Presentation deals with terms of sustainable development and engineering of complex systems in the key of sustainability

1. Энергетика устойчивого
развития
Уральский энергетический институт
Силин В.Е., 2015

2. Понятие устойчивого развития2

3. Понятие «Устойчивое развитие»
 Определение, установленное
комиссией по окружающей
среде и развитию ООН (1987 г.):
 Развитие, удовлетворяющее
потребности настоящего
поколения без снижения
возможностей будущих
поколений удовлетворять свои
потребности
 Названия на других языках:
 английский: sustainable
development
 французский: développement
durable
 Трактовки термина за рубежом,
на тех языках в среде которых
понятие возникло изначально:
 английский: sustainable —
устойчивый, жизнеспособный;
экологически рациональный,
обеспечивающий учёт будущих
потребностей
 французский: durable —
прочный, долговременный,
длительный, длительного
пользования, долговечный,
надежный
3
Иными словами: устойчивый –
это «ориентированный на будущее»

4. Не только учёные…
Из обзора компании Ernst & Young:
 Экстремальные климатические условия (наводнения и др.)
 в сочетании с
 деятельностью, подрывающей жизнеспособность
экосистемы (вырубка леса, добыча ископаемых,
обращение с отходами),
 ростом мирового спроса во всех отраслях экономики
в результате увеличения численности населения
 заставляют компании признать наличие неразрывной связи
между устойчивым развитием [компаний] и доступностью
природных ресурсов
4
Резюме: мы плохо себя ведём, и нас слишком много.
Если мы сейчас все потратим, наши потомки не будут нам благодарны, а именно:
• передел власти и собственности;
• войны за территорию = ресурсы;
• кризисные явления, болезни из-за экологии

5. Составляющие устойчивого развития
 Выделяют три необходимые и
достаточные составляющие устойчивого
развития:
 Economic – Экономическая устойчивость
 Social – Социальная устойчивость
 Environment – Экологическая устойчивость
5

6. Составляющие устойчивого развития
 Диаграмма Джона
Венна (математик, XIX
век)
6

7. Социальная устойчивость
 Сохранение
стабильности
социальных и культурных
систем, в том числе,
сокращение числа
разрушительных
конфликтов
 Сохранение коренных,
конституционных
общечеловеческих
ценностей, таких как:
 Здоровье
 Защищённость
 Обеспеченность
ресурсами
 Право на образование
Уровень
социальной
ценности
Частота
пересмотра,
лет
Пример
Коренные 100-1000 Неформальные
установки,
традиции,
верования
Конституционные 10-100 Законы,
нормативы
Договорные 1-10 Условия
договора,
контракта
Сиюминутные Непрерывно Договоренности
«за чашкой
кофе»
7

8. Игра на «коренных»
ценностях
Поиск крупными компаниями новых
рынков сбыта в развивающихся
экономиках и странах BOP (Bottom Of
Pyramid = 4 млрд.
чел. с доходом менее 2000 $/год)
Подход «скромных» инноваций (frugal
innovations) – дешевые технологии,
облегчающие жизнь, реализующие
общечеловеческие ценности (public
values) и стимулирующие
потребности в ресурсах
Повышение качества жизни,
получение большего доступа к
энергоресурсам и воде и
увеличение их потребления
IHD – Индекс развития человека,
E – энергопотребление на человека в год
IHD
E, кг у.т./(чел.год)
(8000; 0.9)

9. Процесс добычи трудоёмок и
низкоэкологичен
 Геологоразведочный цикл – длителен и дорог
9
 Арктика – у российских
побережий самые крупные
среди арктических газовые
месторождения

10. Риск нехватки ресурсов ощутим
10
3630
респондентов из
17 секторов
экономики;
компании с
годовой выручкой
более 1 млрд.
долл. (85% - США)
Уровень доступности воды для конечных
потребителей, м3/год (2007 г.)
Города с населением более 1 млн. чел. (2007 г.)Ежегодный
обзор
за 2013 год,
E&Y
9

11. Экономическая устойчивость
 Оптимальное использование ограниченных ресурсов и использование
экологичных — природо-, энерго-, и материалосберегающих
технологий, включая добычу и переработку сырья, создание
экологически приемлемой продукции, минимизацию, переработку и
уничтожение отходов
 Проактивная форма поддержания устойчивости:
 природный капитал не только не уменьшается, но часть прибыли от продажи
невозобновляемых ресурсов направляется на увеличение ценности
возобновляемого природного капитала
11

12. Экологическая устойчивость
 Обеспечение целостности биологических и физических природных
систем
 Сохранение способностей к самовосстановлению и динамической
адаптации систем к изменениям (деградация природных
ресурсов, загрязнение окружающей среды и утрата биологического
разнообразия сокращают способность экологических систем к
самовосстановлению)
 Понятие «природных» систем и ареалов можно понимать широко,
включая в них созданную человеком среду, такую как, например,
города
12

13. Потепление климата  За последние 30 лет среднее
повышение температуры в северном
полушарии составило 0.4оС
 Длительность отопительного периода
в Екатеринбурге снизилась на 12 дней
с 1962 г. по 2012 г., а средняя
температура увеличилась на 1.1oC
 По данным Стратегического прогноза
Росгидромета на 2010 – 2015 гг. :
 Потепление будет происходить
ритмически, многолетние волны
тепла будут чередоваться с
многолетними волнами холода
 Экстремальные фазы волн в
различных регионах будут наступать
не одновременно, создавая
перераспределение тепла и влаги
 Количество осадков в целом по
России будет увеличиваться
13
Год
пересмотра
норм
Продолжи
т., дней
Ср. темп., oC Источник
1962 233 -6.5 СНиП II-A.6-62 “Строительная
климатология и геофизика”
1972 228 -6.4 СНиП II-A.6-72 “Строительная
климатология и геофизика”
1982 228 -6.4 СНиП 2.01.01-82 “Строительная
климатология и геофизика”
1999 230 -6.0 СНиП 23-01-99 “Строительная
климатология”
2012 221 -5.4 СП131.13330.2012 “Строительная
климатология”
Параметры отопительного периода в г. Екатеринбург

14. Принципы устойчивого развития
территорий – 1
 Гуманная этажность жилых объектов (не выше 5 этажей),
планировочные решения учитывают создание удобной транспортной
инфраструктуры, легкую доступность административных, деловых и
торговых центров, социальных учреждений
 Застройка ведется по принципу ячеек, то есть создаются зеленые
дворы, детские площадки, искусственные водоемы (где есть
возможность), парки, аллеи, обустраиваются набережные
 Деловые кварталы с высотным строительством отделяются от жилых
зеленых районов
 При создании транспортной инфраструктуры предпочтение отдается
наиболее приемлемому с экологической точки зрения транспорту
(троллейбусы, трамваи, фуникулеры, надземные и наземные
электропоезда, велосипеды и т. д.)
14

15. Принципы устойчивого развития
территорий – 2
 При создании инженерной инфраструктуры учитывается возможность
использования локальных источников возобновляемой энергии в каждом
квартале
 Закладывается возможность использования внутридомовых
энергосберегающих технологий (устройства для обеспечения естественной
вентиляции и освещения) в привязке к возможностям региональной
энергосистемы
 Создается эффективная система водоснабжения и водоотведения
(канализация с максимальной первичной очисткой перед сбросом в водоемы)
в комплексе с локальными системами рециркуляции использованной воды,
очистки так называемых «серых» вод, то есть использованных в хозяйственных
целях
 Создается система раздельного сбора твердых бытовых отходов,
максимальной рециркуляции вторичных материалов, прорабатываются
удобные для населения схемы по компостированию нетвердых бытовых отходов
15

16. Принципы устойчивого развития
территорий – 3
 Архитектурный облик зданий согласовывается с особенностями
местного ландшафта, с имеющимися национальными
архитектурными традициями
 Создание объектов социальной инфраструктуры, необходимой для
образовательно-культурного и духовного развития здорового,
творчески активного общества, причем с учётом различия возрастных
групп и стимуляцией общества к активному взаимодействию
 Развитие полноценной местной экономики в рамках небольших
сообществ и малого бизнеса, обеспечивающего разнообразие,
самоокупаемость и самодостаточность
16

17. Принципы устойчивого развития
территорий – 4
 Стимуляция отношений, приводящих в движение жизнь сообщества:
 деловые отношения в рамках сообщества, местный рынок для
своих, бартерные отношения
 совместные мероприятия: постройка новых домов для членов
сообщества, сборы фондов в рамках развития проектов членов
сообщества, сборы в рамках медицинской помощи отдельным
членам, совместная уборка территорий (субботники), посадка
деревьев, фестивали, ярмарки, праздники
 постоянные собрания членов коммуны для выработки общей
стратегии, решения по вопросам текущей жизни принимаются
совместно
 местная самоуправляемая демократия
17

