анализ и исследования энергоресурсы цифры и проценты экономическая ситуация мнение эксперта перспектива персона Рафаэль Идиатулин

Рафаэль Идиатулин

Стабильная работа энергосистемы всей страны. Вдумайтесь в это словосочетание. Первая ассоциация — ​непостижимый масштаб и огромный груз ответственности за то, чтобы каждый потребитель, начиная от крупных производств и заканчивая сельской больницей или отдельно взятой квартирой, был обеспечен бесперебойным электричеством.

Один из распространенных эпизодов в фильмах про апокалипсис — ​погружающиеся во тьму квартал за кварталом. Многие слышали про блэк-аут 14 августа 2003 года в США и Канаде. Тогда отключились сотни тепловых электростанций и около десяти атомных электростанций с десятками реакторов, без электроснабжения остались 50 миллионов человек в двух провинциях Канады и в восьми штатах США, 10 аэропортов были закрыты больше чем на сутки, 350 тысяч человек остались заблокированы в метро Нью-Йорка. Энергоснабжение смогли восстановить только через 44 часа. В том же 2003 году были аварии в Италии, в Лондоне, в Финляндии и Дании. Примеров таких блэк-аутов много по всему миру. Почему эти аварии происходят, как их избежать или свести к минимуму их последствия? Ответы на эти вопросы знает наш собеседник. Рафаэль Идиатулин — ​диспетчер Объединенного диспетчерского управления энергосистемами Средней Волги, кандидат технических наук, доцент Самарского государственного технического университета.

Об энергосистеме и не только

— Сразу оговорюсь, что мои знания об электроэнергетике ограничиваются бытовым уровнем: есть розетка, в ней есть ток, благодаря которому работают электроприборы. На улице стоят столбы с натянутыми проводами, а где-то там далеко работает гидроэлектростанция. Но все-таки сложно представить, как действует эта система в масштабах всей страны.

— Тогда давайте начнем с определения электроэнергетики. Вся система электроэнергетики — ​это производство электрического тока и доставка его в виде электроэнергии до потребителя по линиям электропередачи. Есть те, кто производит электроэнергию (например, гидроэлектростанции, атомные или тепловые станции), есть те, кто ее передает (электросетевые компании — ​в их собственности находится все электросетевое хозяйство: провода, опоры, трансформаторные подстанции и прочее), есть те, кто управляет режимами передачи электроэнергии — ​это специализированная организация, осуществляющая диспетчерское управление.

Раньше все было сосредоточено в одних руках РАО ЕЭС: и электросети, и генерация, и ремонт. Теперь рынок разделен. У каждой сферы сейчас свой собственник. Например, Публичное акционерное общество «Российские сети» объединяет все электросети. Диспетчерским управлением занимается государственная компания «Системный оператор Единой энергетической системы», в которой я работаю. Ни одно оборудование без нашего разрешения не может выводиться в ремонт или включиться в Единую энергосистему.

Очень важно понимать, что электроэнергию нельзя положить на полку, поставить в гараж и на время забыть. Она производится в настоящий момент времени, и также в данный момент времени передается и потребляется. У электрического тока есть характеристики. Например, частота. В энергосистеме она определяется балансом между вырабатываемой и потребляемой мощностью. В России и Европе значение частоты переменного электрического тока — ​50 герц, а в США и Канаде 60 герц. Электрическая станция не выработает столько, сколько захочет, а электросети не смогут пропустить больше, чем рассчитано. Диспетчер должен обеспечить транспорт электрического тока с учетом потребления районов, с учетом ремонтных работ или аварии и соблюсти тот самый баланс.

— Так мы подошли к тому, что такое Системный оператор.

— Системный оператор управляет режимами работы Единой энергосистемы России. Происходит это следующим образом. По всей стране на смене находится определенное количество диспетчеров, которые в режиме реального времени управляют перетоками мощности по линиям электропередачи, загрузками или разгрузками электростанций, выполняют необходимые переключения в электрической сети и ликвидируют технологические нарушения. Структура Системного оператора в единой энергосистеме (ЕЭС) России — ​это трехуровневая вертикаль с четким разделением полномочий. Верхний уровень — ​главный диспетчерский центр в Москве, который осуществляет оперативно-диспетчерское управление всей Единой энергосистемой России. С этого уровня координируется работа объединенных энергосистем и параллельная работа с зарубежными энергосистемами, обеспечивается планирование развития ЕЭС России. Второй уровень — ​7 филиалов компании, которые называются объединенными диспетчерскими управлениями (ОДУ). Они управляют режимами работы объединенных энергосистем, генерирующими и сетевыми объектами, координируют деятельность филиалов третьего уровня. Третий уровень вертикали — ​это региональные диспетчерские управления (РДУ), их 50. Они управляют энергосистемами одного или нескольких субъектов страны. Я — ​представитель второго уровня диспетчерского управления, с 2006 года работаю диспетчером в ОДУ Средней Волги, которое находится в Самаре.

— То есть в составе объединенной энергосистемы Средней Волги есть РДУ?

— Да, в состав объединенной энергосистемы Средней Волги входят девять региональных энергетических систем: Марийская, Мордовская, Нижегородская, Пензенская, Самарская, Саратовская, Чувашская, Ульяновская и Татарстан. Электроэнергетический комплекс объединения состоит из 64 электростанций, имеющих суммарную установленную мощность 26,9 тыс. МВт, 688 электрических подстанций 110–500 кВ и 1105 линий электропередачи 110–500 кВ общей протяженностью 35911 км. Конечных потребителей никто не считал, их очень много.

— Объединенная энергосистема Средней Волги чем-то отличается от остальных?

— Ее особенность — ​транзитное положение в центральной части Единой энергетической системы России. Она граничит с энергообъединениями Центра, Юга и Урала, а также с энергосистемой Казахстана. Она — ​связующее звено между крупнейшими энергообъединениями Центра и Урала. Через объединенную энергосистему Средней Волги идут основные транзитные перетоки мощности по линиям электропередачи, которые обеспечивают сглаживание суточных пиков нагрузки в Единой энергосистеме между ее европейской и уральской частями. Направление перетоков мощности в течение суток меняется два раза, амплитуда изменений может доходить до 2000 МВт. Ночью и в утренние часы переток идет на Урал, так как Москва засыпает, а в уральском регионе люди наоборот просыпаются, промышленность начинает работать. Днем же и вечером переток разворачивается и идет уже в обратную сторону, в сторону столицы, потому что там в это время максимальное потребление.

Еще одной отличительной чертой является наличие пяти гидроэлектростанций Волжско-Камского каскада, которые обеспечивают регулирование частоты тока, в том числе главный автоматический регулятор частоты тока в ЕЭС России — ​Жигулевская ГЭС. Все пять ГЭС составляют 15 % суммарной установленной мощности гидроэлектростанций ЕЭС России. Эта уникальная особенность объединенной энергосистемы Средней Волги позволяет оперативно изменять генерацию в диапазоне до 4880 МВт для регулирования частоты в ЕЭС и для поддержания величины транзитных перетоков с ОЭС Центра, Урала и Сибири в заданных пределах.

— Как выглядит ваше рабочее место?

— Просторный зал с пультами, телефонами. Диспетчерский щит в ОДУ Средней Волги состоит из соединенных между собой 24 больших электронных проекторов. Он отображает полную информацию в режиме реального времени: вся объединенная энергосистема Средней Волги, состоящая из линий электропередачи, оборудования электрических станций и подстанций. Информация по частоте переменного тока, перетокам мощностей, уровням напряжения, токовой загрузке и прочие параметры обновляются мгновенно. Плюс у каждого диспетчера есть два отдельных компьютера с четырьмя мониторами для работы с необходимыми программными комплексами и телефон с прямыми каналами связи.

— Что вы делаете в первую очередь, когда приходите на работу?

— На работу я прибываю за 30 минут до принятия смены. За это время мне необходимо ознакомиться с записями и распоряжениями в журналах и всеми изменениями, которые произошли за время моего отсутствия. Я выясняю текущую ситуацию, режим работы энергосистемы, просматриваю диспетчерские заявки на оборудование, которое выводится в ремонт или включается в работу из ремонта во время моей смены. Сдающий смену рассказывает о замечаниях в работе оборудования, за которым необходимо наблюдать особо пристально. После этого я принимаю смену. Если произошла авария, и ее ликвидацией руководит сдающая смена, то пока нормальный режим не будет восстановлен, специалисты не покинут свое рабочее место, приемка и сдача смены не допускается. Потом я принимаю рапорты от непосредственного подчиненного диспетчерского персонала РДУ, персонала объектов электроэнергетики и дежурного персонала структурных подразделений ОДУ Средней Волги. После этого я уже сам отдаю рапорт старшему диспетчеру главного диспетчерского центра в Москве.

— Как все сложно.

— В какой-то степени сложность и ответственность управления объединенной энергосистемой сравнима с работой центра управления полетами космических кораблей.

— В чем конкретно заключается работа диспетчера?

— Диспетчер управляет режимами совместной работы генераторов электростанций, электрических сетей и потребителей электроэнергии, выполняя плановый диспетчерский график, а также руководит переключениями в электрической сети. То есть, диспетчер управляет единым процессом производства, преобразования, передачи и потребления электрической энергии. Ведь электрическая энергия — ​это особый продукт, который, как я уже говорил, невозможно пощупать руками или увидеть глазами, ее нельзя где-то накапливать или складировать после производства. Всей выработанной электроэнергии за определенный промежуток времени должно быть ровно столько, сколько требуется потребителю. Поэтому диспетчер следит за балансом, чтобы производство и потребление электрической энергии было одинаковым. Если производимая электроэнергия будет ниже величины потребления, то частота электрического тока в сети будет падать. Если наоборот, то частота электрического тока будет увеличиваться.

анализ и исследования энергоресурсы цифры и проценты экономическая ситуация мнение эксперта перспектива персона

Энергосистема — ​это как живой организм с постоянным изменением генерации и потребления. Например, где-то аварийно отключился генератор или мощный потребитель меняет свое потребление из-за технологии производства и т. д. Задача диспетчера — ​не дать выйти значению частоты за допустимые пределы, используя резервы на загрузку и разгрузку электрических станций. В России такой работой руководит диспетчер главного диспетчерского центра в Москве, а также диспетчер ОДУ Востока в своей операционной зоне, работающей изолированно от Единой энергетической системы России. Все функции и сферы ответственности у нас четко распределены, налажено оперативное взаимодействие между всеми субъектами энергетики: электрическими станциями, электрическими сетями, сбытовыми компаниями, крупными потребителями электроэнергии. Мы можем максимально быстро и точно реагировать на самые разные нештатные ситуации и сводить к минимуму негативные последствия.

— Что может повлиять на режим энергосистемы?

— Например, погода. Если Москву затянет тучами, то потребление может сразу вырасти на 500 МВт. Это величина мощности средней тепловой электрической станции. Чтобы сбалансировать режим, диспетчер должен дать команду на загрузку работающих генераторов электростанций на ту же величину, если у них есть резерв мощности. Если таких резервов недостаточно, то необходимо ввести в работу генерирующее оборудование из «холодного резерва». Если ситуация обратная, и потребление электроэнергии резко снизилось, то необходимо разгрузить часть работающих генераторов электростанций или вывести их в резерв.

— Тем не менее, от аварий мы не застрахованы. Многие помнят блэк-ауты в США и Канаде, в Москве. Какие сделаны выводы?

