СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ В ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ

16.10.2007
Источник: ВАК РФ

Автор: Роман Самсонов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Тула 2007 Работа выполнена в Научно-исследовательском институте природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ)

Научный консультант:	доктор технических наукКазак Александр Соломонович
Официальные оппоненты:	доктор технических наук,профессор Мазуров Вячеслав Михайлович
	доктор технических наук,профессор Писаревский Виктор Меерович
	доктор физико-математических наук, профессорСветлосанов Владимир Анатольевич
Ведущая организация:	ОАО «Стройтрансгаз», г. Москва

Защита состоится «___» ___________ 2007 года в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.05 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, пр. Ленина 92, (9-101)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тульский государственный университет». Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просьба высылать по указанному адресу ученому секретарю совета.

Автореферат разослан «___» _______________ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета __________________ В.М. Панарин

Актуальность темы. В настоящее время перед газовой отраслью Российской Федерации возникают проблемы, связанные с геополитической необходимостью, наряду с эксплуатацией действующих месторождений природного газа в Надым-Пур-Тазовском регионе, освоения в ближайшие годы новых газоносных регионов (Миллер, 2004). В число таких регионов входят, прежде всего, Штокмановское газоконденсатное месторождение, месторождения п-ва Ямал, Обской и Тазовской губ, Красноярского кр., Иркутской обл., Якутии, о. Сахалин и северного Каспия (Ананенков, 2006). География перспективных газоносных регионов охватывает территорию от Баренцева до Охотского и Каспийского морей. Соответственно различные климатические условия этих регионов предполагают наличие характерных геоэкологических особенностей, которые необходимо учитывать при разработке концепции развития газовой отрасли. Более того, воздействие на окружающую среду объектов газовой промышленности проявляется как на этапе сооружения, так и на стадии их эксплуатации (Черняев и др., 1991; Сафонов и др., 1996; Бухгалтер и др., 2002; Башкин и др., 2002; Акимов и др., 2004; Будзуляк, 2006; Казак и др., 2007).

Суровые природно-климатические условия в перспективных регионах газодобычи значительно усиливают актуальность рассматриваемой проблемы и заставляют проводить изучение геоэкологических рисков для всех объектов газовой отрасли (Рогозин, 2003). При этом под геоэкологическими рисками понимают как риски, обусловленные совокупным воздействием техногенных факторов на состояние окружающей среды и здоровье человека, так и риски, связанные с обратным влиянием природно-климатических условий на объекты газовой отрасли.

В связи со сложностью и многогранностью структуры газовой промышленности первостепенной становится проблема создания универсального инструмента для оценки геоэкологических рисков и управления ими. Для этого необходимы создание системы мониторинга и разработка современных методов моделирования и анализа взаимовлияния объектов газовой отрасли и окружающей среды. Решение данной научно-практической проблемы связано с применением системного анализа для изучения, структурирования и управления геоэкологическими рисками в современных условиях и при перспективном развитии газовой промышленности Российской Федерации.

Цель работы: Использование методологических и концептуальных подходов системного анализа для оценки геоэкологических рисков в газовой отрасли РФ и разработки механизмов управления ими.

Объект исследования — газовая отрасль Российской Федерации как единая система, состоящая из подотраслей разведки и освоения газовых месторождений, транспортировки, переработки и потребления газа.

Предмет исследования — взаимодействие предприятий газовой отрасли и окружающей среды применительно к стратегии развития и комплексного освоения новых газоносных регионов и реконструкции действующих объектов.

Методы исследования — рациональное объединение теоретических и экспериментальных исследований, подходов системного анализа и синтеза, приемов математического моделирования, проектирования, методов постановки натурных и модельных пилотных проектов. Использованы также методы смежных естественных наук: геологии, биогеохимии, экономической статистики и др.

Решаемая в диссертации проблема состоит в обосновании применимости и развития методов системного анализа для оценки геоэкологических рисков газовой отрасли, представлении отрасли как единой системы взаимодействия предприятий и окружающей среды в стратегии развития газовой промышленности.

Решаемые задачи:

1. Обоснование применимости методологии системного анализа для оценки геоэкологических рисков в газовой отрасли.

2. Обоснование представления газовой отрасли как единой системы взаимодействия предприятий и окружающей среды для оценки геоэкологических рисков.

3. Анализ природы и механизмов проявления геоэкологических рисков как неизбежного фактора развития газовой отрасли.

4. Проведение анализа вероятностных оценок для определения влияния факторов геоэкологического риска в газовой отрасли и ее подотраслях.

5. Обоснование необходимости и возможности учета геоэкологических рисков при формировании концепции развития газовой промышленности на долгосрочную перспективу.

6. Создание методов финансовой оценки геоэкологических рисков и их страхования.

7. Разработка методических подходов к управлению геоэкологическими рисками при развитии газовой отрасли.

Научно-исследовательская и прикладная работа включает в себя крупные блоки по изучению методологии системного анализа для оценки и классификации геоэкологических рисков, по управлению данными рисками на объектах газовой отрасли, особенно в системе магистрального транспорта газа, где вероятность их проявления наиболее велика. На основе моделирования эмиссии газообразных поллютантов в зонах влияния магистральных газопроводов выполнена оценка экологических воздействий этих эмиссий с использованием международной методологии критических нагрузок. Рассмотрены теоретические и практические проблемы страхования геоэкологических рисков в газовой промышленности. Большое внимание уделено характеристике геоэкологических рисков, возникающих при формировании концепции развития газовой промышленности на долгосрочную перспективу.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждена корректным использованием математических методов, результатами экспериментальных данных и практическим применением разработанных методов на предприятиях газовой отрасли.

Научная новизна положений, выносимых на защиту:

— разработаны принципы системного подхода для анализа геоэкологических рисков как в целой газовой отрасли, так и в отдельных ее подотраслях. Проведен анализ геоэкологических рисков в газовой промышленности, представленной в виде сложного графа, дуги которого — существующие или перспективные участки газотранспортной системы, а узлы — объекты добычи, потребления, переработки, импорта и экспорта газа. Установлено, что вероятность проявления геоэкологических рисков существенно возрастает на современном уровне развития газовой промышленности Российской Федерации;

— разработаны модели вычисления вероятности возникновения геоэкологических рисков во всех подотраслях газовой промышленности: при проведении геологоразведочных работ, добыче, транспортировке, хранении и переработке природного газа. Применение этих моделей позволяет не только рассчитывать вероятность возникновения геоэкологических рисков различной природы, но и создавать экономические механизмы управления этими рисками;

— обосновано, что комплексная реализация программы газосбережения, являющаяся важнейшим инструментом для управления геоэкологическими рисками, позволяет уменьшить последствия, связанные с воздействием объектов газовой промышленности на окружающую среду. Обоснованы такие методы управления этими рисками, как технологические (применение малоэмиссионных ГПА с высоким КПД, использование труб с внутренним покрытием для уменьшения силы трения при транспортировке газа, создание ледостойких платформ и комплексов подводного бурения), финансово-экономические (оптимизация финансовых потоков, государственная поддержка на внутреннем рынке, налоговая политика) и системные (решение оптимизационных задач как для всей ЕСГ, так и для ее подсистем) методы;

— показано, что количественная оценка геоэкологического риска может быть выполнена с использованием международной методологии критических нагрузок. Разработан алгоритм расчета и управления риском, применение которого было опробовано для различных территорий при формировании перспектив развития газовой отрасли;

— разработана системная методология страхования геоэкологических рисков, позволяющая моделировать вероятность их проявления и возможные экономические потери, включая и предотвращенный экологический ущерб.

Практическая значимость работы заключается в комплексном решении важной научно-прикладной задачи, связанной с применением системного анализа для оценки геоэкологических рисков и разработки механизмов управления ими в соответствии со стратегией развития газовой отрасли РФ, включающей комплексное освоение новых газоносных регионов и реконструкцию действующих объектов. Результаты работы используются при проектировании, строительстве и эксплуатации ряда объектов газовой отрасли, среди которых Бованенковское ГКМ, трассы магистральных газопроводов (Ямал-Завод, надземная часть Североевропейского газопровода Грязовец-Выборг, Средняя Азия — Центр), подземные хранилища и предприятия переработки природного газа в европейской и азиатской частях России, проекты по добыче и использованию низконапорного сеноманского газа на севере Западной Сибири.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены и обсуждены на международных и всероссийских научно-технических конференциях, семинарах и совещаниях: Всесоюзная научно-практическая конференция «Проблемы энергетики транспорта», 29 ноября — 1 декабря 1988 г. (Москва); симпозиум по использованию сжатого природного газа, сжиженного природного газа и сжиженного нефтяного газа в качестве моторного топлива 23-27 сентября 1991 г. (Киев); The 3-d Biennual International Conference and Exhibition on Natural gas vehicles 22-25 September, 1992 (Gothenburg); European Conference on new fuels and clean air June 18-19, 1991(Belgium, Antwerpen); European Conference on new fuels and clean air June 23-24, 1992 (Amsterdam); Международная конференция «Газ в моторах», 22-23 мая 1996 г. (Москва); Международная конференция по безопасности газового моторного топлива, 20-й МГК 10-13 июня 1997 г. (Копенгаген); 16-я ежегодная сессия Рабочей группы по газу ЕЭК ООН, (23-27 января 2006 г. (Швейцария, Женева)); Международная конференция по европейскому газу «Flame-2006» 13-19 марта (Нидерланды, Амстердам)); 6-й Мировой форум по технологиям «GTL» (17-19 мая 2006 г. Великобритания, Лондон); International Gas Union 23^rd World Gas Conference (июнь 2006 г., Нидерланды, Амстердам); ХVI Международный конгресс «Новые высокие технологии газовой, нефтяной промышленности, энергетики и связи (CITOGIC’ 2006 г. (Томск)) 5-9 сентября 2006 г.; конференция «ПХГ-2006» (11-13 октября 2006 г., ООО «ВНИИГАЗ», п. Развилка); 2-я Международная конференция по проблемам безопасности и противодействию терроризму (25-27 ноября 2006 г., Москва, МГУ); «Перспективы изучения и освоения углеводородного потенциала арктических районов Западно-Сибирской мегапровинции (суша и шельф) до 2030 г.» (октябрь 2006 г., Тюмень); 5-й Международный газовый форум (2006 г.); Правление ОАО «Газпром» 11.09.2006 г. по комплексной программе реконструкции и технического перевооружения объектов транспорта газа на период 2007-2010 гг.; European Forum Biofuels (22-24 November 2006, Warsaw); International Conference Gas Market (30-31 October 2006, Vienna); сов. ГИС Ассоциации (28.02 — 4.03.2007, Москва) и др.

По теме диссертации опубликованы 35 научных работ (в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ — 22), в том числе 4 монографии.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов, изложена на 280 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков и 31 таблицу, список литературы включает 293 работы, из них 107 на английском языке.

