ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2020-6-1209-1222ipolytech-449Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGОсобенности определения критически важных объектов топливно-энергетического комплекса в исследованиях надежноcти топливо- и энергоснабженияDetermination features of fuel and energy complex critically important facilities in fuel and energy supply reliability studiesБересневаН. М.BeresnevaN. M.

Береснева Наталья Михайловна, кандидат технических наук, научный сотрудник Отдела энергетической безопасности

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130

Natalia M. Beresneva, Cand. Sci. (Eng.), Researcher of the Department of Energy Security

130, Lermontov St., Irkutsk, 664033

beresneva@isem.irk.ruПятковаН. М.PyatkovaN. M.

Пяткова Наталья Михайловна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник Отдела энергетической безопасности

664033, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130

Natalia M. Pyatkova, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher of the Department of Energy Security

130, Lermontov St., Irkutsk, 664033

nata@isem.irk.ruИнститут систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАНРоссияMelentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation20201201202124612091222Copyright © Береснева Н.М., Пяткова Н.М., 20212021Береснева Н.М., Пяткова Н.М.Beresneva N.M., Pyatkova N.M.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/449

Цель – определение критически важных для топливно-энергетического комплекса отраслевых объектов в условиях совместного функционирования отраслей, с учетом влияния системного эффекта и существующих механизмов структурной избыточности. Для определения критически важных объектов топливно-энергетического комплекса на базе моделей его функционирования в рамках поэтапных отраслевых и общеэнергетических исследований была предложена методика, построенная на методологии определения критически важных отраслевых объектов, на принципах оценки уязвимости элементов критических инфраструктур. Представленная методика отличается комплексностью и гибкостью оценки критичности отраслевых объектов, проводимой на базе сценарных вариантов функционирования топливно-энергетического комплекса. Методика дополнена формализованным представлением типовой оптимизационной общеэнергетической модели, унифицирующим взаимосвязь моделируемой в ней территориально-производственной структуры отраслевых систем, ее информационной базы с соответствующими технико-экономическими показателями и решаемых с ее помощью исследовательских задач. Оценка критичности объектов газовой отрасли приведена для 80 субъектов Российской Федерации. Приведены результаты апробации предложенной методики на примере определения критически важных объектов газовой отрасли с помощью модели функционирования топливно-энергетического комплекса с детализированной схемой Единой системы газоснабжения России. Данная апробация выявила различия в приоритетности критических объектов газовой отрасли и объектов топливно-энергетического комплекса, показала значительное влияние системного эффекта взаимосогласованного функционирования отраслей на топливо- и энергообеспечение потребителей. Полученные результаты подтверждают работоспособность методики, доказывают возможность ее использования для оценки критичности отраслевых объектов энергетики. Реализованная в методике схема исследований позволяет адекватно отразить ситуацию с топливо- и энергоснабжением потребителей при отключениях критически важных отраслевых элементов.

The purpose of the study is to identify industrial facilities that are critically important for the fuel and energy complex in the conditions of joint functioning of industries, taking into account the system effect and existing mechanisms of structural redundancy. To identify critically important facilities of the fuel and energy complex based on its operation models derived as a result of stage-by-stage sectoral and general energy studies, a methodology is proposed. It is based on the identification methods of critically important industry facilities on the principles of assessing vulnerability of critically important infrastructure elements. The presented methodology is characterized by the complex and flexible assessment of the critical importance of sectoral facilities, which is carried out on the basis of scenario options of fuel and ener gyomplex operation. The methodology is supplemented with a formalized representation of a typical general energy optimization model, which unifies the relationship between the territorial-production structure of the sectoral systems modeled in it, its information base with the corresponding technical and economic indicators, and the research problems solved with its help. The assessment of the critical importance of gas industry facilities is given for 80 constituent entities of the Russian Federation. The approbation results of the proposed methodology are given on the example of the identification of the critically important gas industry facilities using a model of fuel and energy complex operation with a detailed scheme of the Unified Gas Supply System of Russia. The approbation has revealed the differences in the priority of critically important facilities of the gas industry and the fuel and energy complex. It has also shown a significant influence of the system effect of the mutually coordinated functioning of industries on the fuel and energy supply of consumers. The results obtained confirm the efficiency of the methodology, prove the possibility of its use for assessing the critical importance of power industry branch facilities. The research scheme implemented in the methodology allows to obtain an adequate state of matters with the fuel and energy supply to consumers under cut-out critically important sectoral facilities.

критически важные объектытопливно-энергетический комплексотраслевые системыдвухэтапная схема определения критически важных объектов топливно-энергетического комплексамодель функционирования топливно-энергетического комплексакритерий значимости элементовcritically important facilitiesfuel and energy complexsectoral systemstwo-stage scheme for the identification of critically important facilities of the fuel and energy complexfuel and energy complex operation modelcriterion of element significanceReferencesSu Huai, Zio Enrico, Zhang Jinjun, Li Xueyi. A systematic framework of vulnerability analysis of a natural gas pipeline network // Reliability Engineering & System Safety. 2018. Vol. 175. P. 79–91. http://doi.org/10.1016/j.ress.2018.03.006Su Huai, Zio Enrico, Zhang Jinjun, Li Xueyi. A systematic framework of vulnerability analysis of a natural gas pipeline network. Reliability Engineering & System Safety. 2018;175:79–91. http://doi.org/10.1016/j.ress.2018.03.006Carvalho R., Buzna L., Bono F., Masera M., Arrowsmith D.K., Helbing D. Resilience of natural gas networks during conflicts, crises and disruptions // PloS ONE. 2014. Vol. 9. No. 3. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090265Carvalho R, Buzna L, Bono F, Masera M, Arrowsmith DK, Helbing D. Resilience of natural gas networks during conflicts, crises and disruptions. PloS ONE. 2014;9(3). https://doi.org/10.1371/journal.pone.0090265Zio E. Challenges in the vulnerability and risk analysis of critical infrastructures // Reliability Engineering and System Safety. 2016. Vol. 152. P. 137–150. http://doi.org/10.1016/j.ress.2016.02.009Zio E. Challenges in the vulnerability and risk analysis of critical infrastructures. Reliability Engineering and System Safety. 2016;152:137–150. http://doi.org/10.1016/j.ress.2016.02.009Johansson J., Hassel H., Zio E. Reliability and vulnerability analyses of critical infrastructures: Comparing two approaches in the context of power systems // Reliability Engineering & System Safety. 2013. Vol. 120. P. 27–38. https://doi.org/10.1016/j.ress.2013.02.027Johansson J, Hassel H, Zio E. Reliability and vulnerability analyses of critical infrastructures: Comparing two approaches in the context of power systems. Reliability Engineering & System Safety. 2013;120:27–38. https://doi.org/10.1016/j.ress.2013.02.027Popescu C.-A., Simion C.P. A method for defining critical infrastructures // Energy. 2012. Vol. 42. Issue 1. P. 32–34. http://doi.org/10.1016/j.energy.2011.09.025Popescu C.-A., Simion C.P. A method for defining critical infrastructures. Energy. 2012;42(1):32–34. http://doi.org/10.1016/j.energy.2011.09.025Augutis J., Jokšas B., Krikštolaitis R., Urbonas R. The assessment technology of energy critical infrastructure // Applied Energy. 2016. Vol. 162. P. 1494–1504. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.02.079Augutis J, Jokšas B, Krikštolaitis R, Urbonas R. The assessment technology of energy critical infrastructure. Applied Energy. 2016;162:1494–1504. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.02.079Zio E., Golea L.R. Analyzing the topological, electrical and reliability characteristics of a power transmission system for identifying its critical elements // Reliabiity Engineering & System Safety. 2012. Vol. 101. P. 67–74. https://doi.org/10.1016/j.ress.2011.11.009Zio E, Golea LR. Analyzing the topological, electrical and reliability characteristics of a power transmission system for identifying its critical elements. Reliabiity Engineering & System Safety. 2012;101:67–74. https://doi.org/10.1016/j.ress.2011.11.009Lu Weiwei, Su Meirong, Fath B.D., Zhang Mingqi, Hao Yan. A systematic method of evaluation of Chinese natural gas supply security // Applied Energy. 2016. Vol. 165. P. 858–867. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.12.120Lu Weiwei, Su Meirong, Fath BD, Zhang Mingqi, Hao Yan. A systematic method of evaluation of Chinese natural gas supply security. Applied Energy. 2016;165:858–867. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.12.120Han F., Zio E., Kopustinskas V., Praks P. Quantifying the importance of elements of a gas transmission network from topological, reliability and controllability perspectives, considering capacity constraints // Risk, Reliability and Safety: Innovating Theory and Practice. 2016. P. 2565–2571. https://doi.org/10.1201/9781315374987-389Han F, Zio E, Kopustinskas V, Praks P. Quantifying the importance of elements of a gas transmission network from topological, reliability and controllability perspectives, considering capacity constraints. Risk, Reliability and Safety: Innovating Theory and Practice. 2016;2565–2571. https://doi.org/10.1201/9781315374987-389Senderov S.M., Smirnova E.M., Vorobev S.V. Analysis of vulnerability of fuel supply systems in gas-consuming regions due to failure of critical gas industry facilities // Energy. 2020. Vol. 212. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118785Senderov SM, Smirnova EM, Vorobev SV. Analysis of vulnerability of fuel supply systems in gas-consuming regions due to failure of critical gas industry facilities. Energy. 2020;212. https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118785Pyatkova N., Beresneva N., Edelev A. Research of critical energy infrastructures taking into account energy security // Methodological Problems in Reliability Study of Large Energy Systems: E3S Web Conferences. 