— Во первых, на мой взгляд, диспетчерское управление в США не совсем адекватно условиям рыночной энергетики. Объединенная система эксплуатировалась как набор отдельных элементов. Необходимо все-таки иметь общее управление системой, держать все под единым контролем. Система не располагала средствами противоаварийного управления, объем нагрузки, присоединенной к автоматической частотной разгрузке (АЧР) был всего 25 % суммарной мощности, что являлось абсолютно недостаточным. Не были скоординированы защиты генераторов от повышения частоты, отсутствовала автоматика выделения электростанций на сбалансированную нагрузку. Мировой опыт показывает, что с ростом энергосистемы ущерб от крупных аварий постоянно возрастает. Тот же мировой опыт показывает, что причиной возникновения и развития крупных аварий являются чаще всего не стихийные природные явления или катаклизмы, а несовершенные подходы к обеспечению надежности энергосистемы. Поэтому я считаю, что для повышения надежности и безопасности диспетчерского управления в США нужно принять национальные стандарты надежности работы средств вычислительной техники, установленных в диспетчерских центрах. Необходимы также изменения руководящих документов, предоставляющих большую свободу и юридическую защиту диспетчерскому персоналу, который дает команды на отключение потребителей в аварийной ситуации. Необходимо внедрение противоаварийного управления для обеспечения балансов мощности и сохранения устойчивости, введение АЧР и разгрузки по напряжению. Например, в России благодаря противоаварийной автоматике минимизируются отключения электрической нагрузки потребителей, снижается время восстановления электрической сети после аварии. В какой-то степени противоаварийная автоматика является даже страховкой от неправильных действий диспетчера. И у нас диспетчеры имеют большую свободу действий при принятии решений по отключению потребителей во время аварии, чтобы избежать более серьезных последствий. В США, насколько я знаю, диспетчеры не настолько свободны. Они связаны юридическими рисками, боятся выставления исков на возмещение ущерба. Причиной же московской аварии в мае 2005 года в основном стало устаревшее электрооборудование, требующее замены, а также отсутствие устройств регулирования напряжения и автоматической разгрузки системы по напряжению. Выводы были сделаны: приняты соответствующие программы по модернизации и внедрению электротехнического оборудования.

Мы и они

— Чем еще отличаются американская, европейская и российская энергосистемы?

— На мой взгляд, в России диспетчерское управление более эффективное. Преимущество российской энергетики, как я уже говорил, — ​это централизованное диспетчерское управление. В Соединенных Штатах есть локальные системные операторы. Их несколько. Они покрывают всю энергосистему, но такого централизованного органа, как в России, нет (я имею в виду главный диспетчерский центр в Москве). Представьте себе недостроенную пирамидку — ​вот так система выглядит в США. А ведь такой централизованный орган крайне, я бы сказал, жизненно необходим, особенно в случаях с масштабным отключением электричества при больших авариях, как, например, авария 2003 года в Северной Америке. Это один из ключевых моментов, почему в России ликвидация аварийных ситуаций происходит намного быстрее, чем в США.

Попробую объяснить на пальцах. За каждой зоной обслуживания одного системного оператора следует зона обслуживания другого системного оператора. За его зоной обслуживания есть еще одна зона обслуживания следующего системного оператора. Но при этом первый системный оператор не видит третьего системного оператора. Единое централизованное управление устранило бы этот пробел.

В США, мне представляется, со временем придут к этому. Примером тому является Западная Европа. Европейцы тоже объединяют государственные энергосистемы. Этот процесс у них идет с 1960-х годов, хотя у них изначально провозглашался принцип децентрализации, каждая отдельная национальная энергосистема управлялась своим диспетчерским центром. Такие центры взаимодействовали по специально разработанным правилам и регламентам. Какое-то время они работали без проблем, а потом пошли аварии одна за другой. После этого европейцы сделали вывод, что существующие системы взаимодействия в оперативно-диспетчерском управлении не обеспечивают надежной работы энергообъединения, и сегодня у них идет процесс создания единого диспетчерского центра, который должен координировать работу национальных диспетчерских центров и обеспечивать надежную совместную работу всех энергосистем Европы в нормальных и аварийных режимах. То есть, к тому, что в России было сделано давно, они приходят только сейчас. Отсюда вывод: для электроэнергетики централизация является положительным явлением и даже необходимостью. Но при этом должны быть правильно распределены обязанности между субъектами энергетики. Ведь собственники также должны быть ответственными за свое хозяйство. Неважно электрические сети это или электрические станции. Они должны понимать, что их оборудование — ​не просто инструмент получения прибыли, а еще и объект, который играет огромную роль в обеспечении надежности всей энергосистемы, обеспечения безопасности страны, нормальных условий жизни людей.

Еще хочу отметить, что в США основной класс напряжения для линий электропередачи 345 кВ. Массовое строительство электрических станций и развитие сетей началось в 30-е годы прошлого столетия. Линии электропередачи строились исходя из необходимости энергоснабжения ближайших к электростанциям потребителей. Линии электропередачи более высокого напряжения не образуют системообразующей сети, как в России. Практически отсутствует система противоаварийного управления. Некоторые энергокомпании США работают параллельно друг с другом, другая часть энергокомпаний работает через вставки постоянного тока. В России же электростанции строились в тех регионах страны, где есть дешевые источники сырья — ​торф, уголь, газ, мазут, вода. Отсюда и проблемы российской энергетики по передаче мощностей на дальние расстояния к центрам потребления нагрузки. С этими проблемами на сегодняшний день Системный оператор успешно справляется.

анализ и исследования энергоресурсы цифры и проценты экономическая ситуация мнение эксперта перспектива персона

— В последние десятилетия много говорят про альтернативные источники энергоснабжения. Насколько это актуально для наших стран?

— Альтернативные источники есть, но в том-то и дело, что для России они почти не актуальны, потому что у нас, как я уже говорил, много дешевых источников сырья. В других странах с этим дефицит, поэтому там и продвигают альтернативную генерацию — ​ветроустановки, солнечные батареи, малые ГЭС, геотермальные и приливные станции. В России, в том числе и из-за климатических условий, такие источники энергии особым успехом не пользуются, но они тоже могут быть актуальны в удаленных районах, где затраты на доставку органического топлива на традиционные электростанции экономически нецелесообразны. Хотя Соединенные Штаты тоже обладают приличными запасами источников сырья, но при этом они активно работают над внедрением возобновляемых источников энергии. Там солнечные и ветряные электростанции доминируют в последние годы по вводимым в эксплуатацию мощностям. Использовать электричество от ветрогенераторов и солнечных батарей становится все выгодней. Пока доступность цен обуславливается государственными субсидиями, но со временем они будут снижаться. В любом случае, на мой взгляд, энергия из возобновляемых природных источников со временем потеснит обычную энергетику. В этом плане США идут на передовых позициях в мире. Мне как человеку, связанному с наукой, это очень интересно. Развитие альтернативной энергетики дает мощный импульс к научно-техническому прогрессу.

Там, где нет централизованного электроснабжения в России — ​например, в районах Крайнего Севера, в островной части страны, дизельные электростанции тоже могут обойтись дешевле, чем тянуть туда линии электропередачи и обслуживать ее в сложных климатических условиях.

В районах Арктических зон России и США, в отличие от центральных областей или штатов, проблемы энергетической безопасности наиболее острые из-за климата, тяжелой доставки грузов и ее дороговизны, удаленности от центров снабжения. Поэтому в ближайшее десятилетие главной задачей будет снижение расхода топлива на дизельных электростанциях — ​там готовых к внедрению альтернативных источников электроэнергии нет. В качестве технического решения для снижения расхода топлива я предлагаю применять новую технологию совместной работы источника реактивной мощности и синхронных генераторов дизельных электростанций. Использование этого источника позволит сократить число работающих дизель-генераторов для покрытия суточного графика электрической нагрузки потребителей, сократить потребление топлива дизельных электростанций на 3–5 % в сутки, а также уменьшить объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

анализ и исследования энергоресурсы цифры и проценты экономическая ситуация мнение эксперта перспектива персона

Елена Нелинова