В общем, как и обещал, статья получилась небольшая. Правда, только первая её часть)
16 марта украинские энергетики бурно праздновали годовщину своего присоединения к единой европейской энергосистеме и типа полную независимость от Единой энергетической системы России (ЕЭС России). Но, как ни странно, полной независимости у них не получилось, потому что европейская энергосистема сама работает параллельно с российской. Да и не такие они уж обе и единые. Для того, чтобы разобраться в данном противоречии нужно понимать, что такое параллельная работа энергосистем, чем отличаются синхронная работа и не синхронная, что такое интерконнектор, и как можно понять, как именно могут параллельно работать те или иные энергосистемы. Но начнём с самого определения энергосистемы.
Недолго думая, процитирую Википедию: энергетическая система (энергосистема) — совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединённых между собой и связанных общностью режимов в непрерывном процессе производства, преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.
Здесь необходимо акцентировать внимание на двух моментах.
1) Что подразумевается под общим управлением?
Тут нужно сделать одно отступление (далеко не единственное). Дело в том, что владельцы энергообъектов, составляющих энергосистему, и люди, управляющие работой этой энергосистемы – часто совсем разные люди. Естественно, так как в энергосистеме огромное количество элементов, то и различных владельцев тоже хватает (особенно в генерации). Однако, как правило, основные распределительные сети (линии электропередачи и подстанции) принадлежат одному-двум владельцам, например, в России большинство магистральных электрических сетей (от 220 кВ и выше) принадлежат ПАО «ФСК ЕЭС», а распределительных (ниже 220 кВ) – ПАО «Россети» (юридически, правда, ФСК в Россети входят). Но управление этими самыми сетями осуществляют не они, а АО «Системный оператор ЕЭС России» (АО «СО ЕЭС»).
Речь, естественно, не о фактическом владении, и не об административном, а об оперативном, фактическом, управлении работой энергосистемы.
Если с фактическим владением мы вроде разобрались, то вот с административным управлением опять нужно пояснить, на примере той же ЕЭС России. Управление сетями в пределах областных энергосистем (это, как правило, областной филиал (облэнерго) межрегиональной распределительной сетевой кампании (МРСК) и соответствующее предприятие магистральных электрических сетей (ПМЭС) осуществляет областное подразделение СО ЕЭС – региональное диспетчерское управление (РДУ). Область – это очень небольшое объединение, частенько имеющее явно недостаточную автономность, поэтому РДУ объединяются под управлением объединённого диспетчерского управления (ОДУ). В России семь ОДУ - Центра, Юга, Северо-Запада, Средней Волги, Урала, Сибири и Востока.
Фактически ОДУ управляют отдельными энергосистемами. Однако между ними тоже имеются связи, магистральные линии электропередачи, соответственно, нужен некий орган, регулирующий отношения ОДУ между собой – это центральное диспетчерское управление (ЦДУ). Вроде бы жёсткая и понятная структура управления, но есть одно «но» – по технологическим причинам (слабая (три транзита 220 кВ) и очень длинная связь между Сибирью и Дальним Востоком) ОДУ Востока работает отдельно. То есть, административно оно подчиняется ЦДУ, но оперативно – барахтается само по себе. Таким образом, фактически ЕЭС России состоит из двух энергосистем, полноценное объединение которых пока в отдалённой перспективе.
2) Общность режимов. А вот тут всё достаточно просто. Дело в том, что в энергосистеме имеется один параметр, единый для всей энергосистемы – это частота переменного электрического тока. То есть можно дать такое, техническое, определение: энергосистема – совокупность электрических устройств, работающих с одной частотой.
Но более точно, пожалуй, такое определение: энергосистемой можно назвать некоторую совокупность электрических устройств (генераторов, линий электропередачи, трансформаторов, потребителей), управляемых одной структурой и работающих с одной частотой переменного тока.
Здесь надо чётко понимать, что под одной частотой подразумевается не номинальная частота, которая у нас и в Европе равна 50 герц, а в США — 60. Речь про текущее значение, которое ходит около этих самых номинальных значений, наглядно демонстрируя колебания баланса генерации/потребления в энергосистеме. Глянуть можно, например, на сайте нашего Системного оператора (смотреть справа вверху).
Очевидно, что энергосистема, для признания её таковой, должна обладать некоторой автономностью. Соответственно, она должна быть не то, чтобы обязательно большой — Калининградская энергосистема по размерам куда меньше, например, Молдавской (конкретно Молдавской, без Приднестровья), но в отличии от последней является полноценной энергосистемой с серьёзной генерацией, распределительной сетью, соответствующей нагрузкой/потреблением и органами управления всем этим хозяйством.
Фактически энергосистемы ограничиваются не сколько какими-либо административными границами (особенно на них забивали в Советском Союзе, где ЛЭП вообще на эти границы не ориентировались, да и подстанции региональных подразделений электросетей частенько залетали на территорию соседних регионов), а скорее географическими, определяющими конфигурацию магистральных линий. Но, естественно, административные границы, особенно государственные, играют не малую роль.
