Украинская электроэнергетика переживает, пожалуй, самый тяжёлый период за всю свою историю. Повреждения электростанций — лишь одна часть проблемы. Не менее серьёзный удар приходится на магистральные сети, через которые электроэнергия от крупных атомных станций передаётся к Киеву, Одессе, Харькову и другим промышленным центрам. Главный редактор «Геоэнергетика Инфо» Борис Марцинкевич считает, что главный риск сегодня заключается уже не просто в дефиците генерации, а в постепенном распаде единой энергосистемы на изолированные региональные сегменты.

Советское наследство, рассчитанное на совершенно другую страну

Чтобы понять происходящее, необходимо вспомнить, как создавалась энергетика Украинской ССР.

Её строили не как автономную национальную систему, а как часть огромной объединённой энергосистемы Советского Союза. Электростанции, крупнейшие промышленные предприятия и магистральные линии проектировались одновременно и были тесно связаны между собой.

Основой передачи больших объёмов электроэнергии стали линии сверхвысокого напряжения. Особую роль играла сеть класса 750 кВ — своеобразный энергетический «скелет», позволявший передавать гигантские мощности на сотни километров.

Такой принцип был особенно важен потому, что крупнейшие источники генерации и крупнейшие потребители находились в разных районах.

Атомная станция может производить несколько гигаватт электроэнергии, но само наличие работающего реактора ещё не означает, что эти мегаватты попадут потребителю. Для этого необходимы линии электропередачи, распределительные устройства, трансформаторные узлы и подстанции, способные понизить напряжение и направить энергию дальше по сетям 330, 110 кВ и ниже.

Поэтому современный энергетический кризис нельзя оценивать исключительно по количеству работающих электростанций.

Генерация и возможность доставить произведённую электроэнергию — две разные вещи.

Почему повреждение подстанций может оказаться опаснее потери отдельных энергоблоков

Крупная магистральная подстанция — это не просто несколько трансформаторов за забором.

Такие объекты занимают значительные площади и включают сложный комплекс оборудования: автотрансформаторы, выключатели, системы релейной защиты, распределительные устройства и многочисленные линии.

Повредить весь объект одномоментно трудно. Именно поэтому украинским энергетикам на протяжении нескольких лет удавалось восстанавливать схемы электроснабжения, создавать временные подключения и использовать оборудование в конфигурациях, которые изначально проектировщиками не предусматривались.

Но у такой устойчивости существуют пределы.

Особенно серьёзная проблема — автотрансформаторы большой мощности. Это не оборудование, которое можно заказать сегодня и через неделю привезти на место.

Изготовление крупных силовых трансформаторов занимает многие месяцы, а иногда более года. Кроме того, аппараты класса 750 кВ производят лишь несколько предприятий в мире. В условиях большого спроса сроки поставки растягиваются ещё сильнее. Отраслевые источники также отмечают дефицит такого оборудования и сроки изготовления порядка 9–18 месяцев. (Машиностроение Украины и мира)

Следовательно, после каждого серьёзного повреждения возможности оперативного восстановления постепенно сокращаются.

Сначала энергосистема использует резерв.

Затем временные схемы.

Потом оборудование со складов или демонтированные аппараты.

Но количество таких резервов конечно.

Киев: электростанция рядом ещё не означает наличие света
Особенно хорошо проблема видна на примере больших городов.

Киев — многомиллионная агломерация с метро, водоканалом, электротранспортом, больницами, промышленностью, дата-центрами, связью и огромным коммунальным хозяйством.

Городские ТЭЦ имеют большое значение — особенно для теплоснабжения. Но они не способны самостоятельно гарантировать мегаполису необходимый объём электроэнергии во всех режимах.

Значительная часть мощности исторически поступала извне по высоковольтным сетям.

Именно поэтому состояние магистральных подстанций становится критическим фактором.

Марцинкевич обращает внимание: крупные города вроде Киева, Одессы и Харькова сами себя электроэнергией полностью не обеспечивают. Им необходимы устойчивые перетоки из объединённой энергосистемы. (Telegram)

Если возможности таких перетоков сокращаются, возникает принципиально новая ситуация.

Электростанция в одной части страны может иметь свободную мощность, а город в другой — испытывать дефицит. Между ними физически нет достаточной пропускной способности сети.

Электричество нельзя погрузить в железнодорожные вагоны и отвезти туда, где его не хватает.

Главная угроза — энергетические «острова»

Отсюда возникает сценарий, который Марцинкевич считает наиболее опасным: единая украинская энергосистема начинает распадаться на отдельные островные режимы. (Telegram)

Что это означает?

В нормальной большой энергосистеме регионы помогают друг другу. Где-то потребление выросло — мощность поступила от соседей. Где-то остановился энергоблок — дефицит компенсируют другие станции.

Чем больше система, тем больше возможностей маневрировать.

При разрушении магистральных связей происходит обратное.

Отдельная область или группа областей оказывается вынуждена балансировать производство и потребление практически самостоятельно.

Но местная генерация может совершенно не соответствовать местному спросу.

В одном регионе находится атомная станция с огромной мощностью, но сравнительно небольшим потреблением.

В другом — промышленная агломерация с большим спросом, но недостаточной собственной генерацией.

Пока существует развитая сеть, это не проблема.

Когда сеть фрагментируется — становится проблемой фундаментальной.

Могут ли помочь поставки электроэнергии из Европы?

Украина синхронизировала свою энергосистему с континентальной европейской сетью ENTSO-E и в периоды дефицита активно использует импорт.

Это важный ресурс поддержки.

Однако возможности импорта не безграничны.

Во-первых, существуют физические ограничения межгосударственных линий.

Во-вторых, полученную на западной границе электроэнергию ещё необходимо доставить в центральные и восточные районы Украины.

И здесь снова возникает проблема внутренних магистральных сетей.

Можно увеличить коммерчески доступную мощность европейского импорта, но если повреждена инфраструктура, обеспечивающая дальнейший переток внутри Украины, одними поставками из Польши, Словакии, Венгрии или Румынии проблему не решить.

Именно поэтому Марцинкевич считает ошибочным представление, будто европейский импорт способен автоматически заменить потерянную генерацию или разрушенную передающую сеть.

Почему дизельные генераторы не спасают большой город

Другая распространённая мера — массовое использование дизель-генераторов.

Для отдельных объектов это действительно работает.

Больницу, магазин, ресторан, небольшой административный объект, котельную или узел связи можно временно обеспечить автономным генератором.

Но масштабировать эту схему на город-миллионник практически невозможно.

Возникает вопрос не только количества генераторов.

Нужно ежедневно доставлять огромные объёмы дизельного топлива.

Хранить его.

Распределять между тысячами объектов.

Обслуживать двигатели.

Менять масло и расходные материалы.

Обеспечивать запасные части.

Генераторы также имеют ограниченный ресурс непрерывной работы.

Поэтому дизельная генерация — хороший аварийный инструмент, но не полноценная замена городской энергосистемы.

Самая недооценённая проблема — вода

Отсутствие электричества обычно воспринимается прежде всего как отсутствие освещения и возможности зарядить телефон.

Для крупного города это далеко не самая опасная сторона блэкаута.

Электроэнергия необходима системам водоснабжения и канализации.

Воду нужно забрать из источника, очистить, поднять насосами и подать в городскую сеть. В многоэтажной застройке необходим дополнительный подъём воды на верхние этажи.

Затем работают канализационные насосные станции и очистные сооружения.

Продолжительное отключение электричества поэтому превращается уже не просто в энергетическую, а в санитарно-коммунальную проблему.

Именно водоснабжение и канализацию Марцинкевич называет одним из наиболее опасных последствий длительного блэкаута для крупных городов. Эта тема занимает отдельный блок его анализа украинской энергосистемы. (RUTUBE)

Атомные станции остаются опорой — но существует парадокс

После потери значительной части тепловой и гидрогенерации основная нагрузка всё сильнее ложится на украинские АЭС.

Однако атомная генерация обладает особенностью.

