Надежность энергосистемы под сомнением: катастрофа ждет своего часа?

В начале сентября в Калифорнии прошло эффектное шоу, призванное продемонстрировать мощь и бдительность военных сил США, решительно настроенных на борьбу с терроризмом и недопущение повторения «11 сентября». С живописных холмов у залива Санта-Моника зрители могли воочию наблюдать за реактивными самолетами «F-16» Национальной гвардии, стремительно прочерчивающими небо над океаном от Национального аэропорта Лос-Анджелеса до огромного портового комплекса на Лонг-Бич и Сан-Педро, в то время как морской патрульный «P-3 Orion» военно-морских сил кружил над их головами. Какофония рева реактивных двигателей и свиста винтов была оглушающей – и в то же время внушающей уверенность. В эту ночь жители Лос-Анджелеса спали спокойно.

Тем временем, дальше по побережью шесть миллионов жителей южной Калифорнии и юго-западной Аризоны, вместе со своими соседями по другую сторону мексиканской границы, боролись с последствиями аварии, погрузившей города во тьму и вынудившей их жителей закрыть школы и госпитали, офисы и фабрики, магазины и рестораны, когда освещение, кондиционирование и энергоснабжение в целом вышло из строя.

Пляжи Сан-Диего были закрыты для купания из-за попадания в море неочищенных сточных вод. Поезда метро замерли между станциями, службы спасения вытаскивали десятки человек, застрявших в лифтах. Хотя аварийное освещение на взлетно-посадочных полосах Международного аэропорта Сан-Диего позволяло осуществлять посадку прибывающим самолетам, все исходящие рейсы были отменены из-за отключения электроэнергии на пунктах предполетного контроля в здании аэропорта. При погасших светофорах и неработающих насосах на заправочных станциях водители были вынуждены бросать свои автомобили, усугубляя заторы на дорогах. Большим везением стало то, что никто не умер и не получил серьезных ранений, но нормальной жизни людей в тот день пришел конец.

Разница между двумя событиями, произошедшими на расстоянии нескольких десятков миль, не могла быть более разительной. Одно являлось наглядным символом готовности и профессионализма, другое – послужило пугающим напоминанием того, к какому беспорядку может привести личная небрежность и ведомственная халатность. «Нам не нужны какие-то террористы, чтобы устроить хаос, – должно быть, думали жители Сан-Диего в этот день. – Мы и сами прекрасно справляемся».

Авария на энергетической подстанции 8 сентября 2011 года затронула жителей огромной территории на юго-западе страны, став самым запоминающимся веерным отключением электроэнергии за последние пятнадцать лет. Все началось на подстанции Норт-Гила, недалеко от города Юма, штат Аризона, где один из техников работал с неисправным оборудованием. Затем что-то произошло (информация уточняется) и подстанция отключилась, обесточив линию электропередачи на 500 кВ и оставив без электроэнергии 90 тысяч жителей Юмы.

Прекращение подачи электроэнергии в Юме привело к тому, что ток, обычно идущий из Аризоны в Калифорнию по ключевой межсистемной связи юго-западной части национальной энергосистемы, поменял направление, результатом чего стали большие скачки напряжения в сети, выведшие из строя подстанции по всему округу Сан-Диего. Общее число электростанций, автоматически отключившихся для защиты своих систем от скачков напряжения, достигло пятнадцати – крупнейшей из них стала атомная электростанция Сан-Онофре, мощностью 2200 МВт, расположенная на побережье недалеко от города Сан-Клементе.

При остановившейся АЭС Сан-Онофре и серьезно поврежденном главном кабеле, соединяющем Аризону и Калифорнию, идеальный баланс энергосистемы Сан-Диего и прилегающих округов был нарушен. Как правило, такие проблемы достаточно быстро решаются повышением загрузки близлежащих электростанций. Но в случае с Сан-Диего низкая мощность немногих резервных станций просто не позволила им принять на себя пиковую нагрузку и достаточно быстро стабилизировать высокое напряжение. Перегруженная сеть стремительно рухнула, вызвав отключение электроэнергии по всему побережью, вплоть до Мексики. Восстановление подачи энергии длилось до утра следующего дня.

В тот день было пасмурно, скорость ветра не превышала 3,5 м/с, так что от столь бурно нахваливаемых калифорнийских станций, работающих с альтернативными источниками энергии, было мало толку. Скорее, они были частью проблемы. Как отмечали критики, политика правительства Калифорнии по продвижению альтернативных источников энергии, которые не всегда доступны, вместо того, чтобы удовлетворить острую необходимость в повышениимощности базисных электростанций близ крупных городов, и стала главной причиной аварии.

Более общий вопрос заключается в том, почему изначальный скачок напряжения, вызывавший масштабное отключение электроэнергии, не был изолирован еще в Юме. Две главные государственные организации, отвечающие за контроль за магистральным электроснабжением Соединенных Штатов – Федеральная комиссия по управлению энергетикой (FederalEnergyRegulatoryCommission) и Североамериканская корпорация по вопросам надежности энергоснабжения (NorthAmericanElectricReliabilityCorporation) – начали собственное расследование причин аварии. Уже можно сказать, что, скорее всего, они распределят вину по всем имеющим отношение к делу структурам и порекомендуют усовершенствовать порядок технического обслуживания. Однако некоторые все же надеются, что они попытаются решить глубинную проблему. Обе организации прекрасно осведомлены о структурных недостатках, так ослабивших американскую энергосистему. Не менее хорошо им известно и то, насколько сложно будет их исправить.

