Методология и практика исследования проблем энергетической безопасности России с выделением роли газовой отрасли (стр. 1 )

На правах рукописи

Методология и практика исследования проблем
энергетической безопасности России
с выделением роли газовой отрасли

Специальность 05.14.01 – Энергетические системы и комплексы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Иркутск – 2008 г.

Работа выполнена в Институте систем энергетики им.

Сибирского отделения Российской Академии наук

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

,

доктор технических наук, профессор

,

доктор технических наук, профессор

Ведущая организация – ГУ «Институт энергетической стратегии»

Защита состоится «10» июня 2008 г. в 9-00 на заседании диссертационного совета Д 003.017.01 в Институте систем энергетики им. СО РАН по адресу: г. Иркутск, , зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института систем энергетики им. СО РАН.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять 30, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан “____” ________________ 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук, профессор

Общая характеристика работы

Актуальность.

Одной из важнейших целей развития энергетики России является обеспечение энергетической безопасности (ЭБ) страны и ее регионов. При этом ключевым требованием энергетической безопасности является обеспечение бездефицитности энергоснабжения, физической и экономической доступности энергоносителей приемлемого качества. Исследования существующего состояния, сложившихся тенденций и перспектив развития энергетики России показывают, что в период до 2020 гг. перед страной могут возникнуть серьезные трудности в обеспечении своей энергетической безопасности.

При анализе структуры современного топливно-энергетического баланса (ТЭБ) страны видна доминирующая роль природного газа, при этом 90% этого газа добывается в одном Надым-Пур-Тазовском районе в Западной Сибири. Доля газа в балансе котельно-печного топлива (КПТ) в целом по стране близка к 80%, в значительной части регионов европейской части страны эта доля составляет более 90%, а в некоторых доходит до 95–97%.

При реализации угрозы снижения объемов добычи газа в России может сложиться негативная ситуация с обеспечением КПТ потребителей, использующих газ. В чрезвычайно сложном положении с энергообеспечением могут оказаться регионы с высоким доминированием этого ресурса. Проблема обостряется невозможностью быстрого изменения видовой структуры потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в таких регионах. Налицо критическое положение дел с освоением запасов газа на полуостровах Ямал, Гыдан, на шельфе Баренцева и Карского морей (Западно-Арктическая зона). Важнейшей составляющей угрозы отставания освоения сырьевой базы углеводородов является ожидаемое снижение объемов добычи газа из-за риска несвоевременного выхода на эти ресурсы. Следствием такого отставания будет дефицитность российского энергобаланса.

Важнейшей задачей обеспечения энергетической безопасности России является ежегодное увеличение прироста разведанных запасов углеводородов в объемах, не менее 115-125% от уровня их добычи. В течение длительного периода времени эти требования не выполняются, основные приросты запасов за последние годы получены на уже открытых месторождениях; в новых районах и на шельфе геологоразведочные работы проводятся в недостаточном объеме.

Трудности замены газа углем усугубляются проблемами транспорта угля из Сибири в европейскую часть, а также существующим перекосом в ценовых соотношениях на эти ресурсы в последние годы. Результат - деформация структуры спроса с чрезмерной ориентацией на газ и снижением конкурентоспособности угля. Преодоление этого перекоса осложняется слабой конкурентоспособностью отечественной продукции даже при нынешних сравнительно низких ценах на газ; низкой платежеспособностью населения, бюджетной сферы и значительной части бизнеса.

В то же время

-  заканчивается технический ресурс значительной части генерирующего оборудования и в т. ч. ядерных реакторов на работающих АЭС;

-  снижается производство мазута и, соответственно, его доля в приходной части баланса котельно-печного топлива;

-  имеются объективные сложности с ощутимым повышением роли нетрадиционной энергетики (энергии ветра, солнца, приливов и т. д.) в стране в целом.

В последние 10-15 лет инвестиции в ТЭК использовались преимущественно для простого воспроизводства, поддержания достигнутого уровня добычи топлива и производства преобразованных топливно-энергетических ресурсов. Согласно Энергетической стратегии России на период до 2020 года (ЭС – 2020) для умеренного варианта развития ТЭК России в 2011–2020 гг. необходимо инвестиций около 40 млрд. долл./год. В последние же годы капиталовложения в ТЭК не превышали $20-25 млрд/год. При этом, половина из них вкладывалась в нефтяную отрасль. Результат – увеличение доли изношенного оборудования, некомпенсируемое выбытие производственных фондов и снижение технического уровня и экономической эффективности оборудования.

Проблематично и обеспечение серьезных сдвигов в решении проблем энергосбережения. Сфера деятельности, связанная с потреблением энергоресурсов, весьма консервативна, а потому для коренного изменения положения дел здесь потребуется много времени, ибо связано это в значительной степени с изменением структуры ВВП в части увеличения доли услуг и наращивания выпуска конкурентоспособной наукоемкой продукции.

Согласно вышесказанному, проблема возможной дефицитности ТЭБ страны в среднесрочной перспективе может быть решена лишь радикальными шагами по преодолению стратегических угроз энергетической безопасности, которые сформировались к настоящему времени. В современных условиях для обоснования таких радикальных шагов или возможных направлений учета фактора энергетической безопасности при формировании стратегий развития энергетики необходимо:

-  учесть методический и практический опыт решения задач управления развитием ТЭК страны и исследования проблем ЭБ и оценить возможности его применения для учета фактора энергетической безопасности при развитии энергетики на среднесрочную перспективу;

-  разработать методический аппарат для оценки уровней энергетической безопасности регионов, как важнейших составляющих уровня энергетической безопасности страны и провести такую оценку;

-  разработать методику формирования направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности;

-  сформировать требования к газовой отрасли (как доминирующей в получении первичных ТЭР) с позиций обеспечения будущей энергетической безопасности страны.

Обзор научно-методической литературы, посвященной этим проблемам, показывает, что научным основам развития энергетики с учетом требований надежности топливо - и энергоснабжения потребителей и надежности функционирования ТЭК посвящено значительное количество исследований и создана фундаментальная научная база. Автором изучены труды по данной тематике и в диссертационной работе учтены отдельные результаты работ , , и др. Однако, в настоящее время еще не нашли достаточной проработки вопросы:

-  моделирования взаимосвязанной работы ТЭК и СЭ в условиях реализации стратегических угроз энергетической безопасности и крупномасштабных чрезвычайных ситуаций (ЧС);

-  комплексной оценки уровней энергетической безопасности регионов России;

-  формирования направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны с учетом требований энергетической безопасности;

-  формирования требований к газовой отрасли с позиций обеспечения энергетической безопасности страны в настоящее время и в перспективе.

Существо сказанного и определяет актуальность данной работы.

Целью диссертации является создание научно-методической базы исследования вариантов развития ТЭК страны и регионов с позиций обеспечения требований энергетической безопасности и формирования на этой основе направлений повышения уровня энергетической безопасности.

В рамках создания такой научно-методической базы должны быть сформулированы методические основы оценки уровня энергетической безопасности страны и ее регионов, разработана методика формирования направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности и определены требования к перспективному развитию газовой отрасли с позиций обеспечения энергетической безопасности страны и ее регионов.

Основные задачи исследования:

1.  Выявление основных проблем и долгосрочных тенденций развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности.

2.  Анализ методического и практического опыта решения задач управления развитием ТЭК страны и исследования проблем ЭБ и оценка возможностей использования этого опыта при учете фактора энергетической безопасности в задачах развития энергетики России и ее регионов.

3.  Разработка методического аппарата для оценки уровня энергетической безопасности страны и ее регионов и проведение такой оценки для ряда представительных субъектов РФ.

4.  Разработка методических основ формирования направлений корректировки вариантов развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности.

5.  Формирование требований к газовой отрасли с позиций обеспечения энергетической безопасности страны и ее регионов на современном этапе и в перспективе.

6.  Учет требований энергетической безопасности при решении проблем развития газотранспортной системы страны.