2017. Vol. 25. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20172501006Pyatkova N, Beresneva N, Edelev A. Research of critical energy infrastructures taking into account energy security. In: Methodological Problems in Reliability Study of Large Energy Systems: E3S Web Conferences. 2017;25. https://doi.org/10.1051/e3sconf/20172501006Senderov S.M., Vorobev S.V. Approaches to the identification of critical facilities and critical combinations of facilities in the gas industry in terms of its operability // Reliability Engineering & System Safety. 2020. Vol. 203. https://doi.org/10.1016/j.ress.2020.107046Senderov SM, Vorobev SV. Approaches to the identification of critical facilities and critical combinations of facilities in the gas industry in terms of its operability. Reliability Engineering & System Safety. 2020;203. https://doi.org/10.1016/j.ress.2020.107046Воробьев С.В., Еделев А.В. Поиск критически важных объектов газовой отрасли с помощью метода определения критических элементов в сетях технических инфраструктур // Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики: Вып. 68. Исследование и обеспечение надежности систем энергетики / отв. ред. Н.И. Воропай. Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН, 2017. С. 76–84.Vorobiev SV, Edelev AV. Search for critically important gas industry facilities using the method of critical element determination in the networks of engineering infrastructures. In: Metodicheskie voprosy issledovaniya nadezhnosti bol'shih sistem energetiki. Vypusk 68. Issledovanie i obespechenie nadezhnosti sistem energetiki = Methodological Issues of Large Energy System Reliability Research. Issue 68. Research and Provision of Energy System Reliability. / ed. NI Voropaj. Irkutsk: Melentiev Energy Systems Institute of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences; 2017, р. 76–84. (In Russ.)Сендеров С.М., Рабчук В.И., Еделев А.В. Особенности формирования перечня критически важных объектов газотранспортной сети России с учетом требований энергетической безопасности и возможные меры минимизации негативных последствий от чрезвычайных ситуаций на таких объектах // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2016. № 1. С. 70–78.Senderov SM, Rabchuk VI, Edelev AV. Features of formation of the list of critical objects of the Russian gas pipeline network from the viewpoint of energy security and ways to minimize negative consequences of emergency situations at such objects. Izvestiya Rossijskoj akademii nauk. Energetika = Thermal Engineering. 2016;1:70–78. (In Russ.)Senderov S.M., Edelev A.V. Formation of a list of critical facilities in the gas transportation system of Russia in terms of energy security // Energy. 2019. Vol. 184. Р. 105–112. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.11.063Senderov SM, Edelev AV. Formation of a list of critical facilities in the gas transportation system of Russia in terms of energy security. Energy. 2019;184:105–112. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.11.063Воропай Н.И., Стенников В.А. Иерархическое моделирование систем энергетики / отв. ред. Н.И. Воропай, В.А. Стенников. Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2020. 314 с.Voropaj NI, Stennikov VA. Hierarchical modeling of power systems / ed. NI Voropaj, VA Stennikov. Novosibirsk: Geo; 2020, 314 р. (In Russ.)Воропай Н.И. Системные исследования в энергетике: ретроспектива научных исследований СЭИ-ИСЭМ / отв. ред. Н.И. Воропай. Новосибирск: Наука, 2010. 686 с.Voropaj NI. Systems research in power engineering: a retrospective of scientific research of the Siberian Energy Institute – Melentiev Energy Systems Institute (SEI-ESI)/ ed. NI Voropaj. Novosibirsk: Nauka; 2010, 686 р. (In Russ.)Воропай Н.И., Гуринович В.Д., Дзюбина Т.В., Добровольская Т.В., Домышев А.В., Дьяков А.Ф. [и др.]. Надежность систем энергетики: проблемы, модели и методы их решения / отв. ред. Н.И. Воропай. Новосибирск: Наука, 2014. 284 с.Voropaj NI, Gurinovich VD, Dzyubina TV, Dobrovol'skaya TV, Domyshev AV, D'yakov AF, et al. Reliability of energy systems: problems, models and their solution methods / ed. NI Voropaj. Novosibirsk: Nauka; 2014, 284 р. (In Russ.)Пяткова Н.И., Сендеров С.М., Пяткова Е.В. Методические особенности исследования проблем энергетической безопасности на современном этапе // Известия Российской академии наук. Энергетика. 2014. № 2. С. 81–87.Pyatkova NI, Senderov SM, Pyatkova EV. Methodological aspects of energy security investigation researches on the contemporary stage. Izvestiya Rossijskoj akademii nauk. Energetika = Thermal Engineering. 2014;2:81–87. (In Russ.)Beresneva N.M., Pyatkova N.I. The approach to determining vulnerable elements in critical energy infrastructures // Methodological problems in reliability study of large energy systems: E3S Web Conferences. 2019. Vol. 139. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913901017Beresneva NM, Pyatkova NI. The approach to determining vulnerable elements in critical energy infrastructures. In: Methodological Problems in Reliability Study of Large Energy Systems: E3S Web Conferences. 2019;139. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201913901017

The authors declare that there are no conflicts of interest present.