К смене климата готовы?

Февраль 2021 года запомнится жителям Техаса фантастическими морозами: температура падала до -22 °C, что нетипично для южных штатов Америки. Налетевший арктический циклон принёс мощные метели и даже сковал льдом небольшие водоёмы. Для многих техасцев стихия обернулась крупными неприятностями.

Несмотря на то что среди американских штатов Техас - крупнейший производитель углеводородов, его энергосистема отказала. Она оказалась совершенно не готовой к работе в сильные холода.

Хроника энергоколлапса

С приходом арктического циклона граждане начали включать электрические отопительные приборы, создав беспрецедентную нагрузку на энергосети, что привело к резкому росту стоимости электроэнергии. Достаточно сказать, что 15 февраля её оптовая цена на рынке на сутки вперёд (РСВ) достигла предельного уровня, установленного местным регулятором, - 9000 долларов за мегаватт-час (порядка 670 рублей за киловатт-час). И это при том, что ещё 14 февраля она была в шесть раз ниже, а раньше цены РСВ в Техасе доходили до минимума в 25 долларов за мегаватт-час.

Во время экстремальных холодов четыре миллиона человек остались без электроэнергии на двое суток и даже больше. В штате были остановлены энергоисточники общей мощностью 34 ГВт, то есть около 40% всей региональной генерации. Причины называют самые разные. Где-то на промыслах замёрзло технологическое оборудование. Газовые гидраты забили трубы в устьях скважин, отчего упала добыча природного газа. И когда отключалось электричество, останавливались и технологические газовые насосы. Возник порочный круг.

В начале февраля Техас ежесуточно производил примерно семьсот миллионов кубометров природного газа, но в пик стихийного бедствия добыча упала до уровня 350-500 миллионов. Тем временем потребление газа в целях отопления резко возросло. Как следствие цена голубого топлива подскакивала выше 23 долларов за миллион британских тепловых единиц.

Кстати, подземных газовых хранилищ в Техасе мало. Да и зачем они нужны, когда углеводороды постоянно извлекаются из недр? Стоит отметить, что в южных регионах тепловые электростанции обычно имеют открытую компоновку - газовые турбины и другое энергетическое оборудование располагаются прямо под открытым небом. И когда температура воздуха резко упала, начали останавливаться даже те электростанции, для которых топлива было достаточно.

В Техасе энергетики с начала зимы готовятся к летнему периоду пиковых нагрузок. Около четырёх гигаватт генерирующих мощностей в феврале было недоступно по причине ремонтов.

Свою толику хаоса внесла и возобновляемая энергетика. Солнечные панели обледенели и были засыпаны снегом. Почти половина ветрогенераторов встала из-за арктического холода и наледи на лопастях. В принципе с последней напастью ветроиндустрия справляться умеет, но никто не мог предположить, что в один прекрасный день системы подогрева лопастей понадобятся и на юге.

Пострадали и распределительные сети. Попадали обледеневшие деревья, повредив воздушные линии электропередачи, где-то провода оборвались от тяжести налипшего льда и снега.

Последний предохранитель

Пытаясь удержать энергосистему от полного коллапса, сетевой оператор ERCOT (Electric Reliability Council of Texas) прибегнул к веерным отключениям потребителей. И эти отключения только усугубили последствия непогоды. Многие магазины в Техасе вынужденно закрылись, оставив жителей без товаров первой необходимости. Для людей это было особенно чувствительно из-за снежных заносов на дорогах. Водоканалы останавливали подачу воды, в водопроводных сетях замёрзли и полопались трубы.

Оставшиеся без света и тепла американцы переезжали к своим родственникам и друзьям, у которых ещё были тепло и свет, или хотя бы отправляли к ним детей. Сами же они пытались переждать непогоду, сидя дома у каминов в уличной одежде.

Ком проблем

Одной из причин отказа энергосистемы помимо погодного форс-мажора является неудачная дерегуляция электроэнергетики, проведённая в штате в начале 2000-х. Техас - это единственный континентальный американский штат, имеющий собственную систему управления энергосетями. Другие регионы давно уже пользуются услугами системных операторов национального уровня, таких как Midcontinent ISO и Southwest Power Pool.

Число перемычек, соединяющих энергосистему Техаса с сетями соседних штатов, можно сосчитать по пальцам, и каждая из них имеет пропускную способность в несколько сотен мегаватт. Энергокомпании построили эти линии не из соображений системной надёжности, а для того, чтобы приобретать самую дешёвую электроэнергию, которая только доступна в данный момент. И вот в кризис оказалось, что пропускной способности внешних линий совершенно недостаточно для компенсации мощности остановленных генераторов.

Внешние магистральные линии электропередачи не были построены потому, что Техас всячески противился вмешательству федерального правительства. А оно имеет право регулировать все коммерческие отношения между штатами, в том числе касающиеся работы трансграничных высоковольтных ЛЭП. «Настоявшим на своей независимости от правительства техасцам придётся мириться с блэкаутом дольше трёх дней», - мрачно прокомментировал происходящее бывший министр энергетики США Рик Перри.

Какие ещё особенности имеет энергосистема штата? Техасские генерирующие компании получают доходы только от продаж электроэнергии. В отсутствие платежей за мощность им невыгодно содержать резервные генерирующие блоки.

Гарантирующих поставщиков электроэнергии в штате не существует. Сбытовые компании яростно конкурируют между собой за потребителей. Многие домохозяйства платят за электричество по фиксированной ставке, но есть и такие, кому транслируются колебания цен с оптового рынка. Так что не стоит удивляться, что в пик февральского кризиса одна дама за неполную неделю нажгла электроэнергии на 7000 долларов.

Где мы едем

Неординарная ситуация в Техасе вновь разожгла дискуссию об изменении климата. Тезис о глобальном потеплении постепенно уходит в прошлое, равно как и мнение о скором наступлении малого ледникового периода. Вероятно, истина где-то посередине. Сегодня всё чаще говорят об общей разбалансировке климата, которая в разных регионах вызывает то аномальную жару, то сильнейшие холода, то обильные осадки. Это значит, что энергетические системы должны иметь запас устойчивости. И судя по техасским событиям, запас этот нужно создавать как в энергосистеме в целом, так и на уровне отдельных предприятий и домохозяйств.