to improve regional power system sustainability and electric power supply to facilities and territories.
Conclusions. Currently, there are no scientific papers concerned with the rationale of measures to ensure sustainable functioning of the regional electric power systems and electric power supply to consumers.
There are only studies concerned with implementing some region energy supply system requirements. It is necessary to develop theoretical provisions aimed at ensuring electric power safety of facilities, population and territories.
Key words: technical approach, electric power safety, electric power sustainability.
REFERENCES
1. Sednev V.A. Tekhnotsenologicheskie metody postroeniia i upravleniia razvitiem mnogourovnevykh system [Technical methods for building and managing the development of multilevel systems]. Moscow, Akademiia GPS MChS Rossii Publ., 2008. 132 p.
2. Kudrin B.I. Vvedenie v tekhnetiku [Introduction in technetic]. Tomsk, Izdatel'stvo Tomskogo Gosudarstvennogo universiteta Publ., 1993. 552 p.
3. Sednev V.A., Smurov A.V. Metody otsenki i obosnovaniia meropriiatii po obespecheniiu elektroenergeticheskoi bezopasnosti sub"ektov Rossiiskoi Federatsii v usloviiakh chrezvychainykh
situatsii [Methods of evaluation and justification of measures to ensure the biscuits electricity security of subjects of the Russian Federation in the living conditions of emergencies]. Moscow, Akademiia GPS MChS Rossii Publ., 2014. 115 p.
4. Sednev V.A., Smurov A.V. Evaluation methodology the electricity security of Economics and territories of the Russian Federation and optimization of existing structure means of EMERCOM of Russia. Problemy upravleniia riskami v tekhnosfere, 2011, no. 3, pp. 80-91. (in Russ.).
VLADiMiR Sednev Artem Smurov
Doctor of Technical Sciences, Professor
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
Candidate of Technical Sciences
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia
