50 лет на переднем крае системных энергетических исследований

1 Августа 2010
У входа в институт
У входа в институт

19 августа 1960 г. было подписано постановление Президиума Академии Наук СССР об организации в составе Сибирского отделения АН СССР в г. Иркутске Сибирского энергетического института (СЭИ). Постановление основывалось на распоряжении Совета Министров РСФСР от 3 августа 1960 г. № 4908-р. В 1997 г. постановлением Президиума СО РАН институт переименован, и сейчас это Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН (ИСЭМ СО РАН).

Для создания Института имелись объективные предпосылки. Дело в том, что ко второй половине 1950-х годов в бывшем СССР, как и в других экономически развитых странах, в энергетике сложилась принципиально новая ситуация, связанная с формированием крупных, территориально распределенных протяженных систем энергетики – электроэнергетических, газо-, нефте и нефтепродуктоснабжающих, теплоснабжающих и других. Вследствие взаимосвязей и взаимовлияния систем энергетики образовался топливно-энергетический комплекс (ТЭК) как совокупность отраслевых систем энергетики, один из базовых комплексов экономики страны. Возникла объективная необходимость в комплексных междисциплинарных исследованиях системных проблем развития и функционирования систем энергетики и ТЭК в целом, имеющих фундаментальный характер.

В этот же период появились и реальные возможности решения сложных многомерных системных задач развития и функционирования систем энергетики, отличающихся нелинейными взаимосвязями множества факторов и условий и имеющих часто динамический характер поведения. Такие возможности реально возникли в связи с появлением электронных вычислительных машин (ЭВМ) и бурно развивающимися методами вычислительной математики.

С учетом этого основателем и первым директором Института академиком Л.А. Мелентьевым с самого начала была сформирована направленность исследований, основанная на сочетании трех основных составляющих:

- принцип системности, по которому все явления и процессы в системах энергетики должны рассматриваться с позиций закономерностей целого и взаимодействия его частей;

- комплексный энергетический подход, сформулированный в свое время школой академика Г.М. Кржижановского, воспитанником которой был Л.А. Мелентьев;

- практическая необходимость изучения энергетики как совокупности непрерывно развивающихся и усложняющихся систем энергетики.

Первый период деятельности института – 1960-е годы - характеризовался утверждением математического моделирования и математических методов в энергетике и надеждами молодого коллектива (средний возраст сотрудников 26-28 лет) на то, что активное применение новых методов должно быстро преобразовать практику планирования, проектирования и эксплуатации систем энергетики. Интенсивное освоение методов математического моделирования и ЭВМ с первых же лет выдвинуло Институт в одну из лидирующих научных организаций, решающих сложные комплексные проблемы энергетики. Это статус Института подтвердили первые две всесоюзные конференции – 1963 и 1966 гг., проведенные в Иркутске.

Начало строительства комплекса зданий СЭИ, 1962 г.
Начало строительства комплекса зданий СЭИ, 1962 г.

Несмотря на лидирующую роль математического моделирования и ЭВМ в энергетических исследованиях Института, Л.А. Мелентьев придавал большое значение физическим исследовательским установкам. В 1960-е годы был спроектирован и сооружен высокотемпературный контур для исследований нестационарных процессов в паропроводах паровых котлов и атомных реакторов электростанций при высоких давлениях и температурах, ставший впоследствии уникальным исследовательским средством не только в СССР, России, но и в мире, и продолжающим активно использоваться и развиваться до настоящего времени. Не так удачно сложилась судьба другой экспериментальной установки – электродинамической модели, а впоследствии – цифро-аналого-физического комплекса (ЦАФК) для исследования аварийных процессов в энергосистемах. В 1960-е – 1970-е годы с использованием ЦАФК был решен ряд важных задач, особенно в части разработки и настройки автоматических регуляторов возбуждения синхронных генераторов. К концу 1980-х – началу 1990-х годов спрос на исследования с использованием ЦАФК существенно снизился и установка была демонтирована.

Некоторое время использовалась еще одна экспериментальная установка – гидроинтегратор – для моделирования процессов в трубопроводных системах. В начале 1960-х годов в Институте использовалась экспериментальная база по изучению процессов полукоксования углей. К концу 1990-х – началу 2000-х годов возникла необходимость создания экспериментальной установки газификации твердых топлив, на которой в последние годы был получен ряд важных результатов. Тем не менее, основным инструментом исследований Института на всем протяжении его истории являются ЭВМ.

Следующие период – 1970-е годы – характеризовался определенным переосмысливанием возможностей математического моделирования и ЭВМ в энергетических исследованиях, что сопровождалось осознанием принципиальной важности управления в системах энергетики как основного средства придания им необходимых свойств в процессах развития и функционирования, а также возникновением и интенсивным развитием основных научных направлений исследований Института (см. далее).

На конец этого периода приходится издание книги Л.А. Мелентьева «Системные исследования в энергетике: элементы теории, направления развития» (М.: Наука, 1979 г.), явившейся теоретическим обобщением, структуризацией и оконтурированием проблематики системных энергетических исследований как самостоятельного научного направления. Л.А. Мелентьев сформулировал четыре базовых теоретических элемента системных исследований в энергетике: изучение природы исследуемых систем и их свойств; исследование объективных тенденций развития изучаемых систем; разработка и совершенствование методов и средств исследования систем энергетики; решение с использованием методов системных исследований фундаментальных, в том числе межотраслевых, проблем развития энергетики, управления функционированием систем энергетики.

Эти базовые теоретические положения системных энергетических исследований на долгие годы определили приоритеты сформулированного научного направления, а также составляющие прикладных аспектов и проблем системных исследований в энергетике. В 1980-е годы исследования Института под руководством директора, члена-корреспондента, а затем академика АН СССР Ю.Н.Руденко приобретают все более комплексный характер. Институт активно участвует в разработке Государственных программ и стратегий развития энергетики страны, научно-технического прогресса в энергетике и др. Формируются и активно развиваются новые научные направления, такие как теория надежности и живучести систем энергетики, методические основы обоснования развития энергетики регионов, проблемы развития мировой энергетики и ряд других.

В это же время была издана трехтомная монография Института, обобщившая результаты работы коллектива по системным исследованиям в энергетике и получившая премию Сибирского отделения Академии наук СССР в конкурсе теоретических работ. В 1986 г. четыре сотрудника Института в составе авторского коллектива под руководством директора Института академика Ю.Н. Руденко были удостоены Государственной премии СССР в области науки и техники. За 30 с небольшим первых лет сотрудникам Института были присуждены 6 премий им. Г.М. Кржижановского Академии наук за существенные теоретические результаты в решении комплексных энергетических проблем.

Резкое изменение экономических и социально-политических условий развития и функционирования энергетики в начале 1990-х годов потребовало, конечно, определенной корректировки структуры и содержания системных исследований в энергетике. Но это не оказалось болезненным для коллектива, поскольку теоретические основы системных энергетических исследований, те четыре элемента теоретической базы, которые были сформулированы Л.А. Мелентьевым как фундаментальные составляющие этого научного направления, не подверглись какой-либо существенной ревизии.

Конечно, другими стали структура и механизмы отношений в энергетике, что потребовало разработки новых методов управления развитием и функционированием систем энергетики и ТЭК в целом, пересмотра состава и содержания комплексных энергетических задач, разработки принципиально новых проблем. Но важно то, что научное направление «Системные исследования в энергетике» оказалось готовым к такой необходимой трансформации именно благодаря заложенной в нем фундаментальной теоретической базе. И уже в 1993 г. коллектив Института, руководимый директором членом-корреспондентом РАН А.П. Меренковым, смог активно включиться в разработку первой в новейшей истории России Энергетической стратегии страны. В дальнейшем Институт регулярно активно участвует в разработке этого основополагающего документа в области приоритетов развития энергетики России и ее регионов.

С середины 1990-х годов и особенно в 2000-е годы развитие системных исследований в энергетике характеризуется рядом особенностей, из них целесообразно выделить следующие.

1. Тенденция глобализации в энергетике привела к необходимости рассматривать усиление энергетических связей России с другими странами и анализировать место и роль ее энергетики в межгосударственной и мировой энергетической инфраструктуре. Это потребовало не только развития соответствующих исследований в институте, но и активизации кооперации с энергетическими организациями других стран и международными энергетическими институтами. В 1998 г. проводится первая международная конференция «Энергетическая кооперация в Азии», которая стала регулярной, проводимой раз в два года. В 2002 г. постановлением Президиума СО РАН при институте создается международный исследовательский центр энергетической инфраструктуры «Азия – Энергия», координировавший ряд международных проектов. Сотрудники института работают в международных организациях Азиатско-Тихоокеанского региона, таких как, например, Азиатско-Тихоокеанский энергетический исследовательский центр, базирующийся в Токио. В 2008 г. институт становится координатором с российской стороны крупного международного проекта по совершенствованию принципов и систем управления большими электроэнергетическими системами, выполняемого в соответствии с 7-й рамочной программой сотрудничества Европейского Союза и России в области энергетики. Это направление поддерживается второй, регулярно проводимой Институтом с 2000 г. международной конференцией «Либерализация и модернизация энергосистем». Сотрудники института активно участвуют в авторитетных международных конференциях, представляя оригинальные результаты исследований мирового уровня.

2. Либерализация и реструктуризация отраслей энергетики радикально изменили организационную структуру систем энергетики и характер взаимотношений между субъектами рынков энергии. Это потребовало пересмотра методов управления развитием и функционированием систем энергетики на основе рационального сочетания рыночных механизмов и государственного регулирования при возросшей неопределенности условий функционирования и, особенно, развития систем.

3. Глобализация и либерализация в энергетике усилили значение ее внешних связей, влияние экономических, политических, институциональных и других факторов и условий на функционирование и развитие систем энергетики, что потребовало разработки нового научного направления системных исследований – энергетической безопасности.

4. Продолжалось изучение природы исследуемых систем энергетики, выявление их новых объективно обусловленных свойств и тенденций развития. Одним из таких свойств является неоднородность структуры систем энергетики – свойство, присущее любым сложноорганизованным системам. Разработаны методы определения и количественной оценки неоднородности структуры систем энергетики, подходы к полезному использованию этого свойства для моделирования систем, управления ими и обоснования их развития. Другим примером в этом направлении является изучение закономерностей развития распределенной генерации, представляемой малыми энергетическими установками, в том числе, на возобновляемых источниках энергии, ее роли и места в энергоснабжении потребителей, влиянии на структуру и свойства систем энергетики и т.п.

5. Расширился спектр исследований систем энергетики: наряду с техническими, системными, экономическими и другими развитие получили физические, прежде всего термодинамические методы анализа и определения рациональных характеристик энергетических процессов, установок и систем.

С учетом отмеченных особенностей объектами системных исследований в энергетике института являются:

- энергетические технологии (энергетические процессы и установки);

- системы энергетики (системы электро-, тепло-, газо-, нефте-, углеснабжения), управление их функционированием и развитием;

- энергетические комплексы (как совокупности взаимосвязанных систем энергетики), прогнозирование их развития и исследование функционирования.

Задачей системных исследований энергетических технологий является комплексный сравнительный анализ эффективности (термодинамической, экономической, экологической и др.) возможных и целесообразных масштабов использования различных энергетических процессов и установок, оптимизация их характеристик и структуры. Основные проблемы прогнозного анализа энергетических технологий и технологических структур связаны с: оценкой потенциала совершенствования каждой технологии и раскрытием фундаментальных закономерностей, ведущих к ее освоению; определением благоприятных условий и наиболее эффективных областей применения технологии; уяснением механизма ее конкуренции с альтернативными решениями.

Исследования систем энергетики связаны с анализом их свойств, разработкой методов и математических моделей обоснования их развития и управления функционированием. Системы энергетики приобретают новые, неизвестные на уровне энергетических объектов, системные свойства, которые необходимо установить и исследовать.

Системные исследования энергетических комплексов проводятся для анализа тенденций и закономерностей развития энергетики, прогнозирования развития топливно-энергетических комплексов различных уровней – от региональных, межрегиональных и государственных до межгосударственных и мировой энергетики, разработки научных основ энергетической политики и механизмов ее реализации. Актуальность этих исследований определяется тенденциями глобализации и либерализации энергетики мира и России и в то же время возросшей ролью региональных проблем развития энергетики. В конечном счете речь идет о создании эффективной системы производства, транспорта и распределения топлива и энергии как соответствующей инфраструктуры, обеспечивающей эффективность, надежность и качество энергоснабжения потребителей.

Фундаментальные исследования института в указанных направлениях являются методической основой для выполнения прикладных разработок в области обоснования развития энергетики и ее отраслей на различных территориальных уровнях, исследования проблем функционирования систем энергетики и управления ими. В этом плане Институт активно сотрудничает с Минэнерго РФ, энергетическими компаниями федерального и регионального уровней, администрациями регионов, организациями других стран и международными организациями.

За прошедшие 50 лет в институте сформировались и продолжают развиваться известные и авторитетные научные школы по следующим направлениям.

1. Теория и методы системных исследований в энергетике. Премия им. Г.М. Кржижановского Академии наук в 1981 г. Л.А. Мелентьеву за книгу «Системные исследования в энергетике: элементы теории, направления развития» и премия СО РАН в 1990 г. за трехтомную коллективную монографию о системных исследованиях в энергетике.

2. Исследования взаимосвязей энергетики и экономики. Премия им. Г.М. Кржижановского Л.А. Мелентьеву в 1960 г. (совместно с Е.О. Штейнгаузом).

3. Теория и метолы управления развитием и функционированием электроэнергетических систем (ЭЭС). Премия им. Г.М. Кржижановского в 1967 г. Л.А. Крумму, А.З. Гамму, И.А. Шеру за цикл работ и Государственная премия в области науки и техники в 1986 г. коллективу во главе с Ю.Н. Руденко, включая Н.И. Воропая, А.З. Гамма и М.Н. Розанова за работу «Разработка теории и методов управления режимами ЭЭС и их применение в АСДУ Единой ЭЭС СССР».

4. Теория гидравлических цепей и методы моделирования и оптимизации систем тепло-, водо-, нефте- и газоснабжения. Премия им. Г.М. Кржижановского в 1990 г. В.Я. Хасилеву и А.П. Меренкову за книгу «Теория гидравлических цепей».

5. Научно-методическое обеспечение энергетических стратегий и программ России, ее регионов и территорий. Премия им. Г.М. Кржижановского в 2006 г. Н.И. Воропаю, А.М. Клеру, Б.Г. Санееву за двухтомную монографию «Энергетика России в XXI веке» и премия СО РАН 1990 г. коллективу авторов за монографию «Экологические проблемы энергетики».

6. Теория и методы комплексного исследования и обеспечения надежности и живучести ТЭК и систем энергетики, энергетической безопасности России и ее регионов. Премия им. Г.М. Кржижановского в 1993 г. Ю.Н. Руденко и И.А. Ушакову за монографию «Надежность систем энергетики» и премия Правительства РФ в области науки и техники коллективу авторов, включая Н.И. Воропая и Л.Д. Криворуцкого, за цикл работ по проблемам экономической и энергетической безопасности России и ее регионов.

7. Методы оптимизации схем и параметров теплоэнергетических и энерготехнологических установок и процессов. Премия им. Г.М. Кржижановского в 1972 г. Л.С. Попырину и С.М. Каплуну за цикл работ.

8. Методы термодинамического анализа и определения рациональных характеристик энергетических процессов, установок и систем. Премия им. Г.М. Кржижановского в 2008 г. Б.М. Кагановичу, А.В. Кейко, С.П. Филиппову за цикл работ.

9. Методы прогнозирования природно-обусловленных процессов для энергетических исследований.

10. Математические методы оптимизации и численного анализа и их приложения в энергетике.

11. Современные информационные технологии в системных энергетических исследованиях.

Особенности текущего этапа в энергетике на рубеже веков указывают на вероятные изменения в тенденциях развития энергетики и позволяют сформулировать новые принципиальные направления теоретических, фундаментальных работ института в области системных исследований в энергетике. К таким направлениям можно отнести следующие.

1. Формирование комплексной методологии обоснования развития ТЭК и систем энергетики на различных территориальных и временных уровнях в условиях неопределенности, несовпадающих интересов субъектов отношений в энергетике, существенной взаимосвязи систем энергетики в ТЭК и их влияния на другие отрасли экономики и системы жизнеобеспечения, с учетом рационального сочетания рыночных механизмов и государственного регулирования при разработке государственных стратегий и программ развития энергетики, корпоративных планов развития энергокомпаний, инвестиционных программ и проектов. Достаточно серьезные заделы в этом направлении в институте уже имеются. Важно, чтобы рассматриваемая методология сопровождалась гибкой иерархической системой согласованных моделей и необходимой информационной поддержкой, которые обеспечивали бы адаптацию исследований к динамично меняющейся ситуации в энергетике.

2. Разработка методических основ, математических моделей и методов исследования функционирования систем энергетики и управления ими в условиях множества субъектов отношений с несовпадающими, часто противоречивыми интересами, принципиально различными организационной и технологической структурами некоторых систем энергетики, необходимости согласования рыночных принципов функционирования и жестких требований по обеспечению надежности и безопасности энергоснабжения, качества энергоносителей при экономически оптимальных режимах функционирования и учете экологических и социальных ограничений. В отличие от проблемы обоснования развития ТЭК и систем энергетики методические основы, математические модели и методы в данном направлении более специфичны для каждой из систем энергетики, учитывая их физические, технологические и организационные различия, тем не менее при решении ряда комплексных проблем, например, надежности систем энергетики приходится рассматривать их совместно. По этому направлению в институте также имеются серьезные заделы, однако в целом проблема требует существенного развития и обобщения.

3. Относительно новое, но перспективное направление – это системные исследования, связанные с интеграцией систем энергетики на уровне распределительных систем энергоснабжения и потребителей энергоресурсов (электроэнергии, тепла, газа, моторного топлива) при использовании инновационных энергетических технологий и современных подходов на основе компьютерных технологий, передовых измерительных и коммуникационных технологий и искусственного интеллекта. К этому направлению относятся идеи «энергетических хабов», «умных энергосистем» и др. Рассматриваемое направление представляется чрезвычайно важным и перспективным, поскольку оно направлено на формирование энергетики будущего на новой идеологической основе, соответствующей постиндустриальной парадигме развития общества и экономики.

4. Успех исследований в названных направлениях, добротность и обоснованность соответствующих подходов и результатов существенно зависит от разработок в области анализа энергетических технологий и установок, исследования прогрессивных направлений в этом плане и системной оценки технологий. Теоретические основы этих исследований в институте имеют свои оригинальные особенности и позволяют решать нестандартные задачи и получать оригинальные результаты. Важно развивать и совершенствовать методическую базу с целью получения обоснованных многосторонних оценок энергетических технологий и рекомендаций по обоснованию развития ТЭК и систем энергетики, управлению их функционированием.

5. В условиях вероятного изменения тенденций развития энергетики и динамичного характера технологических, организационных и других преобразований в системах энергетики существенно возрастают роль долгосрочных прогнозов развития ТЭК и его отраслей на различных территориальных уровнях и в то же время требования к обоснованности таких прогнозов. Рассматриваемая ситуация предопределяет необходимость учета при обосновании развития энергетики многих факторов с учетом их неопределенности и взаимовлияния. Это, в свою очередь, актуализирует важность разработки комплексной методологии обоснования развития ТЭК и систем энергетики, отмеченной выше. Необходимо, чтобы институт всегда имел свою объективную и независимую позицию по направлениям развития энергетики страны и ее регионов, мировой энергетики и отдельных ее зон, отражающую передовые технологические, организационные и другие идеи.

Все изложенное свидетельствует о том, что институт вполне может обеспечивать и в будущем свое лидирующее положение в области системных исследований в энергетике и практическую востребованность своих результатов. Будущее института зависит, конечно, от внешних условий, но в существенной мере – от нас самих.

В Институте сложился активный, работоспособный коллектив, треть коллектива составляют молодые сотрудники. Этому коллективу единомышленников по плечу решение любых сложных комплексных проблем развития и функционирования современных и будущих систем энергетики.

Директор института,
чл.-корр. РАН Н.И.Воропай

Телефоны

основной    +7(3952) 500-646
приемная    +7(3952) 42-47-00
факс     +7(3952) 42-67-96
Смотреть справочник