Как-то работёнки навалилось) Да и тема такая, что сказать просто, а сформулировать – уже не очень, да и измышлизмов надумалось столько, что нарисовалась часть 4 «ВИЭ против традиционной энергетики». Но к месяцу события надо всё-таки собраться)
Да, кто этот нехороший человек, отправивший за каких-то пять секунд в нокаут энергосистему с установленной мощностью за 150 ГВт? Скорее всего, персональную ответственность установить не получится (ну, если отбросить естественный для Запада вариант – Путин) - в электрических сетях подобные аварии, как правило, связаны с наложением друг на друга целого ряда причин. Поэтому вопрос стоит разбить на три:
1) Имеются ли общие тенденции, приведшие к блэкауту?
2) Что послужило спусковым крючком?
3) Как ситуацию отработал системный оператор и противоаварийная автоматика?
Общие тенденции развития пиренейской энергосистемы
Напомню табличку из первой части:
Из этой таблички следует как минимум спорность тезиса о том, что пиренейская энергосистема типа сильно старая – за 20 лет установленная мощность традиционных ЭС практически удвоилась, такую прорву электроэнергии невозможно довести до потребителя без серьёзной реконструкции сетей.
Как видим, в 21-м веке в пиренейской энергосистеме преобладает «зелёная повестка», что приводит к следующим результатам основных типов генерации:
1) ТЭС – уменьшение и установленной мощности (за счёт вывода угольной генерации), и доли от общей мощности энергосистемы;
2) АЭС - уменьшение и установленной мощности (за счёт старения оборудования), и доли от общей мощности энергосистемы;
3) ГЭС – рост установленной мощности при примерном сохранении доли в энергосистеме;
4) ГАЭС – незначительный рост установленной мощности при падении доли;
5) ВЭС/СЭС – резкий рост и мощности, и доли.
По факту мы видим увеличение установленной мощности при уменьшении управляемой мощности (традиционной энергетики), при этом общее количество произведённой энергии неуклонно падает.
КИУМ (коэффициент использования установленной мощности) ВЭС и СЭС не велик, в результате такой впечатляющий рост установленной мощности не привёл к хоть какому-то росту вырабатываемой электроэнергии:
Как видим, ВИЭ генерация смогла только смягчить падение производства электроэнергии, вызванное уменьшением традиционной генерации. Пик производства в Испании пришёлся на 2008 году, в Португалии – на 2016.
Но к чему ведут все эти уменьшения/увеличения? Можно отметить три основных момента:
1) С началом «зелёной повестки» постоянно падала управляемость энергосистемы;
Неумолимая логика - наиболее критично это должно проявляться солнечным (максимальная выработка СЭС) весенним (нет перегрева СЭС и нагрузка не так велика, как летом – т.е. доля СЭС максимальна) днём около полудня.
2) И также неуклонно падала прогнозируемость системы;
3) За счёт постоянного колебания цен уменьшалось резервирование – было просто неэкономично держать в обороте лишние мощности.
Более подробно эта тема будет раскрыта в 4-й части.
Спусковой крючок блэкаута
Тут, естественно, по большей части предположения, основанные на данных из открытых источников, операторам энергосистемы ситуация видна куда лучше, но не факт, что они озвучат реальные данные, а не «идеологически правильные».
Фактическим началом системной аварии следует считать отключение некой генерации в 12:32:57 по местному времени. Что мы можем сказать про эту генерацию?
1) Исходя из графиков частот, она электрически предположительно ближе к Малаге, чем к Порту и достаточно удалена (или чем-то экранирована) от французской границы;
2) Скорее всего, это ВИЭ-генерация (ВЭС или СЭС). Для понимания этого нужно ещё раз посмотреть на график частоты, там хорошо виден отскок частоты, похожий на работу АРЧВ (голубые овалы), который ставится на обычных генераторах. Соответственно, относительно недалеко от этого места должна быть серьёзная традиционная генерация.
На момент аварии генерация пиренейских ГЭС составляла примерно 3643 МВт, но при этом потребление ГАЭС – 4221 МВт, т.е., с учётом того, ГЭС и ГАЭС располагаются поблизости, то можно утверждать, что участие ГЭС в регулировании системы если не исключено, то сильно демпфировано. ТЭС же выдавали 3269 МВт (исходя из мощности одиночных генераторов в 300-400 МВт, можно предположить, что на всю Испанию приходилось 8-10 турбин, участвующих в регулировании частоты) и расположены, как правило, в районах без крупных ГЭС. Исходя из такого относительного небольшого наряда регулирующих мощностей, можно предположить, что в районе аварии располагалось один-два подобных регулятора. С учётом того, что оперативную работу АРЧВ видно и далее по ходу аварии, можно предположить, что отключались (по крайней мере, в начале аварии) не они.
Под такие критерии можно притянуть много кого, но тут свою версию выдал сайт ENSTO-E. На нём есть список аварийных элементов, который теоретически должен показывать, что, где и когда отключается. Возможно, что на мелких авариях это и работает, но блэкаут поставил сайт в тупик: отключённых элементов оказалось явно маловато, а у тех, что всё-таки показаны – явные проблемы со временем отключения.
Скорее всего, сайт после блэкаута «поплыл» от переизбытка информации, поэтому и начал чудить со временем. На нём и без аварий бывают провалы с данными по перетокам, возможно, что и не только с ними.
Казалось бы, ну написали европейцы что-то непонятное, типа отчитались, можно забить, благо имеются очевидные нестыковки. Однако в начале аварии три электростанции указаны вполне себе логично, это АЭС Альмарас (Almaraz, отключилась уже в ходе полного обрушения) и две солнечные электростанции Омледилья (Omledilla) и Сабинар (Sabinar), вполне удовлетворяющие заявленным условиям, более того, СЭС подключены к ПС 400/220 кВ Omledilla (Омледилья), являющейся очень мощным связующим (8 ВЛ 400 кВ) звеном между центральным и юго-восточным регионами.
СЭС Омледилья в 2008 году успела даже побывать самой мощной СЭС не только Испании, но и мира (80 МВт на тот момент). С тех пор солнечной генерации в окрестностях сильно прибавилось, но по мощности местные панельные поля далеко не первые уже даже на пиренейском полуострове.
Отключение СЭС в этом районе лучше всего ощущается в Малаге (красный кружок), до неё ближе (красная кривая) относительно других контрольных точек: Порту (синий, ещё и прикрывается районом Мадрида и крупными ГЭС/ГАЭС в районе испано-португальской границы) и Бельфора (на длинном пути к которому ещё и мощный каталонский энергорегион с двумя рабочими АЭС (голубой овал)). Кандидатов в регулирование тоже хватает (зелёные кружки): это три ТЭС в Картахене (отключение одной из них зарегистрировано выше, в 9:15, очевидно, из-за работы СЭС) общей установленной мощностью в 3,2 ГВт, полуторагигаваттная ГАЭС Кортес-Ла-Муэла и две ТЭС севернее Валенсии (1,85 ГВт). Как минимум ГАЭС точно была в работе, без неё баланс не складывается.
Само по себе выпадение значительных мощностей (даже на сайте ENSTO-E указано 323 МВт) – уже неприятно, а если это привело к отключению ПС 400 кВ – то это неприятно в квадрате, скорее всего, это полный разрыв связей между центром и юго-востоком Испании, а дальше уже как пойдёт. В качестве начала процесса – вполне реально.
Естественно, это весьма поверхностное предположение и на самом деле всё могло идти совсем по-другому.
Что непосредственно вызвало отключение? Причин может быть несколько: локальный переизбыток электроэнергии (юг Испании – вотчина СЭС, и в полдень там очевидно их пытались использовать по максимуму), недостаточная пропускная способность ВЛ или превышение уровня напряжения (у обычной ПС возможности регулирования достаточно ограничены). Посмотрим, что таки напишут сами испанцы.
Оценка работы системного оператора и противоаварийной автоматики
Тоже достаточно умозрительные рассуждения, но что есть)
Наибольший вопрос вызывает предполагаемое (мы же сейчас не знаем, что происходило у операторов, может дрыхли, может в карты играли, а может телефоны начальства в панике обрывали) бездействие в 18 секунд между первым и вторым отключением, когда ситуация с балансом в энергосистеме очевидно не улучшалась. Можно указать следующие причины:
1) Первое отключение было инициировано оператором или он понимал его причину (см. выше).
2) Частота не упала до сколько-либо опасных величин.
По нашим требованиям, рабочее отклонение частоты – +0,05 Гц, нормальное отклонение частоты - +0,2 Гц, предельно допустимое – +0,4 Гц. В Европе же ситуация более демократичная: нормальное отклонение частоты - +0,5 Гц, предельное – от +2 до -3. Фактически же на 12:33:15 оно составляло 0,06 Гц. Т.е. с точки зрения оператора частота вообще никуда всерьёз не отклонилась.
