Борьба с ветряными мельницами: были ли ВИЭ причиной энергоаварии в Европе
Равновесие в системе
В день аварии, 28 апреля, премьер-министр Испании Педро Санчес отметил, что 15 ГВт, или 60% национального спроса на электроэнергию, было потеряно в системе всего за пять секунд. В России это было бы сопоставимо с отключением всей европейской части страны вплоть до Урала.
Не так важно, что было первопричиной аварии: пожар на ЛЭП (линии электропередач), жара или даже кибератака. Это должно показать расследование. Важно — почему обрушение системы приняло такой масштаб. И основная причина тут как раз не секрет — это снижение требований к развитию электроэнергетики.
Установленная мощность ВИЭ (возобновляемые источники энергии) в Испании увеличилась с 42 ГВт в 2010 году до 88 ГВт в 2024-м, а доля ВИЭ в выработке электроэнергии — с 33% до 57%. В Португалии за тот же период доля возобновляемой генерации выросла с 53% до 85%. При этом установленная мощность тепловых, атомных и гидроэлектростанций сохранилась практически на том же уровне.
Как известно, ВИЭ из-за неравномерности выработки не могут использоваться для регулирования суточной нагрузки, что обычно относят к недостаткам зеленой энергетики. Но в России точно так же не используют АЭС для регулирования нагрузки, в том числе из-за соображений безопасности: атомные станции технологически не приспособлены к высокой маневренности. Поэтому, если бы энергосистема Испании состояла бы только из АЭС, результат был бы похожий. Франция с ее высокой долей АЭС в установленной мощности справляется с неравномерностью за счет способных запасать энергию гидроаккумулирующих станций (ГАЭС) и перетоков в другие страны, например в Швейцарию. Так что проблема не в росте доли ВИЭ, а в отставании развития остальной энергосистемы. Есть страны, прежде всего Китай, где масштабное строительство солнечных и ветровых электростанций сопровождается вводом необходимой сопутствующей инфраструктуры, например накопителей энергии или систем компенсации реактивной мощности.
Возможное решение
По оценкам российского Системного оператора, в мировой практике выделяют четыре типа функционирования энергосистемы в зависимости от доли объектов ВИЭ. Первый — когда доля выработки ВИЭ менее 3%, что не оказывает значимого влияния на энергосистему. Второй — до 13 % от общего объема. В этом случае регулирующие электростанции должны эффективно уравновешивать изменения нагрузки ВИЭ. В энергосистемах третьего типа доля ВИЭ может достигать 25%. Малопрогнозируемая выработка и отсутствие у ВИЭ инерции при наборе и сбросе нагрузки (что и наблюдалось в Испании) вынуждают системных операторов развивать механизмы компенсации: расширение пропускной способности сети, создание систем накопления электроэнергии, поддержание в готовности резервных мощностей в традиционной генерации. При четвертом типе объекты ВИЭ становятся основным источником генерации, их доля в энергосистеме превышает 25 %. Как раз к числу таких стран относятся Испания и Португалия. По данным сетевой компании Испании Red Electrica Espanola, в день аварии на долю солнечной и ветровой генерации приходилось свыше 60% выработки электроэнергии.
В таких энергосистемах необходимы совсем другие подходы к управлению режимами. Нужны технологии, обеспечивающие стабильность в энергосистеме, специальные системы регулирования напряжения и устранения перегрузок в распределительных сетях у конечных потребителей. Понятно, что это означает дополнительные затраты на интеграцию ВИЭ в систему, причем несут их, как правило, не владельцы ВИЭ-генерации. А самое главное — мероприятия по интеграции часто запаздывают по сравнению с опережающим вводом ВИЭ. Ведь, чтобы построить солнечную или ветровую станцию, достаточно года-двух, а строительство ЛЭП или систем накопления энергии может длиться до 5-10 лет.
Если вы хотите надежного и бесперебойного энергоснабжения, то должны готовиться к авариям и вкладываться в развитие энергосистемы, а не только вводить наиболее дешевую с точки зрения издержек инвесторов (Levelised Cost of Energy, LCOE) ВИЭ-генерацию. Именно это не было сделано в Испании: страна увлекалась строительством ВИЭ, но забыла о проблеме их интеграции, при этом испанские власти планируют закрыть все АЭС в стране. Строительство энергосетей не принято относить к зеленой повестке, но именно они помогают решить многие задачи по обеспечению надежности системы. В случае с аварией в Испании и Португалии одной из проблем как раз стало отсутствие необходимого числа ЛЭП, связывающих Пиренейский полуостров с остальной Европой.
Одна из последних крупных аварий в России, на Дальнем Востоке в августе 2017 года, произошла по отчасти схожему сценарию: во время ремонта аварийно отключилась еще одна крупная линия электропередач и пошел каскад отключений из-за неправильной настройки релейной защиты и автоматики. В результате, в том числе из-за низкой плотности сетевой инфраструктуры, Объединенная энергосистема (ОЭС) Востока разделилась на две изолированные части — как Испания и Франция.
Не стоит забывать, что в России или в Китае цена ошибки в оценке уровня надежности энергосистемы существенно больше, чем в странах с теплым климатом, где менее распространены системы централизованного отопления и нет рисков замерзания трубопроводов и батарей.
Отключения из-за дефицита
Так может ли произойти в России похожая авария? На первый взгляд, нет, так как Минэнерго и Системный оператор контролируют долю ВИЭ и АЭС в установленной мощности. Системный оператор согласовывает места размещения ВИЭ, чтобы не допустить слишком высоких темпов роста их доли даже в отдельных энергосистемах, или требует соответствующего развития инфраструктуры. Многие критикуют регулятора за излишнюю осторожность во внедрении ВИЭ, но, возможно, в условиях российского климата это оправданно.
Однако для России сейчас во весь рост встает другая проблема — проблема дефицита мощности и аварийные отключения могут случиться уже по этой причине. В недавнем исследовании ЭКОПСИ предлагается не фокусироваться лишь на одном направлении развития энергосистем — строительстве генерации, в случае России — преимущественно тепловой, а решать проблему комплексно. И надо помнить, что если ничего не делать, то достаточно крупные отключения, как на юге России в 2024 году или совсем недавно в Подмосковье, могут повториться. Только одно дело остаться без электричества в +20°C, а другое — в -20°C.
Кстати, авария в Испании указала не только на проблему, но и на одно из возможных решений. Небольшой муниципалитет в провинции Леон избежал отключения электроэнергии. Ранее регулярно страдавший из-за обрывов ЛЭП во время бурь и снегопадов в горах, город Осеха-да-Сажамбре вложился в инфраструктуру и напрямую подключился к ближайшей ГЭС. Надежность стоит денег, но иногда это окупается.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора