Повышение надежности децентрализованных энергетических систем северных территорий
Введение……………………………………………………………………………..…3
Глава 1. Оценка состояния и анализ аварийности энергоснабжения децен-
трализованных потребителей……………………………………………………….9
1.1. Состояние энергоснабжения северных территорий……………………………9
1.2. Аварии систем энергоснабжения Севера…………………………….………17
1.3. Классификация аварий систем энергоснабжения…………………………….22
1.4. Методы определения и анализа надежности……………………………………………29
1.5. Постановка задач исследования надежности децентрализованных энергети-
ческих систем…………………………………………………………………………34
Глава 2. Системный анализ показателей безопасности энергетики в условиях
Севера………………………………………………………………………….………36
2.1. Анализ системных свойств энергетики Севера………………………………36
2.2. Выбор показателя безопасности систем энергоснабжения………………….45
2.3 Показатели качества функционирования систем энергоснабжения.……….50
Глава 3. Оценка надежности систем энергоснабжения Севера………………..61
3.1. Структурное моделирование вероятности аварийных событий ……………61
3.2. Определение вероятности аварийных событий……………………………….70
3.3. Резервирование надежности систем энергоснабжения………………………77
Глава 4. Методика оценки безопасности систем децентрализованной энерге-
тики…………………………………………………………………………….….…..83
4.1. Классификация аварийных ситуаций в системе децентрализованной энерге-
тики Севера……………………………..……………………………………….83
4.2. Обобщенная методика определения ущерба…………………………………..85
4.3. Алгоритм оценка риска децентрализованных систем энергоснабжения Се-
вера ……………………………………………………………………..…………91
4.4. Прогнозирование риска аварийных ситуаций………………………………..95
Основные выводы и результаты работы………………………………………………98
Список литературы…………………………………………………………………..99
Приложение………………………………………………………………………..111
Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения эффек-
тивности функционирования децентрализованных энергетических систем (ЭС) и
комплексов и обеспечения устойчивого энергоснабжения населенных пунктов
Крайнего Севера с минимизацией их опасного воздействия на окружающую среду
при возникновении аварийных ситуаций (АС) природного и техногенного харак-
тера с учетом возможных ущербов.
Специфика природно-климатических условий Крайнего Севера выдвигает
особые требования для комплексного решения проблемы безопасности жизнедея-
тельности при возникновении аварий в системе энергоснабжения (СЭ), которые
сопровождаются значительным экономическим ущербом. Обеспечение эффек-
тивности, надежности и безопасности СЭ децентрализованных потребителей яв-
ляется острой нерешенной проблемой в циркумполярных регионах. Решение этой
проблемы напрямую зависит от применяемой методологии оценки надежности
объектов энергетики и является основой устойчивого функционирования произ-
водственного потенциала арктических территорий страны. Исследованию свойств
ЭС посвящены работы Л.С. Беляева, Н.И. Воропая, Л.А. Мелентьева, Ю.Н. Ру-
денко, И.А. Ушакова, Б.Г. Санеева, С.М. Сендерова, В.Г. Китушина, А.Л. Мызи-
на, Б.В. Папкова, Л.С. Попырина, Е.В. Сенновой, В.А. Стенникова и др. Однако,
используемые в настоящее время методы оценки надежности отдельных элемен-
тов и системы в целом не позволяют в полной мере оценить их безопасность и
обосновать эффективные мероприятия по их совершенствованию, недостаточно
разработаны количественные показатели безопасности функционирования ЭС.
Данные об отказах систем энергоснабжения в условиях Севера представляют со-
бой многокомпонентную информацию, которые могут быть интерпретированы
как результат натурного эксперимента, и использоваться в качестве основы для
решения проблемы эксплуатационной надежности и безопасности технических
систем.
Работа выполнена в рамках научного проекта IХ.88.2.4 «Разработка мето-
дологии и системы моделей для прогнозирования и исследования долгосрочного
развития ТЭК региона Севера в условиях реализации экспортоориентированных
мегаэнергопроектов» на примере Республики Саха (Якутия) по программе фун-
даментальных исследований СО РАН IХ.88.2 «Тенденции и закономерности стра-
тегического развития энергетики Азиатской России в первой половине XXI века с
учетом энергетической кооперации со странами Северо-Восточной Азии».
Объект исследования – децентрализованные энергетические системы се-
верных населенных пунктов и муниципальных образований.
Предмет исследования – характеристики надежности и безопасности де-
централизованных энергетических систем.
Цель работы состоит в повышении надежности децентрализованных си-
стем энергоснабжения северных территорий.
Основная идея диссертации заключается в использовании результатов ана-
лиза статистических данных и рисков возникновения аварийных ситуаций с це-
лью совершенствования энергетических систем и комплексов циркумполярных
регионов на примере децентрализованных систем энергоснабжения Республики
Саха (Якутия).
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие
задачи:
1. Выбор и обоснование показателей эффективности функционирования
энергетических систем и комплексов северных территорий;
2. Разработка методики расчета вероятности неблагоприятных событий де-
централизованной ЭС;
3. Выбор показателей тяжести отказов на основе статистического анализа
аварий ЭС в условиях Крайнего Севера;
4. Оценка ущербов при отказах децентрализованных ЭС;
5. Развитие методов оценки надежности и безопасности децентрализован-
ных систем энергоснабжения.
Методика исследования. Для решения поставленных задач использованы
методы: системного анализа, теории вероятностей и математической статистики,
теории надежности, экономико-математического анализа. Собраны и обобщены в
безразмерном виде и проанализированы известные результаты исследований раз-
личных авторов и статистические данные по региону.
Научная новизна и основные результаты, выносимые на защиту:
1. Предложена в общем виде усовершенствованная методика расчета веро-
ятности неблагоприятных событий в децентрализованных неоднородных ЭС;
2. Обоснованы основные показатели эффективности функционирования
децентрализованных СЭ в условиях Крайнего Севера: время восстановления,
температурный режим помещений, ущерб, число людей с нарушенными условия-
ми жизнедеятельности и число пострадавших-эвакуированных людей. Установ-
лены критериальные значения таких показателей, как время восстановления и
температурный режим помещений.
3. На основе анализа ущербов предложена классификация АС СЭ по сово-
купности частных показателей тяжести последствий отказов, позволяющая уста-
навливать класс АС и величины возможных ущербов для децентрализованных
энергетических систем и комплексов.
Значение для теории. Предложенные модели и методы определения пока-
зателей надежности и риска аварийных событий в ЭС создают научную основу
повышения безопасности теплоснабжения в условиях Крайнего Севера.
Практическая значимость результатов работы состоит в том, что полу-
ченные результаты позволяют более обоснованно и корректно решать задачи про-
ектирования децентрализованных систем теплоснабжения в циркумполярных ре-
гионах с учетом макроэкономических характеристик ущерба, выбирать возмож-
ные схемы резервирования и проводить вариантные ситуационные решения по
мероприятиям повышения безопасности системы. Структурно-вероятностный
анализ развития аварий позволяет выделить «слабое звено» системы и дать ре-
комендации по разработке мероприятий, направленных на повышение ее без-
опасности.
Результаты работы использовались при выполнении ИФТПС СО РАН
проектов № III.15.1.5. «Разработка научно-методологического сопровождения ре-
ализации Энергетической стратегии региона Севера с учетом неопределенности
будущих условий при осуществлении масштабных проектов топливно-
энергетического комплекса и магистральных линий электропередачи развития
ЕНЭС на Востоке России» в рамках приоритетного направления исследований СО
РАН III.15 «Основы развития и функционирования энергетических систем в ры-
ночных условиях, включая проблемы энергоэффективности экономики и глобали-
зации энергетики; энергобезопасность; энергоресурсосбережение и комплексное
использование природных топлив» (2010-2012 гг.). Разработаны методические
указания, которые могут быть использованы организациями, занятыми проекти-
рованием и эксплуатацией ЭС в условиях Сибири, Крайнего Севера и Арктики.
Достоверность полученных результатов обеспечена представительным
объемом базы данных, корректным применением апробированных методик расче-
та показателей надежности и безопасности сложных технических систем. Выводы
достаточно хорошо коррелируют с результатами, полученными другими исследо-
вателями, и не противоречат физическим закономерностям в смежных областях
знаний.
Личный вклад автора состоит в постановке цели и задач исследования,
разработке, обосновании и формулировке всех положений, определяющих науч-
ную новизну и практическую значимость, анализе и обобщении результатов,
формулировке выводов и рекомендаций для принятия решений. Развитие основ-
ной научной идеи и общие направления решения задач выполнены при участии
научного руководителя.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности.
Содержание работы соответствует паспорту специальности 05.14.01 –
Энергетические системы и комплексы, входящей в номенклатуру
диссертационного совета Д 212.099.07, и указанным в нѐм областям исследования:
П.1. Разработка научных основ исследования общих свойств, создания и
принципов функционирования энергетических систем и комплексов,
фундаментальные и прикладные системные исследования проблем развития
энергетики городов, регионов и государства, топливно-энергетического
комплекса страны;
П.3. Использование на этапе проектирования и в период эксплуатации
методов математического моделирования с целью исследования и оптимизации
структуры и параметров энергетических систем и комплексов и происходящих в
системах энергетических процессов;
П.6. Исследование влияния технических решений, принимаемых при со-
здании и эксплуатации энергетических систем и комплексов, на их финансово-
экономические и инвестиционные показатели, региональную экономику и эконо-
мику природопользования.
Апробация работы. Основные положения работы и ее отдельные результа-
ты докладывались и обсуждались на Всероссийской научно-практической конфе-
ренция «ЭРЭЛ-2012» (Якутск), XIV Всероссийской научно-практической конфе-
ренции молодых ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри – 2013), VI Евразий-
ском симпозиуме по проблемам прочности материалов и машин для регионов хо-
лодного климата EURASTRENCOLD–2013 (Якутск), 86-м заседании Междуна-
родного научного семинара им. Ю.Н. Руденко «Методические вопросы исследо-
вания надежности больших систем энергетики» (Санкт-Петербург – 2014), науч-
ной конференции XVIII Лаврентьевские чтения (Якутск – 2014), VII Евразийском
симпозиуме по проблемам надежности материалов и машин для регионов холод-
ного климата EURASTRENCOLD–2014 (Санкт-Петербург), III Всероссийской
научно-практической конференции «Современные проблемы строительства и
жизнеобеспечения: безопасность, качество, энерго- и ресурсосбережение»
(Якутск – 2014), XVII Всероссийской научно-практической конференции молодых
ученых, аспирантов и студентов (Нерюнгри – 2016), VIII Евразийском симпозиуме
по проблемам надежности материалов и машин для регионов холодного климата
EURASTRENCOLD–2018 (Якутск).
По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, из них: 5 статей в
периодических изданиях из перечня ВАК; 1 статья в издании, входящем в базу
цитирования Scopus; 1 статья в сборнике научных трудов; 4 –в материалах Все-
российских конференций.
Структура и объем диссертации. Материалы диссертации изложены на
123 страницах основного текста, включающего 19 рисунков и 11 таблиц. Работа
состоит из введения, четырех разделов, основных выводов и рекомендаций, спис-
ка использованной литературы из 120 наименований и одного приложения.
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!