Аварии энергосистем парализуют мир
 
Энергетика

Аварии энергосистем парализуют мир

19.11.2003
Рубрика: Энергетика

Обсудить на форуме

Информация предоставлена: CNews.ru

2775 просмотров
Аварии энергосистем парализуют мир  

Аварии энергосистем эпического масштаба недавно потрясли весь цивилизованный мир. Массовые отключения электричества поражали несколько стран одновременно. Они принесли не только многомиллиардные убытки, но и угрозу функционированию государственной инфраструктуры в целом.

 

Несмотря на то, что события подобного масштаба обусловлены целым рядом факторов и стечением обстоятельств, эксперты подчеркивают, что аварии в различных странах происходят на фоне проходящей в них массовой кампании по созданию открытого рынка электроэнергии и связанных с этим процессов по дерегулированию электросетей. Кризисы проявляют себя не только в авариях, но и в периодически возникающей острой нехватке электричества на фоне резкого (порой, в сотни раз) увеличения ее стоимости.

Экономический кризис в благополучной до этого Калифорнии, во многом вызванный затяжным энергетическим кризисом, уже привел к досрочным перевыборам губернатора. Дело дошло до того, что некоторые страны, наметившие проведение реформы энергетической отрасли по аналогии с американским опытом, приняли решение отложить ее до лучших времен.

Несмотря на то, что в нашей стране формирование свободного рынка электроэнергии находится в зачаточной стадии, подобная задача уже поставлена правительством, и, как можно ожидать, будет претворяться в жизнь. В связи с этим представляется необходимым разобраться, возможно ли повторение кризисов аналогичной природы у нас в стране и если да, то в какой форме они могут протекать и какие меры необходимо предпринять для минимизации возможного ущерба от них.

Опыт США

 
Максим Иванов: «Порядка 40% компаний, попавших в эпицентр недавних отключений, не смогли продолжить работу»
Максим Иванов: «Порядка 40% компаний, попавших в эпицентр недавних отключений, не смогли продолжить работу»   О перспективах продаж источников бесперебойного питания на российском и мировом рынке в своем интервью CNews.ru рассказал Максим Иванов, глава московского представительства компании АРC.  

CNews.ru: Что можно сказать о закупках ИБП (Источников Бесперебойного Питания) после масштабных отключений электроэнергии в странах Старого и Нового Света? Какие группы ваших покупателей наиболее болезненно отреагировали на эти масштабные отключения? Что можно сказать о заявках на следующий (2004) финансовый год?

Максим Иванов: Отключения энергоснабжения США, Англии, Франции и Италии и других странах позволили нашим заказчикам еще раз убедиться в преимуществах использования оборудования APC. Наши решения помогли им защитить свой бизнес, спасти результаты работы, а также справиться с бытовыми проблемами. В конце концов, благодаря простейшим ИБП они могли узнавать последние новости, транслируемые по телевидению, и не впадать в панику. После отключений в Америке и Канаде штаб-квартира нашей корпорации получила десятки благодарностей от самых разных заказчиков: домашних пользователей и сотрудников ИТ-отделов служб спасения и крупных корпораций.

Если говорить о финансовых потерях предприятий, по данным Network Computing и META Group, Inc., энергетические компании в среднем теряют в час до $2817846, финансовые учреждения — $1495134, телекоммуникационные компании -$2066245, страховая отрасль — $1202444 в час, а розничные компании -$1107274. Потери, равно как и риски, велики, поэтому их необходимо избежать, спланировав и организовав эффективную систему защиты.

CNews.ru: Насколько они увеличились со стороны гос. сектора и со стороны коммерческих структур?

Максим Иванов: Большинство крупных корпоративных заказчиков уже используют решения для защиты электропитания. Нюанс в том, что эти решения не всегда адаптированы к условиям активно развивающихся информационных технологий: они статичны и, если можно так выразиться, «неповоротливы», не адаптированы к модернизации и расширению, а в итоге — не могут справиться с новыми задачами. Поэтому APC разработала новый подход к защите электропитания — архитектуру InfraStruXure. Мы предлагаем не просто ИБП, а целый комплекс оборудования, (шкафы, ИБП, блоки распределения питания, аксессуаров для управления, кондиционеры) инсталлированный в единую инфраструктуру, полностью рассчитанную на реальные потребности современного предприятия, как небольшого, так и гигантского. Модульное построение такой системы, простота ее планирования, легкость установки и масштабируемость — все это позволяет существенно экономить капитальные расходы и решать огромное число задач. Поэтому все большее число компаний отдают предпочтение именно этому подходу при организации системы электропитания.

CNews.ru: Как Вы оцениваете потребность отечественных коммерческих и государственных структур в ИБП на следующий год и на ближайшие два-три года? Какова на Ваш взгляд стратегия закупок ИБП у разных секторов бизнес- и государственных структур (например, у больших и средних банков, у ЦБ России и СберБанка; у государственных фондов, работающих с большими массивами данных)?

Максим Иванов: Мы отмечаем заметный рост интереса наших заказчиков к сложным, мощным архитектурным решениям: наши клиенты очень хорошо восприняли InfraStruXure (причем не только младшие по мощности и комплектации модели типа А, но и более мощные системы ISX типа B). Поэтому для нас очевидны две тенденции, связанные с развитием отрасли и бизнеса АРС. Во-первых, в связи с ростом интереса к архитектуре InfraStruXture, мы планируем активно продвигать это решения на рынки СНГ в течение 2004 года.

Во-вторых, по причине роста популярности так называемых «младших» моделей ИБП, мы выводим на российский рынок широкий спектр решений для малого и среднего бизнеса, которые, при неоспоримом качественном преимуществе, обладают привлекательной ценой.

CNews.ru: Спасибо.

В 1992 году американский Конгресс принял закон о национальной энергетической политике (EPACT, National Energy Policy Act). Этим был дан зеленый свет конкуренции на рынке энергоснабжения (в настоящее время государственная политика в области энергетики регулируется законом об энергетической политике, принятым Конгрессом 11 апреля текущего года). Основной принцип, заложенный в концепции закона, был обозначен как «дерегулирование».

Пилотная программа, в соответствии с EPACT, начала реализовываться сначала в штате Нью-Хемпшир. Несколько позже за ним последовали Аризона, Калифорния, Массачусетс, Пенсильвания и Род-Айленд. К настоящему времени аналогичные программы идут уже в половине штатов США. Но, помимо сильной стороны — создания свободного рынка электроэнергии, — реформа влечет за собой неоднозначные последствия, как для государства, так и для бизнеса.

Единая энергосистема разделяется на отдельные компании, относящиеся к трем основным группам, — генерирующие (электростанции), передающие (магистральные линии электропередач) и распределительные (занимающиеся непосредственным обеспечением электроэнергией пользователей в регионах). Предполагалось, что новоиспеченные компании (особенно генерирующие) вступят в конкуренцию друг с другом, и это приведет к снижению цен и другим позитивным изменениям.

В результате пользователям пришлось не просто оплачивать электроэнергию, но и выбирать ее производителя. Число транзакций в сети возросло многократно. В поисках наиболее дешевой электроэнергии внимание потребителей в районах с высоким энергопотреблением и относительной нехваткой производящих мощностей обратилось на удаленные электростанции. Поток электроэнергии по магистральным сетям значительно возрос. И вот тут система начала давать сбои.

Образование свободного рынка электроэнергии в США не могло ставить и не ставило своей задачей разрушение единой национальной энергосистемы. Однако управлять маршрутами передачи энергии от производителя к потребителю оказалось крайне трудным делом. Как правило, выработанная электроэнергия сложным образом распределяется по всей единой энергосистеме, подчиняясь активным и реактивным сопротивлениям линий электропередач, генераторов и нагрузок.

Существуют, правда, и линии электропередачи постоянного тока (HDVC, high-voltage direct-current), позволяющие передавать электроэнергию непосредственно от источника к нагрузке. Управлять потоком переменного тока можно с помощью таких устройств, как устройства направленной передачи переменного тока (FACT, flexible ac transmission devices), основанные на использовании фазосмещающих трансформаторов и компенсационных емкостей. Однако количество HDVC и FACT даже в США весьма невелико, и они не в состоянии изменить общую картину.

Вследствие сложного характера распределения потока электроэнергии по ЛЭП и трансформаторам, нагрузки на них могут значительно варьироваться. Если какой-либо компонент энергосистемы (ЛЭП или трансформатор) оказывается перегруженным, транзакции, предусматривающие передачу энергии через такой компонент в направлении, увеличивающем нагрузку, запрещаются, а уже осуществляемые должны быть урезаны.

Для определения кандидатов на урезание, согласно политике североамериканского совета по надежности электросетей (North American Electric Reliability Council), определяется процент общего энергопотока для каждой транзакции, приходящегося на перегруженный компонент. Если через него передается более 5% всей энергии для данной транзакции, объем передаваемой энергии должен быть сокращен или такая передача должна быть отменена вовсе.

Можно размышлять над тем, чем была вызвана столь некстати начавшаяся реформа национальной энергосистемы в США — только ли желанием внедрить либеральные экономические принципы в отрасль, которой они противопоказаны, или же точными расчетами. Но, находясь в самом начале реформы электросистемы у нас в стране, мы (государство, бизнес и все жители России) имеем счастливую возможность оценить последствия энергореформ, начавшихся в США на десять лет раньше.

Долина реки Теннеси (лето 1998 г.): с $25 до $7500 за мегаватт/час

Последствия новой политики не заставили себя долго ждать. В июне 1998 года в энергосистеме долины реки Теннеси на Среднем Западе США разразился печально знаменитый энергетический кризис. Текущие «плавающие» цены на электроэнергию возросли в триста раз — с $25 до $7500 за мегаватт/час. Рыночная политика в области электроэнергетики привела к парадоксальному эффекту.

Основным фактором возникновения кризиса стал феномен, получивший название «островизации» (islanding). Оказалось, что перегрузка всего нескольких компонент энергосистемы может привести к образованию своеобразных «барьеров», разделяющих энергосистему на отдельные «острова». При этом передача энергии из одного «острова» в другой становится попросту невозможной.

В июне 1998 года в общей энергосистеме США и к западу, и к югу от образовавшегося «острова» электричества было в достатке. Однако передача энергии в пораженный кризисом регион была невозможна из-за перегрузки всего лишь двух элементов линии электропередач «Eau Claire Arpin» на северо-западе штата Висконсин и трансформатора Kammer в юго-восточном Огайо. Впоследствии кризисы такой же или аналогичной природы прокатились по разным регионам США. В Калифорнии это опосредованно привело к отставке губернатора.

 

Схема развития кризиса июля 1998 года

Схема развития кризиса июля 1998 года

Подобные невероятные скачки цен, естественно, сулили невообразимую прибыль, и деловой мир не преминул этим воспользоваться. Печально знаменитый Enron использовал искусственно сложившийся дисбаланс в энергообеспечении потребителей. Достаточно отметить, что комиссии, занимающейся расследованием деятельности концерна, удалось найти документы, в которых разрабатывались стратегии по искусственному созданию дефицита электроэнергии в Калифорнии. По одному из сценариев, воплощенному в жизнь 5 декабря 2000 года, Enron в разгар кризиса покупал электроэнергию за $250 за мегаватт в Калифорнии и продавал на северо-западе уже за $1200.

Компьютерная система динамического анализа и предупреждения возможных «скачков» цен на электроэнергию  
Компьютерная система динамического анализа и предупреждения возможных «скачков» цен на электроэнергию
Проблема «островизации» и дисбаланса цен достигла такой остроты, что вызвала появление целого класса специализированных программных продуктов, предназначенных для визуализации состояния сетей в режиме реального времени и отслеживания потенциально опасных «узких» мест, которые могут привести к фрагментации единой сети.

Как ни странно, побочным эффектом политики свободных цен стало падение интереса к поддержанию энергосистемы в работоспособном состоянии. Главный урок быстро обучающимися менеджерами компаний был усвоен четко — перегрузка всего на нескольких линиях может разделить единую территорию на отдельные изолированные участки, давая возможность энергокомпаниям получать сумасшедшую прибыль на искусственно созданном дефиците электроэнергии.

 

Каскадные перебои в подаче электроэнергии на северо-западе США, 1994-1996 гг.

Дата и время (для восточного побережья США) Распространение зоны отключений Количество «островов» Потеря потребляемой мощности, МВт1 Потери генераторной мощности, МВт
17 января 1994 г. — 4:31 (утра) C юга на север 5 7500 6400
14 декабря 1994 г. — 1:25 (утра) C юга на север 5 9336 11300
2 июля 1996 г. — 14:24 C севера на юг 5 11743 99092
10 августа 1996 г. — 15:48 C севера на юг 4 30489 255783

1 Большинство потребителей было преднамеренно отключено вследствие дрейфа частоты в сети
2 Учтено преднамеренное отключение гидрогенераторов на северо-западе США
3 175 устройств было отключено без учета преднамеренного отключения гидрогенераторов северо-запада (несколько устройств было отключено из-за нехватки мощности, передаваемой по ЛЭП)

В этой ситуации ЛЭП начинают эксплуатироваться «на износ», а их аварии парадоксальным образом — именно благодаря введению плавающих цен — вместо падения доходов энергетических компаний начинают приносить им неслыханные дивиденды. Одно упавшее на провода дерево, в условиях динамически меняющихся цен, способно принести продавцам электричества многие миллионы долларов. Конечно, можно предположить, что деревья падать не перестанут, а это случается довольно часто при сильном и, более того, ураганном ветре. Но опасность представляют не они, а стремительно стареющая энергосистема США (как, впрочем, и российская) — средний возраст объектов составляет 50-60 лет, а их модернизация, как утверждают некоторые эксперты, потребует $50-100 млрд.

Что же делать?

Этим вопросом задаются сейчас и эксперты, и чиновники, и простые граждане. Что предпринять, чтобы подобные «отдельные инциденты» не повторялись? Что произойдет, если несколько аварий в разных регионах произойдут одновременно? Страны Запада, входящие в «Большую семерку» и Организацию экономического сотрудничества и развития, столкнулись с угрозой, на которую указывают масштаб возникшей проблемы и частота ее повторения. Исторические прецеденты таких глобальных провалов в системе энергоснабжения можно отнести разве что к концу 70-х — началу 80-х годов прошлого столетия. И даже тогда подобные случаи повторялись гораздо реже, а масштаб трагедии был не так велик.

Непрерывный рост выработки электроэнергии в США, 1970 — 2025 гг.

Непрерывный рост выработки электроэнергии в США, 1970 — 2025 гг.

Несмотря на масштабные осложнения для бизнеса и государства, решение этой проблемы пока не найдено, и простым потребителям лучше подготовиться к ней заранее. В том числе и в России - при неравномерном распределении генерирующих мощностей и значительных расстояниях, на которые передается электроэнергия, скачки цен могут значительно превысить те, что так запечатлелись в памяти жителей Среднего Запада США. НО, с другой стороны, реформирования российской энергосистемы по американскому сценарию, по-видимому, не избежать.

В такой ситуации бесперебойность энергоснабжения можно обеспечить только самостоятельно. Спектр возможных решений велик: автономные генераторы (в отдельных домах и, в основном, за городом), собственные электростанции на альтернативных источниках энергии (они, как правило, не по карману россиянам), использование бесперебойных источников питания, позволяющих в условиях скачков напряжения в сети спасти дорогостоящую электронику (например, компьютерный парк компании и собственный ПК дома). Вполне возможно, что реструктуризация энергетики неожиданным образом окажет неоценимую услугу продавцам ноутбуков на альтернативном, например, спиртовом, питании.

Краткая история аварий энергосистем

  1950   6 июня произошло отключение подачи электроэнергии в обширных районах энергосистемы Бонневилль (северо-запад тихоокеанского побережья США).
Причинен ущерб электростанциям по всей территории США, от Британской Колумбии и Вашингтона до Орегона, Айдахо, Юты и Монтаны.
  1959   17 августа обесточена одна из энергосистем Нью-Йорка.
  1961   13 июня обесточены четыре энергосистемы Нью-Йорка. Основной удар пришелся на центральный Манхэттен.
  1965   28 января прекратилась подача электроэнергии на Среднем Западе — в основном на территории Айовы, а также еще в пяти штатах. На 2,5 часа без электроэнергии остались более 2 млн. чел.
  1965   11 апреля, вследствие торнадо, отключения прошли от Индианы до Сент-Луиса, и далее до Айовы.
  1965   9 ноября на территории восьми штатов на северо-востоке США без света осталась территория общей площадью свыше 80 тыс. кв. миль. За 13 минут во тьму погрузились города от Онтарио в Канаде (17:15) до Нью-Йорка в США (17:28). В последнем из них без света остались более 4 млн. домов, а от 600 до 800 тыс. человек узнали об этом, находясь под землей в метро. К полуночи удалось извлечь на поверхность более 90% из них. На Манхэттен электроэнергия была подана вновь только в 4:44 утра на следующий день.
  1965   2 декабря без света остались около 1 млн. человек в штатах Техас и Нью-Мексико, а также в Мексике.
  1976   4 июля 85% территории штата Юта, а также юго-запад Вайоминга остались без электричества на 1,5-6 часов.
  1977   Знаменитая «Ночь Страха» в Нью-Йорке. Из-за попадания молнии в ЛЭП весь Нью-Йорк с пригородами погрузился во мглу с 13 по 14 июля, в ряде районов начались массовые грабежи. Только за два дня полиция арестовала более 3766 человек, был причинен ущерб на сумму свыше $300 млн. Впоследствии в том же году в США было образовано министерство энергетики.
  1979   Авария на атомной электростанции «Three Mile island».
  1993   4 мая 1993 года — вся Грузия осталась без электричества. Причину аварии установить не удалось. Через 38 минут после отключения электричество с резервных генераторов стало поступать в тбилисский метрополитен и на объекты жизнеобеспечения.
  1994   Каскадные отключения на северо-западе США.
  1994   15 ноября Грузия практически прекратила выработку электроэнергии в результате аварий на двух электростанциях — Ингури ГЭС и Тбилисской ГРЭС. Из-за острейшего дефицита электроэнергии практически остановилась промышленность, сложилось тяжелое положение с хлебом, который распределялся среди населения.
  1995   18 января Тбилиси и вся Восточная Грузия остались без электроэнергии в результате аварии на Тбилисской ГРЭС. Были отключены практически все телефоны.
  1996   В апреле из-за аварии на электростанции, снабжающей электроэнергией лондонский метрополитен, была парализована работа подземки, в туннелях остановились поезда, заполненные пассажирами. Около 30 пассажиров, застрявших на станции «Эрлз Корт», были госпитализированы с поражением верхних дыхательных путей.
  1996   Продолжились каскадные отключения на северо-западе США — наблюдалась возрастающая острая нехватка мощности.
  1997   В октябре неустановленные злоумышленники отключили электроэнергию в Сан-Франциско.
  1998   Печально знаменитые скачки цен на рынке Среднего Запада США. В июне цена на электроэнергию по срочным контрактам поднималась в триста раз — с $25 до $7500 за мегаватт-час.
Основной фактор происшедшего — фрагментация единой энергосистемы, возникшая из-за барьеров, сквозь которые передача электроэнергии становится невозможной (феномен получил название «островизация», islanding).
  1998 — 2003   Перманентный энергетический кризис в России, обостряющийся с наступлением холодов, в различных регионах страны, в особенности в Приморье.
  1998   В один из дней декабря в Сан-Франциско не было электричества на протяжении семи часов.
  1999   В июле в Нью-Йорке не было электричества 19 часов подряд.
  2000 — 2003   Калифорнийский кризис. Последовал вслед за началом рыночного регулирования цен на электроэнергию в штате Калифорния 31 марта 1998 года. Несмотря на «мягкость» и осторожное поэтапное вхождение в рынок, к маю 2000 года контроль над ценами был утрачен, и стоимость электроэнергии вышла за разумные пределы.
К зиме 2000/2001 г. цена мегаватт-часа в Калифорнии поднялась до $1400 в сравнении с $35 за год до этого.
Несмотря на катастрофический рост цен, производители оказались не способны удовлетворить спрос. Веерные отключения стали повседневной практикой в штате, в результате чего Калифорния балансирует на грани масштабных аварийных отключений из-за перегрузок сетей. Был введен режим чрезвычайного энергоснабжения.
Энергетический кризис в Калифорнии плавно «перерос» во всеобъемлющий экономический, были объявлены досрочные перевыборы губернатора (избран Арнольд Шварценеггер).
  2003
(США
и
Канада)
  14 августа в ряде крупнейших городов восточного побережья США и Канады произошла техногенная катастрофа, получившая название «Блэкаут 2003». Электричество отключилось в городах Нью-Йорк, Детройт, Кливленд, Торонто, Оттава и других. Сама по себе девятисекундная авария произошла в 16.00 по нью-йоркскому времени (в полночь по московскому времени), но она привела к веерным отключениям электроэнергии на площади более 24 тысяч квадратных километров. ЧП затронуло более 50 млн. человек в восьми штатах США и канадской провинции Онтарио, привело к остановке свыше 100 электростанций, в том числе 22 атомных реакторов в обеих странах. На восстановление энергоснабжения ушло более суток.
Причиной аварии стала перегрузка сетей на энергокаскаде Ниагара-Мохок на американо-канадской границе. По данным аналитической компании США «Брэттл груп», финансовый ущерб, нанесенный США в результате масштабного отключения электроэнергии в восьми северо-восточных штатах страны, составляет не менее $6 млрд.
  2003
(Грузия)
  18 августа из-за аварийного отключения энергосистемы Грузии была прекращена подача электричества по всей стране, включая объекты жизнеобеспечения. Десятки тысяч пассажиров застряли в вагонах поездов метро и на станциях тбилисской подземки. В большинстве городов Грузии не подавалась вода, так как отключилось электричество на водонапорных станциях.
По предварительным данным, этот сбой стал результатом диверсии, из-за которой отключилась Ингури ГЭС, крупнейшая в стране.
  2003
(Вашингтон)
  Вечером 27 августа свыше 200 тыс. жителей американской столицы Вашингтона и его пригородов остались без света из-за сильной грозы с градом и порывами ветра, превышающими 100 км в час.
Вызванное попаданиями молнии и обрывами проводов отключение электроэнергии привело к сбою в работе вашингтонского метро и отказу нескольких сотен светофоров на улицах города и в пригородах.
  2003
(Лондон)
  28 августа сбой в энергоснабжении затронул центральные и юго-восточные районы Лондона. Встали поезда на центральных линиях лондонской подземки, пассажиров эвакуировали из остановившихся между этажами лифтов. Было нарушено движение пригородных поездов, и в самый час пик погасли светофоры на 270 лондонских перекрестках.
Сбой в энергоснабжении британской столицы продолжался около 34 минут. По данным энергоснабжающей компании, авария «стала результатом нелепой случайности».
  2003
(Скандинавия)
  23 сентября в Скандинавии 5 млн. жителей Дании и Швеции провели без света более четырех часов.
  2003
(Апеннины)
  В цепи событий, венцом которой стало обесточивание всего полуострова Апеннины, первым звеном было падение одного-единственного дерева. 57 млн. итальянцев разом узнали об этом, когда отключился свет.
По данным швейцарской энергокомпании Atel, развивались события примерно следующим образом. В 3.00 GMT начался сильный ветер, порывом вырвало с корнем дерево (о его породе не сообщается). Оно закоротило ЛЭП 380 кВ в швейцарских Альпах. Итальянская энергосистема не справилась с перегрузкой. К 3.25 GMT cвет продолжал гореть только в Сардинии и на крошечной территории континентальной части Италии. Три страны (Ватикан, Италия и Сан-Марино) разом погрузились во мрак. В разных района страны света не было от 5 до 16 часов.

Обсудить на форуме

Нужен кабель? Оформи заявку бесплатно