В США произошел рекордный блэкаут, но виновных в нем еще не нашли

Соединенные Штаты переживают крупнейшие веерные отключения электроэнергии за долгие годы на фоне рекордно низких температур и обильных снегопадов. В блэкаутах сгоряча попытались обвинить не предназначенные для таких условий ветряки, да солнечные панели, однако не все так просто. Как показывают первые итоги разбирательства, причин было много и подвели вовсе не «зеленые», а гораздо более «традиционные» источники энергии — газовые и угольные электростанции.

Новостные сводки из США с середины понедельника пестрят сообщениями, напоминающими отчет об апокалипсисе: миллионы жителей страны сидят без света и замерзают у себя дома. На обледеневших дорогах массовые аварии, а коммунальные службы всеми силами безуспешно пытаются устранить последствия блэкаута. Некоторые СМИ даже успели объявить конец Соединенным Штатам в привычном виде. Так что же на самом деле произошло?

В Северной Америке — рекордно холодная зима. Обычно сдерживаемая областями низкого давления около границы между США и Канадой, арктическая воздушная масса прорвалась на юг. Климатологи пока не могут сказать точно, что послужило причиной, но считается, что такая погода может быть прямым следствием глобального потепления. В итоге на восточном побережье и на территории центральных штатов установились невероятные для этих мест морозы, сопровождаемые обильными снегопадами.

А вот эта замечательная фотография, которой уже успели проиллюстрировать, пожалуй, добрую половину новостей о блэкауте в Техасе, на самом деле сделана в Швеции зимой 2013-2014 года / ©Alpine Helicopter, Nyteknik

Для примера можно взять самый показательный в этой ситуации регион — Техас. Как сообщает BBC, столь холодных зим здесь не было уже 30 лет. В одном из крупнейших городов штата, Далласе, температура упала до двух градусов Фаренгейта (почти -17 градусов Цельсия). И морозы ожидаются всю следующую неделю. На минуточку, этот мегаполис находится чуть южнее 32 градуса северной широты, то есть примерно на уровне северной Африки, Израиля и Пакистана. Обычно, зимой температура там падает ниже нуля максимум на пару дней. Про снег даже говорить бессмысленно — местные жители о сугробах и гололеде знают либо из кино, либо по опыту туристических поездок на север. А отопление в домах реализовано, в лучшем случае, электрическими теплыми полами, а чаще — кондиционером в режиме обогрева. Иными словами, на электросеть легла неожиданно высокая нагрузка, и она не выдержала. Причин этому было несколько, начнем с самой громкой и, как оказалось, абсолютно ложной.

Резкое падение генерации около 3 часов ночи 15 февраля. Отсечка на графике (вертикальная серая линия) показывает момент блэкаута, когда операторы начали отключать потребителей, чтобы не допустить еще более серьезных аварий. Темно-зеленая линия — фактическое потребление, светло-зеленая — прогнозируемое потребление, жирная оранжевая линия — фактическая емкость (генерация) сети, бледно-оранжевые — доступная генерация и резервы / ©ERCOT, Ars Technica

«Крах зеленой энергетики»

Примерно с такими заголовками, да еще и в злорадном тоне, некоторые издания описали происходящие в США события. И под этими обвинениями ветряков во всех бедах первое время действительно была фактологическая почва. Во время блэкаута в Техасе, который стал самым серьезным, от сети отключились основные мощности ветряных электростанций. Но это было вызвано не обледенением лопастей самих ветряков, а обрывом линий электропередач вкупе с перегрузкой подстанций. Ситуацию прояснили данные основного поставщика электроэнергии в штате — Совета по надежности электроснабжения Техаса (ERCOT).

Издание Ars Technica пишет, что просадка в генерации ночью 15 февраля достигла почти 15 гигаватт (с более чем 67 до примерно 53 гигаватт), а затем продолжила снижаться. Это превышает суммарную теоретическую мощность всех ветряных электростанций штата. И, как показывает статистика работы ветряков, они до последнего поставляли в сеть свои честные пять с лишним гигаватт. Что даже больше, чем в предыдущие дни, несмотря на обледенение лопастей, из-за которого выработка составила лишь около половины от возможной. То есть, при желании, ветряки могли поставить почти 11 гигаватт электричества, но сеть к тому моменту уже не выдержала и начались веерные отключения.

Генерация электроэнергии техасскими ветряками 15 февраля, данные указаны по окончанию каждого часа, поэтому за 13:00 пустота — в этот момент их уже отключили от сети. Для сравнения указаны два графика: средняя выработка за предыдущие дни (синяя линия) и показатели за предыдущий день (14 февраля, оранжевая линия) / ©ERCOT, Ars Technica

Подвели «традиционные» электростанции

Как ни странно, важную роль в развитии катастрофы сыграли угольные, газовые и атомные электростанции. По данным Bloomberg, в понедельник отключились генераторы суммарной мощностью в 34 гигаватта, из которых на ветряки приходится едва ли треть. Судя по всему, расследованию происшествия придется разбираться с каждым таким случаем отдельно, общей картины пока нет. Чиновники обещают обязательно найти виноватых и наказать, но в первую очередь стремятся решить текущие проблемы.

