Украина во тьме: теория

В предыдущей части цикла мы в общих чертах поговорили о том, как устроена ОЭС Украины, а также о том, что такое «блэк-аут», и чем он на самом деле опасен. Теперь настало время размышлять о том, как его вызвать. Этому будут посвящены оставшиеся две части. В первой из них, настоящей, мы разберем теоретические аспекты проблемы, во второй – практические.

Хорошо известно, что основой существования общества современного типа является именно использование электрической энергии. Широкое применение этого вида энергии полностью определяет облик современной цивилизации, и при его резком исчезновении этот облик меняется кардинально. Однако, сам по себе факт «блэк-аута», повторим эту мысль снова, хотя и способен принести значительные убытки, но стратегически никак не сказывается на функционировании общества.

Этот тезис может неспециалисту может показаться странным, однако факты говорят о том, что для общества последствия развала энергосистемы практически не ощутимы. Так, например, функционирование московской энергосистемы после «блэк-аута» 25 мая 2005 г. было полностью восстановлено уже к обеду 26 мая. Убытки в результате аварии составили 1,7 млрд. руб., что кажутся на первый взгляд ощутимой величиной, однако в масштабе государства не так уж велики. Исходя из имеющегося опыта, можно уверено говорить о том, что даже после серьезных системных аварий удается довольно быстро восстановить энергоснабжение.

Однако при внимательном рассмотрении опыта «блэк-аутов» можно обнаружить, что имелся один случай, когда «блэк-аут» мог потенциально принести убытки куда как более серьезные, чем простые потери денег. Речь идет об упомянутых в первой части событиях 13-14 июля 1977 г. в Нью-Йорке, когда после отключения энергоснабжения города и пригородов начались массовые беспорядки и грабежи. Впрочем, так как активных участников грабежей было немного, серьезного вооружения у них не было, то достаточно быстро волнения были подавлены. Этот пример иллюстрирует, что помимо первичного воздействия отключения электроэнергии на жизнь общества, возможно  и вторичное, которое по масштабам может значительно превосходить первичное.

Как один из примеров вторичного воздействия можно привести упомянутую в заключение первой части возможность обесточивания опасных производств с непредсказуемыми последствиями. Среди этих производств есть, в том числе и такие, при перерыве электроснабжения которых возникает угроза самых серьезных техногенных аварий. В том числе это относится к таким объектам электроэнергетики, как тепловые и атомные станции, которые являются не только производителями, но и крупными потребителями электрической энергии, например, потребление электроэнергии крупным пылеугольным блоком может достигать 8% и более от его мощности. Необходимо понимать, что если аварийно пропадет электроснабжение подобного объекта, находящегося в работе, то возникнет прямая угроза повреждения технологического оборудования, возникнет так называемая «посадка станции на ноль».

Дело в том, что значительная часть основного оборудования – прежде всего реакторы АЭС и паровые турбины – требуют соблюдения определенного регламента при аварийном останове. В случае АЭС через горячий реактор должен обеспечиваться проток охлаждающего теплоносителя, в противном случае начнется неконтролируемое разогревание реактора с последующим разрушением.

Для иллюстрации на бытовом уровне можно привести следующий пример. Допустим, мы ставим на плиту открытую кастрюлю с молоком, доведя его до бурного кипения. Через какое-то время процесс стабилизируется: молоко будет бурлить, получая тепло от плиты, и отдавая его в воздух через поверхность молока, соприкасающуюся с воздухом. Затем мы выключим конфорку и накроем молоко крышкой, не снимая с плиты. Что же произойдет? Возможны два варианта. В первом – если кастрюля достаточно велика в сравнении с объемом молока, а плита газовая – то молоко начнет вначале кипеть сильнее, а затем начнет остывать. Во втором – если молока в кастрюле много, а плита электрическая, то есть остывает медленно – молоко убежит, зальет плиту, и все равно остынет, но уже на плите. Примерно так выглядит моделирование режима потери собственных нужд реакторного отделения АЭС. В роли кастрюли выступает ядерный реактор, в котором непрерывно идет выделение тепла. В роли открытой крышки выступает вода, непрерывно прокачивающаяся главными циркуляционными насосами (ГЦН) через реактор, отнимая тепло от него, которое затем, в зависимости от типа реактора, либо с этим же потоком воды, превратившейся в пар, либо с другим потоком теплоносителя, связанным с исходным через промежуточные теплообменники, поступает на привод паровой турбины. Отключив электроснабжение, мы одновременно прекратим работу плиты (система защита реактора выполнена так, что при исчезновении напряжения реактор будет аварийно остановлен), но и закроем кастрюлю крышкой (насосное оборудование лишится питания). На самом деле пример сильно упрощен. Потому что для полной аналогии потери всего электроснабжения, нужно уточнить, что после накрытия кастрюли крышкой нужно закрыть глаза и мероприятия по предотвращению вскипания молока выполнять вслепую. Это связано с тем, что системы контроля и управления оборудованием также требуют электроснабжения.

Разумеется, при проектировании и эксплуатации электростанций эти моменты учитываются. Так линии электропередачи, связывающие станции с энергосистемой, резервируются, а в схемах собственных нужд предусматривается использование резервных источников электроснабжения, которые позволили бы, по крайней мере, провести безопасный останов оборудования. Как правило, для этого применяются аккумуляторные батареи и дизельные станции. Батареи используются для снабжения схем управления и контроля, а дизельные станции для снабжения ответственных механизмов собственных нужд. В принципе, при исчезновении напряжения в системе собственных нужд, эти дизельные станции должны автоматически включиться в работу и обеспечить питание собственных нужд в течение времени, которое требуется для останова. Однако на практике, режим такого перехода крайне сложен технологически, и в условиях системной аварии с повреждением схемы выдачи мощности от станции вероятность его успешного выполнения не так высока. Более того, учитывая, что крупных системных аварий в ОЭС никогда не было, и персонал объектов генерации и распределения электроэнергии никогда на практике не сталкивался с такого рода режимами, можно быть уверенными в том, что шансы на повреждение оборудования первого контура хотя бы одного из блоков украинских АЭС достаточно велики.

Нужно уточнить, что при обсуждении этого тезиса в кругу энергетиков высказывались сомнения насчет режима работы АЭС в условиях «посадки на ноль». Многие специалисты посчитали, что современные схемы резервирования электроснабжения собственных нужд АЭС гарантируют успешное расхолаживание реакторов в продолжение всего периода «блэк-аута». По нашему же мнению, здесь есть, что возразить. Во-первых, есть чисто технические возражения. КПД дизельных генераторов, на самом деле, крайне невелик, и топлива для длительной работы систем охлаждения реакторов, если «блэк-аут» длится сутками (а это вполне реально, если грамотно его устроить) требуется много. Например, для обеспечения 10 МВт электрической мощности при 25 % КПД (а это еще очень хороший показатель) требуется сжигать 3,3 т дизельного топлива теплотворной способностью 42,7 МДж/кг каждый час. Кроме того, при планировании аварии совершенно необязательно рассчитывать именно на повреждение реактора, достаточно любой разгерметизации первого контура. Напомним, что все украинские АЭС оснащены реакторами ВВЭР, охлаждение которых происходит через промежуточный теплообменник парогенератор, откуда теплота отводится во второй контур. Даже при успешном переходе на резервное питание собственных нужд, одной лишь работы ГЦН будет недостаточно, необходимо обеспечить и работу насосного оборудования второго контура, а также технического водоснабжения. Тепло от реактора (и от ГЦН, кстати, тоже, механизм мощный и имеет собственную систему охлаждения), в любом случае, нужно куда-то отводить, и в условиях «посадки на ноль» эта задача крайне непроста. Во-вторых, напомним, что две крупнейшие аварии на АЭС связаны именно с «посадкой станции на ноль» (об этом чуть ниже). В Фукусиме произошла авария в схеме выдачи мощности из-за цунами и подземных толчков, а в Чернобыле проводился эксперимент по моделированию такой аварии. Поэтому, к гарантиям специалистов мы бы отнеслись с известной осторожностью. А в-третьих, и в главных, еще раз повторим: кроме АЭС подойдет любое иное опасное производство, аварийный останов которого вызывает угрозу населению.

Однако об этом позже, а пока что поговорим о том, как именно можно вызвать «блэк-аут». Мы уже говорили, что для этого следует проводить акции против генерации, либо против линий передачи. Разумеется, при прочих равных гораздо проще вывести из строя объект энергопередачи, чем генерации (электростанция) или распределения (подстанция). Это связано, как с военными аспектами (от которых, повторимся, автор далек), так и с чисто технологическими ограничениями.

Дело в том, что любая электростанция имеет достаточно серьезную охрану, как специальными средствами (средства видеонаблюдения, охранная сигнализация, дверные замки различных конструкций, коды доступа к выполнению операций), так и непосредственно вооруженным персоналом. То есть, для гарантированного уничтожения оборудования объектов генерации необходимо проникновение на охраняемую территорию. Причем, если небольшие электростанции, как показывает опыт диверсии на Баксанской ГЭС, в принципе, можно захватить силами групп вооруженных людей, то те объекты, которые действительно имеет смысл выводить из строя с целью провокации системной аварии, защищены гораздо лучше. Кроме того, реализация призыва, например, «разогнать» реактор АЭС до состояния аварии требует, как минимум, наличия двух высококлассных специалистов: технолога, который бы реактор «разогнал», и специалиста по АСУ ТП, который бы вывел из работы технологические защиты. Более перспективным представляется атака снаружи с применением разного рода беспилотных аппаратов, артиллерии и тому подобных средств. Однако при этом нужно указать, что основные сооружения электростанций (реакторные и машинные здания АЭС, плотины ГЭС, главные корпуса ТЭС) рассчитаны, в том числе, на то, чтобы выдерживать прямые попадания боеприпасов.

Кроме того, имеются и чисто технологические причины, позволяющие сомневаться в достижении успеха при атаке генерации. Технологическое оборудование ТЭС, ГЭС и особенно АЭС имеет значительную сопротивляемость к неквалифицированному вмешательству. Чтобы вывести из работы подрывом паровую турбину, паровой котел или ядерный реактор, требуется заложить значительные массы взрывчатки, причем нужно точно знать, куда ее закладывать. Оборудование рассчитано на значительные нагрузки по температуре, давлению, расходу рабочее среды, поэтому даже успешное проведение взрыва не обязательно приведет к останову его работу. Еще одна тонкость связана с тем, что если, к примеру, пытаться вызвать останов относительно маломощной Черниговской ТЭЦ (2´55+100 МВт) захватом и подрывом паровых турбин, то придется устанавливать, как минимум, три мощных заряда – по одному на каждую машину.

Вероятно, единственным перспективным способом остановить крупную электростанцию ограниченными силами является уничтожение артиллерийским огнем, либо управляемыми моделями самолетов, оборудования схемы выдачи мощности, насосных технического водоснабжения, бункеров сырого угля. Это оборудование никак не защищено от повреждения, но при его отказе электростанция работать не может. Наибольших успехов можно добиться при уничтожении именно систем технического водоснабжения, так как это влечет за собой безусловный останов оборудования, несмотря на любые профессиональные действия персонала. Дополнительным аргументом в пользу выбора для атаки именно этих систем является то, что такое оборудование как градирни (при наличии) и насосные технического водоснабжения являются очевидными целями даже, если атаку ведет непрофессионал (идентифицировать человеку с улицы с ходу, например, бункер сырого угля гораздо сложнее).

Здесь необходимы определенные технологические пояснения. Любая электростанция, использующая для производства электроэнергии паросиловой цикл Ренкина, нуждается в большом количестве технической воды, предназначенной для двух целей: отвода тепла из цикла в холодном источнике согласно второму закону термодинамики, а также для охлаждения мощных механизмов, выделяющих тепло в процессе работы (через промежуточный контур охлаждения). Указанный отвод тепла осуществляется подачей в теплообменники потока технической воды, который затем в том или ином виде охлаждается воздухом (градирня один из примеров, когда нагретая вода разбрызгивается в специальной башне, отдает тепло воздуху, а, затем, собирается под башней в специальный бассейн, и направляется обратно к теплообменникам). Отключение подачи технической воды к оборудованию, приводит к его очень быстрому останову технологической защитой. Таким образом, сценарий «блэк-аута» выглядит следующим образом. На одной или нескольких станциях путем артиллерийского обстрела, либо еще каким-то образом, выводится из строя оборудование системы технического водоснабжения, в результате чего происходит аварийный останов оборудования, который провоцирует дефицит мощности в энергосистеме с понижением в ней частоты, что заканчивается каскадной аварией, и обесточиванием опасных промышленных производств.

Сразу повторим, что нам такой сценарий кажется маловероятным (хотя в ОЭС Украины имеется место, «ахиллесова пята», в которую можно попытаться ударить, но об этом в третьей части). При сравнении с атаками против ЛЭП, атаки на электростанции требуют больших затрат при меньших ожидаемых результатах с точки зрения масштабов системной аварии. Таким образом, для достижения требуемого результата нужно проводить атаки против ЛЭП. Далее обсудим, как это лучше сделать.

Вначале рассмотрим те факторы, которые позволяют обеспечить системный характер аварии, вызвать «эффект домино», когда отключение технологического оборудования из-за аварии приводит к ее дальнейшей эскалации. Первым и главным условием является распад ОЭС на отдельные несвязанные между собой узлы с появлением в одних районах дефицита, а в других – избытка мощности. Второе – аварийное отключение генерирующих мощностей в районах с избытком мощности.

Из выполнения этого условия следует, что акции должны проводиться исключительно на тех линиях электропередач, которые обеспечивают связь между крупными энергетическими районами, а также – выдачу мощности от крупных объектов генерации. Бессистемные атаки на местное энергоснабжение 0,4-10 кВ являются бессмысленным делом, так как позволяют добиться лишь кратковременного отключения населенных пунктов. Вообще, популярный призыв «валить ЛЭП» не дает никакой пользы в деле системного уничтожения энергоснабжения Украины. Большая часть энергосистемы – это местные распределительные сети низшего и среднего класса напряжений. Подрывы такого рода линий не дадут никакого эффекта, и даже возможность указанного выше кратковременного отключения малых населенных пунктов не гарантирована, поскольку значительная часть таких сетей выполнена не в виде воздушных линий, которые имеют слабую сопротивляемость к атакам, но и в виде кабельных линий, которые повредить значительно сложнее. Если же заниматься хаотическими диверсиями в электросетевом комплексе, то, скорее всего, в виду того, что ЛЭП низшего и среднего классов напряжения просто больше физически, основной удар придется именно по ним. Залогом проведения успешной атаки против ОЭС Украины является нанесение ударов строго по электросетям высокого и сверхвысокого классов напряжения (110-750 кВ).

Однако развал ОЭС на изолированные районы способен лишь создать предпосылки к решению поставленной задачи. При успешном повреждении магистральных линий электропередач в отдельных районах, несомненно, возникнут массовые отключения потребителей. Однако это ни в коей мере само по себе не гарантирует настоящего «блэк-аута». Для этого необходимо, чтобы происходило массированное отключение генерирующих мощностей.

Выше мы уже обсуждали вопрос об отключении электростанций путем проведения против них точечных акций. Из этого обсуждения можно сделать вывод, что проведение подобных акций непростая задача, и, даже если она закончится успехом, то привести к созданию серьезных проблем, скорее всего, не сможет. Однако, возникновение крупной системной аварии само по себе может привести к отключению электростанций.

Здесь необходимы вновь некоторые разъяснения. Как мы уже говорили, одной из характеристик генерирующего оборудования является маневренность, то есть нижний предел нагрузки и скорость ее изменения. Второй показатель нам сейчас не важен, а вот первый – имеет первостепенное значение. Нижний предел регулировочного диапазона – эта минимально допустимая обобщенная нагрузка, при которой объект генерации способен обеспечить надежную безаварийную работу. Проще всего это может быть продемонстрировано на примере работы угольного парового барабанного котла крупной моноблочной ГРЭС. При понижении нагрузки (для котла – это выработка пара) появляются следующие основные проблемы, сказывающиеся на надежности работы: срыв циркуляции в топочных экранах из-за снижения разности давлений между барабаном и нижними коллекторами и уменьшения тепловыделения в топке, рост температуры пара в радиационной части пароперегревателя из-за более быстрого уменьшения расхода пара в сравнении с понижением тепловосприятия в перегревателе, ухудшение качества водно-химического режима из-за снижения эффективности промывки насыщенного пара, понижение температуры пара за конечным пакетом пароперегревателя из-за превышения снижения интенсивности конвективного теплообмена в сравнении с ростом радиационного (является критичным для работы паровой турбины), возникновение неустойчивого режима горения из-за попадания горелок в нерасчетный режим работы. Для типичного оборудования украинских ТЭС нижний регулировочный диапазон составляет 50-70 %% от располагаемой мощности. То есть, типовой пылеугольный блок 300 МВт может быть максимально разгружен примерно до 150-210 МВт. При дальнейшем снижении потребной мощности блок должен быть отключен. Еще меньшим регулировочным диапазоном обладают применяемые на украинских АЭС реакторы ВВЭР.

Из сказанного следует, что структура тепловых мощностей энергосистемы Украины такова, что в ней наблюдается существенный недостаток полупиковых и пиковых мощностей. На практике это значит, что базовую часть нагрузки несут блоки АЭС, практически никак не участвующие в регулировании частоты сети, а задача эта ложится на угольные блоки 300 МВт, причем в периоды минимумов нагрузки блоки отключаются. При этом, надо учитывать, что привлечение к покрытию пиковой и полупиковой части нагрузок такого оборудования – это вынужденная импровизация из-за нехватки действительно пиковых мощностей: газотурбинных и гидроаккумулирующих станций, блоки 300 МВТ при проектировании на подобную работу рассчитаны не были.

Второй аспект проблемы связан с тем, что объекты генерации, как уже было сказано, также и являются и крупными потребителями электроэнергии. В случае, если нагрузка собственных нужд будет потеряна, технологический процесс на станции прекратится. Более того, именно потеря группой электростанций нагрузки собственных нужд («посадка на ноль», как говорят энергетики) является самым тяжелым случаем аварии. Дело в том, что значительная часть основного оборудования – прежде всего реакторы АЭС и паровые турбины – требуют соблюдения определенного регламента при аварийном останове. В случае АЭС через горячий реактор должен обеспечиваться проток охлаждающего теплоносителя, в противном случае начнется неконтролируемое разогревание реактора с последующим разрушением, что мы уже продемонстрировали примером с кастрюлей с молоком. Именно такой сценарий был реализован при аварии на АЭС «Фукусима» в марте 2011 г., когда временная потеря собственных нужд станции привела к разогреву реакторов, и в дальнейшем, несмотря на то, что электроснабжение было восстановлено, а для предотвращения катастрофы были приняты самые серьезные меры, это закончилось аварией с радиационным загрязнением местности. То есть, при отключении насосов системы охлаждения реакторов возникают предпосылки к самым серьезным последствиям. Что касается паровых турбин, то для нормального их останова требуется равномерное расхолаживание роторов, для чего они после останова длительное время вращаются с помощью специального валоповоротного устройства, а к подшипникам турбины специальными маслонасосами должен быть обеспечен подвод смазочного масла. Вторым важным потребителем электроэнергии на объектах генерации является автоматика систем управления. В любых ситуациях эти системы должны сохранять свою работоспособность, обеспечивая персоналу возможность управлением оборудованием, а также выполняя защитные функции.

Таким образом, успешный удар по ОЭС Украины – это, прежде всего, удар по магистральным сетям с аварийным остановом объектов генерации, это удар по схемам выдачи мощности крупных электростанций. В такого рода режимах крайне высока вероятность того, что «блэка-аут» если и не приведет к авариям в первых контурах АЭС, то, по крайней мере, позволит нанести повреждения турбинному оборудованию АЭС и ТЭС. Это не позволит сразу же включить их в работу после устранения причин аварии. В этом месте нам хотелось бы осудить два вопроса. Первый – более детально рассмотреть имеющийся опыт аварий на АЭС в Чернобыле и Фукусиме, как непосредственно относящийся к теме нашего обсуждения. Второй – это режим работы ОЭС после того, как системная авария произошла. То есть, через какое время будет восстановлено ее нормальное функционирование, а также, можно ли этому помешать. Начнем, разумеется, с Чернобыля.

Сразу скажем, что изыскания разного рода городских сумасшедших, любителей теории заговора, а также авторов сенсационных расследований – здесь обсуждаться не будут. Хронология аварии прекрасно известна с точностью до секунды, механизм аварии в основных чертах ясен, понятно также какие действия персонала и особенности реактора РБМК привели к ней. Существуют два подробных отчета о расследовании, составленных двумя группами специалистов, поэтому места для сенсаций не остается. Собственно, спор ведется только о том, по чьей вине аварии произошла: конструкторов, атомнадзора или станции. Поэтому разговоры о точечном землетрясении, диверсии американских агентов, шаровых молниях мы вести не будем, ибо считаем это либо бредом, либо сознательным враньем.

Так как выводы, представленные в указанных выше отчетах, расходятся только в том, кого выставить виноватым (точнее, это относится только к первому отчету Государственной комиссии СССР, целью которого было вывести из под удара истинных виновников аварии – академиков Александрова и Доллежаля, прекрасно знавших особенности своего детища, но не афишировавших это, и руководителя атомнадзора Кулова, который даже за выполнением тех куцых рекомендаций, что давали конструкторы для повышения безопасности реактора, не проследил; второй отчет Госатомнадзора СССР лишен подобной тенденциозности, и вполне адекватен реальности), то для рассказа будут использованы оба эти документа. Вообще, миф о вине персонала ЧАЭС родился именно из-за стремления вывести из под удара партийных и научных бонз, замарав грязью рядовых героев, ценой своей жизни расплатившихся за чужие грехи: из могилы не возразишь. По крайней мере, руководитель группы специалистов, состряпавших первый доклад, академик Легасов оказался человеком порядочным, и кончил с собой, не вынеся угрызений совести от того, что вылил ведра помоев на могилы героев. А в 1993 году эта же группа специалистов скорректировала свой первый доклад, указав-таки на конструктивные ошибки при проектировании реактора, о которых персонал не мог знать в принципе. Здесь мне хотелось бы добрым словом помянуть академика Николая Антоновича Доллежала, главного, если и не организатора, то уж точно виновника, аварии. Даже в 1999 году, прекрасно зная все, в том числе и о «кавитации», он позволил себе в омерзительнейшем интервью «Науке и жизни» заявить, оскорбляя погибших по его вине молодых людей: «… на Чернобыльской станции был ужасный персонал, мы безрезультатно писали во все инстанции, говорили о халатном режиме эксплуатации. В трагический день в ходе очередного эксперимента реактор загнали в режим кавитации». Что-ж, осиновый кол тебе в могилу, а если ад есть, то Николай Антонович, безбедно доживший до ста лет, там получает свое. На этом же свете жизнью ответили те сотрудники ЧАЭС, кого убило детище заслуженного ученого, а свободой – те, кого монстр погубить не смог.

