Відключення світла «для чайників»:  російські ракети, українські електромережі та світле майбутнє (інфографіка)

В останні тижні ми гостро відчули, що важливим для безпеки країни є не лише стан національної енергетичної системи, але й ступінь обізнаності громадян в цьому питанні.

Багато з нас не уявляє, як виробляється і передається електрика, або чому в його оселі може не бути світла. Цією необізнаністю користується ворожа бойова пропаганда, щоб розхитувати ситуацію в тилу, підбурювати українців проти влади і навіть проти власних сусідів.

Проте питання і непорозуміння залишаються. Чому вибухи лунають у Вінниці, а відключення — в Одесі? Чому в одній області світла немає по чотири години, а в іншій — по вісім? Навіщо взагалі вимикають, коли електростанції неушкоджені?

Зараз це турбуює багатьох — особливо у темряві, під час аварійних та стабілізаційних відключень. «Думська» вирішила відповісти на деякі такі питання.

ЩО ТАКЕ ЕНЕРГОСИСТЕМА?

Так сталося, що наразі дуже важливою для спротиву ворожій навалі стала енергетична система країни. Але що це взагалі таке?

Енергосистема — це сукупність обладнання для виробництва, передачі та споживання енергії, зокрема електричної або теплової. Відповідно, вона зазвичай містить три складові: генеруючі потужності, лінії передачі та споживачів енергії.

Наведемо прості приклади. Якщо у вашому домі індивідуальне опалення, то теплова енергія виробляється (генерується) в котлі, передається по трубах (лініях передачі) до радіаторів та обігріває кімнати і нас (споживачів). Якщо у вашому будинку централізоване опалення, то система трішки складніша: тепло генерує районна котельня, через теплотраси та бойлерні воно приходить до вашого стояка і звідти — знов-таки до радіаторів в кімнатах.

Об'єднана енергетична система України у першому наближенні так само містить три складові. Це електростанції, на яких виробляється електрична енергія, лінії електропередач з трансформаторами, магістральними та місцевими мережами, та споживачі — промислові підприємства, житлові будинки, інфраструктурні об'єкти.

Кожен з елементів має певні властивості. Для електростанції це максимальна потужність, тобто кількість енергії, яку вона виробляє за одиницю часу. Для систем передачі — це пропускна спроможність, тобто кількість електричної енергії, яку вона здатна передавати. Що стосується обсягу споживання, він залежить від пори року та часу доби: в зимовий день ми споживаємо більше, ніж вночі весною.

БАЛАНС ТА МАНЕВР

Особливістю енергосистеми є те, що обсяг енергії, що виробляється, завжди повинен дорівнювати обсягові, що споживається. Тобто системою потрібно керувати: маневрувати потужностями, щоб досягти балансу, вмикати та вимикати енергоблоки, спрямовувати потоки від різних станцій по лініях передачі до різних груп споживачів — наприклад, областей.

Це — дуже простий і дуже умовний «моментальний знімок» стану частини української енергосистеми на певний момент часу. Як бачите, система збалансована: кількість енергії, яка надходить до кожної області, дорівнює кількості, що споживається.

Основним джерелом електроенергії в Україні є атомні електростанції (АЕС). Їх переваги — низька вартість кіловата та велика потужність: один типовий енергоблок ВВЕР-1000 виробляє стільки ж енергії, як три Каховські ГЕС, взяті разом.

Але важливим недоліком АЕС є нездатність швидко збільшити чи зменшити потужність. Щоб суттєво змінити режим роботи атомного реактора, потрібно кілька днів. Тому вони непридатні для маневрування в межах доби, і їх треба доповнювати іншими джерелами — тепловими (ТЕС) та гідроелектростанціями (ГЕС), щоб покривати надлишкові потреби вдень, коли споживання зростає.

(До речі, саме через це існує дешевий «нічний тариф»: вночі споживання мінімальне, електрики вдосталь і вона дешева, тому енергетики стимулюють попит саме в ці часи)

Відповідно, кожна область пов'язана з декількома електростанціями через магістральні мережі. Ці мережі містять багато різних складових, з яких найважливішими дня нас є трансформатори та кабельні лінії. Для спрощення ми позначимо їх як «ЛЕП», тобто лінії електропередачі. Кожна ЛЕП має свою максимальну пропускну здатність, яка залежить від напруги в проводах, довжини ліній, потужності трансформаторів та інших пристроїв.

