Чешская Республика резко снизила риск отключения электроэнергии

Чешская Республика входит в число стран с наивысшей устойчивостью энергетической системы Европы, риск её коллапса никогда нельзя полностью исключить. Каждое отключение электроэнергии уникально и возникает в результате сочетания непредсказуемых событий или сбоев. Поэтому еженедельник «Эконом» исследовал риски отключений электроэнергии и то, как специалисты в области энергетики пытаются предотвратить подобные ситуации.

Представьте, что весь современный мир замер за считанные секунды. Светофоры гаснут, метро останавливается, интернет пропадает, а мобильные сети постепенно перестают работать. Это блэкаут: масштабное отключение электроэнергии, которое может затронуть не только города, но и целые регионы или страны.

Первые несколько часов без электричества показывают, насколько сильно современное общество зависит от него. Люди застревают в лифтах, останавливаются системы вентиляции, перестают работать системы безопасности. Сбои в работе сетей связи парализуют работу спасательных служб, заправки без электричества ограничивают движение транспорта, а системы водоснабжения постепенно выходят из строя. Резервные копии обычно обеспечивают работу ключевых учреждений лишь ограниченное время, обычно несколько часов.

Если поставки будут восстановлены быстро, жизнь вернётся в нормальное русло. Однако, если отключение продлится дольше, возникнет угроза хаоса и социальных волнений. Различные исследования сходятся во мнении, что если чрезвычайное положение длится более пяти дней, общество начинает распадаться. В таком случае у правительства не будет иного выбора, кроме как объявить чрезвычайное положение.

Отключения электроэнергии, вошедшие в историю
Первым крупным отключением электроэнергии считается событие 9 ноября 1965 года, когда 30 миллионов человек в США и Канаде остались без электричества. Причиной стала неисправность реле, идущего от Ниагарского водопада. В 2003 году экстремальная жара и провисание линий электропередачи стали причиной одного из крупнейших отключений электроэнергии в истории США — всего за 25 минут без электричества остались 55 миллионов человек на северо-востоке США. По некоторым оценкам, ущерб составил восемь миллиардов долларов.

Крупнейшее отключение электроэнергии в истории человечества произошло на севере Индии в 2012 году. В результате двух последовательных отключений электроэнергии лишились 700 миллионов человек в 28 индийских штатах.

В ноябре 2006 года в Европе произошло масштабное отключение электроэнергии. Ручное отключение крупной линии электропередачи в Германии вызвало цепную реакцию, в результате которой без электричества остались 15 миллионов человек. Энергетическим компаниям пришлось разделить Европу на три части, чтобы восстановить электроснабжение.

Это было крупнейшее отключение электроэнергии на европейском континенте как по географическому охвату, так и по количеству пострадавших стран и систем электропередачи. Однако отключение электроэнергии в Италии в 2003 году и недавнее отключение на Пиренейском полуострове затронули большее число людей и продлилось дольше.

Хотя в Чехии до сих пор не было полного отключения электроэнергии, страна несколько раз оказывалась на грани. Однако всего неделю назад, в пятницу, 4 июля, Чехия столкнулась с неожиданным и беспрецедентно масштабным отключением электроэнергии. Были повреждены миллионы точек электроснабжения в пяти регионах.

Последний раз по-настоящему критическое состояние энергосистемы пришлось на январь-февраль 1985 года, когда необычно сильные морозы ниже минус 25 градусов по Цельсию настолько перегрузили сеть, что для предотвращения масштабного коллапса пришлось контролировать потребление электроэнергии не только промышленностью, но и домохозяйствами.

Вышеупомянутое европейское отключение электроэнергии в ноябре 2006 года также представляло высокий риск. Другая серьёзная ситуация произошла 8 января 2021 года, когда серия сбоев произошла в Юго-Восточной Европе. В то время страны Центральной и Западной Европы столкнулись с нехваткой собственной электроэнергии и полагались на поставки с Балкан, которые, однако, прекратились из-за перебоев. Национальная энергосистема оказалась на грани масштабного отключения, и, согласно анализу, она была в считанных секундах от полного отключения.

