Assessment оf the level оf energy security оf regions in emergency situations in the gas industry using the example оf the Northwestern Federal District

Full Text

Введение

Энергетическая безопасность – это состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их потребностей в энергии экономически доступными энергетическими ресурсами приемлемого качества, от угроз нарушения бесперебойности энергоснабжения. То есть, другими словами, любого уровня энергетическая безопасность – это сбалансированность спроса и предложения энергии или бездефицитность энергобаланса. Причины нарушения баланса могут заключаться как в состоянии объектов топливно-энергетического комплекса (ТЭК), так и в неблагоприятном изменении природных, политических и экономических условий.

Одним из важнейших направлений деятельности по достижению и поддержанию требуемого уровня энергетической безопасности России является мониторинг и индикативный анализ ЭБ.

Индикативную оценку уровня энергетической безопасности конкретного региона страны предложено осуществлять по трем, в значительной степени взаимосвязанным, блокам индикаторов, табл. 1.

 

Таблица 1. Состав важнейших индикаторов энергетической безопасности регионального уровня

1. Блок производственной и ресурсной обеспеченности системы топливо- и энергоснабжения региона

1.1. Отношение суммарной располагаемой мощности электростанций региона к максимальной электрической нагрузке. 1.2. Возможности покрытия максимальной электрической нагрузки с учетом межсистемных связей. 1.3. Возможности удовлетворения потребностей в КПТ из собственных источников региона.

2. Блок надежности топливо- и энергоснабжения региона

2.1. Доля доминирующего ресурса в общем потреблении КПТ на территории региона. 2.2. Доля наиболее крупной электростанции в установленной электрической мощности региона. 2.3. Уровень потенциальной обеспеченности спроса на топливо в условиях резкого похолодания на территории региона.

3. Блок состояния ОПФ систем энергетики на территории региона

3.1. Степень износа ОПФ энергетического хозяйства региона. 3.2. Обновление установленной мощности и реконструкции электростанций региона за 5-летний период.

 

Задачи мониторинга ЭБ РФ и ее регионов заключаются в идентификации наблюдаемых и ожидаемых процессов, явлений и параметров, определяющих уровень и угрозы энергетической безопасности. Таким образом, смысл и суть мониторинга и индикативного анализа состоят в отображении информации о степени реализации угроз ЭБ с помощью системы индикаторов при сравнении численных значений этих индикаторов с их пороговыми значениями. В соответствии с этим в ИСЭМ СО РАН разработана информационная база для обоснования и принятия решений по обеспечению ЭБ РФ и ее регионов.

В данной статье представлен процесс оценки уровня энергетической безопасности субъектов РФ, расположенных на территории Северо-Западного федерального округа.

Результаты проведенного индикативного анализа

При выполнении исследования значения индикаторов по регионам были количественно соотнесены с их пороговыми значениями, принятыми в [1] (табл. 2–4).

Наряду с качественной оценкой уровня энергетической безопасности регионов за 2022 г. с целью показать некоторые тенденции, справочно приведена информация о качественной оценке соответствующих индикаторов в 2018 г. В результате анализа данных соответствующих таблиц по субъектам Северо-Западного федерального округа можно кратко охарактеризовать присущие энергетике территорий тенденции с позиций требований энергетической безопасности.

 

Таблица 2. Характеристика состояния индикаторов на территории субъектов СЗФО по блоку производственной и ресурсной обеспеченности системы топливо- и энергоснабжения

Край, область	Инди-катор	Разм-ть	Пороговые значения индикатора1		Значение и состояние индикатора
			Н	К	2018		2022
1	2	3	4	5	6	7	8	9
Республика Карелия	1.1	ед.	0.5	0.3	0.9	Н	0.8	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	5.9	Н	3.2	Н
	1.3	%	60	40	21.1	К	17.8	К
Республика Коми	1.1	ед.	0.7	0.5	2.0	Н	1.9	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	2.4	Н	2.3	Н
	1.3	%	60	40	133	Н	108	Н
Архангельская область	1.1	ед.	0.7	0.5	1.9	Н	1.2	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	2.7	Н	1.9	Н
	1.3	%	60	40	21.8	К	22.8	К
Вологодская область	1.1	ед.	0.5	0.3	0.8	Н	0.9	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	4.1	Н	4.3	Н
	1.3	%	40	20	1.7	К	1.3	К
Калининградская область	1.1	ед.	0.7	0.5	1.5	Н	2.4	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	2.5	Н	3.4	Н
	1.3	%	60	40	0.2	К	0.3	К
Ленинградская область	1.1	ед.	0.5	0.3	1.78	Н	1.59	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	2.4	Н	2.8	Н
	1.3	%	40	20	46.7	Н	36.7	ПК
Мурманская область	1.1	ед.	0.5	0.3	1.9	Н	1.9	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	3.4	Н	3.3	Н
	1.3	%	60	40	4.6	К	5.3	К
Новгородская область	1.1	ед.	0.5	0.3	0.6	Н	0.6	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	3.1	Н	3.1	Н
	1.3	%	60	40	1.9	К	0.6	К
Псковская область	1.1	ед.	0.5	0.3	1.1	Н	1.0	Н
	1.2	ед.	1.5	1.2	6.6	Н	6.3	Н
	1.3	%	40	20	6.4	К	2.2	К

 

Таблица 3. Характеристика состояния индикаторов на территории субъектов СЗФО по блоку надежности топливо- и энергоснабжения

Край, область	Индикатор	Пороговые значения, %		Значение и состояние индикатора, %; год
		Н	К	2018		2022
1	2	3	4	5	6	7	8
Республика Карелия	2.1	40	70	54.6	ПК	58.2	ПК
	2.2	50	70	25.4	Н	25.6	Н
	2.3	100	<100	90	К	90	К
Республика Коми	2.1	90	>90	84.5	Н	89.5	Н
	2.2	50	70	38.7	Н	42.3	ПК
	2.3	100	<100	94	К	94	К
Архангельская область	2.1	40	70	64.8	ПК	64.5	ПК
	2.2	50	70	18.5	Н	28.0	Н
	2.3	100	<100	97	К	97	К
Вологодская область	2.1	40	70	74.5	К	83.4	Н
	2.2	50	70	22.4	Н	21.8	Н
	2.3	>100		>100	Н	>100	Н
Калининградская область	2.1	90	90	96.4	К	94.8	К
	2.2	40	50	69.4	К	46.9	ПК
	2.3	100	80	89	ПК	89	ПК
Ленинградская область	2.1	40	70	97.0	К	97.6	К
	2.2	50	70	31.8	Н	33.4	Н
	2.3	100	90	92	ПК	92	ПК
Мурманская область	2.1	40	70	81.9	К	79.1	К
	2.2	50	70	48.7	Н	48.6	Н
	2.3	100	90	94	ПК	94	ПК
Новгородская область	2.1	40	70	96.8	К	98.5	К
	2.2	50	70	81,4	К	80.3	К
	2.3	100	<100	94	К	94	К
Псковская область	2.1	40	70	86.2	К	91.9	К
	2.2	50	70	98.5	К	98.7	К
	2.3	100	90	97	ПК	97	ПК

  

Таблица 4. Характеристика состояния индикаторов на территории субъектов СЗФО по блоку состояния ОПФ систем энергетики

Край, область	Индикатор	Пороговые значения, %		Значение и состояние индикатора, %; год
		Н	К	2018		2022
1	2	4	5	6	7	8	9
Республика Карелия	3.1	40	60	71.6	К	74.8	К
	3.2	2	1	0	К	0	К
Республика Коми	3.1	40	60	55	ПК	60	К
	3.2	2	1	1.4	ПК	0	К
Архангельская область	3.1	40	60	42.1	ПК	53.0	ПК
	3.2	2	1	0	К	0	К
Вологодская область	3.1	40	60	54.2	ПК	57.9	ПК
	3.2	2	1	5.4	Н	0	К
Калининградская область	3.1	40	60	50.7	ПК	5.7	Н
	3.2	2	1	51	ПК	8.5	Н
Ленинградская область	3.1	40	60	44.8	ПК	47.4	ПК
	3.2	2	1	1.0	Н	4.3	Н
Мурманская область	3.1	40	60	69.5	К	73.2	К
	3.2	2	1	0	К	0	К
Новгородская область	3.1	40	60	58.8	ПК	64.4	К
	3.2	2	1	1.0	К	0.5	К
Псковская область	3.1	40	60	70.5	К	72.9	К
	3.2	2	1	0	К	0	К

 

По первому блоку индикаторов приемлемая ситуация с позиций ЭБ наблюдается только в Республике Коми. В остальных регионах важно отметить кризисное состояние по индикатору 1.3. “Возможности удовлетворения потребностей в КПТ из собственных источников региона” (табл. 2).

По второму блоку индикаторов наблюдается приемлемая ситуация только в Вологодской области. В частности, по индикатору 2.1 “Доля доминирующего ресурса в общем потреблении КПТ на территории региона” (табл. 3) преобладают кризисные и предкризисные значения в связи с высокой долей природного газа в балансе потребления топлива. В свою очередь, это также отражается и на значениях индикатора 2.3 “Уровень потенциальной обеспеченности спроса на топливо в условиях резкого похолодания (10% наброс потребления) на территории региона”. Так как Северо-Западный ФО относится к регионам с холодным климатом (температура наиболее холодной пятидневки ниже минус 30°С) [2], кризисное пороговое значение для таких регионов принято 100%. Исследования проводились при одновременном гипотетическом понижении средней температуры января на территории всего Северо-Западного федерального округа. Результаты расчетов по уровню обеспеченности указанного спроса на топливно-энергетические ресурсы приведены в табл. 3.

По третьему блоку индикаторов также нельзя назвать приемлемой ситуацию ни в одном из субъектов (табл. 4) в связи с превышением кризисного порогового значения по износу ОПФ энергетики, а также недостаточно активного ввода новых генерирующих мощностей за прошедший пятилетний период.

Полученные и проанализированные значения основных индикаторов, в свою очередь, составили базу для интегральной оценки уровня энергетической безопасности на территории субъектов Северо-Западного федерального округа.

Для получения такой оценки использован подход, основанный на свертке значений индикаторов с учетом их удельных весов. Качественные характеристики состояния всех обсуждаемых индикаторов из табл. 2–4 были собраны по соответствующим территориям и обработаны согласно [1]. В результате была получена качественная итоговая оценка состояния энергетической безопасности территорий, представленная в табл. 5. По ее результатам приемлемое состояние с позиций обеспечения ЭБ нельзя констатировать ни в одном из субъектов СЗФО.

 

Таблица 5. Качественная оценка состояния энергетической безопасности на территории субъектов Северо-Западного федерального округа²³

Год

Порядковые номера оцениваемых индикаторов ЭБ

Сумма удельных весов по состояниям

Качественное состояние ЭБ

1.1

1.2

1.3

2.1

2.2

2.3

3.1

3.2

Границы состояний

Удельные веса индикаторов

К2

ПК

Н3

0.104

0.138

0.133

0.120

0.079

0.170

0.127

0.129

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Республика Карелия

2018

Н

Н

К

ПК

Н

К

К

К

0.559

0.12

0.321

К

2022

Н

Н

К

ПК

Н

К

К

К

0.559

0.12

0.321

К

Республика Коми

2018

Н

Н

Н

Н

Н

К

ПК

ПК

0.17

0.256

0.574

ПК

2022

Н

Н

Н

Н

ПК

К

К

К

0.42

0.079

0.495

К

Архангельская область

2018

Н

Н

К

ПК

Н

К

ПК

К

0.432

0.247

0.321

К

2022

Н

Н

К

ПК

Н

К

ПК

К

0.432

0.247

0.321

К

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Вологодская область

2018

Н

Н

К

К

Н

Н

ПК

Н

0.253

0.127

0.62

ПК

2022

Н

Н

К

К

Н

Н

ПК

К

0.382

0.127

0.491

ПК

Калининградская область

2018

Н

Н

К

К

К

ПК

ПК

Н

0.332

0.297

0.371

ПК

2022

Н

Н

К

К

ПК

ПК

ПК

Н

0.253

0.376

0.371

ПК

Ленинградская область

2018

Н

Н

Н

К

Н

ПК

ПК

К

0.249

0.297

0.454

ПК

2022

Н

Н

ПК

К

Н

ПК

ПК

Н

0.12

0.43

0.45

ПК

Мурманская область

2018

Н

Н

К

К

Н

ПК

К

К

0.509

0.17

0.321

К

2022

Н

Н

К

К

Н

ПК

К

ПК

0.38

0.299

0.321

ПК

Новгородская область

2018

Н

Н

К

К

К

К

ПК

К

0.631

0.127

0.242

К

2022

Н

Н

К

К

К

К

К

К

0.758

0

0.242

К

Псковская область

2018

Н

Н

К

К

К

ПК

К

К

0.588

0.17

0.242

К

2022

Н

Н

К

К

К

ПК

К

К

0.588

0.17

0.242

К

 

Моделирование ситуации с прекращением работы важнейших объектов газовой отрасли

Ранее в [3] были представлены результаты работы по выявлению и анализу КВО (объекты газовой отрасли, потеря работоспособности которых может привести к существенному дефициту газа у потребителей – от 5% и более), влияющих на ЕСГ в целом и непосредственно на системы газоснабжения конкретных регионов. Кроме того, в [4] была проведена оценка уязвимости систем топливоснабжения всех регионов РФ в зоне действия ЕСГ, в случае прекращения работы отдельных особо значимых объектов газовой отрасли. Был сформирован перечень регионов, ранжированный по степени уязвимости их системы топливоснабжения в условиях указанных отключений.

В [5] были представлены результаты модельных исследований, отражающие степень возможных недопоставок газа потребителям в случае возникновения ЧС на ЕСГ. В ходе исследования было выявлено, что наибольшим образом при реализации условий для всех субъектов РФ недопоставка газа в большей степени негативно сказывается на регионах СЗФО. Также самый большой дефицит в электрической и тепловой энергии при пиковом увеличении спроса на топливо с учетом возможных отключений КВО ЕСГ были определены среди регионов СЗ ФО (табл. 6).

 

Таблица 6. Относительные расчетные недопоставки газа на прямое потребление по регионам С-ЗФО

Субъект РФ	Дефицит газа, %	Количество влияющих КВО ЕСГ, шт.
Республика Карелия	100	10
Республика Коми	100	4
Архангельская область	100	8
Калининградская область	100	10
Ленинградская область	100	10
Новгородская область	100	10
Псковская область	100	10
Вологодская область	100	10

 

С учетом данной расчетной информации по дефицитам газа в регионах СЗФО, а также на базе использования метода нормализации значений индикаторов [6] была получена новая интегральная оценка (рис. 1), отражающая качественное и количественное состояние индикаторов с позиций обеспечения ЭБ в случае возникновения ЧС в ГТС.

 

Рис. 1. Интегральная качественная оценка состояния ЭБ регионов Северо-Западного федерального округа в случае возникновения ЧС.

 

Преобразование значений индикаторов, выраженных в различных единицах измерения, в нормализованные выполняется согласно следующему выражению:

$X_i^H=\frac{X_{ПК,i}-X_i^t}{X_{К,i}-X_{ПК,i}},$ (1)

где $X_i^H$ – нормализованное значение индикатора i в анализируемом периоде, отн. ед; $X_i^t$ – фактическое значение индикатора в системе исходных единиц; $X_{ПК,i}^{}$,  $X_{К,i}^{}$– соответственно, пороговые значения предкризисного и кризисного состояний индикатора i в системе исходных единиц.

В соответствии с алгоритмом расчета, нормализованное пороговое значение $X_{ПК,i}^H$ всегда равно нулю, так как данное значение является точкой начала отсчета неблагоприятных состояний, а значение $X_{К,i}^H$ всегда равно –1.