18. Социо-технические системы
Объект применения подходов устойчивого развития
18

19. Infrastructures have a physical and a
social dimension
 Infrastructures are complex physical
networks, composed of millions of links
and nodes
 Infrastructure – a social system, in which
millions of users are interconnected,
system that connects the producers and
users of a specific service
 Infrastructures are socio-technical
systems
 Parts (domains) of them were not
designed, but evolved as integrated
large-scale systems in time
 We do, however, expect them to
function as integrated systems, offering
adequate service at all times, wherever
we are
19
 Domains:
 Энергетика и энергоснабжение
 Водоснабжение
 Транспорт
 ИКТ
https://youtu.be/ExViB1kqkeo

20. Энергоснабжение и
энергопотребление
 Energy is the key resource for other infrastructures
 Developments that are of importance right now:
 Конкуренция тактической и стратегической топливной базы: «природный газ
или низкосортные твёрдые топлива»
 Изменение технологического уклада – переход от чисто энергетических к
энергохимическим производствам (от когенерации к полигенерации)
 Усиление децентрализации, инновации в сфере собственной генерации и
сетей электропередачи: smart-grid, smart-meters, солнечная, ветровая,
газовая электроэнергетика личного пользования
 Энергетические компании приватизируются, вертикально-интегрированные
бизнесы разделяются для развития конкурентной среды
20

21. Топливная база и смена технологий
Пересмотр топливной базы Переход к полигенерации
21
 Природный газ становится
высокополитизированным объектом и в большей
степени экономическим, чем энергетическим
ресурсом
 Взамен развиваются технологии использования
твёрдых топлив, различных промышленных
отходов
 Увеличивается количество «игроков» на рынке:
кроме потребителей электрической и тепловой
энергии появляются потребители химической
продукции, жидкого топлива
 Увеличивается количество обязательств и
уровень сложности систем
Когенерация – совместная выработка
электрической и тепловой энергии
Полигенерация – совместная выработка
энергии и химической продукции (СЖТ)

22. Smart-grid и собственная генерация
Smart-grid – электро-
информационная сеть, в
которой одновременно
работают объекты
централизованной и
собственной генерации, а
пользователь выбирает
наиболее выгодный для него
источник электроэнергии
22
Тип Функционал Smart-meter
1 Удалённое чтение показаний счётчика – необходимое, но не
достаточное условие «смартизации» энергоснабжения
2 Двухсторонний обмен данными между счётчиком и дата-
центром – необходимое, но не достаточное условие
«смартизации» энергоснабжения
3 Настройка тарифа, внешнее и личное управление платежами –
первый элемент собственно «смартизации»
4 Возможность удалённого включения / отключения
энергоснабжения
5 Сбор и представление базы данных о режимах
энергопотребления для личного и стороннего анализа
6 Веб-интерфейс доступа (личный кабинет) пользователя счётчика

23. Транспорт
 Возможность перевозить себя и перемещать продукты / услуги – одно из условий
комфортной социальной среды
 Увеличение социальной потребности в личной мобильности и экономической
потребности в промышленной мобильности, увеличение количества транспортных
средств и усиление международных активностей в части экспорта нефти и газа
приводит к необходимости:
 решать проблему «пробок», особенно – в условиях урбанизации
 снижать выбросы вредных газов
 развивать нефте- и газотранспортные системы
 Основные тренды технологических инноваций:
 повышение эффективности использования топлива и переход на альтернативные
топлива, в том числе – использование гибридных и электромобилей, модернизация
нефте- и газотранспортных систем
 управление дорожным трафиком
 новые материалы и технологии дорожного строительства
23

24. Водоснабжение
 Глобальные проблемы:
 в силу интенсивного роста популяции и экономического развития ресурсы
пресной воды близки к переходу в стадию ресурса, лимитирующего
развитие
 Изменение климата приводит к перераспределению влажностных потоков и
изменению режима осадков, урожайности территорий
 Локальные проблемы:
 слабая мотивация к экономии воды и низкий уровень культуры
водопользования
 изношенность инфраструктуры водоснабжения, отведения, очистки
 недостаточная степень автоматизации, учёта и контроля расходования воды
24

25. Информационно-коммуникационная
инфраструктура
 ИКТ связывают как технические
элементы различных инфраструктур
между собой так и технические
элементы с социальной средой –
транслируют информацию и
передают управляющие команды от
человека в техническую среду
 Возникают понятия Internet of Things
(IoT) и Internet of Everything (IoE)
25

26. Основные тренды в области
инфраструктуры ИКТ
 Увеличение доли интернет-технологий в работе всех инфраструктурных
систем (ЕДДС – единая дежурно-диспетчерская служба)
 Интернетизация коммуникационных систем (телевидение, радио, пресса и
др.) и баз знаний
 Контроль достоверности информации и формирование навыков её
критического восприятия
 Формирование Интернета вещей
 Интернет-безопасность
 Формирование «app-based» экономики – виртуального, практически
бесконечного рынка нефизической продукции (картины, фильмы, статьи,
игры, приложения для гаджетов и др.), на котором потребитель сам может
стать производителем и наоборот
26

27. Взаимосвязи
27
 Энергоснабжение (1) и ИКТ (2) – основные
«генераторы» аварий в экономике:
1. 46,6% аварий в среднем случается из-за
проблем с энергоснабжением или в
системе энергоснабжения
2. 44,3% - из-за проблем в ИКТ
3. 3,2% - в силу проблем с транспортом
4. 2,7% - в силу проблем с водоснабжением
1 2 43
 Доля каскадно инициированных аварий в
различных секторах экономики (affected
sector), возникших в силу аварий в том или
ином секторе (initiating sector)
 Ключ: 83% аварий в промышленности
(Industry) произошли в силу аварий в
системе энергоснабжения (Energy)
The state and the threat of cascading failure across critical infrastructures: the implications of empirical
evidence from media incident reports // Michel Van Eeten, Albert Nieuwenhuijs, Eric Luiijf, Marieke Klaver
and Edite Cruz. Public Administration, Vol. 89, No. 2, 2011 (381–400) © 2011, Blackwell Publishing Ltd.

28. Особенности комплексных систем
№ Характеристика Пример
1 Связность и само- взаимовлияние –
взаимосвязь между элементами
системы или между элементами
системы и окружающей ее средой:
решение или действие любого
индивида (группы, компании) скорее
всего повлияет на других
Path dependency –
зависимость от ранее
сделанного выбора (ширина
рельсовой колеи, частота в
системе)
2 Коэволюция – элементы системы
развиваются (меняются)
параллельно, в контексте
взаимосвязей друг с другом
Развивается интернет –
развиваются возможности
телеметрии и удалённого
контроля систем ЖКХ
3 Наличие обратной связи – система
непрерывно получает реакцию на
свои действия, которая может быть
непропорциональна действию
28

29. Особенности комплексных систем29
№ Характеристика Пример
4 Диссипативность (историчность) –
система не может быть возвращена
в свое предыдущее состояние без
«потерь», поэтому у системы есть
«прошлое», которое нельзя
повторить (но можно частично
имитировать)
Увеличение износа
оборудования и систем ЖКХ
нельзя «развернуть» назад,
можно только заменить на
новые материалы и устройства,
либо ремонтировать (имитация
прошлого состояния)
5 Неравновесность – система
постоянно взаимодействует с
окружающей средой и своими
частями внутри себя
6 Поиск возможностей (адаптация,
генерация изменений) – система
непрерывно ищет пути расширения,
упрочнения, стабилизации, тем
самым производя изменения в себе
и в окружающей среде

30. Особенности комплексных систем
№ Характеристика Пример
7 Самоорганизация (внутренняя
вовлечённость) – спонтанное
появление коллективов, объединений
вокруг решения какой-то задачи
8 Становление (создание порядка) –
направленность действий на
появление над-структур, таких,
которые бы организовывали
взаимодействие, создавали правила
Появление Государства,
Конституции, Правил учёта
тепловой энергии,
природного газа
30

31. Особенности комплексных систем
№ Характеристика Пример
9 Хаос – в системе существуют
одновременно как упорядоченные так
и неупорядоченные элементы, порядок
всегда возникает по одним и тем же
правилам
10 Комплексность – в системе
существуют одновременно как
упорядоченные так и неупорядоченные
элементы, порядок возникает по
разным правилам, по разным
причинам, которые система выбирает
сама
Появление установок
индивидуального
теплоснабжения посреди
системы централизованного
теплоснабжения
31