Жесткие и мягкие ресурсы
По оценкам экспертов, наибольшая вероятность отключений электроэнергии наблюдается на полуостровах, имеющих плохую связь с остальной энергосистемой и при этом не совсем ответственно подходящих к ее эксплуатации.

«Согласно имеющейся информации, испанцы работали на пределе своих возможностей, поэтому даже незначительная неисправность спровоцировала цепную реакцию и последующий коллапс сети. Помимо Испании, зоной риска являются страны Балтии, имеющие слабую связь с европейской системой. Ещё один пример — Италия, которая существенно зависит от импорта электроэнергии», — поясняет Михал Масенауэр, директор по стратегии консалтинговой компании EGU.

Лукаш Грабал из оператора передающей системы ČEPS также подчёркивает роль трансграничного взаимодействия. По его словам, чем крупнее система, тем она стабильнее. «Взаимосвязанная европейская сеть даёт возможность использовать иностранную помощь в случае, если закупленных услуг балансировки недостаточно для поддержания энергобаланса. Кроме того, в чрезвычайных ситуациях можно использовать гибкость контрактных производителей и потребителей по всей Европе, что многократно превышает возможности самой Чехии», — поясняет Грабал.

Любомир Лизал, эксперт электротехнического факультета Чешского технического университета, отмечает, что в общественных дебатах часто обсуждается лишь статическая достаточность ресурсов, то есть соответствие производства (включая импорт) спросу. Однако при этом забывается второе, более фундаментальное условие: динамическая устойчивость, то есть способность системы быстро и контролируемо реагировать на колебания или сбои.

Ранее, в эпоху классических управляемых источников, оба условия были более или менее согласованы. Турбины, «вращающиеся» машины, на классических электростанциях автоматически гасили колебания и обеспечивали гибкое регулирование мощности. Более того, их эффективная работа обычно обеспечивалась достаточным запасом, так что небольшие отклонения и резкие изменения не приводили к существенным затратам.

Однако возобновляемые источники энергии относятся к так называемым «мягким» источникам. «Они контролируют состояние сети, но не способны «удерживать» её в случае динамических изменений. Вместо этого они отключаются из соображений безопасности, чтобы предотвратить разрушение», — говорит Лисаль. Именно поэтому необходимо подходить к динамической стабильности иначе, чем раньше. По его словам, именно это и стало причиной отключения электроэнергии в Испании.

«Система там не соответствовала рекомендации, согласно которой внутренняя инертность или устойчивость системы должны составлять не менее двух секунд. В погоне за рекордными показателями в СМИ, касающимися производства энергии из возобновляемых источников, они снизили этот показатель с трёх секунд ночью до всего лишь 1,3 секунды. Они всё равно попали в газеты, но, вероятно, не так, как изначально хотели», — резюмирует Лисаль.

С появлением солнечных и ветровых турбин затраты на регулирование энергии резко растут. Отклонения — это уже не просто незначительное отклонение от идеала, а фундаментальная проблема для всей системы. «Статический дефицит можно решить, разгрузив сеть, то есть управляемым отключением потребителей или целых её частей, так называемым веерным отключением. Но даже в этой ситуации необходимо поддерживать динамическую устойчивость, иначе сеть всё равно выйдет из строя», — предупреждает Лисаль.

По его словам, это означает, что вероятность отключения электроэнергии выше там, где наблюдается дефицит «жёстких», то есть контролируемых, ресурсов и одновременно меньше избыточных мощностей сети. По словам Лизала, в Чехии, благодаря достаточной доле этих ресурсов, теоретически существует риск статического дефицита, то есть ситуации, когда выработка не покрывает потребление. Это может произойти, особенно зимой, когда потребление растёт, а доступность ресурсов снижается. И не только в Чехии, но и в соседних странах. «Полный крах сети крайне маловероятен», — говорит Лизал.

Надежная сеть и сильные соседи
Ключевым элементом устойчивости чешской энергосистемы является так называемый критерий n-1. Он гарантирует, что даже в случае непредвиденного отказа одного крупного устройства, например, трансформатора или линии, сеть останется стабильной, а электроснабжение — бесперебойным.