ЩО ЗАРАЗ РОБЛЯТЬ ЦІ СВОЛОТИ?

Електростанції, особливо атомні — це великі, дуже міцні та добре захищені конструкції. Знищити їх ракетами, а тим більше «шахідами», досить складно. Тому наразі головними цілями для російських ракет стали магістральні мережі.

Зараз під час ракетних атак ворог намагається руйнувати в першу чергу трансформаторні підстанції на магістральних лініях. Це досить складні та дорогі конструкції, які майже не мають міцного захисту. Крім того, їх в рази більше, ніж електростанцій, тому прикрити кожну з них системою ППО набагато складніше.

Якщо ворожий удар був вдалим, ЛЕП перестає працювати. Переривається зв'язок між електростанцією та споживачами, і починається справжній енергетичний голод — нестача потужностей в області.

Приблизно така ситуація буває, якщо в вашому домі не працює бойлерна або прорвало теплотрасу. І котельня начебто працює на повну, і в сусідньому будинку є тепло — а у вас все одно холодні батареї.

АВАРІЙНІ ВІДКЛЮЧЕННЯ

На другому нашому малюнку — знов-таки, дуже спрощений приклад аварійної ситуації, коли ці сволоти ракетним ударом вивели з ладу дві ЛЕП, і через це дві області зазнали проблем.

На перший погляд може здатися, що нічого страшного не сталося — з трьох «вводів» в кожній області працює два. Але якщо порахувати потужності, можна побачити, що в першій треба негайно зменшити споживання на 20%, а у другій — на 50%.

В момент аварії це робить автоматика. Умовно кажучи — спрацьовують запобіжники, які не дозволяють перевантажити мережі, і відбувається так зване аварійне відключення.

Після цього енергетики шукають, як стабілізувати подачу енергії до областей. Енергосистема спроектована таким чином, що має певні запаси потужності — наприклад, для проведення планового обслуговування. У аварійних ситуаціях ці резерви застосовують для розв'язання проблеми.

Так, можна спробувати збільшити потік від інших електростанцій (якщо в них є незадіяні потужності) або перекинути більше енергії через мережі, що працюють (якщо там є запас пропускної здатності). Інколи в таких ситуаціях є сенс вимкнути потужних споживачів, таких як великі підприємства, або спрямувати потужності від однієї області до іншої, більш проблемної. Всім цим займається диспетчерська державної компанії «Укренерго», яка регулює національну енергосистему. Але буває так, що резервів не вистачає для покриття потреб, і тоді «Укренерго» дає до обласних енергомереж команди на зменшення потужності на певний відсоток.

СТАБІЛІЗАЦІЙНІ ВІДКЛЮЧЕННЯ

Якщо обленерго отримує таку команду, нестачу електрики всередині області доводиться компенсувати, вимикаючи частину споживачів. Це - так звані стабілізаційні відключення.

Якщо казати просто, щоб просто зараз зменшити споживання на 30%, треба вимкнути 30% клієнтів. Але в житті все складніше. Якщо ви раз на день вмикаєте пральну машину і грієте повний бойлер води, то в межах доби сумарне споживання енергії такі відключення істотно не зменшать. Однак вони дозволяють розтягнути час інтенсивного використання електрики і зменшити пікові навантаження. Як наслідок, споживачі вимушені вмикати електроприлади в ті часи, коли проблем в мережі менше, зокрема вночі.

(До речі, саме тому енергетики постійно закликають вмикати пралки та праски після 23:00 — це дійсно зменшує пікові навантаження і є реальною альтернативою стабілізаційним відключенням).

СКІЛЬКИ СИДІТИ БЕЗ СВІТЛА?

В питанні стабілізаційних відключень є ще важливий момент. Є такі споживачі, яким вимикати електрику за жодних умов не можна — наприклад, лікарні, або насосні станції «водоканалу», або будинок, в якому мешкає мер. Відповідно, лінії, через які вони живляться, ніколи не знеструмлюються, і усі об'єкти, що до них підключені, мають світло завжди. Таких в наших містах приблизно 25%.

Це тягне за собою не лише «соціальну несправедливість», коли «звичайний» сусід заздрить сусідові, будинок якого на одній лінії з пологовим. Важливіше, що нестачу електрики доводиться покривати за рахунок лише 75% споживачів, яких вимикати дозволено.

Тому виходить: якщо нестача по області складає 20%, і можна вмикати-вимикати 75% споживачів, то світла в хаті не буде протягом (24*20%/75%) — шести-семи годин на добу. Це означає, що можна очікувати на два відключення по чотири години протягом дня. Якщо нестача становить 50%, все стає набагато гірше: вимикати будуть по 16 годин на добу, і переважно вдень.

ЩО З УСІМ ЦИМ РОБИТИ?

В першу чергу, варто усвідомити: безперебійне постачання електрики у наші оселі — в інтересах енергокомпаній. Кожний кіловат, який пройшов через ваш лічильник — це їх заробіток, тому вони перші зацікавлені в тому, щоб цей потік був стабільний, і роблять максимум для того, щоб він не переривався.

По-друге, варто знати, що трансформатори, які зараз руйнують ворожі ракети — це досить дорогий товар, який служить десятиріччями, тому купляють їх нечасто. Енергокомпанії мають невеличку кількість резервних на випадок заміни, і ці запаси, схоже, добігають кінця.

На жаль, не існує магазинів, куди можна було б прийти та одразу придбати новий трансформатор для магістральної підстанції. Зазвичай їх роблять під замовлення, і термін виготовлення сягає кількох місяців. Тобто — навіть за наявності грошей швидко отримати таке обладнання дуже складно.

До речі, в Україні є Запорізький трансформаторний завод. Це одне з найбільших підприємств в Європі, яке виробляє таку техніку. На жаль, в останні роки воно було збитковим, три роки тому розпочалася процедура банкрутства. На початку листопада завод націоналізували, акції повернулися у власність держави. Чи дозволить це швидко налагодити виробництво цього обладнання у потрібній кількості — наразі незрозуміло.

По-третє, варто зауважити, що світло в ваших домівках зараз вимикають не через те, що електрику експортують.

Парадоксально, але насправді тут навпаки: якщо ми вимушені вимикати споживачів, то електрику варто експортувати. Як ми пам'ятаємо, в збалансованих системах обсяг енергії, що виробляється, повинен дорівнювати обсягу споживання. Якщо через руйнування ЛЕП та масові відключення споживання зменшується, це означає, що на електростанціях виникає надлишок енергії. Тому треба або зменшувати генерацію, тобто вимикати енергоблоки, або шукати інших споживачів, наприклад за кордоном. Тобто — експортувати. До речі, експорту електрики з України наразі взагалі не відбувається.

І наостанок — варто розуміти: триває війна, і зараз наша енергосистема стала головною ціллю сусідньої держави-терориста. Тому добробут в наших оселях наразі залежить в першу чергу від можливостей та ефективності протиповітряної оборони.

Наразі ми можемо їй допомогти, зокрема донатами на техніку та комунікаційне обладнання. А ще - можемо встановити на свої телефони додаток єППО і вчасно повідомляти наших захисників про різну триколорну гидоту в нашому небі. Це дійсно може допомогти зберегти тепло і світло в наших домівках.

ПІСЛЯМОВА

Насправді енергетична система України набагато складніша, ніж це може здатися з цієї публікації. Вона містить величезну кількість різноманітних складових, а електротехнічні та математичні основи її роботи досить непрості для пересічної людини. Звісно, всі пояснення тут - максимально спрощені та примітивні, а картинки не мають жодного стосунку до реальної ситуації і є виключно ілюстративними.  

Якщо хтось хоче розібратися в цих питаннях докладніше, однієї статті буде вочевидь недостатньо. Проте всього за чотири роки навчання в Енергетичному інституті одеської політехніки можна дізнатися, що таке активна та реактивна енергія, навчитися застосовувати коефіцієнти одночасності та розраховувати перехідні процеси, або, наприклад, з'ясувати, як здійснюється вторинне регулювання частоти та балансування енергосистеми шляхом залучення маневрових потужностей. Ступінь бакалавра може стати чудовим стартом у кар'єрі майбутнього експерта з таких питань.

Автор — Сергій Дібров, інфографіка Ігоря Жеведя