«После отключений электроэнергии в Испании и Португалии я подумал: энергетический переход еще далек от завершения»

За тяжелой металлической дверью, прикрытой стеклянной стеной, на удлиненных черных машинах мигают бесчисленные зеленые огни. Белая, освещенная флуоресцентными лампами комната, где они находятся в Делфтском технологическом университете, по размеру сопоставима с раздевалкой среднего спортзала. Температура здесь всегда ровно 19 градусов по Цельсию. Системы охлаждения шумят. По потолку проложены цветные кабели.

Марьян Попов (56), профессор безопасности устойчивых энергетических систем, открывает ключом комнату с суперкомпьютерами стоимостью в миллионы евро. Он окружен металлической конструкцией, построенной для защиты от электромагнитного излучения, возникающего во время высоковольтных испытаний, проводимых в соседней комнате. Попов называет это небольшое помещение «лабораторией Джеймса Бонда» . Здесь он разрабатывает новые способы защиты гигантской электросети, простирающейся по всей Европе, от сбоев электроснабжения.

Европейская электросеть с миллионами километров кабелей под землей и в воздухе в ближайшие годы будет становиться все более важной, но и более уязвимой. Чтобы максимально ограничить дальнейшее глобальное потепление, крайне важно, чтобы страны заменили ископаемое топливо возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечная и ветровая энергия. Это делает электросеть более сложной и нестабильной. Риск кибератак также возрастает. По словам Попова, энергетический переход необходим, но он также создает новые технические проблемы для операторов сетей.

Масштабное отключение электроэнергии на прошлой неделе в Испании и Португалии вызвало обеспокоенность во всем мире по поводу побочных эффектов энергетического перехода. Причина неисправности пока неизвестна и расследуется. Однако весьма вероятно, что энергетический переход сыграл в этом свою роль, считают Попов и другие эксперты.

Увеличение количества солнечных панелей и ветряных турбин делает энергосистему уязвимой

Попов рассказывает об этом за длинным деревянным столом возле лаборатории, где ученые Делфта часто встречаются с экспертами в области энергетики из различных сетевых операторов Нидерландов и другими коллегами из энергетической отрасли.

«Энергосистема устроена таким образом, что спрос и предложение должны находиться в постоянном равновесии, чтобы частота всегда была около 50 герц», — начинает он свое объяснение того, почему энергетический переход делает энергосистему более уязвимой. Все части, все «системные компоненты» энергосистемы настроены на эту частоту, или ритм, в котором электроны движутся вперед и назад.

Когда частота повышается или падает ниже 50 Гц, защита компонентов автоматически активируется и подача питания отключается, чтобы предотвратить необратимое повреждение. «Если в одном месте из сети запрашивается немного больше электроэнергии, на другой стороне быстро генерируется немного больше», — говорит Попов, двигая руками, как весами. Даже если в одном месте полностью отключится электричество, другой источник может его вырабатывать. Это происходит в значительной степени автоматически.

«В классической ситуации, когда имеется множество газовых и угольных электростанций, у системы есть достаточно времени, чтобы отреагировать на изменение частоты». Генераторы газовых и угольных электростанций имеют тяжелые и большие вращающиеся турбины, настроенные на частоту 50 Гц. Если привод внезапно выходит из строя, турбины продолжают вращаться из-за своего большого веса и не останавливаются внезапно. Этот эффект называется инерцией. «Это позволяет поддерживать равновесие и стабилизировать возвратно-поступательное движение частоты. Инерция обеспечивает гашение резких изменений частоты. Таким образом, у электросети есть время отреагировать на изменения.

«Но в районе с большим количеством солнечных панелей и ветряных турбин инерция меньше. Это делает электросеть менее надежной. Если где-то что-то выходит из строя, этот демпфирующий эффект отсутствует, и колебания частоты могут быстро распространяться. Например, с газовой электростанцией мы всегда можем контролировать количество энергии, которое хотим производить. С ветровой и солнечной энергией это невозможно. И это вызывает неопределенность».

А как насчет масштабного отключения электроэнергии в Испании и Португалии на прошлой неделе?

«Мы пока не знаем точно, что произошло, но сразу бросилась в глаза скорость, с которой вышла из строя электросеть на Пиренейском полуострове. Что-то вызвало локальное отключение, после чего электросеть в соседних районах вышла из строя, когда они попытались компенсировать колебания частоты. Во время крупного отключения электроэнергии в Италии в 2003 году потребовалось около двенадцати минут, чтобы вся страна погрузилась в темноту. В Испании и Португалии, по последним данным, это произошло в течение минуты. Это было действительно зло .

По данным Теннета, надежность электросети в Нидерландах составляет 99,99963 процента. Это очень хорошо.

«Именно это и может произойти, когда в системе много источников энергии, не имеющих инерции. Вместо того, чтобы большие вращающиеся массы могли гасить изменения частоты, колебания теперь могли быстро распространяться. Системы безопасности были активированы, и питание очень быстро отключилось».

В Испании много гидроэлектростанций, которые имеют большую вращающуюся массу и, следовательно, инерцию.

«Никто точно не знает, что произошло в этой конкретной ситуации. Но верно то, что когда солнечная и ветровая энергия составляют большую часть энергетического баланса, как в Испании, обычно сложнее пережить удар, если что-то пойдет не так. Когда я прочитал об отключении электроэнергии, я подумал, что это признак того, что энергетический переход далек от завершения».

По другую сторону стеклянной стены в лаборатории в Делфте находится около десяти компьютерных экранов. Исследователи моделируют наихудшие сценарии, которые могут возникнуть в случае нестабильной работы электросети, на суперкомпьютерах, чтобы выяснить, как можно лучше защитить систему.

Вы исследуете, что необходимо сделать для поддержания надежности электросети, поскольку система претерпевает масштабные изменения.

«Наша цель — чтобы вскоре у нас была система, в которой энергия вырабатывается исключительно из возобновляемых источников. И чтобы надежность системы оставалась прежней. В настоящее время эта надежность в Нидерландах составляет 99,99963 процента, — говорит Теннет. — Это очень хорошо. Это означает отключение электроэнергии примерно на 12,8 минут на человека в год. Это не так уж много».

«В настоящее время я работаю над концепцией, которая поможет нам снизить риск распространения отключения электроэнергии подобно лесному пожару, как это произошло в Испании и Португалии на прошлой неделе. Сложность энергетического перехода затрудняет одновременный мониторинг всей европейской энергосистемы, как это происходит сейчас. Я изучаю, как мы можем разделить систему на острова. Если вы фактически изолируете меньшую область и будете контролировать ее более интенсивно, чем сейчас, вы быстрее заметите, если что-то пойдет не так. Например, если локальная линия или кабель перегружены, вы можете быстро изолировать область вокруг этой проблемы. Остальная часть системы за пределами этой области продолжит нормально функционировать. Мы называем это управлением островками ».

Разве электросеть не становится все более уязвимой для кибератак по мере оцифровки все большего объема информации?

«Да. В прошлом многие компоненты контролировались аналогово. Но мы не сможем осуществить энергетический переход без цифровизации. Мы должны продолжать контролировать сеть, и поскольку спрос на электроэнергию также растет, мы также должны пристально следить за сетью, чтобы мы могли использовать ее оптимально.

«Сегодня мы контролируем сеть с помощью интернета и оптоволоконных кабелей, и мы все устанавливаем в программное обеспечение. Вот почему кибератаки стали большей проблемой для операторов сетей. Мы не можем игнорировать эту угрозу. Нам нужны новые способы защиты такой сложной энергетической системы от преднамеренных атак».

Почему вас так интересует электросеть?

«Меня всегда интересовала технология электроэнергетики. Ток особенно увлекателен. Как может быть так, что то, чего нельзя увидеть или понюхать, может быть настолько мощным? Меня также восхищает такой человек, как Никола Тесла, изобретатель важных компонентов электросети. У меня в офисе висит его плакат. Я смотрю на него там каждый день».