«Диспетчеры постоянно следят за выполнением этого критерия. Им помогает специальное программное обеспечение, призванное предотвратить ситуации, угрожающие стабильности системы», — говорит Владимир Тошовский, администратор ассоциации регулируемых электроэнергетических компаний ČSRES и бывший многолетний руководитель ČEPS.

Тошовски считает погодные условия наиболее частым и рискованным фактором сбоев. Сбои — это нормальное явление, система к ним готова. Существуют планы и процедуры восстановления, которые регулярно тестируются на симуляторах. Диспетчеры обучают их работе на симуляторе.

«Мы подготовили несколько сценариев альтернативного электроснабжения узловых зон или силовых трансформаторных станций на случай их выхода из строя и невозможности восстановления электроснабжения от ČEPS», — добавляет Мартин Змелик, генеральный директор ČEZ Distribuce.

В случае возникновения дисбаланса соседние системы могут помочь друг другу. «У Чешской Республики есть преимущество: надёжная энергосистема и надёжные соседи», — говорит Тошовски. В случае более серьёзных проблем отдельные системы сначала отключаются, активируют собственные резервы и только затем, если возможно, помогают друг другу. В крайних случаях чешская система также отключается по умолчанию.

Однако, по словам Лизаля из CTU, важно помнить, что схожая структура производства в соседних странах также несёт схожие (и временные) риски. Таким образом, взаимосвязь снижает риски только в системах с разными источниками. «Это как портфель акций. Один тип активов увеличивает волатильность, а сочетание разных типов снижает риск», — сравнивает он.

Помощь от воды и электромобилей
В прошлом крупные отключения электроэнергии чаще всего вызывались совокупностью факторов, часто в сочетании с человеческим фактором. Пока неясно, станут ли трудноуправляемые возобновляемые источники энергии основной причиной в будущем. Но, по словам Макенауэра, они, безусловно, увеличивают риск отключений. «Но я бы добавил, что если подходить к ним ответственно, а не по политическим мотивам, риск можно поддерживать на приемлемом уровне. Даже если это потребует дополнительных затрат», — говорит он.

Электромобильность и тепловые насосы не обязательно негативно влияют на стабильность сети, если их преимущества используются. Электромобили даже могут способствовать стабилизации сети. Они представляют собой значительную управляемую мощность. К этому можно добавить гибкость для потребителей, то есть их готовность корректировать потребление в зависимости от текущей доступности электроэнергии и колебаний цен. Например, можно перенести потребление на солнечные летние дни с избытком солнечной энергии. Однако это не всегда возможно.

Гидроэлектростанции, способные выйти на полную мощность за несколько десятков секунд, также помогают сглаживать колебания в чешской энергосистеме. В частности, гидроаккумулирующие электростанции Длоуге-Стране, Далешице и части Влтавского каскада готовы к немедленному запуску в диспетчерский центр ČEPS при необходимости.

Эти источники также помогают восстанавливать напряжение на атомных электростанциях. Например, Липно или Орлик могут снабжать Темелина, а Далешице и Могелно служат резервом для Дукованы. Однако предотвращение отключений электроэнергии также требует масштабных инвестиций в модернизацию и укрепление системы электропередачи. Это обусловлено четырьмя основными причинами: ростом потребления, развитием производства (особенно на основе возобновляемых источников и аккумуляторов), модернизацией инфраструктуры и укреплением международных связей. Эти цели часто пересекаются, поэтому инвестиции невозможно чётко направить на достижение одной цели. Результатом является не только повышение надёжности, но и более эффективная передача электроэнергии, улучшение топологии сети и усиление связей с зарубежными странами. Цифровизация управления и внедрение интеллектуальных технологий, включая искусственный интеллект, также играют важную роль. Ежегодные инвестиции в систему передачи и распределения электроэнергии в настоящее время составляют около 40 миллиардов крон, из которых около 8,5 миллиарда инвестирует сама ČEZ. Однако, по словам Владимира Тошовского, нельзя сказать, что эти инвестиции приводят исключительно к повышению надёжности. Повышение надёжности происходит, главным образом, благодаря современным технологиям. «Незначительные сбои, которые были обычным явлением 30 лет назад, исчезли. Напротив, учащаются случаи менее частых, но более серьёзных инцидентов», — заключает Тошовский.