При решении этих задач в диссертационной работе впервые получены, составляют предмет научной новизны и выносятся на защиту следующие наиболее важные результаты.

1.  Двухуровневая технология исследований при решении задач управления развитием ТЭК страны и регионов с учетом требований энергетической безопасности.

2.  Научно-методическая база оценки уровня энергетической безопасности страны и ее регионов, включая методические принципы использования индикативного анализа энергетической безопасности.

3.  Методический аппарат формирования направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны с позиций требований энергетической безопасности.

4.  Принципы учета требований энергетической безопасности при обосновании перспектив развития газовой отрасли и освоении новых районов газодобычи (на примере Ковыктинского газоконденсатного месторождения в Иркутской области).

5.  Практические результаты, полученные на базе разработанных методов и моделей:

·  сформулированы основные направления корректировки вариантов развития энергетики страны с позиций энергетической безопасности на период до 2020 г.;

·  оценены перспективы выполнения основных требований энергетической безопасности России с учетом производственных возможностей всех отраслей ТЭК страны и показана необходимость скорейшего решения проблем освоения новых районов газодобычи и реконструкции газотранспортной системы страны;

·  сформулированы требования энергетической безопасности, необходимые к учету при решении задач реконструкции газотранспортной системы страны;

·  показаны требуемые уровни работоспособности газотранспортной системы страны с позиций обеспечения энергетической безопасности регионов России;

·  проведена комплексная оценка существующих уровней энергетической безопасности субъектов Российской Федерации, расположенных на территориях Сибирского и Северо-Западного федеральных округов; при этом сформулированы основные проблемы в организации работы систем топливо - и энергоснабжения этих субъектов РФ и разработана направленность мер по повышению уровня энергетической безопасности в регионах России на перспективу.

Методология исследований опирается на основные положения теории и методов системных исследований в энергетике, теории комплексного исследования надежности ТЭК и живучести систем энергетики, а также на использованные в работе основные положения энергетической безопасности.

Практическая значимость и внедрение результатов работы.

Разработанные научно-методическая база и соответствующие подходы позволяют:

·  оценить возможности участия каждой из отраслей ТЭК в обеспечении энергетической безопасности страны и ее регионов;

·  сформировать представления об уровне энергетической безопасности страны и регионов в заданный момент времени;

·  выделить основные негативные с позиций энергетической безопасности моменты в развитии и функционировании системы топливо - и энергоснабжения этих регионов;

·  сформулировать направления корректировки вариантов перспективного развития энергетики страны с целью предотвращения (минимизации последствий) возможной реализации стратегических угроз энергетической безопасности.

На основе разработанных методов и аппарата были проведены исследования, основные результаты которых нашли отражение в материалах ФЦП “Топливо и энергия”, подпрограмма 4.1 “Энергетическая стратегия и безопасность России” (г. Москва, Минтопэнерго РФ, 1998 г.); «Основные направления развития топливно-энергетического комплекса Хабаровского края на перспективу до 2010 года» (г. Хабаровск, гг.); «Основные направления развития топливно-энергетического комплекса Республики Бурятия до 2020 года» (г. Улан-Удэ, гг.); «Программа газификации Иркутской области» (г. Иркутск, 2005 г.); «Концепция обеспечения устойчивой работы объектов топливно-энергетического комплекса и энергетической безопасности Сахалинской области» (г. Южно-Сахалинск, 2007 г.); «Корректировка энергетической стратегии Томской области на период до 2020 г.» и «Программа развития энергетики Томской области на период до гг.» (г. Томск, 2007 г.); «Определению перспективного спроса на газ на основе оптимизации топливно-энергетических балансов субъектов РФ, входящих в Северо-Западный федеральный округ» (г. Москва, 2007 г.) и др.

Апробация работы. Теоретические положения диссертационной работы использовались, проверялись и корректировались в процессе исследовательских и практических работ научно-исследовательскими и проектными коллективами: ИСЭМ СО РАН, и , , Нефтепродуктпроект», ГУ «Институт энергетической стратегии», им. Кржижановского».

Отдельные практические результаты диссертационной работы были использованы Управлением научно-технического прогресса Министерства топлива и энергетики РФ, Правительствами Республики Бурятия, Хабаровского края, Администрациями Иркутской, Томской и Сахалинской областей.

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях, семинарах и симпозиумах: международном семинаре по методам анализа трубопроводных систем (Иркутск, 1991 г.); международном семинаре по новым информационным технологиям управления развитием и функционированием трубопроводных систем энергетики (Туапсе, 1993); международной конференции “Risk analysis and management in a global economy” (Ludwigsburg, Germany, 1995); двух международных конференциях “Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях” (Москва, 1995, 1997 г.); на международной конференции международного общества по анализу риска (TIEMS) “National and international issues concerning research and applications” (Copenhagen, Denmark, 1997); четырех заседаниях международного семинара «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики» (Мурманск, 1997 г.; Казань, 2001 г.; Минск, 2005 г.; Вологда, 2007 г.); на международной конференции «Восточная энергетическая политика России и проблемы интеграции в энергетическое пространство Азиатско-Тихоокеанского региона» (Иркутск, 1998 г.); на всероссийском семинаре «Риск и страхование» (Иркутск, 1999 г.); на международной конференции «Информационные технологии в энергетике: современные подходы к анализу и обработке информации» (Иркутск, 2000 г.); на всероссийской конференции «Энергетика России в 21 веке: проблемы и научные основы устойчивого и безопасного развития» (Иркутск, 2000 г.); на всероссийской футурологической конференции «Энергетика ХХI века: глобальные тенденции и проблемы, их последствия для России, задачи системных исследований в энергетике» (Иркутск, 2002 г.); на международной конференции СИГРЭ (Paris, France, 2002); на научной Сессии РАН «Энергетика России: проблемы и перспективы» (Москва, 2005 г.); на всероссийской конференции «Энергетика России в XXI веке: развитие, функционирование и управление» (Иркутск, 2005 г.); на первом и втором сибирских энергетических конгрессах (Новосибирск, 2005, 2007 гг.); на международной конференции «Energy, regional security, and the Korean Peninsula: toward a Northeast Asian energy forum» (Seoul, Republic of Korea, 2006); на заседаниях Ученого совета и секций Ученого совета ИСЭМ СО РАН.

Публикации. Основное содержание диссертационной работы отражено в 85 работах – в 11 монографиях (в соавторстве), в статьях академических и отраслевых журналов, в том числе в 11 статьях, опубликованных в журналах, включенных в «Перечень рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук», а также в материалах симпозиумов, конференций и семинаров, в том числе в 9 за рубежом.

Личный вклад. Диссертантом разработано лично большинство из представленных методических подходов, математических моделей и принципов. Большинство практических результатов диссертации получено лично автором или под его руководством. Части исследований, которые проводились в сотрудничестве или, где использованы наработки других авторов, отмечены в тексте диссертационной работы. Так, при разработке двухуровневой технологии исследований при решении задач управления развитием ТЭК страны и регионов с учетом требований энергетической безопасности, составляющая, касающаяся исследований на уровне ТЭК базировалась на работах и была выполнена совместно с [20,24]. При разработке методических основ оценки уровня энергетической безопасности страны и ее регионов на базе использования аппарата индикативного анализа энергетической безопасности были использованы методические основы мониторинга и индикативного анализа энергетической безопасности, разработанные в ИСЭМ СО РАН с непосредственным участием автора при активной роли [7]. В части оценки проблем развития газовой отрасли с позиций обеспечения перспективной энергетической безопасности страны и регионов исследования были выполнены в тесном сотрудничестве с [26,38,44 и др.]. В ходе исследований использовались программные средства, разработанные научным коллективом под руководством , а также под непосредственным руководством автора [16,28,45].

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы. Общий объем 382 стр., из них 357 стр. текста, 42 рисунка, 75 таблиц. Список литературы содержит 230 наименования.