Пиковые подземные хранилища газа

Одной из возможных мер по уменьшению уязвимости систем газоснабжения регионов может являться изменение конфигурации газотранспортной сети, в том числе при подключении дополнительного источника газа в случае возникновения ЧС. В качестве такого источника могут быть рассмотрены подземные хранилища газа (ПХГ) пикового типа, которые могут быть созданы в российской газотранспортной системе.

В целом запасы газа в ПХГ предназначены для регулирования неравномерностей (сезонной и пиковой) газопотребления, а также для обеспечения газом при возникновении нештатных и форс-мажорных ситуаций [7].

Согласно [8, 9], на период до 2030 г. планируется ввод 14 новых ПХГ для выравнивания пиковой неравномерности газопотребления, показатели которых представлены в табл. 7.

 

Таблица 7. Характеристика пиковых ПХГ РФ по проектам ввода до 2030 г.

№	Пиковое подземное хранилище газа	Субъект РФ	Активный объем газа	Максимальный объем отбора в сутки
			млн м3
1	Удмуртский Резервирующий Комплекс	Республика Удмуртия	640	7.5
2	Калининградское	Калининградская область	174	12
3	Беднодемьяновское	Пензенская область	2000	30
4	Новомосковское	Тульская область	340	30
5	Арбузовское	Республика Татарстан	700	12.8
6	Шатровское	Курганская область	1000	14
7	Волгоградское	Волгоградская область	300	0.25
8	Скалинское	Волгоградская область	2292	30
9	Березняковское	Пермский край	324	17
10	Тульское	Тульская область	300	30
11	Смоленское	Смоленская область	600	50
12	Сереговское	Республика Коми	1000	50
13	Серпуховское	Московская область	300	30
14	Шедокское	Краснодарский край	300	30

 

Табл. 7 наглядно демонстрирует, что к 2030 г. планируется создание нескольких крупных пиковых ПХГ с возможностями по суточному отбору 30 и более млн м³.

В данной работе была поставлена задача оценить, как повлияет на уязвимость систем газоснабжения регионов создание пиковых ПХГ для Северо-Западного ФО, с целью изменения ситуации с рассмотренной выше недопоставкой газа. Результаты, полученные при моделировании включенных в систему ЕСГ Калининградского и Сереговского ППХГ, представлены в табл. 8. Стопроцентный дефицит газа в таком случае остался только для потребителей Республики Карелии, а в остальных регионах надежность поставок газа практически полностью восстановлена.

 

Рис. 2. Интегральная качественная оценка состояния ЭБ регионов Северо-Западного федерального округа с учетом пиковых ПХГ.

 

Таблица 8. Относительные расчетные недопоставки газа на прямое потребление по регионам СЗФО с учетом планируемых ППХГ

Субъект РФ	Относительный дефицит газа при ЧС на ЕСГ, %	Относительный дефицит газа с учетом ППХГ, %
Республика Карелия	100	100
Республика Коми	100	0
Архангельская область	100	0
Калининградская область	100	0
Ленинградская область	100	27
Новгородская область	100	16.5
Псковская область	100	0
Вологодская область	100	0

 

Качественная интегральная оценка с учетом ППХГ представлена в табл. 9 и на рис. 2, с целью оценить изменившуюся ситуацию в регионах С-ЗФО с позиций обеспечения требуемого уровня ЭБ.

 

Таблица 9. Качественная оценка состояния энергетической безопасности на территории субъектов СЗФО⁴⁵

