Украина во тьме: необходимое отступление

Пока девятое мая не наступило, и есть еще время на обдумывание обещанных (http://aftershock.news/?q=node/302432) рекомендаций по оптимизации работы ОЭС Украины, имеет смысл несколько отвлечься от основной канвы.

Сделать это отвлечение мы предлагаем для того, чтобы вернуться к проверке исходного тезиса: ОЭС Украины имеет ограниченный запас по располагаемой мощности, причем ограничение это связано не только с его значением, но и с количество единиц генерации в сети, следствием чего является не только нехватка резерва в целом, но вращающегося резерва в первую очередь. Перефразируя на более простом уровне, это означает следующее. Условно в ОЭС в данный момент времени вырабатывается мощность 24000 МВт. Допустим, в системе имеется запас мощности на случай аварии в количестве 50 % от вырабатываемой, то есть 12000 МВт. Таким образом, система может в пределе выработать 36000 МВт (при необходимости увеличения потребления, напоминаем, что процесс выработки и потребления электроэнергии в системе должен быть строго гармонизирован во времени, и решение этой задачи – главная цель работы диспетчеров системы). Либо поддержать энергопотребление на уровне тех же 24000 МВт, в случае, если 12000 МВт мощности по каким-либо причинам выпадет из нее (это предельное значение, как будет показано далее).

Однако такие цифры сами по себе ничего не дают с точки зрения оценки качества резервирования. И вот почему. Значительная часть генерирующего оборудования современных электростанций является высокоинерционным. То есть, между получением команды на включение отключенного от сети генератора и фактом выполнения команды, может пройти значительный промежуток времени. Если для малозаметных в ОЭС Украины ГЭС или отсутствующих как класс ГТУ этот промежуток измеряется в худшем случае десятками минут, то продолжительность пуска угольных блоков или блоков АЭС значительно больше. Она, прежде всего, зависит от исходного теплового состояния оборудования: если отключение произошло недавно, и не требуется длительного прогрева котлов, паропроводов, турбин, заполнения баков запаса водой и т.д. – то угольный блок 300 МВт можно включить в сеть где-то через сорок минут, если же он простоял отключенным неделю и за это время полностью остыл, то пуск может занять сутки. Исходя из этого в оперативном управлении весь резерв может быть условно разделен на три части:

• холодный: оборудование, которое нуждается в длительном пуске, длящемся часами
• горячий: оборудование, которое может быть пущено в работу в течение часа
• вращающийся: оборудование, которое уже в работе, и при необходимости его мощность может быть увеличена.

Разумеется, с точки зрения надежности критически важным является именно вращающийся резерв и возможность быстро изменить нагрузку работающего оборудования. Украинские угольные блоки в условиях системной аварии допускают это изменение со скоростью 2-4 МВт/мин без насилия над оборудованием.

Проиллюстрировать важность вращающегося резерва можно следующим образом. Допустим, в приведенном примере вся энергосистема состоит из 120 блоков 300 МВт, каждый из которых в работе и загружен на 200 МВт. Если в системе аварийно отключились 20 блоков, то возник дебаланс нагрузки в размере 4000 МВт, который нужно срочно восполнить. В этом случае диспетчер разделяет нагрузку между оставшимися в работе ста блоками, давая каждому задание 240 МВт, вместо бывших до того 200 МВт. Если проводить нагружение с относительно адекватной скоростью 4 МВт/мин, то энергопотребление будет восстановлено через 10 минут. Иная картина, если у нас в работе только 80 блоков, каждый из которых работает полностью загруженным, а остальные 40 находятся в холодном или горячем резерве. Тогда при отключении тех же 20 блоков возникнет дебаланс в размере 6000 МВт, для восстановления которого потребуются часы. Таким образом, с точки зрения надежности энергосистемы желательно иметь в работе как можно больше генераторов, причем недогруженных до максимального значения, так как при его отключении из энергосистемы выпадает меньшая мощность (мы видели, на примере наших двадцати выпавших блоков, что чем больше их в работе, тем меньшая мощность выпадает при аварии).

ОЭС Украины отличается от разобранной виртуальной энергосистемы двумя принципиальными позициями. Во-первых, резерв мощности в ней не 50 %, а ниже, ранее (http://aftershock.news/?q=node/259868) мы оценили всю располагаемую мощность в пределе равной 26-28 тыс. МВт прошедшей зимой, что оказалось достаточно верным. Для лета эта мощность будет несколько выше: где-то пять тысяч МВт дадут ГЭС, но часть генерирующего оборудования ТЭС и АЭС будет выведена в плановые ремонты, что несколько уменьшит эту прибавку. Думается, что 30 тыс. МВт располагаемой мощности на лето являются достаточно корректной оценкой. Величина же максимального потребления мощности в тот же период при оценке снизу дает по опыту прошлого года значение около 19 тыс. МВт для самого жаркого месяца. То есть, в отличие от разобранной энергосистемы, в ОЭС Украины зимой потребная мощность составляет 22-24 тыс. МВт, при располагаемой в 26-28 тыс. МВт, а летом – 19 тыс. МВт против 30 тыс. МВт. Второе отличие заключается в том, что часть генерирующего оборудования имеет мощность, куда как большую. Так, в составе АЭС Энергоатома имеются 13 блоков по 1000 МВт.
 