В этом смысле разделение по зонам ответственности ОДУ выглядит куда логичнее, чем разделение на филиалы у владельцев электрических сетей (например, Брянская область – это магистральные электрические сети (МЭС) Северо-Запада, а Тверская – МЭС Центра), хотя тоже не без вопросов – почему Архангельская область и республика Коми, практически никак не связанные с остальным Северо-Западом (и электрически, да и транспортно), всё-таки относятся именно к нему, не понятно.
Так как энергосистемы в своё время расширялись по экономическим причинам, то после того, как они дошли до национальных границ государств, стал вопрос о совместной работе энергосистем — просто потому, что те же экономические причины никуда не делись, а даже наоборот, стали ещё актуальнее (особенно с распространением таких нестабильных источников энергии как солнечные и ветровые электростанции).
Образование энергосистем напоминало образование железнодорожных сетей веком ранее – сначала некие предприимчивые люди использовали технологичную новинку в подходящих местах, при чём по разным стандартам, потом сети, начинавшие приносить прибыль и вытеснявшие своих непродвинутых предшественников (у железных дорог это конный и частично водный транспорт, у электроэнергетики – паровая промышленность), начинали расширяться и сталкиваться с аналогичными конкурентами, с которыми либо договаривались о разделе сфер влияния и стандартизации оборудования, либо расправлялись в конкурентной борьбе (например, жёсткое противостояние различных систем электрических токов в Америке вылилось в Войну токов). А развиваться энергосистемы заставляли экономические причины:
1) освоение большей территории – получение большей прибыли;
2) укрупнение генерации (производство электроэнергии на мощной электростанции удельно дешевле производства на куче мелких), перемещение её в более удобные места (крупные реки (ГЭС), месторождения полезных ископаемых (ТЭС), центры нагрузок (АЭС));
3) возможность маневрирования мощностями (те самые перетоки мощности), позволяющая уменьшать общее количество генерирующих мощностей (т.е. уменьшающая расходы). Этот момент становится особо актуален при использовании большого числа суточнопериодических электростанций (СЭС, приливные ГЭС) и электростанций с сильнопеременной генерацией – ВЭС. Очень хорошо иллюстрируется соседкой Украины – Румынией, до четверти установленной мощности которой составляют ВЭС, в результате импорт/экспорт румынской электроэнергии ходит в пределах до двух гигаватт. Европейская мечта об зелёной энергетике на самом деле не такая уж и утопичная, но только при условии значительно большего охвата территории (а не втыкания всё большего количества ветроустановок в бедное Северное море) и значительно большей пропускной способности электрических сетей;
4) оптимизация перетоков и генерации мощности, причём как по банальному снижению расходов, так и по стоимостным причинам. Избыток электроэнергии на рынке приводит к её удешевлению – что позволяет уменьшать генерацию более дорогих (и таки грязных) ТЭС или задействовать ГАЭС.
Соответственно, стал вопрос о совместной работе энергосистем, которую называют параллельной. Эту работу обеспечивают так называемые интерконнекторы, состав которых сильно зависит от варианта соединения энергосистем. Параллельная работа энергосистем возможна в двух основных вариантах:
1) Синхронная работа — когда энергосистемы подключены друг другу напрямую, с использованием вполне себе стандартных трансформаторов, выключателей и линий электропередач. В данном случае, у параллельно работающих энергосистем одна и та же частота, но собственные органы управления. Естественно, при серьёзной перевязке систем обязательно появляются сначала некие обязательства сторон в виде договорных отношений, а потом - и некие совместные органы управления, упорядочивающие взаимоотношения энергосистем. Плюсами подобной работы является простота и дешевизна, минусами — фактическая утрата независимости энергосистем.
2) Несинхронная работа — подразумевает подключение энергосистем через некоторое устройство (вставка (ВПТ) или передача (ППТ) постоянного тока), которое должно обеспечивать независимость параметров соседних энергосистем (в первую очередь — частоты). При несинхронной работе обеспечивается только переток активной (полезной) мощности. Такой вариант имеет кучу плюсов (независимость энергосистем, большая пропускная способность), но ВПТ обладают и серьёзными минусами, сильно ограничивающими их применение (техническая сложность – дороговизна и меньшая надёжность, сильное влияние на качество электроэнергии соединяемых энергосистем).
Озвучиваются ещё и другие способы соединения энергосистем, с выделением отдельных зон (типа Бурштынского энергоострова), но называть подобную работу параллельной – это примерно как назвать аренду игрока одного клуба другим клубом объединением этих клубов, фактически речь идёт о передачи части одной энергосистемы в другую.
Продолжение следует…
Часть вторая. Интерконнекторы для различных вариантов параллельной работы энергосистем.
Часть третья. Примеры объединений энергосистем и их борьба между собой.