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, формируется цель и основные проблемы исследований, приводятся результаты, определяющие научную новизну и практическую ценность работы.

В первой главе диссертации разрабатывается методология системного анализа для оценки рисков при развитии газовой отрасли, рассматривается методология оценки перспектив функционирования и развития газовой промышленности как сложной системы, дается обзор современного состояния исследований по решаемым проблемам.

Для достижения стоящих перед отраслью экономических и экологических императивов необходимо решить задачи, связанные с комплексным рассмотрением всех направлений деятельности в газовой отрасли, включая: оценку состояния и перспективы развития минерально-сырьевой базы газовой отрасли; оценку динамики добычных возможностей на перспективу; прогноз спроса на газ; экспорт, импорт и транзит газа; прогноз развития и реконструкции объектов добычи, транспорта, подземного хранения, переработки природного газа; прогноз развития системы газоснабжения; оценку надежности, промышленной и экологической безопасности функционирования объектов газовой промышленности; формирование нормативной и законодательной базы для успешной реализации проектов развития газовой отрасли.

Взаимосвязанность этих задач обусловливает необходимость их решения на основе методов системного анализа сложных объектов. С точки зрения методологии системного анализа газовая отрасль — сложный объект, включающий минерально-сырьевую базу, объекты потребления, добычи, переработки, транспортировки, хранения, потребления и использования газа. Каждая из перечисленных подотраслей, в свою очередь, представляет собой сложную подсистему.

В диссертации рассмотрены критерии и особенности декомпозиции и последующего синтеза элементов такой сложной системы, как газовая промышленность до уровня, необходимого для оценки перспектив ее функционирования и развития.

Основой функционирования и развития газовой отрасли является методология расчета балансов между потреблением и добычей газа. Математическая постановка этой задачи заключается в определении потенциалов узлов (источников и стоков) так, чтобы для всей системы и отдельных подсистем выполнялся первый закон Кирхгофа. Узлами графа, представляющего газовую отрасль, являются: перспективные газоносные регионы (1), существующие газодобывающие регионы (2), поставщики газа из стран-импортеров (3), экспортные потребители газа (4), внутренние потребители природного газа до газораспределительных станций (5), объекты переработки природного газа (6), системы хранения газа (7). Первые три узла характеризуют приходную часть балансов, последующие три — их расходную часть. Системы хранения газа могут относиться как к приходной части баланса (отбор газа из хранилищ), так и к ее расходной части (закачка газа в хранилища). С математической точки зрения узлы, относящиеся к приходной части баланса имеют положительный потенциал, а узлы, характеризующие расходную часть баланса — отрицательный. Подсистемой, связывающей узлы графа с положительным и отрицательным потенциалами, является сложная газотранспортная сеть. Иначе говоря, газотранспортная система (ГТС) представляет собой инструмент, позволяющий реализовать перетоки газа в соответствии с разработанным балансом (рис. 1.).

Рис. 1. Схематическое представление газовой отрасли как сложного объекта.

1 — перспективные газоносные регионы; 2 — существующие газодобывающие регионы; 3 — поставщики газа из стран-импортеров; 4 — экспортные потребители газа; 5 — внутренние потребители природного газа; 6 — объекты переработки природного газа; 7 — системы хранения газа

Выделение перечисленных объектов как отдельных подсистем, позволяет структурировать исследования по разработке перспектив функционирования и развития газовой отрасли на более низком уровне (рис. 2.).

Рис. 2. Структура исследований для оценки перспектив развития газовой отрасли

Подсистема, описывающая минерально-сырьевую базу, включает в себя модели прогнозирования изменения ресурсов и запасов газа. Модели объектов добычи газа базируются на методах оценки динамики добычных возможностей газоносных регионов и прогнозов добычи газа на месторождениях. Подсистема импорта газа описана моделями определения перспектив возможных поставок газа в систему. Подсистема, моделирующая потребителей газа, является внешней средой для газовой отрасли в целом и включает в себя внутренний спрос на газ, экспорт сетевого и сжиженного природного газа на мировой рынок энергоносителей. Декомпозиция подсистемы хранения газа (см. рис. 1. узел 7) предполагает рассмотрение различных типов хранилищ.

При формировании программ развития таких подсистем целесообразно использовать математические модели, позволяющие определить необходимые объемы хранилищ для покрытия сезонной и суточной неравномерности газопотребления, а также формирование объектов долгосрочного резервирования газа в узловых точках газотранспортной сети и вблизи стратегически важных потребителей газа. В общей системе газовой отрасли перерабатывающие заводы относят к потребителям природного газа. Особенность рассмотрения таких потребителей заключается в том, что они входят в подотрасль «газовая промышленность». Подсистема переработки природного газа включает в себя производство продукции, ассортимент которой, а, следовательно, и соответствующие математические модели, определяются глубиной технологии переработки газа (производство метанола, сжиженного природного газа, полиолефинов, синтетического жидкого топлива и т.д.). Газификация, также как и переработка газа, является особой группой потребителей, относящихся к газовой отрасли. Данная подсистема базируется как на общем национальном уровне, так и на сугубо региональном принципе. Для каждого субъекта государства может разрабатываться собственная программа развития газификации, которая составной частью должна входить в общую национальную программу развития объектов газоснабжения. Технология ее разработки также основывается на методах системного анализа и в целом аналогична формированию стратегии развития газовой отрасли.

Для всех перечисленных элементов необходимо разработать математические модели, которые позволят распределить эти объекты с привязкой к узлам всей системы газовой отрасли (см. рис. 1.), срокам строительства, а также сформировать потребности в материально-технических ресурсах и инвестициях. При этом математические модели оценки добычных возможностей, прогнозов импорта газа и спроса на газ в узлах системы (включая объекты газификации, переработки, хранения газа) должны позволять проводить расчеты суммарных балансов газа. Ввиду многовариантности приходной и расходной частей баланса возникает необходимость проведения множественных расчетов и формирования различных сценариев развития газовой отрасли. С технологической точки зрения расходная часть балансов включает в себя производственно-эксплуатационные нужды потребителей, экспорт газа, использование газа для сайклинг-процесса, закачку газа в ПХГ, технологические нужды транспорта газа, собственные нужды промыслов, а также прочие статьи распределения. Требуемый для обеспечения расходной части баланса суммарный объем может быть получен сочетанием различных источников.

На базе имеющихся проработок по расходным и приходным статьям баланса для дальнейших расчетов формируются варианты балансов газа. Компонентами этих вариантов являются балансы газа по отдельным регионам, не связанным между собой газотранспортными сетями. Для каждого из предложенных вариантов баланса газа проводится прогнозирование динамики развития объектов газовой отрасли и соответственно всей системы в целом. Это приводит к формированию набора альтернативных вариантов развития газовой промышленности в целом. Для адекватной оценки целесообразности проведения дальнейших расчетов по различным вариантам необходимо провести прогноз и анализ факторов риска. В частности, к рискам относят возможное изменение спроса на газ, отсутствие апробированных технологий по освоению месторождений в новых регионах, возможное снижение импорта газа, ограничения, связанные с экологической и промышленной безопасностью и т.д. Анализ факторов риска уже на начальном этапе дает возможность отсеять наиболее рискованные варианты развития газовой отрасли. Формирование вариантов развития газовой отрасли включает в себя три этапа:

· на первом этапе решаются задачи системного уровня с декомпозицией их до подсистем;

· на втором этапе осуществляется декомпозиция подсистем и формируются принципиальные технические решения на уровне отдельных объектов;

· на третьем этапе проводится синтез подсистем и всей системы в целом, а также оценивается уровень системной надежности, промышленной и экологической безопасности отрасли, эффективности инвестиций, осуществляется анализ системных рисков.

На начальном этапе проводится совместная многокритериальная оптимизация схемы добычи, транспортировки и потребления газа. В качестве итогового критерия предлагается использовать экономические показатели (максимум чистого дисконтированного дохода). Такой подход делает в общем случае задачу нелинейной, поэтому потребуется итеративный перерасчет самого критерия и оптимальных решений. Следует отметить, что поиск оптимальных решений проводится для всего рассматриваемого периода развития газовой промышленности. Это приводит к необходимости расчета нелинейной динамической задачи.

Следующий этап предполагает переход к задачам на уровне подсистем отрасли и затем дальнейшую декомпозицию до отдельных объектов. В свою очередь это позволяет сформировать основные технологические решения и оценить потребности в материально-технических ресурсах для обеспечения заданного уровня развития объектов.

На заключительном этапе дана возможность перейти к формированию вариантов развития газовой отрасли на этапе синтеза всей системы. На данной стадии определяются суммарные показатели потребности материально-технических ресурсов, инвестиций и проводятся оценки прогнозов степени рисков. Итогом таких расчетов является определение консолидированных показателей и соответственно экономической эффективности различных вариантов развития газовой отрасли. В диссертации приведена схема алгоритма проведения таких расчетов.

Разработка перспектив развития газовой отрасли является огромной наукоемкой задачей. При этом в комплексе решаемых задач одно из важных мест занимает анализ рисков в газовой отрасли. В настоящее время важнейшее значение имеют исследования по анализу геоэкологических рисков и их управлению. Исследования такого рода возможны лишь на основе применения методологии системного анализа сложных объектов.

В диссертационной работе ставятся и решаются проблемы, связанные с применением методов системного анализа для оценки геоэкологического взаимодействия газовой отрасли и окружающей среды. Как было указано ранее, газовая отрасль представляет собой очень сложную систему, которая включает геологоразведочные работы, добычу, транспортировку, хранение и переработку газа. Степень влияния этих подотраслей на окружающую среду различна, также как и различно обратное воздействие. Следовательно, необходимо на основе методов системного анализа провести декомпозицию на отдельные элементы (объекты) до уровня, позволяющего проводить математическое моделирование и оценки проявления геоэкологических рисков на этих объектах. Рассмотрим методологию такой декомпозиции и последующего синтеза системы для оценки геоэкологических рисков в газовой отрасли. Для достижения поставленных целей необходимо решать проблемы, связанные с комплексным рассмотрением всех направлений деятельности в газовой отрасли и оценкой их взаимообусловленности с окружающей средой. В диссертации рассмотрены критерии, особенности декомпозиции и последующего синтеза элементов, классификация влияния на окружающую среду отдельных объектов, а также проанализированы подходы по определению суммарного эффекта от воздействия газовой отрасли на состояние окружающей среды и здоровье человека в целом. При этом возникает необходимость рассмотрения и обратной задачи влияния геоэкологических факторов на процессы добычи, транспорта, хранения и переработки газа в различных природных регионах.

Выделение из общей системы газовой промышленности перечисленных объектов как отдельных подсистем позволяет структурировать исследования по формированию методологии оценки геоэкологических рисков на более низком уровне (рис. 3.).

Рис. 3. Структура исследований при разработке методологии оценки геоэкологических рисков

Взаимообусловленность геоэкологических рисков определяется техногенными процессами в подотраслях газовой промышленности и должна учитывать их особенности на региональном уровне. В свою очередь, все региональные особенности проявления факторов геоэкологического риска (природные и техногенные процессы) должны рассматриваться в рамках всей газовой отрасли на этапе синтеза с применением соответствующих моделей учета синергетического эффекта.

В диссертации проведен подробный анализ геоэкологических рисков при проведении геологоразведочных работ и добыче газа. Геоэкологические риски, связанные с бурением и сооружением скважин, как при выполнении геологоразведочных работ, так и при добыче газа, а также связанные с промышленными и хозяйственно-бытовыми объектами, характеризуются сосредоточенным взаимовоздействием с окружающей средой, а промысловые и межпромысловые трубопроводы, подъездные дороги — линейным. В то же время взаимодействие с окружающей средой на уровне всего месторождения является рассредоточенным, что обусловливает выделение геоэкологических рисков, описываемых, например, с использованием моделей интерференции.

В связи с этим представляется целесообразным сформулировать основные геоэкологические риски, связанные с геологоразведкой и добычей газа в сложных климатических и геологических зонах на по-ве Ямал, в акваториях Обской и Тазовской губ, на шельфе Баренцева моря, в Якутии, на шельфе острова Сахалин и т.д. Для управления такими рисками необходимо провести детальные исследования и математическое моделирование взаимовлияния объектов газовой отрасли и окружающей среды, рассмотреть вероятные внештатные ситуации и способы их предотвращения. В диссертации показано, что при проведении геологоразведочного и промыслового бурения скважин в условиях многолетней мерзлоты необходимо разработать методы управления таким параметром, как температура призабойной зоны, что позволит предотвратить оттаивание призабойной зоны и снизить уровень геоэкологического риска.

В последние годы возникает высокая вероятность проявления геоэкологических рисков, связанных с выходом большой группы газовых месторождений Западной Сибири на заключительную стадию эксплуатации. Для создания методов управления рисками при ликвидации газовых месторождений целесообразно использовать следующие подходы:

· моделирование месторождений на заключительной стадии эксплуатации;

· расчеты и согласование прогнозной динамики ликвидационных затрат и накопления средств на ликвидационные работы;

· моделирование работ по ликвидации газовых месторождений;

· выбор стратегий ликвидационных работ по заданным критериям оценки, включая мероприятия по предотвращению геоэкологических рисков.

В диссертационной работе решаются задачи минимизации геоэкологических рисков на сложных магистральных газопроводах газовой отрасли Российской Федерации. Система транспорта газа занимает особое место в газовой отрасли любой страны. Это самая капиталоемкая подотрасль газовой промышленности: на нее приходится в различных странах до 85% стоимости основных фондов. Математические модели, позволяющие минимизировать затраты на транспортировку газа по сложным газотранспортным сетям, при практических реализациях детально рассматривают функционалы, учитывающие, наряду с технико-экономическими показателями, геоэкологические составляющие. Тем не менее, оптимизация потоков газа по газотранспортным сетям с учетом экономической оценки воздействия ГТС на окружающую среду позволит выработать решения по управлению геоэкологическими рисками. Это дает возможность уменьшить затраты от прямых потерь газа, происходящих вследствие его утечек при транспортировке, хранении и проведении ремонтных работ. Кроме очевидного экономического ущерба от этих потерь, такой подход позволяет учитывать снижение косвенных потерь, связанных с возможной продажей квот парниковых газов (Башкин и др., 2002; Акопова, Гладкая, 2005).

В диссертации рассмотрены методические подходы и математические модели, позволяющие реализовать изложенные выше принципы. На рис. 4 представлена принципиальная агрегированная схема газотранспортной системы. Степень агрегирования системы выбрана исходя из существующих зон с различной ценой реализации природного газа, так чтобы для участков ГТС этот показатель на входе и выходе был различным.

При существующих ныне подходах плановые потоки газа рассчитывают путем максимизации функционала:

(1)

где Q_i — поток по i-й дуге; v_i — вес i—й дуги.

Оптимизацию функционала проводят при ограничениях:

Q_i <= M_i, (2)

где M_i — максимальная производительность участка газопровода.

При этом для каждого узла выполняется равенство из закона Кирхгофа:

, (3)

где S_j— поставка (+) или потребление (-) газа в j-м узле системы.

Вес i -й дуги для данной задачи определяют из соотношения

v_i = T_i, (4)

где T_i — удельные затраты на транспортировку газа, включая амортизационные и налоговые отчисления, возвраты инвестиций.

Фактически речь идет о расчете потоков газа по всем участкам газотранспортной системы при условии минимизации транспортных затрат и выполнении обязательств по поставкам газа потребителям.

Перейдем к формированию функционала для оптимизации потоков газа с учетом экологической составляющей. Для каждого участка экономическая составляющая оценки геоэкологических последствий включает в себя определение объемов вероятных выбросов газа при авариях и утечках на основе статистических моделей; объемов стравливания газа при плановых ремонтных работах на основе оптимизации графиков их проведения; объемов газа, расходуемого на топливные нужды на основе минимизации энергозатрат на компрессорных станциях. Вопросы оценки экологической составляющей для отдельных участков ГТС рассмотрены в третьей главе диссертации.

С учетом перечисленного, веса дуг в минимизируемом функционале (1) определяются из соотношения

v_i = T_i + E_i, (5)

где E_i — экономическая составляющая экологического воздействия на окружающую среду в течение года на i-м участке газотранспортной системы.

Таким образом, сопоставление результатов оптимизации функционала (1) с учетом и без учета экономической составляющей экологического воздействия на окружающую среду позволяет оценить уровни геоэкологических рисков по участкам газотранспортной системы. В диссертационной работе приведен алгоритм и его практическая реализация применительно к рассматриваемой системе (рис. 4 и 5.).

Рис. 4. Принципиальная агрегированная схема газотранспортной системы

№	риск	№	риск	№	риск	№	риск
1 — 2	L	15 — 20	M	26 — 32	**	45 — 39	M
2 — 3	M	20 — 16	H	27 — 32	M	45 — 46	H
4 -3	H	16 — 17	L	28 — 33	L	14 — 16	H
1 — 4	H	8 — 23	L	29 — 34	H	47 — 40	M
2 — 5	L	8 -25	H	30 — 35	L	47 — 46	M
3 — 6	M	8 -26	L	30 — 37	M	48 — 9	M
4 -7	H	8 — 18	**	33 — 34	L	48 — 49	L
6 — 7	H	18 — 26	H	33 — 36	M	14 — 49	H
4 — 10	H	19 -18	H	34 — 35	H	49 — 15	M
10 — 11	H	19 — 22	M	36 — 34	H	30 — 34	M
10 -13	H	19 — 20	H	34 — 38	H	31 — 35	H
11 -14	H	20 — 22	H	36 — 37	L	32 — 40	L
12 -11	L	16 — 21	H	37 — 38	L	43 — 44	M
7 -13	H	20 — 30	L	24 — 39	H	40 — 39	L
5 — 8	L	21 — 29	H	25 — 47	M	40 — 45	H
6 — 48	M	21 — 30	H	32 — 41	H	41 — 46	L
7 — 49	H	31 — 17	H	33 — 41	L	42 — 46	M
13 — 14	H	22 — 26	H	36 — 41	H	46 — 43	M
14 — 15	H	22 — 27	L	33 — 42	M	25 — 26	H
12 — 16	H	22 — 28	M	37 — 42	M	27 — 26	H
9 — 18	M	24 — 23	H	37 — 43	M	28 — 27	H
9 -19	M	25 — 24	H	38 — 44	M	28 — 29	H
29 — 30	L	30 — 31	H

Рис. 5. Результаты оптимизации потоков газа по функционалу F, где L — низкий, M -средний, H -высокий уровни риска.

В диссертационной работе проводится анализ системы переработки и хранения природного газа. Объекты переработки и хранения природного газа — сфера высоких рисков и объектов повышенной промышленной опасности. Газохимические заводы и подземные хранилища газа обладают значительным потенциалом для создания аварий техногенного характера.

Разнообразие геоэкологических рисков на объектах хранения и переработки газа предопределяет необходимость комплексного подхода для снижения геоэкологических рисков и минимизации вероятности возникновения самих аварий и их последствий.

Практическим примером геоэкологического риска в газоперерабатывающей и газохимической промышленности является загрязнение окружающей среды при аварийных выбросах газа, возникающих при разрыве внутризаводских газопроводов, сосудов высокого давления и другого оборудования.

В общем виде для инженерной оценки массового расхода (выброса) газа при разрыве трубопровода может быть использовано уравнение Белла:

G(?) = (ГG_н/(1 + ?))exp(- ?/(?²· ?)) + ?exp(- ?/?), (6)

где G, G_н — соответственно текущий и начальный массовый расход (в момент разрыва), кг/с; ? — время, прошедшее с момента разрыва, с; Г — фактор инерционной задержки (~0,5); ? — коэффициент сохранения массы; ? — постоянная времени, сек.

Методика расчета массового расхода (выброса) газа при разрыве трубопровода, в соответствие с уравнением Белла представлена в работе Сафонова и соавторов, 1996 г.

Геоэкологические риски, возникающие при строительстве и эксплуатации подземных хранилищ газа в общем виде сводятся к воздействиям на:

· атмосферу (выбросы вредных веществ на стадии эксплуатации);

· поверхностные воды (смыв промышленных отходов, содержащих нефтешламы и другие вредные вещества, особенно, метанол);

· гидрогеологические пласты (при закачке жидких отходов в подземные горизонты).

Во второй главе геоэкологические риски рассматриваются как неизбежный фактор развития газовой отрасли, проводится анализ воздействия объектов газовой промышленности на экологическое состояние окружающей среды и разрабатываются методы их снижения. Поскольку любая производственная деятельность сопровождается воздействием на окружающую среду, то задача ОАО «Газпром» состоит как в минимизации современного и последующего воздействий в рамках устойчивого развития газовой отрасли РФ, так и устранении допущенного экологического ущерба в течение предшествующей деятельности.

Суммарные валовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в 2005 г. составили 2351,3 тыс. т, что на 1,9% больше, чем в 2004 г. Увеличение объемов выбросов соизмеримо с ростом показателей производственной деятельности ОАО «Газпром» в 2005 г. (рис. 5.).

Рис. 6. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу

в ОАО «Газпром», тыс. т.

В работе рассматриваются принципы классификации геоэкологических рисков в газовой отрасли. Классификация геоэкологических рисков в газовой промышленности на высшем уровне отражает схему выделения из общей системы газовой промышленности ее подотраслей как отдельных подсистем (cм. рис. 2), что позволяет в дальнейшем структурировать геоэкологические риски на более низком уровне. С точки зрения системного анализа и классификационных принципов, каждый из представленных блоков представляет собой сложную подсистему, что требует дальнейшего выделения более низких уровней классификации. Эти уровни включают в себя выделение для указанных подсистем различных видов рисков с учетом их разнообразной природы (геофизической, физической, химической, биогеохимической, производственной, финансово-экономической и социальной).

