Новости

Aug 14, 2023

Черный старт: как перезапускается сеть

На момент написания этой статьи мы охвачены исторической волной тепла, и это трудно

На момент написания этой статьи мы были охвачены исторической волной тепла, и тем из нас, кто живет на западе Соединенных Штатов, трудно представить себе время, когда холод и лед царили по всей земле. Но на самом деле всего четыре месяца назад на большей части страны, включая места, плохо оборудованные для борьбы с последствиями, случилась очередная аномальная погода. Ныне легендарное «Февральское замораживание» заставило миллионы людей, в основном в Техасе, копаться в темноте и холоде, в то время как серия каскадных инженерных сбоев разрушила их электрическую сеть, кусок за куском, округ за округом.

Это событие много обсуждалось и анализировалось, как и положено событию, имеющему столь далеко идущие последствия. Как и во многих дискуссиях в наши дни, очень немногие из них являются информативными или цивилизованными, и это не очень хорошая новость для тех, кто хочет понять, что произошло и как предотвратить повторение этого или, по крайней мере, несколько смягчить последствия. Частично это понятно, учитывая разрушительные и часто опасные для жизни ситуации, с которыми внезапно столкнулась стихия. Людям также сложно обсуждать событие, столь широкое по своему масштабу и влиянию — слишком много всего, что нужно обдумать.

Чтобы немного облегчить нынешнее обсуждение, мы сосредоточимся на одном аспекте февральского сбоя энергосистемы, о котором часто говорят, но редко объясняют: что энергосистема Техаса находилась всего в нескольких минутах от полного коллапса, и что это заняло бы недели или месяцев на восстановление, если бы он смог ускользнуть. Это действительно возможно? Может ли энергосистема просто «исчезнуть» полностью и внезапно? К сожалению, ответ — да, но, к счастью, было вложено много мыслей не только о том, чтобы предотвратить это, но и о том, как перезапустить все, если это произойдет, с помощью так называемого «черного старта».

По некоторым меркам, электрическая сеть планеты является самой крупной и сложной машиной, которую мы когда-либо строили. Это кажется справедливым утверждением; только в США и Канаде сеть электропередачи насчитывает более 120 000 миль (190 000 км) линий, которые простираются через весь континент. И это всего лишь система перемещения больших объемов электроэнергии из мест ее производства на подстанции, расположенные вблизи населенных пунктов; Добавьте сюда миллионы миль кабелей, образующих распределительную систему, соединяющую отдельных клиентов, и вы начнете видеть огромные размеры системы. Затем учтите, что в этой системе имеется более 10 000 генерирующих станций, каждая из которых должна быть синхронизирована со всеми остальными электростанциями независимо от спроса, и сложность этой проблемы начинает проявляться сама собой.

При наличии всего оборудования, обеспечивающего работу электросети на такой обширной территории, трудно вспомнить, что так было не всегда. Сегодняшняя сеть Северной Америки постепенно росла, начиная в основном с населенных пунктов востока и Среднего Запада, электрифицируя сначала города, а затем распространившись на сельские районы. Использование существующих систем позволило энергетическим компаниям не только использовать с трудом добытые знания о том, что работает, а что нет при прокладке проводов и подключении потребителей, но и обеспечивать электроэнергией, необходимую для своих новых генерирующих объектов. Простой факт заключается в том, что для производства энергии требуется энергия, и в этом суть проблемы черного старта.

Генерация энергии в теории проста, и все мы когда-то изучали основы — превращать потенциальную энергию в кинетическую, чтобы вращать магнит внутри большой катушки с проводом. Но вся сложность заключается в деталях. Например, на угольной электростанции измельчение сырого угля до нужного размера для использования в качестве топлива в котлах требует энергии, равно как и конвейеры, питающие котлы, приводы, управляющие клапанами, датчики и системы управления, которые регулировать скорость турбин и распределительного устройства, подключающего генераторы к сети. Для производства энергии требуется энергия, и электростанция может использовать значительную часть своей собственной энергии. Когда электростанция может производить 700 мегаватт или более, накладная нагрузка, необходимая для запуска или перезапуска электростанции, может быть огромной.