Во введении показаны особенности современного функционирования ТЭК страны с выделением роли газовой отрасли в аспекте обеспечения энергетической безопасности страны и регионов; обоснована актуальность исследования вопросов смягчения возможных последствий реализации стратегических угроз энергетической безопасности при решении задач развития ТЭК и систем энергетики. Сформулированы основные задачи исследований, показана их научная и практическая значимость.

Основное содержание изложено в семи главах.

В первой главе раскрываются история вопроса и суть проблемы энергетической безопасности, показана эволюционная связь понятий надежности, живучести и энергетической безопасности. На фоне современной картины структуры производства первичных ТЭР и потребления КПТ показана роль природного газа в топливоснабжении России и федеральных округов. Сформулирована общая постановка исследований проблем энергетической безопасности на федеральном и региональном уровнях, оценены возможности использования существующего опыта исследований в решении поставленных в работе вопросов и сформулирована постановка диссертационной работы.

Вторая глава посвящена систематизации и идентификации угроз энергетической безопасности. При этом, особо выделены стратегические угрозы и возможности их реализации в перспективе до 2030 г., а также обоснованы принципы использования мониторинга и индикативного анализа энергетической безопасности для идентификации существующих и ожидаемых угроз энергетической безопасности.

В третьей главе подняты вопросы адаптации существующих подходов к моделированию систем энергетики и ТЭК в целом для исследования проблем энергетической безопасности. При этом показаны особенности решения задач энергетической безопасности при функционировании ТЭК и систем энергетики в условиях чрезвычайных ситуаций с использованием двухуровневого моделирования. Затем с учетом указанных особенностей на базе использования ранее разработанных методов предложен собственный методический подход, включающий в себя методологию многоуровневых исследований развития ТЭК. Подход включает использование балансовой модели для исследования структуры ТЭК страны с учетом требований энергетической безопасности и имитационных потоковых моделей оценки производственных возможностей отраслевых энергетических систем, как в нормальных условиях функционирования, так и в условиях чрезвычайных ситуаций.

В четвертой главе сформулированы методические основы оценки уровня энергетической безопасности страны и регионов и формирования соответствующих направлений корректировки различных вариантов развития энергетики страны. При этом разработаны методические принципы использования аппарата индикативного анализа при оценке уровня энергетической безопасности страны, включающие выделение важнейших индикаторов энергетической безопасности и обоснование их пороговых значений, а также методику оценки уровня энергетической безопасности страны при различных вариантах развития энергетики. Определены соответствующие индикативные показатели, обоснованы их пороговые значения для различных (с позиций организации системы топливо - и энергоснабжения) типов территорий. Сформулированы принципы формирования направлений корректировки вариантов развития энергетики страны с позиций требований энергетической безопасности.

Пятая глава посвящена вопросам практического использования методики выбора направлений корректировки вариантов развития ТЭК страны с позиций энергетической безопасности. Обоснована исходная база для исследований и сформировано расчетное множество перспективных состояний энергетики страны. На основании анализа результатов расчета, связанных с оценкой перспективных значений важнейших индикаторов, которые отвечали бы требованиям энергетической безопасности, получена и представлена траектория развития энергетики страны, характеристики которой в наибольшей мере отвечают требованиям энергетической безопасности. Показано, что эти характеристики могут являться основными направлениями (ориентирами) для корректировки вариантов развития энергетики, разрабатываемых различными коллективами, с целью предотвращения либо смягчения последствий возможной реализации стратегических угроз энергетической безопасности.

В шестой главе основное внимание уделено учету требований энергетической безопасности страны при решении важнейших задач развития газовой отрасли России (реконструкция газотранспортной сети и выход в новые районы газодобычи). Сформулированы основные проблемы развития газовой отрасли в рамках исследования вопросов обеспечения энергетической безопасности страны. Показана основополагающая роль газотранспортной системы страны и сформулированы требования энергетической безопасности, которые необходимо учитывать при решении проблем развития указанной системы. На базе анализа характеристик рациональной с позиций энергетической безопасности траектории развития энергетики страны сформулированы требуемые уровни работоспособности газотранспортной системы. В главе рассмотрены вопросы обеспечения требуемых уровней устойчивого функционирования газотранспортной системы страны с позиций энергетической безопасности и показаны особенности учета требований энергетической безопасности страны при выходе в новые районы добычи газа на примере готовящегося к промышленной разработке Ковыктинского газоконденсатного месторождения в Иркутской области.