Год

Порядковые номера оцениваемых индикаторов ЭБ

Сумма удельных весов по состояниям

Качественное состояние ЭБ

1.1

1.2

1.3

2.1

2.2

2.3

3.1

3.2

Границы состояний

Удельные веса индикаторов

К4

ПК

Н5

0.104

0.138

0.133

0.120

0.079

0.170

0.127

0.129

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

Республика Карелия

2022

Н

Н

К

ПК

Н

К

К

К

0.559

0.12

0.321

К

ППХГ

Н

Н

К

ПК

Н

К

К

К

0.559

0.12

0.321

К

Республика Коми

2022

Н

Н

Н

Н

ПК

К

К

К

0.426

0.079

0.495

К

ППХГ

Н

Н

Н

Н

ПК

Н

К

К

0.256

0.079

0.665

ПК

Архангельская область

2022

Н

Н

К

ПК

Н

К

ПК

К

0.432

0.247

0.321

К

ППХГ

Н

Н

К

ПК

Н

Н

ПК

К

0.262

0.247

0.491

ПК

Вологодская область

2022

Н

Н

К

К

Н

Н

ПК

К

0.382

0.127

0.491

ПК

ППХГ

Н

Н

К

К

Н

Н

ПК

К

0.382

0.127

0.491

ПК

Калининградская область

2022

Н

Н

К

К

ПК

ПК

ПК

Н

0.253

0.376

0.371

ПК

ППХГ

Н

Н

К

К

ПК

Н

ПК

Н

0.253

0.206

0.541

ПК

Ленинградская область

2022

Н

Н

ПК

К

Н

К

ПК

Н

0.12

0.43

0.450

ПК

ППХГ

Н

Н

ПК

К

Н

ПК

ПК

Н

0.290

0.260

0.450

ПК

Мурманская область

2022

Н

Н

К

К

Н

ПК

К

ПК

0.38

0.299

0.321

ПК

ППХГ

Н

Н

К

К

Н

ПК

К

ПК

0.38

0.299

0.321

ПК

Новгородская область

2022

Н

Н

К

К

К

К

К

К

0.758

0

0.242

К

ППХГ

Н

Н

К

К

К

К

К

К

0.758

0

0.242

К

Псковская область

2022

Н

Н

К

К

К

ПК

К

К

0.588

0

0.412

К

ППХГ

Н

Н

К

К

К

Н

К

К

0.588

0.17

0.242

К

 

Заключение

Представленные в статье результаты оценки уровня ЭБ регионов Северо-Западного федерального округа для трех сценариев (в нормальных условиях, в случае возникновения ЧС в ЕСГ, в случае возникновения ЧС в ЕСГ с учетом ввода пиковых ПХГ), позволяют сделать вывод и подтвердить необходимость создания в ЕСГ пиковых ПХГ для анализируемых территорий. Кроме того, в работе обоснована эффективность применения имитационных моделей газовой отрасли для анализа уязвимости систем газоснабжения регионов. Пиковые ПХГ, запланированные к созданию до 2030 г. снижают уязвимость системы газоснабжения регионов, повышая надежность их топливоснабжения и их уровень ЭБ в целом. При отключении КВО, влияющих на газоснабжение СЗФО, оба выбранных из планируемых пиковых ПХГ смогли снизить возрастающий дефицит газа во всех регионах за исключением Республики Карелии.

Исследование выполнено в рамках проекта государственного задания FWEU-2021-0003 (рег. номер. АААА-А21-121012090014-5) фундаментальных исследований СО РАН.

 

¹ Границы областей состояний (“Н” – приемлемое (нормальное) состояние ЭБ по данному индикатору; “К” – кризисное состояние ЭБ).

² Состояние ЭБ в регионе признается кризисным, если сумма удельных весов индикаторов в состоянии “К” превышает 0.4.

³ Состояние ЭБ в регионе признается нормальным, если сумма удельных весов индикаторов в состоянии “Н” превышает 0.7.

⁴ Состояние ЭБ в регионе признается кризисным, если сумма удельных весов индикаторов в состоянии “К” превышает 0,4.

⁵ Состояние ЭБ в регионе признается нормальным, если сумма удельных весов индикаторов в состоянии “Н” превышает 0,7.

About the authors

S. M. Senderov

Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: smirnova.e.m@sem.irk.ru
Russian Federation, Irkutsk

E. M. Smirnova

Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: smirnova.e.m@sem.irk.ru
Russian Federation, Irkutsk

S. V. Vorobev

Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: smirnova.e.m@sem.irk.ru
Russian Federation, Irkutsk

References

Supplementary files