Рассматриваются количественные подходы к оценке и анализу вероятности геоэкологических рисков. Количественная оценка экосистемных рисков основана на расчете и пространственном анализе превышений критических нагрузок поллютанта Х (Ex(X)) в границах зоны влияния проектируемого объекта. Превышения критических нагрузок отражают соотношение между величиной экспозиции (величиной актуальной или прогнозируемой нагрузки поллютанта) и безопасным уровнем воздействия (величиной критической нагрузки, КН, поллютанта). Величину воздействия на экосистемы предложено рассчитывать как процент, который занимают выделы с превышениями КН, от общей площади рассматриваемой группы выделов (например, от площади санитарно-защитной зоны объекта). Выбор критериев приемлемости ожидаемых изменений зависит от характера затронутых экосистем. Для экосистем, имеющих статус особо ценных или уязвимых, величины КН не должны превышать на 100% их территории. В остальных случаях предложено следовать принципу «95%-й защищенности» экосистем, согласно которому допустимым считается такой уровень нагрузки приоритетных ЗВ, при котором для 95% исследуемой территории Ex(X) ? 0. Расчет экосистемного риска предложено осуществлять с помощью вероятностного моделирования величин превышений КН на основе метода Монте-Карло. В отличие от традиционного расчета превышений КН входными данными для модельных расчетов служат не единичные значения биогеохимических параметров (значения по умолчанию или средние значения), а массивы их значений. Массивы входных данных могут быть подготовлены как на основе данных полевых исследований, так и по результатам анализа объектов-аналогов В результате моделирования для каждого отдельно взятого рецепторного участка получают набор значений показателя Ex(X). Частотное распределение этих значении позволяет рассчитать вероятность P (от 0 до 100%) достижения положительных величин Ex(X) для каждого из выделов в пределах расчетной площадки. Каждому значению P(Ex(X) > 0) будет соответствовать значение M(Ex(X) > 0) — суммарная площадь выделов с превышениями КН. На основе массивов значений (M и P) выводится функция экосистемного риска (R(X)):

где — площадь выделов с превышениями КН (Ex(X) > 0); — вероятность превышения КН.

Функция экосистемного риска является функцией распределения. При большом количестве рецепторных участков массив значений (M и P) хорошо аппроксимируется непрерывной функцией нормального распределения. Если число выделов невелико, то переход к нормальному распределению невозможен и функция будет иметь ступенчатый вид. Функция распределения позволяет вычислить:

· с какой вероятностью P₁ будут отмечены превышения КН на территории, меньшей M₁;

· вероятность превышения КН для заданного интервала значений M (M₁? M_I ? M₂): P = P₂— P₁.

Методология определения критических нагрузок поллютантов на окружающую среду в зонах воздействия объектов газовой промышленности. Методология критических нагрузок ориентирована на атмотехногенные воздействия, связанные с хозяйственной деятельностью человека. В настоящее время разработаны и применяются на практике методики расчета величин критических нагрузок основных загрязняющих веществ, содержащихся в выбросах производственных объектов, включая соединения серы, азота, тяжелые металлы, озон. В качестве реципиентов воздействия рассмотрены наземные и пресноводные экосистемы в зоне воздействия объектов газовой промышленности. В основе концепции критических нагрузок лежит представление о пороговом действии факторов экологической опасности на экосистемы. Величина критической нагрузки представляет собой максимально допустимый объем поллютанта, при ежегодном аэрогенном поступлении которого в экосистему в течение длительного периода времени (50-100 лет) не произойдет необратимых изменений в ее структуре и функциях. Данный показатель характеризует ассимиляционный потенциал экосистем и является аналогом референтной дозы поллютантов — общепринятого норматива воздействия в исследованиях по оценке геоэкологических рисков.

В отличие от традиционных нормативов качества природных сред (ПДК, ОДУ и др.), величины КН являются нормативами, относительно которых устанавливается значимость техногенного воздействия на экосистемы в целом, а не на их отдельные компоненты. Алгоритмы расчета предусматривают выбор ограниченного числа биогеохимических параметров, пороговые значения которых гарантируют безопасность техногенной нагрузки на реципиенты.

Для оценки геоэкологических рисков, вероятность возникновения которых связана с превышениями критических нагрузок, использованы следующие нормативы.

Показателями устойчивости экосистем к выпадению кислотных дождей и изменению биоразнообразия служат: максимальная критическая нагрузка серы; критическая нагрузка питательного азота и максимальная нагрузка азота. В диссертации рассмотрены биогеохимические принципы и модели расчета этих величин.

В третьей главе рассматриваются проблемы управления геоэкологическими рисками в системе магистрального транспорта газа.

Ранее было отмечено, что газотранспортная система занимает особое место в газовой отрасли России. Характерная особенность ГТС связана с повышенной энергоемкостью газопроводов, что явилось следствием низких цен на энергоресурсы, дефицита труб и оборудования в период ее создания. В результате газотранспортная система, в настоящее время включающая в себя 155 тыс. км газопроводов и компрессорные станции (КС) установленной мощностью около 44 млн кВт, имеет удельную энергоемкость приблизительно на 50% выше, чем аналогичные западные ГТС.

В связи с изменением геополитической ситуации и появлением новых рынков сбыта в ближайшее десятилетие предстоит активное освоение ресурсов природного газа на п-ве Ямал, Арктическом шельфе, Обской и Тазовской губах, а также на Дальнем Востоке и в Восточной Сибири. В частности, транспортировка газа с Ямала потребует сооружения газотранспортной системы мощностью порядка 300 млрд м³/год. Помимо этого на действующих газопроводах необходима реконструкция с целью выполнения на них современных требований по экономической эффективности, энергоемкости, промышленной и экологической безопасности. При этом разработка схемы развития и реконструкции ГТС должна базироваться на новых энергосберегающих технологиях, что позволит, в том числе, сократить потребление газа, необходимое для его транспортировки. В этом случае уменьшатся геоэкологические риски, связанные как с воздействием вредных веществ, выбрасываемых при работе ГТС, на состояние окружающей среды, так и с воздействием среды на состояние трубопроводов и оборудования.

На магистральных газопроводах основное потребление газа на собственные нужды приходится на топливный газ, технологические потери, включающие в себя утечки на линейной части, КС и аварийные ситуации, а также прочие технологические нужды, в том числе потери при ремонте газопроводов. В среднем за последние годы в структуре потребления газа на собственные нужды на топливный газ приходится 80%, на технологические потери газа 12%, на прочие технологические нужды 8%. В целом, на собственные технологические нужды ГТС расходуется около 9% годовой добычи газа. При сохранении этой тенденции к 2020 г. данный показатель может превысить 50 млрд м³/год.

За последние годы был проведен целый комплекс исследований, направленный на сокращение выбросов вредных веществ при эксплуатации газопроводов, в том числе продуктов сгорания на КС. Такие работы проводят по направлениям модернизации эксплуатируемых газотурбинных установок (ГТУ) и созданию малоэмиссионных ГТУ, что уже позволило сократить объемы выбросов в среднем в 1,8 раза, а через 3-4 года планируется достигнуть мирового уровня эмиссии оксидов азота, уменьшив ее значение в ГТС ЕСГ России в 4,5 раза по сравнению с 1992 г. Внедрение новых малоэмиссионных технологий на транспорте газа является одним из важнейших методов управления геоэкологическими рисками, особенно в местах, где воздействие на окружающую среду достигло критического уровня.

Наиболее эффективным направлением газосбережения является оптимизация параметров газопровода на основе системного подхода, который подразумевает рассмотрение газопровода как элемента ГТС с учетом его технологической и технико-экономической взаимосвязи с другими объектами ЕСГ, т.е. рассмотрение газотранспортного комплекса как единой системы и формирование общих программ развития и реконструкции. При этом оптимальное распределение потоков газа по ГТС дает возможность более широкого использования новых технологий при повышенном давлении с соответствующим снижением капитальных вложений и эксплуатационных затрат. Совместное использование действующих и новых мощностей приводит к значительному экономическому эффекту. Данное направление дает уже сейчас более 50% экономии природного газа. В целом все программы газосбережения применяются в настоящее время на объектах газовой отрасли. Комплексная реализация всех направлений газосбережения является важнейшим инструментом для управления геоэкологическими рисками и позволяет уменьшить последствия, связанные с воздействием газопроводов на окружающую среду. Для количественных оценок эффективности управления геоэкологическими рисками целесообразно использовать удельные объемы эмитируемых загрязняющих веществ как отношение суммарных выбросов поллютантов к товаротранспортной работе. Анализ динамики этого параметра показал, что уровень удельных выбросов загрязняющих веществ за последние годы оказался ниже ожидаемого на 8% (рис. 7).

Рассмотренные ранее комплексные мероприятия по газосбережению как важнейшему фактору снижения геоэкологических рисков позволили в рамках программы ОАО «Газпром» по энергосбережению в 2005 г. получить экономию топливно-энергетических ресурсов в размере 2,7 млрд м³ природного газа. Тем не менее в настоящее время поступления в атмосферу с продуктами сгорания природного газа в газотурбинных установках (ГТУ) или газоперерабатывающих аппаратах (ГПА) в системе транспорта газа оцениваются следующими величинами: оксида азота — 140 тыс. т/год, оксида углерода — 210 тыс. т/год, углекислого газа — 81,5 млн т/год. Средневзвешенная концентрация загрязняющих веществ составляет: оксида азота — около 180 мг/м³, оксида углерода — около 250 мг/м³. Такие выбросы вредных веществ, несомненно, сопровождаются воздействием на окружающую среду и соответствующими геоэкологическими рисками.

Рис. 7. Динамика удельных объемов выбросов загрязняющих веществ на ГТС

Управление геоэкологическими рисками при эксплуатации компрессорных станций как элементов газотранспортной системы предполагает разработку программ по контролю и сокращению выбросов загрязняющих веществ. Основные направления, позволяющие снизить эмиссии NО_x, СО, СН₄ и СО_2,включают в себя: разработку и внедрение новых типов малотоксичных ГТУ; модернизацию камер сгорания эксплуатируемых ГПА; исследования по влиянию режимных и эксплуатационных факторов; исследования процессов рассеивания и трансформации выбросов в атмосфере; мониторинг выбросов и состояния атмосферы; создание каталитических камер сгорания (эмиссия NО_x < 10 мг/м³).

В диссертационной работе рассмотрены математические модели и алгоритмы, позволяющие минимизировать энергозатраты на участке газопровода с несколькими компрессорными станциями при условии его полной загрузки. Основным методом расчета режима работы нагнетателя является использование его характеристик степени сжатия — , политропического КПД — и внутренней эффективной мощности нагнетателя , которые устанавливают эмпирическую зависимость между указанными параметрами нагнетателя, его объемной производительностью и частотой вращения вала. Для этих целей рекомендуется использование полиномов 3-й степени.

