Как работает «лавина частоты» – ночной кошмар энергетика, вырубающий целые электростанции

Его частота в России и многих других странах составляет 50 Гц. Есть регионы мира, в которых она равна 60 Гц – например, в США, но суть не в этом. Важно то, что эта частота все время поддерживается на примерно одном и том же уровне.

Мы говорим сейчас о нормальных условиях, когда электростанция генерирует достаточную мощность, чтобы ее хватило всем потребителям. Чаще всего, так и бывает, потому что электростанции строятся с прицелом на некоторый запас мощности на случай внезапных пиков потребления.

Хоть редко, но бывают ситуации, когда энергии, генерируемой электростанциями, вдруг начинает не хватать.

Когда такое возможно? Например, представьте себе, что на некий регион обрушилась экстремальная жара. Все кондиционеры и холодильники работают на максимальной мощности. Люди потребляют много воды, поэтому насосные станции тоже работают на всю катушку.

Или обратная ситуация – нежданный мороз. В квартирах и учреждениях повсюду включают электрообогреватели. Чтобы согреться, люди подогревают воду в электрочайниках. В электропоездах, трамвай и троллейбусах на полную мощность работают электроотопители.

Возможно, на такую экстремальную ситуацию энергосистема не рассчитана. И вот в таком случае частота начинает медленно падать. Поначалу это может казаться не особо критичным, тем более, что это сокращение невелико, в пределах нескольких герц или даже десятых долей герца.

Есть знаменитый пример энергетического кризиса, развивавшийся именно по такому сценарию. В феврале 2021 года в тропический штат Техас пришла аномально холодная погода. Впервые за много лет выпал снег, и люди бросились скупать электрообогреватели.

Энергопотребление выросло, и частота с нормальных 60 Гц опустилась до 59,4 Гц. Сущие пустяки, не правда ли? Тем не менее, в тот момент руководство энергосистемы объявило чрезвычайную ситуацию и начало один за другим отключать потребителей от электропитания.

Скрытая опасность заключается в том, что от той же электросети, которая подает электричество в розетки, питаются насосы самих электростанций, накачивающие воду в котлы. Эти насосы могут работать только при нормальной частоте: существует минимум, ниже которого они отключаются.

И вот это уже опасно. Без подачи воды в котлах падает давление пара. Нет пара – останавливаются паровые турбины ТЭС и АЭС. Падает мощность, и частота еще снижается – возникает эффект лавины, электростанции начинают отключаться одна за другой.

Вы отлично представляете себе, что произойдет, если допустить такой сценарий. Электричество отключится в больницах и перестанут работать медицинские аппараты, остановится транспорт, исчезнет связь. Начинается гуманитарная катастрофа.

Чтобы предотвратить полный коллапс, энергетики совершают непростое, но необходимое действие: ради спасения насосов начинают отключать потребителей, один за другим. В России это делает автоматика на подстанциях.

Конечно, отключения начинают с тех, чье отключение вызовет наименьший урон. Догадайтесь, кто попадает под раздачу в первую очередь – конечно, жилые кварталы.

Это понятие имеет смысл только в отношении паровых электростанций – то есть, тепловых и атомных.

Ни ветрогенераторы, ни солнечные панели, ни гидроагрегаты ГЭС не останавливаются и не прекращают вырабатывать энергию в ситуации дефицита мощности. В этом отношении, мировая энергосистема станет более безопасной, когда мы перейдем на возобновляемые источники энергии.

Кстати, ранее Techinsider рассказывал, как ветряные и солнечные электростанции справляются с зимними трудностями, связанными со снегом и морозом. Почитать эти истории можно по ссылкам ниже.