Как и везде, энергетическая промышленность Соединенных Штатов существенно изменилась за последние годы, из нескольких жестко регулируемых монополий превратившись в сложную систему находящихся в свободной конкуренции компаний. В процессе электричество стало товаром, на который, как и на любой другой, заключаются фьючерсы и контракты. Независимые производители электроэнергии и компании по ее поставке строят собственные объекты энергетической инфраструктуры, нередко расплачиваясь облигациями в счет будущих доходов. Они продают энергию покупателям через «розничных торговцев», мелкие компании, и получают свою прибыль с оплачиваемых пользователями счетов.

Управление спросом и предложением, бывшее некогда прерогативой планировщиков коммунальных предприятий, сегодня, в основном, зависит от аппетитов и стремления к деловому риску энергетических компаний. А независимые операторы энергосистемы, контролирующие подачу электроэнергии, превратились в менеджеров по управлению активами, балансирующих между предложениями разных поставщиков с помощью равновесной цены.

В общем и целом, произошедшие перемены сделали энергетический рынок более эффективным. Для потребителей конкуренция, созданная за счет децентрализации предприятий отрасли, позволяет удерживать рост цен на электроэнергию. Но в сложившейся ситуации есть и свои минусы, и самый большой из них – отсутствие запасных резервных мощностей, пусть и небольших, которые когда-то были. В новой конкурентной среде компании энергетической промышленности загружают свои линии электропередач практически на полную мощность, оставляя мало пространства для маневров в случае резкого скачка напряжения, как это произошло в начале сентября.

Проблемой стал и несколько иной способ использования линий электропередач, объединяющих объекты инфраструктуры, разбросанные по всей стране, в единую сеть. До отмены государственного регулирования такие, тянущиеся на сотни километров линии использовались исключительно в случае острой необходимости – например, когда на одной из станций начинало резко падать напряжение и возникала угроза полного или частичного нарушения электроснабжения. Сегодня же на линии электропередач нередко ложится гораздо большая нагрузка, чем они рассчитаны, из-за того, что крупные компании начинают передавать энергию на все большее и большее расстояние. Электричество в розетке жителя Калифорнии, которая так печется об альтернативной энергетике, может на самом деле поступать из работающей на угле электростанции где-нибудь в Вайоминге или Западной Вирджинии.

В результате энергосистема сегодня подвержена более частым и существенным скачкам напряжения, чем когда-либо ранее. Цикличность в работе электростанций для удовлетворения потребности в энергии в разных частях страны приводит к тому, что энергопроизводящее и передающее оборудование постоянно нагревается и остывает, нагревается и остывает – неудивительно, что его износ происходит гораздо быстрее. Кроме того, количество средств выделяемых американскими энергетическими компаниями на подержание инфраструктуры в рабочем состоянии с 1992 года постоянно сокращалось приблизительно на 1% в год. Ключевым компонентам энергосистемы – трансформаторам на энергетических подстанциях – сегодня уже в среднем сорок лет, что имеет губительные последствия на стабильность и надежность всей сети.

Еще один минус децентрализации заключается в сокращении объемов инвестиций. Поскольку независимые поставщики электроэнергии, продавцы и коммунальные предприятия не несут ответственности за главные линии сети, у них нет стимула поддерживать их в надлежащем виде. И пока постоянно есть возможность получать электроэнергию откуда-то из другой части страны – как в случае с Сан-Диего – стимул повышать мощности местных станций так никогда и не появится, а значит новые аварии и новые отключения подачи электроэнергии на больших территориях неизбежны.

Решит ли проблему так называемая «умная сеть»?* Скорее, напротив – лишь усугубит ситуацию. На данном этапе она не даст ничего, кроме дополнительного коммуникационного уровня для местной сети распределения электроэнергии, при котором потребители смогут в любой момент точно знать, сколько энергии потребляют и во сколько она им обходится. В свою очередь коммунальные предприятия смогут присылать своим клиентам уведомления в моменты предельной нагрузки, чтобы они могли снизить потребление и сэкономить деньги или получить от компании бонусы – истинная цель которых, впрочем, избежать необходимости наращивать производственные мощности.

Еще один крайне важный момент, которого старательно избегают сторонники «умной сети», это то, что она предоставит массу удобных точек для взлома – около 440 млн. к 2015 году, согласно агентству энергетических и информационных услуг «LockheedMartin» (LockheedMartin’sEnergyandCyberServices). Любой интеллектуальный счетчик в любом доме теоретически можно взломать, как и маршрутизаторы на подстанциях. Как говорится, все, с помощью чего можно обмениваться информацией, можно взломать. Сегодня можно снизить учет электроэнергии в доме, забравшись на ближайший электрический столб и переведя стрелку наверху, а когда интеллектуальные счетчики появятся повсеместно, это можно будет сделать удаленно, при желании с другого конца света.

Но что если потенциальные злоумышленники на этом не остановятся? Ведь вместо выключения электроэнергии, они смогут постоянно менять напряжение, выводя из строя чувствительное электронное оборудование, компьютеры и телевизоры. И делать это можно не в одном доме, а в целых городах или энергетических подстанциях, чтобы вывести трансформаторы из строя или попросту сжечь их. А как мы видим из сентябрьских событий, выход из строя всего одной подстанции в Юме оказался достаточным для того, чтобы поставить на колени весь юго-запад Соединенных Штатов. Если американская энергосистема не станет более надежной и защищенной, опасность для страны – со стороны террористов или неосторожных техников – будет только возрастать.

Примечание переводчика:

«Умная сеть» (SmartGrid) – это совокупность ряда современных технологий, общей целью которых является автоматизация и «оцифровка» управления коммунальными сетями для того, чтобысделать контроль над потребительскими системами более точным и эффективным и обеспечить лучшее взаимодействие между коммунальными службами и их клиентами.

TheEconomist, перевод с английского – Наталья Коношенко

http://www.economist.com/blogs/babbage/2011/09/reliability-grid