Понятное дело, что электричества всегда вырабатывается больше, чем нужно, чтобы всем хватило и никто не остался без света в туалете и с потёкшим холодильником. При этом ночью, когда большинство людей спит, а магазины и предприятия закрыты, электричества потребляется в разы меньше, чем в утренние и вечерние часы пик. Но электростанции всегда вырабатывают примерно одно и то же количество энергии. И ночью, и днём, и утром, и вечером. А куда тогда деваются неиспользованные никем киловатт-часы? Многие думают, что оно накапливается где-то на электростанции, как товар на складе, но это один из самых распространённых мифов.
Главный же парадокс энергосистемы заключается в том, что в каждый момент времени её операторы должны обеспечить абсолютное равенство между количеством произведённой и потреблённой энергии. Мгновенная мощность, вырабатываемая всеми электростанциями страны — от гигантской Саяно-Шушенской ГЭС до скромной солнечной панели на крыше дома, — должна в реальном времени точно соответствовать сумме всех включённых ламп, компьютеров, заводских станков и зарядных устройств.
Когда это равновесие нарушается, происходят невидимые для обывателя, но критически важные процессы. Представьте, что потребление внезапно падает — например, ночью, когда миллионы людей ложатся спать, а промышленность снижает активность, но атомные и угольные станции не могут быстро уменьшить мощность. В этот момент в сети возникает избыток энергии. Частота переменного тока, стандартизированная в России и Европе на уровне 50 Герц, начинает расти. Даже отклонение на 0.2 Герца является для диспетчеров аварийным сигналом. Чтобы вернуть частоту к норме, система предпринимает несколько сложных манёвров.
Гидроэлектростанции, способные быстро реагировать, практически мгновенно снижают мощность, перенаправляя воду из турбин в обводные каналы, пополняя запасы верхнего бьефа. Тепловые станции, хотя и медленнее, также уменьшают подачу пара.
Однако самый гениальный метод «консервации» излишков — это гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). Ночью, когда энергия дешева и её много, мощные насосы, работающие в реверсном режиме, перекачивают воду из нижнего водоёма в верхний, тратя на это избыточные мегаватты. Таким образом, кинетическая энергия тока преобразуется в потенциальную энергию воды. Утром, когда миллионы людей включают чайники и свет, и спрос резко взлетает, эта же вода сбрасывается вниз, вращая турбины и возвращая в сеть до 70-80% "перекаченной" ночью энергии. Круг замыкается. Мощность одной лишь Загорской ГАЭС в Подмосковье составляет 1200 МВт, что сопоставимо с крупной атомной станцией, но включается она за минуты, выполняя роль гигантского сетевого аккумулятора.
Раньше, когда электричество вырабатывали только ГЭС, ТЭС И АЭС, баланс поддерживать было проще, сейчас же добавился новый фактор — нестабильная генерация от возобновляемых источников. В ветреную ночь в Германии ветропарки могут выработать колоссальный объем энергии, который некуда деть. Цены на электроэнергию на бирже становятся отрицательными — производители платят потребителям, чтобы те взяли их киловатты. В такие моменты включаются «промышленные пылесосы» — энергоёмкие производства, такие как дуговые печи на металлургических заводах или установки для электролиза, которые в обычном режиме были бы нерентабельны. В перспективе избыток энергии направляется на электролизёры, производящие «зелёный» водород, который уже является физическим носителем энергии и его можно хранить в баллонах и использовать месяцами.
Таким образом, электричество, которое «не израсходовали», не исчезает и не копится. Оно либо немедленно преобразуется в другой вид энергии — потенциальную воду в верхнем бьефе ГАЭС, тепло в накопительных обогревателях или химические связи водорода, — либо заставляет систему искусственно снижать собственную генерацию, чтобы избежать катастрофического разбаланса.
Читай меня в Телеграме, а ниже ещё несколько интересных статей: