Как устроена энергосистема? Почему целые страны могут внезапно остаться без электричества? Откуда берется системная надежность и какую роль играют атомные электростанции? Ответы на эти и другие вопросы смогли узнать гости лекции «Когда гаснет свет: анатомия блэкаутов и роль атома в обеспечении надежности энергосистем», которая прошла 24 марта в Информационном центре по атомной энергии (ИЦАЭ) Обнинска в рамках проекта «Энергия науки».

Современные энергосистемы — это одни из самых больших и сложных инженерных систем, созданных человеком. Именно эта сложность делает их уязвимыми: крупные аварии развиваются за секунды и приводят к каскадным отключениям на территории целых стран — блэкаутам. Директор группы аналитики в энергетике консалтинговой компании Kept Сергей Роженко рассказал слушателям, почему происходят такие аварии и какие факторы определяют устойчивость энергосистемы.

«Есть такой подход, который называется «энергетическая трилемма». Это хорошая модель и линза, через которую можно анализировать энергосектор любой страны. Энергетика решает три взаимосвязанных вопроса. Первое — это обеспечение надежности энергоснабжения. Второе — обеспечение физической и экономической доступности. И третье — экологическая и климатическая устойчивость. Простыми словами: свет должен гореть без перебоев, стоить доступных денег для населения и экономики, а производство энергии не должно вредить окружающей среде», — объяснил эксперт.

Участники лекции узнали, что в мире не существует богатых стран с низким уровнем потребления энергии. Спикер продемонстрировал график, на котором четко прослеживалась связь между ВВП на душу населения и объемами используемого электричества, доказав, что тепловая и атомная энергетика выступают базой благосостояния государств.

Говоря о предотвращении аварий, лектор отметил, что стандартные бытовые критерии надежности не работают в масштабах стран: «Обычно показатели SAIDI и SAIFI (время восстановления и количество перерывов питания) применяются на уровне распределительных сетей и показывают, как часто у потребителей отключается свет. Но на уровне больших энергосистем это не работает. Отсутствие блэкаутов описывается таким параметром, как системная надежность».

Гости выяснили, что жизнь без тотальных отключений электричества держится на трех столпах: режимной надежности, балансовой надежности и надежности топливоснабжения. Балансовая надежность отвечает за то, чтобы электростанциям хватало мощностей покрыть спрос. Режимная — это способность системы пережить внезапный сбой или потерю генерации. А надежность топливоснабжения гарантирует, что станциям всегда будет на чем работать.

Особый интерес у аудитории вызвал факт о так называемом «темном штиле» — периодах пасмурной и безветренной погоды, когда возобновляемые источники энергии становятся бесполезными. Спикер развеял миф о том, что эту проблему легко решат промышленные аккумуляторы. Слушатели узнали, что мощностей всех существующих в мире батарей хватит менее чем на 20 минут глобального энергопотребления, тогда как запасы традиционных подземных хранилищ газа способны питать мир более двух месяцев.

Разбирая механику развития аварий, эксперт обратился к мировой практике. «В США есть три несинхронизированные системы: Техас, Запад, Восток. В Великобритании — отдельная островная система, в Австралии — две. Почему происходят аварии? Внезапно отключается крупный блок производства электроэнергии. Потребление в моменте становится выше генерации, частота тока в сети начинает стремительно проваливаться, и если не принять меры — система гаснет», — рассказал эксперт.

В качестве успешного примера надежности участникам привели инцидент на Калининской АЭС в 2019 году. Тогда в России из-за сбоя одновременно отключились сразу три энергоблока суммарной мощностью 3000 МВт, однако благодаря высокой связности отечественной энергосистемы и наличию базовой генерации обычные потребители ничего не заметили. Гости убедились, что атомные станции остаются важнейшим гарантом стабильности для крупных энергосистем, обеспечивая управляемую работу 24/7 и имея резервы топлива на 12-18 месяцев вперед.

«Мне очень понравилось, узнал много нового, так как не особо глубоко знаком с атомной энергетикой. Самым интересным для меня стало то, как распределяются энергосистемы в мире — в США, Европе, а также примеры блэкаутов в Великобритании и Испании», — поделился впечатлениями гость ИЦАЭ Ярослав Хмельницкий.

«Энергия науки» — проект сети Информационных центров по атомной энергии, главная идея которого заключается в формировании у аудитории широкой картины современной научной жизни. Лучшие популяризаторы, ученые и научные журналисты из разных регионов страны рассказывают о самых передовых экспериментах и теориях, открытиях и гипотезах.