Что-то конкретное можно сказать только про газовые и «зеленые» электростанции. Последним посвящен предыдущий раздел, а вот первые пострадали от морозов неожиданным образом. Дело в том, что из-за похолодания резко возросло потребление газа, как генерирующими предприятиями, так и домашними хозяйствами. Одновременно с этим появились проблемы у поставщиков: они частично связаны с нефтеперерабатывающей отраслью, а она на время похолодания буквально встала. Оказалось, что техасские заводы по переработке нефтепродуктов не могут функционировать при таких температурах.

Особенности сети

В Соединенных Штатах существуют сразу несколько достаточно сильно отличающихся электросетей, между которыми организована связь. Причем энергетика США тесно связана с Канадой и Мексикой для повышения надежности. Но не во всех случаях — сильнее всех пострадавший от непогоды Техас с его ERCOT как раз из таких. Проблема в том, что характеристики магистральных линий в этом регионе (частота переменного тока и напряжение) несовместимы с сетями окружающих штатов. Так исторически сложилось и теперь местные жители за это расплачиваются.

Загрузка сети ERCOT на протяжении года в гигаваттах. Серая область — среднее за последние пять лет, оранжевая линия — 2021 год с пиком более 65 гигаватт 15 февраля, в самый сильный мороз / ©ERCOT, Bloomberg

Подключения Техаса к сетям соседних штатов существуют, но из-за необходимости преобразования тока их мощность сильно ограничена. Да и небольшое количество таких узлов сыграло злую шутку — как только начал «падать» Техас, вслед за ним возникли каскадные отказы подстанций в Мексике, а также штатах Оклахома, Арканзас и Миссисипи. Но степень повреждений там оказалась несравнимо ниже. В итоге во время резко возросшего потребления электричества на обогрев домов и падения выработки из-за недостатка газа, техасская сеть оказалась разбалансирована. Последствия не заставили себя ждать и случился блэкаут.

Промежуточные выводы

Полную цепь событий, приведших к столь печальным последствиям, еще предстоит установить. Пока что понятно одно — как и в любой техногенной аварии, причиной стало совпадение сразу множества факторов. Среди них можно выделить ключевые:

• недостаточное внимание к урокам прошлого — в феврале 2011 года США уже переживали мощный блэкаут, в котором, как писал журнал Power, без электричества сидели более 4,4 миллиона человек, — но по каким-то причинам работы по увеличению стойкости сети не проводились в достаточной мере или не возымели должного эффекта;
• электросети не хватило запаса прочности на случай экстренных событий в условиях возросшего потребления современных домохозяйств;
• рекордно низкие температуры и сильные снегопады, из-за чего люди стали тратить еще больше электричества, а линии электропередач были повреждены;
• в дополнение ко всему, морозы выявили проблему с поставками горючего для электростанций в такую погоду.

Как хорошо видно из вышеприведенного списка, ни в одном пункте нет «зеленых» электростанций. Солнечные батареи зимой работают хуже и в снегопад требуют очистки, но это известная проблема и к ней обслуживающий персонал ферм был готов. Ветряки прекрасно себя чувствуют в Арктике, Антарктике и Северном Море, так что низкие температуры для них — не проблема. Беда возникла из системных проблем.

Основные пострадавшие штаты (больше или около 100 тысяч человек остаются без света) — Орегон, Кентукки, Западная Вирджиния и Луизиана. Вне зачета — Техас, там электричества лишены почти четыре миллиона человек. Но ситуация выправляется, еще за час до этого скриншота цифры были существенно больше / ©PowerOutageUS

Уроки

А завершить хотелось бы небольшим рассуждением на тему — можно ли из этой истории извлечь уроки нам, живущим в другой широте и вообще за океаном. Ведь именно с таким посылом критикуют ветряные электростанции в контексте американских блэкаутов: «посмотрите, какой кошмар, в нашем климате такое точно не нужно». Учитывая все написанное, понятно, что дело не в ветряках, а в самой электросети. Чем ситуация и поучительна. Особенно на фоне климата, который вне зависимости от мнения людей касательно глобального потепления, судя по всему, собирается преподносить нам все больше сюрпризов.

С каждым годом потребление электричества как промышленностью, так и домашними хозяйствами только растет. Даже если абстрагироваться от вопросов «зеленой» энергетики и электромобилей, существующие в России сети, пусть и модернизировались, но в своей основе содержат еще советское наследие. Некоторые регионы обладают всего одной основной генерирующей мощностью на множество населенных пунктов. И речь не о глухих деревнях — такая ситуация встречается в сравнительно крупных городах. По большому счету, настоящие децентрализованные и отказоустойчивые электросети в России выстроены только вокруг Москвы и Санкт-Петербурга — наследие столичного блэкаута в 2005 году.

Глядя на США, создается впечатление, что там все не лучше, но это не так. Обстановка наладится очень быстро даже в сельских районах. Интереса ради можно открыть сайт PowerOutageUS и обновлять его каждые 10 минут: только за время написания этого текста количество «красных» (более 100 тысяч человек без света) штатов сократилось с шести до трех. Во многом ситуацию спасает та же децентрализация, которая и послужила косвенной причиной блэкаута: часть мощностей подключается от соседних регионов, часть генерируется небольшими местными электростанциями без подключения к магистральным сетям.