Степень сжатия:

— (7)

Политропический КПД:

— (8)

Относительная приведенная внутренняя мощность:

(9)

где a, b, c, d — коэффициенты аппроксимации соответствующей приведенной характеристики; q_пр — объемный приведенный расход:

(10)

где — объемный приведенный расход на входе нагнетателя, м³/мин или м³/с; — относительные обороты; ().

(11)

где — номинальный расход топливного газа, тыс. м³/ч; N_н — номинальная мощность, кВт; — номинальный КПД ГТУ; — номинальная низшая удельная объемная теплота сгорания топлива (принимается равной 34500 кДжм³); — расчетная температура атмосферного воздуха, К; — номинальная температура воздуха, К; — расчетное давление воздуха, МПа; — номинальное давление воздуха, МПа; — коэффициент технического состояния; — обычно учитывается в составе .

Потребление топливного газа за расчетный период определяют по формуле:

(12)

где — время расчетного периода.

В диссертации приведен алгоритм для решения задачи оптимального управления (режимов работы всех компрессорных станциях подсистемы) с целью минимизации затрат на перекачку газа, т.е. минимизацию суммарной стоимости газа, израсходованного газотурбинными установками, и электроэнергии на электроприводных установках для принципиальной расчетной схемы магистрального газопровода, изображенной на рис. 8, с указанием граничных параметров.

Рис. 8. Принципиальная расчетная схема газопровода

Общий вид уравнения, по которому строится итеративный процесс, можно записать в следующем виде:

. (13)

Функция представляет собой суммарные затраты на первых j шагах при условии, что траектория оптимальна. Функция — представляет собой затраты на j-м элементе системы при условии, что давление перед ним равно , а после него . При этом для фиксированных и можно найти такое управление , при котором функция цели была бы минимальной (минимизация проводится по тем значениям , которые приводят к данной величине ).

(14)

В качестве примера реализации данного алгоритма в диссертационной работе рассмотрен газопровод длиной 963 км, диаметром 1420 мм, включающий в себя 3 нитки и 9 компрессорных станций. Полученные результаты оптимизации для данной газотранспортной системы, показывают, что разработанные алгоритмы могут быть использованы для практического применения с целью определения эмиссий загрязняющих веществ при работе компрессорных станций на магистральных газопроводах. Рассчитываемые режимы работы компрессорных станций позволяют минимизировать объемы сжигаемого на ГПА природного газа при заданной производительности газопровода. В качестве практической реализации предлагаемого подхода проведена оценка геоэкологических рисков при реконструкции и развитии газотранспортной системы Средняя Азия-Центр, представленная в пятой главе.

Мониторинг, диагностика и предупреждение утечек на магистральных газопроводах как способ управления геоэкологическими рисками.

Для магистральных газопроводов надежность их работы имеет важнейшее значение. Это объясняется современными требованиями безопасности, экологии и экономики. Наибольшую опасность для окружающей среды представляют утечки на газотранспортных системах. Эта опасность связана как с прямым воздействием вредных загрязняющих веществ на биотические и абиотические компоненты окружающей среды и человека, так и с косвенным, обусловленным воспламенением природного газа и возникновением пожаров. Вероятность утечек и связанных с ними геоэкологических рисков резко возрастает с увеличением возраста газопроводов, особенно в интервале 30-40 и более лет. В диссертации приведены статистические модели, позволяющие прогнозировать объемы утечки газа в целом по всем видам отказов, а также по отдельным причинам отказов. Для оценки объемов выбросов газа использованы вариационные ряды, полученные на основе статистики аварийных ситуаций на линейной части газопроводов с детальной разбивкой на интервалы по величине утечек. Среднее значение объемов утечек и среднеквадратичное отклонение s рассчитаны из соотношений:

(15)

где k — количество интервалов в вариационном ряду; Vc_i— среднее значение объема утечки i-го интервала; P_i— эмпирическая вероятность i-го интервала.

Для получения прогноза объемов утечек выдвинута гипотеза, что статистические данные по аварийным ситуациям подчиняются закону Вейбулла, функция распределения F(V) которого имеет следующий вид

(16)

где a — параметр масштаба; b — параметр формы.

В диссертационной работе на основе имеющейся статистики утечек в магистральных газопроводах были получены следующие параметры модели: = 243,5 т; ? = 582,3 т; b = 0,5; a = 120 т; значение критерия c² = 2,591. Проверка принятой гипотезы по критерию согласия Пирсона показывает, что для вариационного ряда, состоящего из 10 интервалов с семью степенями свободы (r = 7) критическое значение критерия = 14,1. Поскольку c²< , можно сделать вывод о целесообразности использования распределения Вейбулла для прогнозирования объема утечки при транспортировке газа.

Предложенный подход дает возможность оценивать экономические последствия от воздействия газопроводов на окружающую среду. При этом возникают два способа расчетов экономических последствий. Во-первых, можно рассчитать предотвращенный экологический ущерб, связанный с загрязнением атмосферы вредными соединениями (соединения тяжелых металлов, серы и азота, летучие органические вещества). Во-вторых, метан, как основной компонент природного газа, является соединением, обладающим парниковым эффектом, и его выбросы напрямую связаны с экономическими механизмами Киотского Протокола. Поскольку в настоящее время суммарные выбросы парниковых газов (метан и двуокись углерода) в ЕСГ России составляют более 70 млн т СО₂-эквивалента/год, то сокращение выбросов метана, парниковый эффект которого более чем в 20 раз выше такого для углекислого газа, может принести заметный экономический эффект как компании «Газпром», так и государству. Существуют различные механизмы продажи квот на выбросы парниковых газов на имеющихся европейских и азиатских биржах, и современные цены колеблются от 12 до > 100 ? за 1 т СО₂-эквивалента.

Таким образом, сочленение двух экономических механизмов (предотвращенный экологический ущерб и продажа квот на выброс парниковых газов) позволит получить финансовые рычаги управления геоэкологическим риском за счет различных технологических мероприятий по снижению объемов утечек газа на магистральных газопроводах.

Оптимизация выбросов природного газа при проведении планово-ремонтных работ на газопроводах с целью снижения геоэкологических рисков

В последние годы для газотранспортной системы Единой системы газификации России (ЕСГ) характерно постоянное увеличение объемов работ по диагностике и капитальному ремонту линейной части, что приводит к увеличению частоты отключений линейной части отдельных газопроводов и соответствующему росту объемов стравливания газа, оказывающего вредное воздействия на окружающую среду. В перспективе ситуация только усложнится: в связи с продолжающимся старением газопроводов число участков, подлежащих ремонту, будет неуклонно увеличиваться.

Анализ план -графиков ремонтно-диагностических работ показал, что отключения участков газопроводов во время ремонтов приводят к значительному падению технически возможной производительности (ТВП), в рамках ЕСГ сопоставимому с выводом из эксплуатации 1-2 газопроводов диаметром 1420 мм. Такие оценочные расчеты проведены с учетом системного эффекта — частичной компенсации отключения участков газопроводов за счет регулирования режимов работы компрессорных станций. Неучет системного эффекта приводит к завышенным оценкам снижения технически возможной производительности.

Указанные факторы привели к необходимости разработки методических подходов к оптимизации ремонтно-диагностических работ по времени их проведения, построенной на принципах системного подхода. В качестве основного критерия принята максимизация объемов проводимых работ при выполнении плана транспорта газа в рамках выделенного лимита времени и средств, а дополнительным критерием — максимизация технически возможной производительности при фиксированном объеме ремонтных работ. Принципиальным моментом разработанного подхода являлось то, что все ремонтные работы (отключения на линейной части) рассмотрены системно, в динамике и с учетом влияния на пропускную способность всей газотранспортных систем.

В диссертационной работе предлагается перед проведением ремонтных работ перераспределить потоки газа так, чтобы минимизировать функционал вида:

F = Q_k => min, (17)

где Q_k — поток по k-й дуге, на которой запланированы ремонтные работы.

Решение этой задачи позволит снизить остаточный объем газа в ремонтируемом участке газопровода до нижней допустимой границы. При этом минимизировать количество (вес) природного газа, остающегося в трубопроводе, можно лишь за счет снижения давления на входе в компрессорную станцию после ремонтируемого участка до минимально возможного значения P_вх._min.

Следует отметить, что задача минимизации объемов стравливаемого газа характеризуется переходом от одного стационарного состояния, к другому и для ее решения потребуется применение нестационарных моделей.

Анализ исследований различных авторов показывает, что в качестве основных уравнений для моделирования остановки участков магистральных газопроводов целесообразно использовать одномерные неустановившиеся изотермические уравнения движения и неразрывности:

(18)

где P — давление в трубопроводе; G — массовый расход; W — скорость потока газа; x — текущая координата длины газопровода; F — площадь поперечного сечения трубы; D — диаметр трубы; r — плотность газа; x — коэффициент гидравлического сопротивления.

Продифференцируем второе уравнение системы (18) по переменной x и, переписав исходную систему в виде конечно-разностного аналога, после подстановки получим:

(19)

где Dx — шаг интегрирования по длине; i — номер узла; Dt — шаг интегрирования по времени; a₁ = — W; a₂ = — F;

Для расчета распределения массового расхода по длине газопровода целесообразно использовать метод прогонки, для чего перепишем первое уравнение системы (18) в виде

(20)

где

При известных значения давления определяется из соотношения:

(21)

Для корректировки параметров давления и температуры использована известная схема «предиктор — корректор».

Изложенный алгоритм расчета переходных режимов позволяет оценить время установления переходного режима (рис. 9). Расчеты выполнены для 100-километрового газопровода (координата начала ремонтируемого участка принята X₀= 20 км). Как видно из графика, примерно через 30 мин (даже при условии, что ремонтируемый участок расположен в начале трубопровода) переходной режим завершается. Это говорит о том, что время работы газоперекачивающих агрегатов в неэффективном режиме незначительно и, следовательно, предложенный подход не приведет к значительному перерасходу топливного газа и существенным дополнительным выбросам загрязняющих веществ.

Таким образом, исходя из вышеизложенного, можно оценить суммарные объемы выбросов загрязняющих веществ (например, соединений серы — H₂S) при остановке участка газопровода на ремонт:

H₂S = ?_sg, (22)

где ?_s— мольная доля H₂S в составе природного газа.

Рис. 9. Динамика переходного режима давления при остановке участка газопровода

В частности, для рассматриваемого примера остановка участка газопровода без предварительной оптимизации режима приведет к выбросу H₂S в объеме 500 т (содержание H₂S в составе природного газа, например, Астраханского месторождения, принято в среднем 25%), а после проведения соответствующих расчетов — 350 т.

Полученные величины сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу позволяют оценить предотвращенный экологический ущерб. Укрупненную оценку величины предотвращенного ущерба от выбросов загрязняющих веществ в воздух можно проводить как для одного крупного источника, так группы оцениваемых источников по формуле

(23)

где — величина экономической оценки удельного ущерба от выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух для r-го экономического района РФ, руб./усл.т; — приведенная масса выбросов загрязняющих веществ, соответственно, на начало и конец расчетного периода, усл.т, — коэффициент экологической ситуации и экологической значимости состояния атмосферного воздуха территорий экономических районов России; J_д — индекс-дефлятор по отраслям промышленности, устанавливаемый Минэкономики России на рассматриваемый период и доводимый до территориальных природоохранных органов.

В регионах с уже имеющимся высоким фоновым уровнем загрязнения окружающей среды может быть рассчитан показатель удельного ущерба от выброса одной условной тонны загрязняющих веществ Этот показатель определяется как отношение суммарной оценки величины нанесенного ущерба от выбросов загрязняющих веществ при ремонте участка газопровода за определенный период времени к приведенной массе выбросов загрязнений, имевших место в тот же период времени в рассматриваемом r-м регионе (с учетом массы трансграничного переноса):

, (24)

где — экономическая оценка нанесенного ущерба по i-му фактору от выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в r-м регионе, тыс. руб./год; M_ar — приведенная масса фактических выбросов загрязняющих веществ за отчетный период времени в r-м регионе, тыс. усл. т/год.

Значения показателя удельного ущерба от выброса одной условной тонны загрязняющих веществ для основных экономических районов РФ определены в виде нормативного материала. Кроме того, необходимо учитывать ущерб от потерь природного газа. По предварительным расчетам, величина предотвращенного экологического ущерба для рассмотренного примера значительно превышает стоимость необходимых подготовительных технологических операций.

Таким образом, предложенный подход к оптимизации выбросов природного газа при проведении планово-ремонтных работ на газопроводах позволяет существенно сократить потери перекачиваемого газа и снизить поступление вредных веществ в окружающую среду. В свою очередь, это позволяет оптимизировать управление геоэкологическими рисками.

В четвертой главе предложены принципы страхования геоэкологических рисков газовой промышленности Российской Федерации.

В работе проведен анализ структуры и методология оценки ущербов, вызванных проявлением геоэкологических рисков. Проявление геоэкологических рисков на объектах нефтегазового комплекса может привести к масштабным экономическим последствиям. Например, средняя стоимость ликвидации одной аварии и ее последствий при добыче нефти составляет около 0,5 млн руб.

Геоэкологические риски относят одновременно к техногенно-природным и природно-техногенным. Это отражает их двойственную природу, когда объект газовой отрасли и природная среда одновременно являются источником и реципиентом риска. Данная особенность геоэкологических рисков находит свое отражение и в структуре ущерба, вызванного их проявлением. В общем случае последствия проявления геоэкологических рисков в газовой отрасли могут привести к следующей цепочке: последствия — потери — ущерб — возмещение. Учитывая двойственную природу рассматриваемых рисков, каждая из составляющих данной цепочки относится как объекту газовой отрасли, так и к природной среде.

Структура ущерба от геоэкологических рисков в газовой отрасли имеет общие черты со структурой ущерба от различных аварий, катастроф и чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а кроме этого, целый ряд специфических особенностей (наличие обратных связей, инициирующих или усиливающих проявление риска). Выполненный анализ показал, что наиболее корректным является подход, описанный в рекомендациях Комиссии ООН, учитывающий не только прямые и косвенные составляющие, но и вторичные (глобальные, общегосударственные) эффекты техногенных и природных катастроф. Оценку ущерба от вторичных последствий проявления геоэкологических рисков целесообразно выполнять в долях от прямого и косвенного ущербов на основании статистических данных или экспертными методами.

В работе рассмотрены экономические механизмы управления геоэкологическими рисками. Система экономических механизмов управления рисками включает большой набор организационно-экономических и экономических методов, которые можно разделить на методы предупреждения (снижение рисков) и методы смягчения тяжести последствий проявления различных рисков, включая геоэкологические. Организационно-экономические механизмы снижения рисков, в том числе и геоэкологических, включают: рациональное размещение производительных сил и поселений с точки зрения их природной и техногенной безопасности; подготовку объектов экономики и систем жизнеобеспечения населения к устойчивому функционированию в чрезвычайных ситуациях; обновление основных производственных фондов; декларирование промышленной безопасности опасных промышленных объектов; экономическое стимулирование деятельности по предупреждению проявления рисков; государственную экспертизу, надзор и контроль в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций.

В части экономических механизмов смягчения последствий проявления геоэкологических рисков использовано понятие «финансирования риска», возникшее в последнее десятилетие и применимое, прежде всего, к катастрофическим рискам. К числу наиболее часто используемых методов финансирования риска или покрытия убытка относят следующие: покрытие убытка из текущего дохода; из резервов; за счет использования займа; на основе самострахования; на основе страхования; на основе нестрахового пула; за счет передачи этого финансирования на основе договора; на основе поддержки государственных и/или муниципальных органов; на основе спонсорства.

В работе предложены основные схемы страховой защиты объектов газовой отрасли от геоэкологических рисков. В качестве основных видов страхового возмещения ущерба от проявления геоэкологических рисков используются: обязательное страхование ответственности за причинение вреда при эксплуатации потенциально опасных объектов; обязательное страхование имущества физических и юридических лиц, расположенных в зонах возможного воздействия поражающих факторов опасных природных и техногенных явлений; добровольное и обязательное личное страхование работников работодателями от производственных рисков; добровольное личное и имущественное страхование от стихийных бедствий; экологическое страхование.

В отличие от техногенных рисков в России в настоящее время практически отсутствует налаженный механизм страхования рисков, связанных с экстремальными природными явлениями, что делает его наиболее слабым звеном в системе предупреждения чрезвычайных ситуаций в стране. Применяемое в настоящее время добровольное страхования от природных чрезвычайных ситуаций (ЧС) играет весьма незначительную роль. В России на сегодняшний день практикуют два вида страхования экологических рисков: экологическое и гражданской ответственности, причем экологическое страхование осуществляется добровольно. К числу факторов, сдерживающих развитие экологического страхования, относят следующие: отнесение расходов по страхованию ответственности на прибыль предприятий и отсутствие значительных прецедентов судебных исков по ответственности за загрязнение окружающей среды в российской судебной практике.

В диссертации предложены математические модели обоснования страховых сумм (лимитов ответственности) и страховых тарифов для рассматриваемого класса рисков. При расчете нетто-ставки страхования применительно к геоэкологическим рискам целесообразно использовать «принцип среднеквадратичного отклонения», который декларирует равенство величины взносов, собираемых за полный срок страхования, ожидаемой величине (т.е. среднему значению) выплат по страховым случаям, сложенной с «рисковой надбавкой», пропорциональной среднеквадратичному отклонению от среднего значения. Введение надбавки диктуется необходимостью обеспечения устойчивости деятельности страховщика, т.е. уменьшения вероятности его разорения.

Нетто-ставка тарифа страхования состоит из базовой величины и рисковой надбавки:

где — базовое значение нетто-ставки тарифа страхования; — рисковая надбавка.

Базовое значение нетто-ставки тарифа страхования соответствующего вида страхования геоэкологических рисков (имущественное страхование, страхование ответственности) j-го типа, вызванных причиной ?, определяют по формуле:

где — среднее значение ущерба от проявления геоэкологического риска; — страховая сумма (максимальное или наиболее вероятное значение ущерба) или лимит ответственности за причиненный ущерб; — частота проявления геоэкологических рисков.

Страховая премия-нетто (страховой взнос) по договору имущественного страхования или страхования ответственности рассчитывается на основании соответствующего тарифа-нетто и страховой суммы (лимита ответственности):

где — базовое значение нетто-ставки тарифа имущественного страхования или страхования ответственности за проявление j-го типа геоэкологического риска, вызванного причиной ?.

В случае, если известно среднеквадратичное отклонение величины ущерба от проявления геоэкологических рисков j-го вида, вызванного ?-й причиной, то оценку рисковой надбавки осуществляют по формуле

где — коэффициент, значения которого определяются в зависимости от требуемого уровня платежеспособности страховой компании ?, значения которого приведены в табл. 1; — среднеквадратичное отклонение ущерба от проявления геоэкологического риска j-го типа, вызванного ?-й причиной; — число объектов страхования, подвергающееся j-му типу геоэкологического риска.

Таблица 1.

Значения коэффициента ?(?)

?	0,84	0,9	0,95	0,98	0,999
?(?)	1,0	1,3	1,645	2,0	3,0

Расчет базового значения нетто-ставки тарифа имущественного страхования или страхования ответственности с учетом условной франшизы осуществляют по формуле:

где — среднее значение ущерба, возмещаемого самим потребителем, руб.

В общем случае выбор метода (модели) оценки страховых тарифов зависит от наличия и качества статистических данных, требуемой точности оценки, вида страхуемого риска и ряда других условий.

Оценку геоэкологического риска здоровья населения и состояния окружающей среды на рассматриваемой территории воздействия газовой промышленности осуществляют с использованием двух подходов. Во-первых, на основании инвентаризации выбросов вредных веществ в атмосферу делают расчет концентраций различных нормируемых соединений в приземной слое воздуха на территории района и сопоставление их с принятыми ПДК и заболеваемостью проживающего населения. Во-вторых, осуществляют расчет устойчивости наземных и водных экосистем к поступлению загрязняющих соединений с использованием величин КН, которые затем сравнивают с имеющимся поступлением выбрасываемых химических соединений в атмосферу, поверхностные и грунтовые воды и их складированием на свалках твердых отходов, что дает возможность оценить наличие превышений критических нагрузок. Сопоставительный анализ полей концентраций и величин превышений критических нагрузок позволяет охарактеризовать экологическую ситуацию в различных частях региона как на городских и сельских территориях, так и различных незаселенных пространствах, также подвергающихся воздействию выбросов предприятий газовой промышленности.

Применение такого реалистичного и научно-обоснованного подхода позволяет запустить механизм экострахования геоэкологических рисков для предприятий газовой отрасли, учитывающий возможности всех участников страховых отношений.

В пятой главе диссертации рассмотрены геоэкологические риски при формировании концепции развития газовой промышленности на долгосрочную перспективу.

Применение подходов системного анализа при оценке геоэкологических рисков наиболее актуально на различных стадиях разработки новых перспективных месторождений, особенно таких, как газовые и нефтяные месторождения Крайнего Севера, в особенности, центральной, северо-западной и северной частей п-ва Ямал. Одним из наиболее крупных является Бованенковское газоконденсатное месторождение, БГКМ, суммарные запасы газа в котором оцениваются на уровне 4 ? 10¹² м³, что позволяет при годовом отборе газа до 120 ? 10⁹ м³эксплуатировать месторождение более 50 лет.