На текущее лето запас по установленной мощности составляет как будто бы приличную величину в 10 тыс. МВт, что позволяет предположить высокую надежность ее работы. Казалось бы, пускай в работу все оборудование, да недогружай его до номинальной мощности. Однако, как мы уже говорили, бичом ОЭС Украины является отсутствие маневренных мощностей. Блоки АЭС и угольных ТЭС допускают разгрузку в лучшем случае до 60-70 %% номинальной мощности. Кроме того, проблемы с углем, остро стоявшие прошедшей зимой никуда не делись, и, даже при продолжении сговора российских властей с украинскими, их не решить. Многие шахты просто перестали работать, а жечь российский или африканский уголь можно, но требует проведения специальных предварительных испытаний (http://aftershock.news/?q=node/264259).

В этой связи можно попытаться спрогнозировать режим работы ОЭС этим летом, ориентируясь на 20 тыс. МВт потребляемой мощности в период вечерних максимумов нагрузки.

Нет никаких сомнений, что энергобаланс будет выглядеть следующим образом: диспетчера будут максимально загружать блоки АЭС и генераторы ГЭС, пытаясь, сколь возможно, экономить уголь. Ранее мы оценили нормальный отпуск электроэнергии от АЭС в период пикового потребления в 10-12 МВт, что, вероятно, справедливо и для будущего лета. Величину генерации на ГЭС оценим в 80% установленной, что соответствует примерно 4 тыс. МВт. То есть, на долю ТЭС различных типов придется 4-6 тыс. МВт. В основном, речь будет идти о блоках 300 МВт, условное число которых в работе можно оценить в 25-30 штук. Нижний предел маневренности для такого оборудования составляет оптимистично 180 МВт (60 % установленной мощности, правда, для старых дубль-блоков этот минимум вдвое ниже). При требуемых 6 тыс. МВт электроэнергии от ТЭС это составит 33 блока, работающих на нижнем пределе регулировочного диапазона, что несколько выше оцененного значения в 25-30 блоков, готовых к работе, но, в принципе, сходимость неплохая. На практике, разумеется, разгружать до минимума блоки в период максимальных нагрузок никто не будет. Скорее средняя нагрузка будет составлять 260-290 МВт. Обеспечить ее можно работой 20-21 блоков. Но это, конечно, допущения. В анализе следует ориентироваться на наихудший вариант, а именно: блоки разгружены до минимальной нагрузки. В этом случае вращающийся запас на 33 недогруженных на 120 МВт блоках составит примерно 4000 МВт. Эта величина, при выпадении из ОЭС которой «блэк-аута» еще можно избежать. Но только в самом диком варианте с искусственно завышенным запасом вращающегося  резерва. Много это или мало? Для нашей задачи – то, что нужно. Это меньше, чем 5000 МВт, которые выдаются от Запорожской АЭС в период обычной для нее работы пятью блоками. Если ее отключить от ОЭС Украины, то ее развал неминуем.

Однако, это всего лишь предположения. Попытаемся проверить их соотнесение реальностью. Близкое к нашей оценке в 19-20 тыс. МВт энергопотребление в период дневного максимума наблюдалось 31 марта с.г. Оно составило 21607 МВт. Структура генерации при этом была следующая – АЭС выработали 9882 МВт, ГЭС – 2074 МВт, ТЭС различных типов – 9651 МВт. Какая это мощность вырабатывалась при этом и ветро-солнечной экзотикой, но она даже не попала в список. На ТЭС – в работе 38 пылеугольных блоков и 3 угольных полублока различной мощностью, не только 300 МВт.

В принципе, наши прогнозы на лето относительно бьются с этими цифрами, даже если просто списать уменьшение выработки электроэнергии на ТЭС на 1500 МВт. Тогда выработка на АЭС составит 10000 МВт, на ГЭС – 2000, на ТЭС  – 8000 МВт. В реальности же выработка на ТЭС будет меньше: никто вытеснять даровое электричество ГЭС углем с ТЭС в энергобалансе не будет. В таком случае мы получаем загрузку ТЭС на 2000 МВт больше принятой. В этом случае, ориентируясь, на те же 33 условных блока 300 МВт, мы должны нагрузить каждый из них до 240 МВт, а величина вращающегося резерва составит в этом случае 2000 МВт. Иными словами, на ближайшее лето можно считать, что величина вращающегося резерва в ОЭС Украины в период летних максимумов энергопотребления составит 2-4 тыс. МВт, и нет никаких сомнений, что при существующей топологии имеется возможность проведения успешной атаки против нее, если будет найден способ обеспечить отключение от ОЭС Запорожской АЭС.

Ссылки по теме:
1.    Украина во тьме: интродукция. http://aftershock.news/?q=node/259293
2.    Украина во тьме: теория. http://aftershock.news/?q=node/259476
3.    Украина во тьме: практика. http://aftershock.news/?q=node/259868
4.    Украина во тьме: самоанализ. http://aftershock.news/?q=node/274758
5.    Украина во тьме: итоги зимы. http://aftershock.news/?q=node/302432