Седьмая глава связана с оценкой уровней энергетической безопасности регионов страны и разработке направленности мер по их повышению. Проведен анализ текущих значений важнейших индикаторов энергетической безопасности субъектов РФ, расположенных на территориях принципиально разных по условиям организации процессов топливо- и энергоснабжения потребителей Сибирского и Северо-Западного федеральных округов. На приведенной базе получены комплексные оценки уровня энергетической безопасности субъектов РФ, расположенных на данных территориях. На основе данных оценок сформулирована направленность мер по повышению уровня энергетической безопасности, приемлемых для большинства регионов России.

В заключении сформулированы наиболее важные выводы по работе.

Основное содержание работы

В первой главе показана преемственность исследований проблем энергетической безопасности с изучением свойств надежности систем энергетики. Понятие ЭБ, трактуемое как состояние защищенности граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их потребностей в энергии экономически доступными энергетическими ресурсами приемлемого качества в нормальных условиях и при чрезвычайных обстоятельствах, а также от нарушений стабильности, бесперебойности топливо - и энергоснабжения, соответствующее в нормальных условиях обеспечению в полном объеме обоснованных потребностей, в чрезвычайных ситуациях - гарантированному обеспечению минимально необходимого объема потребностей говорит о более широком смысле понятия ЭБ по сравнению с понятиями надежности СЭ и с понятиями его единичных свойств. Наличие связей между взаимосвязанным функционированием отдельных отраслей ТЭК и возможностями потребителей снижать удельные затраты требуемых ТЭР на производство различных видов продукции и услуг, диверсифицировать виды потребляемых ТЭР, а также источники их поступления говорит о том, что ЭБ - уже предмет исследования не столько состояния самой энергетики, сколько ее взаимосвязей с экономическими, социальными, внешнеполитическими и другими сторонами существования граждан, общества и государства в целом.

Принципиальная структурная схема исследований проблем обеспечения энергетической безопасности страны и регионов представлена на рис. 1. Составляющие схемы можно считать перечнем основных задач, связанных с решением проблем энергетической безопасности страны и ее регионов для заданной перспективы.

Указанные на рис. 1 задачи приходится решать в условиях значительного доминирования природного газа в балансе КПТ всех федеральных округов европейской части страны. Более того, во всех этих округах присутствует тенденция увеличения этой доли (табл. 1).

Рис. 1. Структурная схема исследований по проблемам обеспечения
энергетической безопасности страны и регионов

Таблица 1

Объемы добычи и потребления газа
и доли в балансе КПТ федеральных округов России в 2003 – 2005 гг.

Россия, федеральный округ	2005 г.	Доля газа в балансе КПТ, %
Добыча газа	Потребление газа	Год
млрд. м3	2003	2004	2005
Россия	640,8	392,3	75	76	77
Центральный	0	102,1	93	93	94
Северо-Западный	4,1	35,6	76	76	78
Южный	17,9	52,2	93	94	94
Приволжский	23,9	106,9	94	94	95
Уральский	585,4	76,6	82	87	88
Сибирский	6,0	15,4	22	23	22
Дальневосточный	3,5	3,5	13	13	13

В принципе, при наличии собственного газа в стране, ситуация с такой высокой его долей в ТЭБ могла бы считаться приемлемой с позиций энергетической безопасности, но подавляющая часть российского газа добывается в западной Сибири, в 2 – 3 тыс. км от основных мест его потребления. Это в значительной степени повышает актуальность проведения исследований по возможностям перспективного обеспечения энергетической безопасности европейских регионов и заставляет тщательно оценивать перспективные возможности газовой отрасли.