3) Отсутствие свободного резерва мощности. Оперативные резервы мощности (т.е. некая турбина, не нагруженная под завязку, с возможностью ограниченного наращивания мощности) точно были – видна реакция автоматики, а вот был ли в системе соответствующей потери мощности «вращающийся резерв» - вопрос. Судя по тому, что частота продолжила падать – либо не было, либо команды на его работу не поступило.
4) Влияние предыдущих инцидентов. Во второй части я упоминал, что задолго до блэкаута происходили некоторые инциденты, связанные с недостатком генерации и приведшие к отключениям/угрозе отключений потребителей. В складывающейся ситуации, когда оператор видит, что ситуация ухудшается (но пока ещё выглядит управляемой), очевидное решение (сбрасывать нагрузку) представлялось чреватым последствиями лично конкретному оператору в случае, если ситуация разрулится без его действий.
Интересно, в испанском есть аналог нашего «авось»?
Пока можно предположить, что бездействие оператора вполне объяснимо – изначально ситуация не выглядела сколько-нибудь серьёзной.
Скорее всего, оператор не знал причины отключения и принял её за обычную, достаточно небольшую и локальную аварию.
Более интересно, почему не сработала противоаварийная автоматика, в первую очередь – автоматическая частотная разгрузка (АЧР), принцип которой заключается в отключении части потребителей при падении частоты ниже определённого уровня. Здесь можно высказать два предположения:
1) Частота прошла уровень отключения инверторов крупных СЭС/ВЭС (у которых просто по определению нет рядом серьёзных потребителей), поэтому срабатывание АЧР уже ни имело никаких последствий – большая часть генерации уже отключилось;
2) За счёт внедрения СЭС/ВЭС на разные уровни сети, эффект АЧР становится очень размытым, так как приводит к отключению не только собственно потребителей, но находящихся в этих же сетях небольших СЭС/ВЭС.
Теоретически, при каких-либо серьёзных изменениях в энергосистеме, оператор должен проводить расчёты, как это изменение влияет на неё и вносить соответствующие корректировки в работу своего оборудования (или само оборудование). Но тут есть два момента:
1) Вряд ли условный дон Педро согласовывает что-то дальше местных электросетей. Это касается не только дома дона Педро (0,4 кВ), но и его свечного заводика (до 132 кВ). Оператору подобные идальго видятся достаточно размытым изменением нагрузки в узле энергосистемы, отражающемся в статистическом падении потребления;
2) Доны Педро на энергосистему набежали не равномерно, а организованной толпой, потому что это стало единомоментно выгодно. Системный оператор – это достаточно неповоротливая структура, которая на внешнее воздействие реагирует с запозданием, соответственно, на нарастающее воздействие следует нарастающее же запоздание.
То есть, можно предположить, что действующая на момент блэкаута противоаварийная автоматика уже устарела по уровню отрабатываемых угроз.
Выводы
1) Взрывной рост ВИЭ-генерации привёл к уменьшению управляемости (за счёт уменьшения доли мощной и хорошо управляемой традиционной генерации) и ухудшению прогнозируемости (к переменной нагрузке добавляется и переменная генерация) пиренейской энергосистемы. При этом ВИЭ-генерация фактически демпинговала традиционную энергетику, вынуждая выводить из баланса дорогие турбогенераторы, тем самым уменьшая активный резерв энергосистемы;
2) Слабые связи с внешними энергосистемами (Францией и Марокко) – они не смогли прийти на помощь;
Марокко, конечно, та ещё энергосистема – примерно в два раза меньше Португалии, но на безрыбье… К тому к ещё более солнечного Марокко энергосистема куда более сбалансирована.
3) К этому стоит добавить отсутствие скелета энергосистемы в виде ещё более высокого класса напряжения (например, 750 кВ) – хоть и достаточно плотная, сеть 400 кВ не обеспечивает оперативную передачу больших мощностей (гигаватты) на сотни километров;
4) Противоаварийная автоматика (как и системный оператор) оказалась неспособной определить и локализовать угрозу.
Часть 1. Пиренейская энергосистема.
Часть 3. Кто виноват?
Часть 4. ВИЭ против традиционной энергетики.
Подбросить автору денех через Бусти, или более традиционно (2202 2069 3287 7165, Сбер, Алексей). Напоминаю, что у меня есть телеграм-канал.