В работе проведен качественный и количественный анализ систематических выбросов (ЗВ), образующихся при работе основных технологических объектов БГКМ. Приведены расчеты полей концентрации окислов азота NO_x в летний и зимний периоды от различных источников выбросов при использовании различного технологического оборудования. Окислы азота, поступающие в окружающую среду в результате техногенной деятельности (технологического цикла добычи и транспортировки природного газа), обусловливают риск возникновения в экосистемах двух типов негативных эффектов, связанных (1) с изменением (повышением) кислотности почв и (2) эвтрофированием биогеоценозов. Характер и степень выраженности этих процессов в различных природных комплексах неодинаковы и зависят от целого ряда ландшафтно-геохимических, биоклиматических и других факторов, определяющих вероятность проявления геоэкологических рисков и устойчивость экосистем. Представленные в диссертации данные позволяют проранжировать территорию БГКМ по уровням КН как по кислотности, так и азотным выпадениям. Различные геоботанические контуры обладают разной устойчивостью к кислотным осадкам и выпадениям азота. Более того, ранжирование по суммарному критерию устойчивости к обоим типам нагрузки позволяет выделить территории с наибольшей уязвимостью и относительной устойчивостью. Так, к наиболее устойчивым таксонам отнесены типы травяно-моховых ивняков и кустарниковые тундры, расположенных вдоль рек. К наименее устойчивым типам — сфагновые болота, расположенные на возвышенных участках. Интегральные характеристики распределения площадей по критериям нагрузок с учетом оленеемкости пастбищ представлены в табл. 2.

Показано, что в районе такого объекта как установка комплексной подготовки газа (УКПГ1) окружающие ландшафты относительно устойчивы к антропогенным нагрузкам. Однако для УКПГ2 и УКПГ3 окружающие ландшафты оказываются во многом менее устойчивы. В связи с этим в задачи территориального мониторинга с учетом поэтапного ввода мощностей входит отработка моделей адекватного прогнозирования негативного влияния антропогенных нагрузок на природные ландшафты уже на первом этапе освоения БГКМ. Это позволит в дальнейшем с большей уверенностью проводить наращивание мощностей с учетом требований к сохранению окружающей среды.

Таблица 2.

Интегральные характеристики распределения территории БГКМ по уровням критических нагрузок, % площади

Кислотность (H)
I_H		II_H			III_H
58,8		12,3			28,9
Выпадения азота (N)
I_N		II_N			III_N
58,7		15,8			25,5
Суммарный критерий по (H) и (N)
I_S	II_S		III_S	IV_S		V_S
40,2	26.4		10,7	1,8		20,9

Помимо величин критических нагрузок, позволяющих провести сопоставительный анализ устойчивости различных экосистем в зоне активного или потенциального антропогенного воздействия, должны быть охарактеризованы величины превышений критических нагрузок, для чего существует специальная методология и соответствующий математический аппарат. В расчетах превышений, как показано ранее, использованы уровни 99; 95; 50% и т.д. защищенности экосистем (в европейских странах согласован уровень 95% защищенности). Поэтому в соответствии с планируемым ростом добычи газа был составлен прогноз изменения величин превышений критических нагрузок (КН) азота, представленный в табл. 3. Видно, что только при полном освоении БГКМ и добыче газа в объеме около 115 млрд м³/год может быть превышена интегральная критическая нагрузка по азоту на величину 3,11 кг/га · год. Что касается серы, то на основании прогнозных расчетов, эмиссия сернистого ангидрида является величиной относительно незначительной и может составить к моменту полного освоения производственных мощностей порядка 470 т/год. При этом превышение критических нагрузок достигнуто не будет.

Таблица 3.

Изменение величины превышения критических нагрузок азота

Период после начала освоения	Объем переработки газа, млрд м³/год	Суммарная эмиссия NO_x, тыс. т/год	Выпадения азота, кг/га · год	Превышения величин КН, кг/га · год
1	—	—	0,41	— 11,33
5-6	30	3,6	2,8	— 8,94
9-10	78	7,7	4,9	— 7,65
18-20	115	10,3	14,85	+ 3,11

Воздействие на растительный покров окислов азота и продуктов его фотохимических превращений в разной степени угнетает различные виды растительности. Более того, экспериментально установлено, что угнетение одних видов растительности зачастую приводит к изменению баланса в растительном сообществе, состоящем из различных видов. В результате через определенный период может увеличиваться доля более стойких к загрязнителям растений местной флоры.

Для оценки вероятности проявления геоэкологических рисков, связанных с загрязнением атмосферы и прогноза последствий негативного влияния выбросов окислов азота промысловыми объектами на территории БГКМ, было проведено ранжирование территории по ее заселенности различными по устойчивости к загрязнителям растительными сообществами. В результате анализа среди многочисленных видов растительных сообществ п-ва Ямал были выделены три основные группы, занимающие в естественных условиях более 70% площадей: мхи; лишайники и злаковые. Оценена динамика схода растительности в зависимости от атмосферы (рис. 10.) для создания единой системы прогноза развития территории БГКМ.

Рис. 10. Динамика изменения растительных сообществ при эксплуатации БГКМ

В диссертационной работе проведена оценка геоэкологических рисков при разработке месторождений с низконапорным газом. В настоящее время в различных газодобывающих регионах возрастает количество месторождений с низконапорным газом, который нельзя добывать с использованием традиционных технологических приемов. Тем не менее, использование таких месторождений представляет значительный производственный и экономический интерес, хотя это и связано с вероятностью геоэкологических рисков геологической и производственной природы. В 2005 г. более половины всего газа по ОАО «Газпром» было добыто из сеноманских залежей трех уникальных месторождений: Медвежьего, Уренгойского и Ямбургского. Проектами разработки предусмотрено извлечение из сеноманских залежей примерно 90% от утвержденных запасов газа. При существующих в настоящее время технике и технологии добычи газа можно довести коэффициент газоотдачи из указанных залежей до 94-95%. Объем этих пяти дополнительно добытых процентов газа эквивалентен извлекаемым запасам уникального месторождения, которое нужно разведать, разбурить, обустроить и соединить газопроводом с ЕСГ.

Снижение пластового давления в сеноманских залежах и появление в продукции газовых скважин воды и механических примесей вызвало серьезные осложнения в работе остальных подсистем: промыслового сбора, компримирования и промысловой подготовки газа, — потребовало (особенно в последней подсистеме) замены и модернизации оборудования. В связи с падением общих годовых отборов из сеноманских залежей на завершающей стадии разработки и ростом затрат на ремонты скважин, а также необходимости капитальных вложений на бурение дополнительных, ранее не предусмотренных скважин и проведение модернизации и технического перевооружения промыслов резко возрастает в этот период себестоимость добычи газа. Следовательно, необходима государственная поддержка, например, в виде налоговой оптимизации. В диссертации рассмотрен ряд соответствующих предложений для проведения прогнозных расчетов технологических и экономических показателей различных вариантов разработки и эксплуатации сеноманских залежей на полный жизненный цикл до момента ликвидации или консервации залежей с достижением коэффициентов промышленной газоотдачи 94-95%.

В диссертации дано описание методологии для оценки геоэкологического риска в зонах воздействия магистральных газопроводов, основанной на расчетах и картографировании величин критических нагрузок поллютантов и их превышений. Рассмотрены как новые магистральные газопроводы «Ямал-Запад», наземная часть «СЕГ-Североевропейский газопровод», так и реконструируемый газопровод «Средняя Азия-Центр, САЦ». Ниже приведен пример расчетов геоэкологических рисков для магистрального газопровода САЦ.

Ввиду того, что газопроводы Средней Азии физически и морально устарели, «Газпром» начал реализацию программ, направленных на ремонт и реконструкцию газотранспортных систем «Бухара-Урал» и САЦ. В связи с предполагаемым увеличением объемов поставок газа по ГТС «Бухара-Урал» (с 7 до 20 млрд м³) и САЦ (с 45 до 80) необходимо оценить возможные геоэкологические риски от выбросов вредных веществ, содержащихся в природном газе. Расчеты проведены на основе данных по текущим и перспективным поставкам газа по газопроводам Средней Азии соответственно на 2005 и 2010 годы (табл. 4.). Сравнение с величинами рассчитанных критических нагрузок свидетельствуют об отсутствии геоэкологических рисков при оптимистическом сценарии (внедрение мало эмиссионных ГПА с высоким КПД сжигания газа).

Таблица 4.

Сопоставление объемов выбросов NOx на газокомпрессорных станциях ГТС САЦ

Наименование участка	Количество ГКС	Объем выброса, до расширения ГТС, т	Объем выброса, после расширения ГТС, т
Консервативный сценарий
Газли — Хива	2	825	2060
Белек — Бейнеу	4	205	1030
Шатлык — Хива	3	3610	5155
Хива — Бейнеу	5	4435	7220
Бейнеу — Ал. Гай	6	4640	8250
Оптимистический сценарий
Газли — Хива	2	825	1145
Белек — Бейнеу	4	205	570
Шатлык — Хива	3	3610	2865
Хива — Бейнеу	5	4435	4110
Бейнеу — Ал. Гай	6	4640	4585

Оценка геоэкологических рисков на объектах хранения и переработки газа. При переработке природных газов и их хранении геоэкологические риски во многом сводятся к парниковым эффектам, что обусловлено выбросами диоксида углерода, метана и закиси азота. В среднем в структуре выбросов загрязняющих веществ 61% массы приходится на метан. Выбросы оксидов углерода, азота и серы составили соответственно 616,1; 180,4 и 71,1 тыс. т. Доля прочих твердых и газообразных веществ, включая летучие органические соединения, в сумме равняется приблизительно 2,1% (2005 г.).

Использование системного анализа позволяет рассмотреть и вопросы управления геоэкологическими рисками с применением методов газохимии, например, для переработки небольших потоков природного газа с малых месторождений. Важное значение имеют и рассмотренные выше подходы к энергосбережению.

Кроме того, для компенсации многолетней неравномерности газопотребления и добычи, обеспечения газоснабжения при форс-мажорных ситуациях в стране и в топливно-энергетической сфере необходим так называемый долгосрочный резерв газа. К настоящему времени в системе ПХГ сформированы значительные объемы долгосрочных и потенциальных резервов, продиктованные условиями газопотребления и добычи последних нескольких лет. Этот газ добыт и уже доставлен в точки газопотребления, где и будет в дальнейшем использован. Его закачка на хранение осуществлена лишь в те ПХГ, где затраты на хранение минимальны. В то же время имеются значительные положительные моменты: улучшение технологических характеристик эксплуатации газохранилищ и возможность обеспечения надежности газоснабжения.

С учетом программы развития добычи и потребления газа предлагается к 2011 г. иметь в ПХГ РФ долгосрочный резерв не менее 24 млрд м³, что позволит гарантировать надежность поставок газа. Кроме того, долгосрочный резерв может выполнить еще одну важную функцию — обеспечить ремонтные работы на магистральных газопроводах. Дополнительная суточная производительность для реализации долгосрочного резерва определяется исходя из среднесуточной его реализации — 25 млн м³/сут. Это позволит существенно снизить вероятность геоэкологических рисков производственной и социально-экономической природы.

ВЫВОДЫ

1. Разработана методология системного подхода для анализа геоэкологических рисков как в целой газовой отрасли, так и в отдельных ее подотраслях. Проведен анализ геоэкологических рисков в газовой промышленности, представленной в виде сложного графа, дуги которого — существующие или перспективные участки газотранспортной системы, а узлы — объекты добычи, потребления, переработки, импорта и экспорта газа. Постулировано, что степень агрегирования рассматриваемого графа должна соответствовать уровню решаемых задач.

2. На основе применения методологических подходов системного анализа установлено, что вероятность проявления геоэкологических рисков существенно возрастает на современном уровне развития газовой промышленности Российской Федерации. Это обусловлено как состоянием существующих газоносных регионов, так и, в еще большей степени, необходимостью освоения новых газоносных регионов, расположенных в труднодоступных районах с суровыми природно-климатическими условиями и отсутствием требуемых технологий.

3. С применением адекватного математического аппарата разработаны модели для описания вероятности возникновения геоэкологических рисков во всех подотраслях газовой промышленности: при проведении геологоразведочных работ, добыче, транспорте, хранении и переработке природного газа. Применение таких моделей позволит не только рассчитывать вероятность возникновения геоэкологических рисков различной природы, но и создавать экономические механизмы управления этими рисками.

4. Выявлено, что взаимообусловленность геоэкологических рисков определяется техногенными процессами во всех подотраслях газовой промышленности и должна учитывать их особенности на региональном уровне. В свою очередь, все региональные особенности проявления факторов геоэкологического риска должны рассматриваться в рамках газовой отрасли на этапе синтеза с учетом синергетического эффекта.

5. С применением количественных методов оценки выбросов загрязняющих веществ обосновано, что комплексная реализация программы газосбережения является важнейшим инструментом для управления геоэкологическими рисками и позволяет уменьшить последствия, связанные с воздействием газопроводов на окружающую среду. Среди приемов управления этими рисками могут быть технологические (применение малоэмиссионных ГПА с высоким КПД, труб с внутренним покрытием для уменьшения силы трения при транспортировке газа, создание ледостойких платформ и комплексов подводного бурения), финансово-экономические (оптимизация финансовых потоков, государственная поддержка на внутреннем рынке, налоговая политика) и системные (решение оптимизационных задач как для всей ЕСГ, так и для ее подсистем) методы.

6. Показано, что количественная оценка геоэкологического риска может быть выполнена с использованием международной методологии критических нагрузок. Разработан соответствующий алгоритм для расчетов и управления риском, применение которого было опробовано для различных территорий при формировании перспектив развития газовой отрасли.

7. Систематизированы методы оценки ущерба от проявления геоэкологических рисков, учитывающие их двойственную природу. Развиты методы обоснования тарифов и лимитов ответственности (страховых сумм) страхования рассматриваемых рисков. Разработаны подходы к созданию системы страхования геоэкологических рисков в различных подотраслях газовой промышленности, что позволяет управлять финансовой ответственностью при вероятностном проявлении экономических потерь, включая предотвращенный экологический ущерб.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Энергосберегающие технологии при добыче, транспорте и использовании газа в России и за рубежом: аналитический альбом / Б.В. Будзуляк, К.Ю. Чириков, Л.В. Жилина, Р.О. Самсонов и др./Под ред. А.И. Гриценко. — М.: ВНИИГАЗ, 1997. — 298 с.

2. Самсонов Р.О. Научные основы управления геоэкологическими рисками в газовой промышленности. — Тула: Изд-во ТГУ, 2006. — 297с.

3. Самсонов Р.О., Казак А.С., Башкин В.Н., Лесных В.В. Системный анализ геоэкологических рисков в газовой промышленности. — М.: Научн. мир, 2007. 294 с.

4. Бухгалтер Э.Б., Самсонов Р.О., Пысина Н.Б., Загородняя А.А. Ведомственная экологическая экспертиза проектов. — М.: Научн. мир, 2007. — 382 с.

Статьи и материалы конференций

5. Gritsenko A.I., Vasiliev Yu.N., Samsonov R.O. Transport gasification in the Commonwealth of Independent States//The 3-rd Biennual International Conference and Exhibition on Natural gas vehicles (Goterborg, 22-25 September, 1992). P. 135-149.

6. Васильев Ю.Н., Гайнуллин Ф.Г., Самсонов Р.О., Чириков К.Ю. Блимготов Ш.Р. Адсорбционные системы хранения газа на транспортных средствах//Газовая промышленность, 1996. № 3-4. С. 17-20.

7. Роднянский В.М., Бухгалтер Э.Б., Кяргес А.А., Самсонов Р.О. Экологические проблемы эксплуатации АГНКС//Защита от коррозии и охрана окружающей среды// ВНИИОЭНГ, 1997. № 4-5. С. 24-27.

8. Самсонов Р.О., Сапожников А.Б. Газовый центр ЕЭК ООН //Газовая промышленность, 1998. № 1. С. 18-21.

9. Самсонов Р.О., Сапожников А.Б. Газовый центр ЕЭК ООН: итоги деятельности// Газовая промышленность, 1998. № 3. С. 24-25.

10. Самсонов Р.О., Сафонов В.С. Повышение устойчивости функционирования ЕСГ в условиях возрастающих рисков//Газовая промышленность, 2006. № 8. С. 39-42.

11. Самсонов Р.О. Информационные технологии в газовой промышленности// Газовая промышленность, 1998. № 8. С. 11-13.

12. Самсонов Р.О., Бухгалтер Э.Б., Башкин В.Н., Сидорова И.Е. Переработка отходов для производства биометана — современные возможности и перспективы// Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе/ВНИИОЭНГ, 2006. № 12. С. 7-12.

13. Салюков В. В., Самсонов Р. О., Харионовский В. В. Повышение надежности эксплуатации магистральных газопроводов // Наука и техника в газовой промышленности. — 2006. — № 2. — С. 2-7.

14. Самсонов Р. О., Мирзоев Д. А. Стратегия освоения ресурсов углеводородов на шельфе Российской Федерации // Наука и техника в газовой промышленности. — 2006. — № 1. — С. 5-11.

15. Самсонов Р.О. Современное состояние подземного хранения газа в России: проблемы и перспективы//Газовый бизнес, 2006, ноябрь — декабрь. С. 36-39.

16. Самсонов Р.О. Газосбережение — важнейший фактор управления геоэкологическими рисками на магистральном транспорте газа//Экология и промышленность России, 2007. № 1. С. 14-23

17. Самсонов Р.О. Башкин В.Н. Казак А.С. Припутина И.В. Горлов Д.В. Оценка экологического риска в зонах воздействия магистральных газопроводов//Проблемы анализа риска. 2006. Т. 3. № 3. С. 238-249.

18. Самсонов Р.О., Кисленко Н.А., Казак К.А., Казак А.С. Анализ перспектив развития экспорта российского природного газа//Нефть, газ и бизнес, 2007. № 1-2. С. 12-19.

19. Самсонов Р.О. Методология формирования схемы развития и реконструкции газотранспортной системы РФ// «Нефтегазовое дело». Уфа, 2007. 10 с.

20. Samsonov R.О. Methodology of the formation of the master plan for development and reconstruction of the UGSS gas transportation system. Oil and gas business, 2007, 10 p.

21. Самсонов Р.О. Лесных В.В. Изменение климата и геоэкологические риски газовой отрасли//Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях, 2007. № 1. С. 38-49.

22. Самсонов Р.О. Геоэкологические риски в газовой промышленности: системный подход//Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях, 2007. № 2. С. 19-28.

23. Самсонов Р.О. Казак А.С. Башкин В.Н. Лесных В.В. Оценка геоэкологических рисков в газовой отрасли с использованием методов системного анализа//Управление риском, 2007. № 2. С. 58-72.

24. Самсонов Р.О. Управление геоэкологическими рисками: оптимизация работы КС на магистральных газопроводах//Нефтегазовое дело, 2007. 12 с.

25.Samsonov R.O. Geoecological risk management by optimizing the compressor plant operation at the natural gas main pipelines//Oil and gas business, 2007, 12 p.

26. Kазак А.С., Самсонов Р.О. Решение задач системного анализа для минимизации геоэкологических рисков на сложных магистральных газопроводах// Нефтегазовое дело, 2007. 14 с.

27. Kazak A.S., Samsonov R.O. The system analysis in tasks aimed at minimization of geoecological risks at complex gas main pipelines //Oil and gas business, 2007, 14p.

28. Самсонов Р.О.Оценка и управление геоэкологическими рисками в газовой отрасли//Нефтегазовое дело, 2007. 24 с.

29. Самсонов Р.О. Оптимизация управления геоэкологическими рисками при эксплуатации компрессорных станций на магистральных газопроводах//Системы управления и информационные технологии, 2007, 3-1.

30. Самсонов Р.О. Мониторинг, диагностика и предупреждение утечек на магистральных газопроводах, как способ управления геоэкологическими рисками//Системы управления и информационные технологии, 2007, 3-1

31. Самсонов Р.О., Крылов Д.А., Бухгалтер Э.Б. Повышение использования электроэнергии в газотранспортной системе ОАО «Газпром» — эффективный вклад в уменьшение выбросов в атмосферу парниковых газов//Сб. докл. международного конгресса «Эколого-энергетические основы устойчивого развития Европейского континента». -Варна, 2006. С. 23-26.

32. Самсонов Р.О., Башкин В.Н., Казак А.С. Геоэкологические риски в газовой промышленности: применение системного подхода. Охрана окружающей среды на объектах нефтегазового комплекса. Тез. Докл. конф. НТО нефтяников и газовиков. — Туапсе, 15-29 октября 2006. С. 7-8.

33. Самсонов Р.О., Бухгалтер Э.Б., Скрепнюк А.Б. Охрана окружающей среды на объектах нефтегазового комплекса. Тез. Докл. Конф. НТО нефтяников и газовиков. — Туапсе, 15-29 октября 2006. С. 23-24.

34. Bashkin V., Samsonov R. Biofuels: present stage and future R&D directions. Proc. Int. Conf. «The 2006 European Biofuels Forum». Р. 97-112.

35. Башкин В.Н., Самсонов Р.О., Казак А.С., Припутина И.В., Демидова О.А., Танканаг А.В. Использование ГИС-технологий для оценки величин критических нагрузок оксидов азота в зонах влияния газотранспортной системы Венесуэлы//Материалы совещания ГИС Ассоциации, 28 февраля — 4 марта 2007. Москва.

Теги: газосбережение |Рубрики: Обзоры и исследования | Комментарии к записи СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ В ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ отключены

GasForum

СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ РИСКОВ В ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ

Монографии

Статьи и материалы конференций

Поиск

Рубрики

Страницы

Ссылки