Отключения света «для чайников»: российские ракеты, украинские электросети и светлое будущее (инфографика)

За последние недели мы остро ощутили, что важным для безопасности страны является не только состояние национальной энергетической системы, но и степень осведомленности граждан в этом вопросе.

Многие из нас не представляют, как производится и передается электричество, или почему в его доме может не быть света. Этой неосведомленностью пользуется вражеская боевая пропаганда, чтобы расшатывать ситуацию в тылу, подстрекать украинцев против власти и даже против собственных соседей.

Однако вопросы и недоразумения остаются. Почему взрывы раздаются в Виннице, а отключения — в Одессе? Почему в одной области света нет по четыре часа, а в другой — по восемь? Зачем вообще отключают, когда электростанции не повреждены?

Сейчас это беспокоит многих — особенно в темноте, во время аварийных и стабилизационных отключений. «Думская» решила ответить на некоторые такие вопросы.

ЧТО ТАКОЕ ЭНЕРГОСИСТЕМА?

Так случилось, что сейчас очень важной для сопротивления вражескому вторжению стала энергетическая система страны. Но что это вообще такое?

Энергосистема — это совокупность оборудования для производства, передачи и потребления энергии, в частности электрической или тепловой. Соответственно, она обычно содержит три составляющие: генерирующие мощности, линии передачи и потребителей энергии.

Приведем простые примеры. Если в вашем доме индивидуальное отопление, то тепловая энергия вырабатывается (генерируется) в котле, передается по трубам (линиям передачи) к радиаторам и обогревает комнаты и нас (потребителей). Если в вашем доме централизованное отопление, то система немного сложнее: тепло генерирует районная котельная, через теплотрассы и бойлерные оно приходит к вашему стояку и оттуда — опять-таки к радиаторам в комнатах.

Объединенная энергетическая система Украины в первом приближении так же содержит три составляющие. Это электростанции, на которых вырабатывается электрическая энергия, линии электропередач с трансформаторами, магистральными и местными сетями, и потребители — промышленные предприятия, жилые дома, инфраструктурные объекты.

Каждый из элементов имеет определенные свойства. Для электростанции это максимальная мощность, то есть количество энергии, которую она производит за единицу времени. Для систем передачи — это пропускная способность, то есть количество электрической энергии, которую она способна передавать. Что касается объема потребления, он зависит от времени года и времени суток: в зимний день мы потребляем больше, чем весенней ночью.

БАЛАНС И МАНЕВР

Особенностью энергосистемы является то, что объем вырабатываемой энергии всегда должен быть равен объему потребляемой. То есть системой нужно управлять: маневрировать мощностями, чтобы достичь баланса, включать и выключать энергоблоки, направлять потоки от разных станций по линиям передачи к разным группам потребителей — например, областям.

Это — очень простой и очень условный «моментальный снимок» состояния части украинской энергосистемы на определенный момент времени. Как видите, система сбалансирована: количество энергии, поступающей в каждую область, равно количеству потребляемой.

Основным источником электроэнергии в Украине являются атомные электростанции (АЭС). Их преимущества — низкая стоимость киловатта и большая мощность: один типовой энергоблок ВВЭР-1000 производит столько же энергии, что и три Каховские ГЭС вместе взятые.

Однако важным недостатком АЭС является неспособность быстро увеличить или уменьшить мощность. Чтобы существенно изменить режим работы атомного реактора, нужно несколько дней. Поэтому они непригодны для маневрирования в пределах суток, и их надо дополнять другими источниками — тепловыми (ТЭС) и гидроэлектростанциями (ГЭС), чтобы покрывать избыточный спрос днем, когда потребление растет.

(Кстати, поэтому и существует дешевый «ночной тариф»: ночью потребление минимальное, электричества достаточно и оно дешевое, поэтому энергетики стимулируют спрос именно в это время)

Соответственно, каждая область связана с несколькими электростанциями через магистральные сети. Эти сети содержат много разных составляющих, из которых самыми важными дня нас являются трансформаторы и кабельные линии. Для упрощения мы обозначим их как «ЛЭП», то есть линии электропередачи. Каждая ЛЭП имеет свою максимальную пропускную способность, которая зависит от напряжения в проводах, длины линий, мощности трансформаторов и других устройств.

ЧТО СЕЙЧАС ДЕЛАЮТ ЭТИ СВОЛОЧИ?

Электростанции, особенно атомные — это большие, очень прочные и хорошо защищенные конструкции. Уничтожить ракетами, а тем более «шахидами», довольно сложно. Поэтому сейчас главными целями для российских ракет стали магистральные сети.

Во время ракетных атак враг пытается разрушать в первую очередь трансформаторные подстанции на магистральных линиях. Это достаточно сложные и дорогие конструкции, которые почти не защищены. Кроме того, их в разы больше, чем электростанций, поэтому прикрыть каждую системой ПВО гораздо сложнее.

Если вражеский удар оказался удачным, ЛЭП перестает работать. Обрывается связь между электростанцией и потребителями, и начинается энергетический голод — дефицит мощностей в области.

Примерно такая ситуация бывает, если в вашем доме не работает бойлерная или прорвало теплотрассу. И котельная вроде бы работает на полную, и в соседнем доме есть тепло — а у вас все равно холодные батареи.

АВАРИЙНЫЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ

На втором нашем рисунке — опять-таки очень упрощенный пример аварийной ситуации, когда эти сволочи ракетным ударом вывели из строя две ЛЭП, и из-за этого две области столкнулись с проблемами.

На первый взгляд может показаться, что ничего страшного не произошло — из трех «вводов» в каждой области работает два. Но если посчитать мощности, можно увидеть, что в первой надо немедленно уменьшить потребление на 20%, а во второй — на 50%.

В момент аварии это делает автоматика. Условно говоря — срабатывают предохранители, которые не позволяют перегрузить сети, и происходит так называемое аварийное отключение.

После этого энергетики ищут, как стабилизировать подачу энергии в области. Энергосистема спроектирована таким образом, что имеет определенные запасы мощности — например, для проведения планового обслуживания. В аварийных ситуациях эти резервы используют для решения проблемы.

Например, можно попытаться увеличить поток от других электростанций (если у них есть незадействованные мощности) или перебросить больше энергии через работающие сети (если там есть запас пропускной способности). Иногда в таких ситуациях есть смысл отключить мощных потребителей, таких как крупные предприятия, или направить мощности от одной области к другой, более проблемной. Всем этим занимается диспетчерская государственной компании «Укрэнерго», которая регулирует национальную энергосистему. Но бывает так, что резервов не хватает для покрытия потребностей, и тогда «Укрэнерго» дает в областные энергосети команды на уменьшение мощности на определенный процент.

СТАБИЛИЗАЦИОННЫЕ ОТКЛЮЧЕНИЯ

Если облэнерго получает такую команду, недостаток электричества внутри области приходится компенсировать, отключая часть потребителей. Это - те самые стабилизационные отключения.

Если говорить просто, чтобы прямо сейчас уменьшить потребление на 30%, надо отключить 30% клиентов. Но в жизни все сложнее. Если вы раз в день включаете стиральную машину и греете полный бойлер воды, то в пределах суток суммарное потребление энергии такие отключения существенно не уменьшат. Зато они позволяют растянуть время интенсивного использования электричества и уменьшить пиковые нагрузки. Как следствие, потребители вынуждены включать электроприборы в те времена, когда проблем в сети меньше, в частности ночью.

(Кстати, именно поэтому энергетики постоянно призывают включать стиралки и утюги после 23:00 — это действительно уменьшает пиковые нагрузки и является реальной альтернативой стабилизационным отключениям).

СКОЛЬКО СИДЕТЬ БЕЗ СВЕТА?

В вопросе стабилизационных отключений есть еще важный момент. Есть такие потребители, которым выключать электричество ни при каких условиях нельзя — например, больницы, или насосные станции «водоканала», или дом, в котором живет мэр. Соответственно, линии, через которые они питаются, никогда не обесточиваются, и все объекты, которые к ним подключены, имеют свет всегда. Таких в наших городах примерно 25%.

Это влечет за собой не только «социальную несправедливость», когда «обычный» сосед завидует соседу, дом которого на одной линии с роддомом. Важнее, что недостаток электричества приходится покрывать за счет только тех 75% потребителей, которых отключать разрешено.

Поэтому получается: если дефицит по области составляет 20%, и можно включать-выключать 75% потребителей, то света в доме не будет в течение (24*20%/75%) — шести-семи часов в сутки. Это означает, что можно ожидать два отключения по четыре часа в течение дня. Если нехватка составляет 50%, все становится намного хуже: выключать будут по 16 часов в сутки, и преимущественно днем.

ЧТО СО ВСЕМ ЭТИМ ДЕЛАТЬ?

В первую очередь, стоит осознать: бесперебойная поставка электричества в наши дома — в интересах энергокомпаний. Каждый киловатт, который прошел через ваш счетчик — это их заработок, поэтому они первые заинтересованы в том, чтобы этот поток был стабилен, и делают максимум для того, чтобы он не прерывался.

Во-вторых, нужно знать, что трансформаторные подстанции, которые сейчас разрушают вражеские ракеты — это достаточно дорогой товар, который служит десятилетиями, поэтому приобретают их нечасто. Энергокомпании имеют небольшое количество резервных на случай замены, и эти запасы, похоже, подходят к концу.

К сожалению, не существует магазинов, куда можно было бы прийти и сразу приобрести новый трансформатор для магистральной подстанции. Обычно их делают под заказ, и срок изготовления достигает нескольких месяцев. То есть — даже при наличии денег быстро получить такое оборудование очень сложно.

Кстати, в Украине есть Запорожский трансформаторный завод. Это одно из крупнейших предприятий в Европе, которое производит такую технику. К сожалению, в последние годы оно было убыточным, три года назад началась процедура банкротства. В начале ноября завод национализировали, акции вернулись в собственность государства. Позволит ли это быстро наладить производство этого оборудования в нужных количествах — пока непонятно.

В-третьих, стоит заметить, что свет в ваших домах сейчас выключают не из-за того, что электричество экспортируют.

Парадоксально, но на самом деле тут все наоборот: если мы вынуждены отключать потребителей, то электричество стоит экспортировать. Как мы помним, в сбалансированных системах объем вырабатываемой энергии должен равняться объему потребления. Если из-за разрушения ЛЭП и массовых отключений потребление уменьшается, это означает, что на электростанциях возникает избыток энергии. Поэтому надо либо уменьшать генерацию, то есть выключать энергоблоки, либо искать других потребителей, например за рубежом. То есть — экспортировать. Кстати, экспорта электричества из Украины сейчас вообще не происходит.

И напоследок — стоит понимать: идет война, и сейчас наша энергосистема стала главной целью соседнего государства-террориста. Поэтому благополучие в наших домах сейчас зависит в первую очередь от возможностей и эффективности противовоздушной обороны.

Сейчас мы можем ей помочь, в частности донатами на технику и коммуникационное оборудование. А еще - можем установить на свои телефоны приложение еППО и вовремя сообщать нашим защитникам о разной триколорной гадости в небе. Это действительно может помочь сохранить тепло и свет в наших домах.

ПОСЛЕСЛОВИЕ

На самом деле энергетическая система Украины гораздо сложнее, чем это может показаться из этой публикации. Она содержит огромное количество разнообразных составляющих, а электротехнические и математические основы ее работы достаточно непросты для обычного человека. Разумеется, все пояснения здесь — максимально упрощённые и примитивные, а картинки не имеют никакого отношения к реальной ситуации и являются исключительно иллюстративными.  

Если кто-то хочет разобраться в этих вопросах подробнее, одной статьи будет явно недостаточно. Однако всего за четыре года обучения в Энергетическом институте одесской политехники можно узнать, что такое активная и реактивная энергия, научиться применять коэффициенты одновременности и рассчитывать переходные процессы, или, например, выяснить, как осуществляется вторичное регулирование частоты и балансировка энергосистемы путем привлечения маневровых мощностей. Степень бакалавра может стать отличным стартом в карьере будущего эксперта по таким вопросам.

Автор — Сергей Дибров, инфографика Игоря Жеведя