Однако, вернемся к нашей теме. К 1986 году на ЧАЭС была полностью построена первая очередь, состоявшая из четырех блоков мощностью 1000 МВт каждый. В состав каждого из блоков входил реактор РБМК и две паровые турбины насыщенного пара мощностью по 500 МВт каждая. Как мы уже говорили, при эксплуатации АЭС одним из важнейших аспектов является необходимость обеспечения безаварийного электроснабжения реакторного отделения даже в условиях полной потери связи с энергосистемой. На ЧАЭС для этих целей имелись дизель-генераторные электростанции, которые должны были подхватить нагрузку при падении напряжения в системе собственных нужд. Однако время их разворота составляло более минуты, поэтому специалистами ПО «Донтехэнерго» (ныне ГП «ДонОРГРЭС», Горловка, ДНР) было разработано техническое решение, позволявшее на это время обеспечить питание от генератора, отключенного от схемы выдачи мощности АЭС. Решение это заключалось в применении специального регулятора магнитного поля, который обеспечивал получение электроэнергии от генератора, продолжавшего по инерции вращаться после прекращения подачи пара в его приводную турбину. Еще раз. Для любителей рассуждать о безграмотных экспериментах. В случае системной аварии реакторы ЧАЭС где-то на минуту оставались бы без электроснабжения. Со всеми последствиями. Подобное случилось на первом блоке Армянской АЭС в 1982 году, когда взорвался генератор, и чтобы заглушить реактор пришлось срочно перебросить персонал с Кольской АЭС. Испытания были нужны, чтобы отработать этот режим.

Для проведения опыта был выбран блок №4. Согласно программе испытаний, они должны были быть проведены при штатном останове блока, в период после отключения от реактора одной из турбин. После окончания подачи пара на вторую турбину, на ее генератор должно было быть переведено питание ГЦН. В таком виде программа была вполне адекватна, и при проведении работ согласно ей, безопасности реактора ничего не угрожало. Если бы это не был реактор РБМК-1000, о повадках которого персоналу ничего доведено не было.

Как бы то ни было, но на майские праздники 1986 года, в период уменьшения потребления электроэнергии, был запланирован останов блока для проведения ремонта. Испытания решили приурочить к этому останову. В 01-00 25 апреля начаты операции по разгрузке блока. В 13-05 отключена одна из турбин, начаты работы по проведению испытаний. Однако дальнейшее снижение мощности в период с 14-00 по 23-10 было остановлено по требованию диспетчера «Киевэнерго»: электрической мощности в системе не хватало. С наступлением ночного минимума нагрузок оно было продолжено. В процессе снижения мощности в 00-28 26 апреля старший инженер управления реактором допустил ошибку, не переведя локальное управление отдельными зонами реактора на общий регулятор мощности реактора. Произошел резкий провал мощности. Собственно, с этого момента испытания при их продолжении неминуемо должны были закончиться аварией, что позволяет недобросовестным авторам валить все на несчастного оператора Леонида Топтунова и его оперативного руководителя Александра Акимова. Как мы уже говорили, из могилы не возразишь. Однако никаких инструкций они не нарушали, в таком режиме полагалось просто поднять мощность реактора и работать дальше.

Именно это инженер и сделал. Для этого пришлось извлечь из активной зоны почти все графитовые стержни, поглощавшие нейтроны для регулирования мощности реактора. И снова, для тех, кто силен задним умом: эти действия приблизили аварию, но персонал ничего не нарушил, количество стержней в активной зоне никак не регламентировалось. Несмотря на предпринятые усилия, тепловая мощность осталась невысокой: около 200 МВт, начался неприятный процесс ксенонового отравления реактора, когда поднять его мощность практически невозможно.

В 01-03 начался пуск резервных ГЦН, чтобы обеспечить максимальную нагрузку генератору на выбеге: программа испытания оказалась облегченной в сравнении с реальной аварией, чем выше нагрузка, тем генератор работает лучше. В результате увеличился проток воды через реактор, который и так работал с минимальной мощностью. Теперь она уменьшилась еще сильнее, что связано с его конструктивными особенностями. Дело в том, что реактор РБМК был сконструирован таким образом, что при уменьшении доли пара уменьшалось количество нейтронов, участвующих в реакции, и наоборот. Таким образом, персонал, подав больше воды в активную зону, еще сильнее уменьшил мощность реактора. Возникла очень неприятная ситуация: реактор имеет небольшую мощность, пара выдает мало, но как только доля пара увеличится, то резко увеличится и количество активных нейтронов, мощность реактора возрастет, количество пара станет еще больше, еще больше увеличится доля активных нейтронов – и возникнет положительная обратная связь, режим саморазгона реактора. К сожалению, атомнадзор не счел нужным довести сведения об этом до станций, хотя к чести конструкторов, они о возможности таких режимов атомнадзор в известность поставили. В результате, ничего не подозревавший персонал действовал так, как это было предписано инструкцией и опытом эксплуатации. Стержни вынуты, мощность провалена, речь идет не о том, чтобы не дать реактору аварийно набрать мощность, а чтобы не загасить реакцию полностью, как будто ничего страшного нет.

Поскольку ранее включением дополнительных ГЦН была увеличена подача питательной воды в реактор, то вырос ее уровень в барабане сепараторе за реактором (это устройство для отделения насыщенного пара от воды). Это нежелательно, так как появляется возможность забросить воду в главные паропроводы и далее в турбину. Поэтому оператор в 01-22-10 принял решение уменьшить расход воды к реактору. Решение во многом роковое, но абсолютно верное в той ситуации: был явный риск для турбины, а о том, что в опасности реактор не знал никто. В результате получилось следующее: уменьшение расходы воды привело к увеличению доли пара в реакторе, что вполне естественно и нормально: тепла столько же, а греть воды нужно меньше, естественно пара станет больше. Но помимо того выросло и количество активных нейтронов в связи с эффектом, о котором мы говорили выше: началась положительная обратная связь между увеличением паросодержания в реакторе и количества активных нейтронов. Персонал о том, что начался такой процесс, ничего не знал, справедливости ради, добавим, что и без уменьшения подачи воды реактор бы взорвался.

В 01-23-04 была перекрыта подача пара к работающей турбине, генератор начал выбег, вырабатываемая им мощность падать, питаемые ей ГЦН начали подавать меньше воды к реактору. Именно в этот момент события и стали необратимыми: независимо от действий персонала по уменьшению подачи воды ранее, она все равно уменьшилась после начала выбега генератора. Естественно, чем меньше воды, тем больше в реакторе пара, и процесс разбега, начавшийся минутой ранее, принял лавинообразный характер. В 01-23-40 была нажата кнопка аварийной защиты, и одновременно участники эксперимента услышали взрывы (по общепринятой версии в 01-23-44, но по показаниям участников сперва был взрыв, а затем уже Акимов дал команду Топтунову глушить реактор). В любом случае, вопреки распространенному мнению резкий сброс стержней защитой в активную зону, скорее всего, никак не связан с аварией: реактор уже разогнался и взорвался бы в любом случае. Далее наступил период первичной ликвидации аварии, в ходе которой многие участники испытаний, в том числе тридцатитрехлетний Акимов, оставивший сиротами двух детей, и двадцатипятилетний Леонид Топтунов, погибли. Впоследствии, их подвиг будет оценен государством, погибшие посмертно получат награды СССР и Украины, так Акимов и Топтунов станут в 2008 году кавалерами ордена «За мужество», но, думается, для семей молодых парней лучше вместо наград было бы увидеть любимых дома. Из зоны заражения отселены 120 тысяч человек.

Такое подробное изложение той аварии мы дали для того, чтобы показать, чем именно может закончиться плановое уменьшение подачи охлаждающей воды к реактору на сорок секунд в условиях полного контроля со стороны персонала. В 2011 году на АЭС Фукусима-1 подобные же события произошли внепланово. 11 марта года из-за землетрясения станция была штатно отключена технологической защитой. Начался процесс нормального расхолаживания реакторов. Однако спустя час из-за последовавших толчков были повреждены линии электропередачи от АЭС. Переход на снабжение собственных нужд от дизельных станций сорвался, и реакторы начали разогреваться. Дальнейшие события наглядно продемонстрировали, что вышедшая из-под контроля АЭС не может быть остановлена даже самыми экстренными мерами, применяемыми в условиях современного общества. Несмотря на действия специалистов, в следующие пять суток произошли взрывы трех реакторов. Из зоны поражения были отселены 220 тысяч человек.

В обоих случаях зона отселения составила 30 км, что позволяет предположить, что при аварии на украинской АЭС зона отселения будет примерно такой же, а это значит, что крупные города действительно серьезно не пострадают. Число же отселенных лиц составит те же 100-250 тыс. человек. Единственное исключение составляет Запорожская АЭС, которая находится в пятидесяти километрах от Запорожья, и при серьезной аварии город может попасть в зону поражения (для Ровненской АЭС расстояние до Луцка и Ровно составляет 70-80 км, Южно-Украинская и Хмельницкая АЭС расположены от областных центров еще дальше). Поэтому, если абстрагироваться от радиофобии, то следует признать, что материальный урон от аварии на украинской АЭС окажется относительно приемлемым. Более того, опыт других крупных атомных катастроф доказывает, что последствия такого рода аварий носят скорее психологический характер, нежели реальный.

И в завершении этой статьи поговорим о том, как будет работать ОЭС Украины после системной аварии. Мы уже упоминали, что критерием успешности атаки против энергосистемы с точки зрения организации системной аварии является выведение из строя мощностей больших, чем мощность в ней «вращающегося резерва». Однако кроме «вращающегося резерва» в энергосистеме есть и иные: «холодный» и «горячий», величина которых играет решающую роль в возобновлении нормального энергоснабжения после аварии. Дело в том, что пуск остановленного оборудования ТЭС и АЭС дело крайне долгое: например, стандартный пылеугольный моноблок 300 МВт с турбиной ХТГЗ пускается после длительного останова около тринадцати часов. Это связано с тем, что необходимо очень медленно поднимать температуру пара в холодном толстостенном оборудовании, чтобы не допустить опасных термических напряжений из-за перепадов температуры (ну, как если налить кипяток в литровую стеклянную банку, предварительно выморозив ее хорошенько в морозильной камере холодильника). Продолжительность пусков из неостывшего состояния значительно меньше, для того же блока она составляет шесть часов, если он был остановлен за несколько часов до начала пуска. Так вот, «горячим резервом» называют ту мощность, которая может быть пущена относительно быстро, находится в неостывшем тепловом состоянии, «холодным» же ту мощность, которая остыла и требует большего времени для пуска. «Вращающемся» напоминаем, называется та мощность, на которую недогружены работающие в энергосистеме генераторы.

Таким образом, понятно, что успешное преодоление последствий крупного «блэк-аута» зависит от наличия в энергосистеме большого «горячего резерва». А при его организации нужно задуматься о том, как «горячий» резерв превратить в «холодный», то есть не дать пустить оборудование из неостывшего теплового состояния, пока оно не охладится. Конкретные времена перехода оборудования из одного состояния в другое хорошо известны, и приведены в соответствующей справочной литературе. Например, для указанного пылеугольного моноблока пуск считается горячим, если время простоя составило менее восьми часов, холодным, если более 55 ч. Промежуточные простои приводят к неостывшим состояниям, которые характеризуются тем же принципом: чем больше блок стоит, тем дольше его пускать. Таким образом, при проведении атаки против ОЭС Украины разумным является проводить акции в том числе и в схемах выдачи мощности тех ТЭС, которые используются в качестве «горячего резерва», конкретно это станции оборудованные блоками 300 МВт.

Кроме того, при проведении атаки нужно правильно выбирать ее время. Лучше всего это делать в период пятничного вечернего максимума потребления зимой. Выбор для удара этого времени оправдан не только тем, что в нем потребность в электричестве максимальна, но и тем, что на электростанциях в это время находится только оперативный персонал, а мобилизация дополнительного персонала затруднена из-за того, что многие уезжают на выходные за город. Конкретные цифры за один из прошлых зимних дней могут быть проиллюстрированы следующим рисунком.

И отдельно упомянем еще об одном. К сожалению, автор, как уже говорилось в первой части, будучи по профессии и образованию, прежде всего, специалистом по электростанциям и режимам их работы, многого не знает. Самое главное из этого, несомненно, работа в условиях системной аварии средств автоматизированной диспетчеризации ОЭС (АСДУЭ). АСДУЭ это компьютеризированная и автоматизированная иерархическая структура, связывающая воедино процессы выработки и потребления электрической энергии в ОЭС Украины во всех режимах работы. Мы глубоко убеждены, что компьютерная атака против АСДУЭ по масштабам разрушений сопоставима с повреждениями магистральных ЛЭП, однако нехватка компетенции не позволяет развить эту мысль.

Теория рассказана, приступаем к практике.