АЭС прекрасно работает в качестве крупного источника базовой мощности, когда вокруг существует устойчивая энергосистема, способная принять произведённые ею мегаватты.

Но атомный энергоблок нельзя безнаказанно эксплуатировать в системе, где постоянно исчезает нагрузка и рвутся магистральные связи.

При серьёзных сетевых нарушениях автоматика вынуждена снижать мощность либо отключать энергоблоки.

Получается парадокс:

Электростанция технически исправна и способна производить электроэнергию, но повреждённая сеть не позволяет использовать всю её мощность.

Поэтому сохранность атомных станций сама по себе ещё не гарантирует устойчивости энергоснабжения страны.

Можно ли «выключить» только промышленность?

В публичных дискуссиях нередко возникает вопрос: возможно ли отключить отдельные промышленные или военные предприятия, не затрагивая население?

С точки зрения устройства большой городской сети это крайне сложно.

Электроэнергия поступает к промышленным, коммунальным и бытовым потребителям через общую систему.

Конечно, диспетчеры могут ограничивать конкретные линии и предприятия. Именно это и происходит при управляемых отключениях.

Но крупное разрушение магистрального узла — совсем другое.

Оно затрагивает не конкретный завод, а целый энергетический район.

Поэтому последствия крупных аварий и повреждений неизбежно распространяются значительно шире первоначальной цели: на жилые кварталы, транспорт, отопление, воду и связь.

Так можно ли полностью «сложить» энергосистему?

Ответ зависит от того, что понимать под этим выражением.

Полностью уничтожить электроснабжение всей территории одновременно чрезвычайно трудно. Энергетические системы специально проектируются с резервированием, несколькими маршрутами передачи мощности и возможностями оперативного переключения.

Кроме того, существует распределённая генерация, импорт, локальные электростанции и аварийные источники.

Но существует другой сценарий — и он значительно реалистичнее.

Не полное исчезновение электричества, а потеря способности энергосистемы функционировать как единый организм.

То есть:

часть регионов будет иметь электричество большую часть суток;

часть — жить по графикам;

часть — регулярно переходить в аварийные режимы;

где-то сохранится промышленная генерация, но исчезнет возможность передать её соседним областям;

а крупные города станут всё сильнее зависеть от состояния нескольких оставшихся магистральных связей.

Это уже не классический общенациональный блэкаут.

Это фрагментация энергосистемы.

И восстановление такой системы значительно сложнее, чем ремонт одной электростанции.

Восстановление измеряется не неделями

Даже если представить прекращение новых повреждений, быстро вернуть систему в довоенное состояние невозможно.

Необходимо обследовать десятки объектов, заказывать крупное оборудование, восстанавливать линии, ремонтировать электростанции и создавать новые схемы распределения.

Особенно тяжело заменить уникальные высоковольтные трансформаторы.

Поэтому Марцинкевич оценивает возможный период полноценного восстановления не месяцами, а годами. В одном из последующих выступлений он говорил минимум о двух годах даже при отсутствии новых повреждений, связывая этот срок прежде всего с изготовлением и поставкой крупного энергетического оборудования. (Telegram)

Вместо вывода

Главный вывод из ситуации с украинской энергетикой заключается в том, что современная электроэнергетика — это не набор отдельных электростанций.

Это сложнейшая синхронно работающая машина.

АЭС производит электроэнергию.

Подстанция принимает её.

Трансформатор меняет напряжение.

Магистральная линия переносит мощность через несколько областей.

Региональные сети доводят её до города.

Городские сети — до дома, метро, насосной станции или предприятия.

Пока эта цепочка существует, система способна переживать потерю отдельных элементов.

Но если количество повреждений превышает возможности резервирования и ремонта, меняется сама природа кризиса.

Вопрос уже не в том, сколько электростанций осталось в строю. Главный вопрос — существует ли ещё физическая возможность передавать их мощность туда, где она нужна.

Именно в этом смысле риск «складывания» украинской энергосистемы означает прежде всего не одномоментное погружение всей страны во тьму, а постепенную утрату её целостности — превращение когда-то единой энергетической сети в набор всё слабее связанных друг с другом региональных «островов».
Источник