Что вызвало отключение электроэнергии? Визуальное и краткое объяснение того, что известно

В понедельник, около 12:33, произошел коллапс электросети

Одно или несколько пока не установленных событий вызвали цепь проблем, которые — в течение пяти секунд — привели к отключению от Европы и обрушили электроснабжение на Пиренейском полуострове. Почему вышла из строя система? Спустя четыре дня после отключения остается много неизвестных. Этот первый график обобщает достоверную информацию о временной последовательности:

Предыдущая хронология — это работа в процессе, ожидающая поступления информации и результатов исследований. Но на данный момент есть три основных вопроса:

1. Что вызвало эти падения генерации? Компания Red Eléctrica указывает на юго-запад, говоря о падениях в 12.33.16, и говорит, что «очень возможно», что пострадавшая генерация была солнечной. Но неизвестно, какие электростанции пострадали и причина их отключения. Причиной может быть сбой в сети или проблемы на линиях высокого напряжения. Но также и происшествие на какой-либо крупной электростанции или генерирующем предприятии, например, короткое замыкание или что-то еще.

Как подтвердила Марта Виктория, исследователь из Датского технического университета: «Я думаю, что произошел каскад событий, который привел к отключению электроэнергии, но мы пока не знаем, какое событие было начальным».

Что нам удалось идентифицировать, так это два падения, по их предполагаемому воздействию на частоту в сети. В данных Gridradar можно увидеть два резких падения частоты, разделенных примерно 1,5 секундами.

Неизвестным в этом месте является точный момент отключения от Европы. После этих первых двух резких падений, предположительно, произошел каскад отключений, пока общая потеря не достигла огромного уровня: не менее 15 гигаватт (60% спроса в этот момент). После превышения этого порога, и по замыслу, Пиренейский полуостров был отключен от европейской сети, чтобы избежать возможного отключения электроэнергии на всем континенте, как объясняют в Министерстве экологического перехода.

2. Было ли первое падение генерации первым событием каскада или была предыдущая причина?

В сети есть признаки возможной предварительной нестабильности. Около 12:20 данные о частоте показывают колебания в точках измерения в Малаге (по данным Gridradar и швейцарской лаборатории ZHAW).

Как объясняет Луис Бадеса, профессор электротехники в UPM: «Невозможно узнать сейчас, действительно ли они повлияли, потому что последний поезд колебаний ослаб почти за десять минут до сбоев генерации, но они предполагают, что система не работала в совершенно нормальных условиях в минуты, предшествовавшие отключению электроэнергии».

Со своей стороны, REE дала понять, что падения генерации на юго-западе были началом всего. И Министерство экологического перехода говорит, что предварительные данные, которыми оно располагает, указывают на то, что система была стабильной в момент, предшествующий предполагаемой потере генерации. Но это их предварительные впечатления. Министерство запросило все исходные данные у электроэнергетических компаний (которые производят энергию) и у Red Eléctrica (которая ее транспортирует и управляет системой).

3. Почему электрическая система не смогла отреагировать, чтобы компенсировать эти два падения генерации? Это фундаментальный вопрос. Пока не будет указан технический сбой или несчастный случай, который является изолированным и масштабным, все указывает на системный сбой. Сеть вышла из строя из-за цепной реакции проблем, вместо того чтобы сопротивляться.

Электрическая сеть спроектирована и эксплуатируется для работы, даже если выходит из строя один элемент (так называемая безопасность N-1). Она может выдержать потерю крупной генерирующей установки мощностью до одного гигаватта (эквивалент ядерного реактора), линии, трансформаторной подстанции и т. д. Почему же она упала тогда? Марта Виктория предлагает две альтернативы: «Мы не знаем, была ли начальная непредвиденная ситуация исключительно большой, или, наоборот, механизмы компенсации не сработали должным образом».

Бывший президент Red Eléctrica Луис Атьенса также напомнил, что в системе есть «противопожарные барьеры», которые в данном случае не сработали. Почему? Атьенса выразил свое удивление тем, что автоматика не сработала, чтобы изолировать отключение, ограничив его зоной, как и полдюжины специалистов, опрошенных Джерело новини. Неизбежно возникает вопрос о надежности и устойчивости системы, которая полностью ушла в нулевое напряжение.

Какие другие факторы могли способствовать этому?

Недостаток инерции в системе

Многие эксперты считают, что доля солнечной и ветровой энергии в момент отключения могла быть элементом, который способствовал каскаду сбоев после первой нестабильности. До инцидента испанская сеть в основном питалась солнечной (59%) и ветровой (11%) энергией. Это не самые высокие уровни за последние недели, но высокие в исторической перспективе — сети десятки лет. Испания работала с относительной нехваткой «синхронной инерции».

Гигантские вращающиеся генераторы гидроэлектростанций, атомных станций и остальных тепловых станций имеют большое количество инерции и кинетической энергии, накопленной во вращении, и это помогает самостабилизировать сеть при снижении генерации. Но, что важно, солнечные и ветровые электростанции не обеспечивают эту синхронную инерцию естественным образом. То есть, недостаток инерции мог ограничить способность компенсировать возмущения в сети.

Мануэль Алькасар Ортега, профессор кафедры электротехники UPV, утверждает это: «Был небольшой вклад генераторов, которые могли бы обеспечить инерцию». И он указывает на высокую выработку фотоэлектрической энергии как на фактор: «она снижает физическую инерцию системы — которую обеспечивает вращающаяся генерация — и способность управления реактивной энергией, что снижает ее способность к реакции».

Эта проблема известна в отрасли. Например, у европейской ассоциации операторов транспортных сетей ENTSO-E есть проект, Project Inertia, направленный на «обеспечение безопасной и эффективной эксплуатации обезуглероженной и подготовленной к будущему системы».

Это вовсе не поправка к возобновляемым источникам энергии. Существуют технологические решения для создания синтетической инерции, которая сопровождает солнечную и ветровую генерацию, такие как электронные преобразователи или батареи. Алькасар указывает на это: «это элементы, которые позволяют компенсировать этот недостаток физической инерции». Кроме того, инерцию можно получить и с помощью возобновляемого источника: гидроэнергетики. Испания может увеличить перекачку — то есть контуры двух водохранилищ, которые служат для накопления энергии, которую можно сбрасывать в электрическую сеть при необходимости —. Это новые элементы. Хавьер Блас в Bloomberg говорил о внесении корректировок: «Мир не отказался от электростанций, работающих на ископаемом топливе и ядерном топливе, потому что в Нью-Йорке произошло крупное отключение электроэнергии в 1977 году. И не следует отказываться от солнечной и ветровой энергии, потому что Испания и Португалия остались без электроснабжения на несколько часов. Но мы должны усвоить, что проектирование сетей, политика и картирование рисков еще не готовы».

Примером меры было бы смягчить отставание Испании в массовом развертывании батарей, которое действительно произошло в Германии или Калифорнии. Это отметил Педро Фреско, генеральный директор Валенсийской ассоциации энергетического сектора и бывший генеральный директор по экологическому переходу этого сообщества: «Батареи и мощные соединения — лучшие противоядия от отключений. Необходимо установить больше первых, которые преобразуют фотоэлектрическую и ветровую энергию в синхронную, и улучшить вторые».

Недостаточная взаимосвязь с Европой

Также отмечается историческая проблема нашей сети: недостаточная взаимосвязь Пиренейского полуострова с европейской системой. Это сделал Эдуардо Прието, директор службы эксплуатации Red Eléctrica, подчеркнув безопасность: «чем более взаимосвязаны электрические системы, тем они безопаснее, надежнее, тем лучше они могут справляться с возмущениями». В Испании мощность соединения в 2023 году эквивалентна 4,4% нашей производственной мощности, что значительно ниже 15%, которые Европейский союз поставил в качестве цели на 2030 год.

Как работает электрическая сеть?

Систему можно рассматривать с тремя компонентами: элементы генерации (такие как атомные станции или фермы солнечных панелей), элементы передачи высокого напряжения и распределения и, наконец, потребление промышленности и домохозяйств. Над всем этим, координируя правильное функционирование всего, находится Центр управления Red Eléctrica.

Центр управления выполняет важную работу: он гарантирует мгновенный баланс между электричеством, которое требуется пользователям, и электричеством, которое производится на электростанциях. Это предполагает прогнозирование энергии, которую потребует страна, планирование соответствующего производства, а затем реагирование в режиме реального времени на любой дисбаланс.

Почему восстановление сети занимает часы?

Полный запуск с нуля — сложная и нечастая операция — потому что полные отключения электроэнергии редки. Вчера многие международные эксперты наблюдали за процессом почти с любопытством. Прието объяснил, как проходил этот «скоординированный процесс» восстановления. Сначала нужно было найти «исправные источники напряжения» на границе с Францией и Марокко. С этих границ они действовали, чтобы запитать часть испанской сети (в Стране Басков, Каталонии и на юге Андалусии). Целью было «добраться до вспомогательных служб генерирующих станций, чтобы они могли начать процессы запуска и сопряжения». После запуска этих служб напряжение продолжало распространяться на остальные элементы сети и на генерирующие станции, чтобы система «могла расти».

Была применена стратегия запуска по островам или зонам. Почему? Потому что только некоторые генерирующие группы могут запуститься самостоятельно с нулевого напряжения: «Это гидроэлектростанции, расположенные в различных бассейнах», — пояснил Прието. Эти электростанции запускались и стабилизировались с некоторыми нагрузками — поставками потребителям — постепенно. Эти острова затем наращивали генерацию и потребление параллельно, увеличиваясь в размерах и стабильности, чтобы затем соединиться друг с другом, чтобы переплести сеть.

const artBoarts = { claves };

Кредиты

С информацией и разработкой Хосе А. Альвареса, Борхи Андрино, Монтсе Идальго и Луиса Севильяно Пиреса.