Украина во тьме: вращающийся резерв
Любое генерирующее оборудование электростанций имеет рабочий диапазон нагрузок от минимальной до максимальной (для любителей подробностей - старый, еще советский, ГОСТ можно почитать по ссылке). Разумеется, в идеале минимальная нагрузка должна быть равна нулю, либо ее значение должно быть возле него. Однако на практике, для угольных блоков и блоков АЭС - типичного для ОЭС Украины оборудования - технологический минимум равен в лучшем случае 60-70 %% номинальной нагрузки. Это означает, что если по каким-либо причинам от установки не требуется производство электроэнергии в объеме большем, чем 60% номинального, то установка должна быть отключена (справедливости ради, на Хмельницкой АЭС сейчас идут испытания по привлечении одного из блоков к регулированию суточного графика нагрузок, http://www.xaec.org.ua/store/pages/ukr/khnppnews/2015-04-20/all.html).
[Spoiler (click to open)]
Разумеется, останов оборудования крайне нежелателен. Как мы говорили в прошлый раз, при необходимости включить его в дальнейшем в работу, пуск может длиться часами в зависимости от продолжительности нахождения в остановленном состоянии (для российского оборудования нормы можно поглядеть здесь, http://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/market_regulations/Tech_requiremen... , Приложение 5). Однако на практике штатный останов оборудования для регулирования выработки потребной электроэнергии применяется, как правило, в тех случаях, когда речь идет о прохождении суточных или недельных провалов потребления (ночь, выходные и праздничные дни). Эти остановы заранее предусматриваются, а время обратного пуска в работу также определяется заранее, исходя из прогноза электропотребления. Это важно с той точки зрения, что в период сниженного потребления проблема необходимости быстрого запуска оборудования остро не стоит. Как правило, действующее оборудование также разгружается, и при необходимости резко увеличить выработку, например, при аварийном отключении крупного генератора, это делается путем нагружения работающего оборудования.
Иная ситуация возникает, когда в энергосистеме наблюдается максимум потребления. При неоптимальной диспетчеризации в эти периоды возможна крупная системная авария, даже при наличии избытков располагаемой мощности. Например, в том случае, когда регулирование ведется так: часть генераторов нагружается до максимальной мощности, а заметная часть прочих - выводится в останов. Тогда при системной аварии, связанной с падением суммарной выработки электроэнергии, восстановить генерацию увеличением нагрузки действующих станций может и не получиться. И понятно почему: оборудование не может выработать энергии больше, чем оно способно. Украинские блоки ТЭС и, в меньшей степени, АЭС, допускают, в принципе, работу с кратковременными перегрузами до 5-7 % номинальной мощности, после чего оборудование будет отключено защитами, прежде всего, по максимальной нагрузке турбогенератора.
То есть, в рассмотренном сценарии, может сложиться такая ситуация: резерв мощности в энергосистеме есть, но оперативно использовать его диспетчер не может. Так как на включение оборудования в работу требуется время, гораздо большее, чем необходимое для развития системной аварии. Этот пример показывает разницу между видами резерва мощности. Ранее мы уже давали их определения (для любителей строгих определений разных видов резерва мощности - глоссарий СО-ЦДУ ЕЭС России: http://so-ups.ru/index.php?id=glossary). Дадим их вновь:
Именно третий вид резерва - вращающийся - определяет надежность работы ОЭС в период крупных системных аварий. Представленные выше два пути развития аварии разнятся именно количеством вращающегося резерва. В первом случае - ночью оборудование разгружено, так как потребление снижается - при выпадении даже крупной станции, оно будет компенсировано относительно быстрым перераспределением нагрузки между работающими генераторами. Во втором - днем в период максимальной нагрузки, обеспечивающейся с помощью максимального нагружения части оборудования - подхватить провал будет нечем: то оборудование, что должно было взять на себя нагрузку - стоит в резерве.
Естественно, что второй сценарий является крайним. В сбалансированной энергосистеме так суточное потребление никто не регулирует. Мы уже говорили, что в азах оперативного управления вбит принцип - вращающегося резерва в энергосистеме должно быть не меньше, чем мощность самого крупного генератора. Для условий Украины речь идет о блоках АЭС мощностью 1000 МВт. К слову аварийное отключение именно такого блока 11 апреля этого года на Южно-Украинской АЭС поставило ОЭС Украины на грань каскадной аварии. Авария произошла в период высоких дневных нагрузок, и только грамотные действия диспетчерского персонала позволили не допустить ее развитие (само оборудование, кстати, не пострадало, и блок был вскоре запущен обратно, http://www.sunpp.mk.ua/uk/news/news_sunpp/2793).
Однако проблема ОЭС Украины, и одновременно удача для тех, кто планирует в ней системную аварию, заключается в том, что она несбалансированна, и сильно несбалансированна. Мы еще в первой части цикла указывали, что установленная мощность электростанций в ОЭС превосходит потребную более чем в два раза (на тот момент 55 тыс. МВт против 26 тыс.). Даже с учетом электростанций, что перестали работать на Донбассе в ходе войны, этот запас по-прежнему высок. И на первый взгляд кажется, что проблемы с вращающимся резервом в ней быть не должно: возможность недогружать электростанции даже в период максимальных нагрузок есть. Однако это не так. Начиная с момента первого прихода к власти нацистов в 2005 г. неуклонно снижалась выработка электроэнергии на газовых ТЭС. Например, примерно с того времени практически постоянно стоят газо-мазутные блоки 800 МВт Запорожской ГРЭС. В целом, на долю такого оборудования в общем балансе мощности приходилось около 3 тыс. МВт. С прошлого года к проблеме дефицита газа добавилась еще и проблема дефицита угля. В результате, многие мощности стоят. На четвертое мая в неработоспособном состоянии из-за отсутствия топлива находились 29 блоков (в работе в тот же день было 27 блоков).
В результате в ОЭС наблюдается серьезная несбалансированность. Основную нагрузку, как днем, так и ночью, несут блоки АЭС, которые практически постоянно выдают около 9000 МВт мощности. Угольные же блоки и ранее работавшие во многом по графику с ежедневными остановами, сейчас останавливаются еще чаще. Фактически, режим работы ОЭС Украины в настоящее время определяется АЭС. Связано это с тем, что атомное топливо гораздо доступнее в настоящий момент, чем угольное, поэтому для экономии запасов угля диспетчера стремятся наибольшую загрузку обеспечить с помощью именно АЭС. Однако такие режимы работы имеют и оборотную сторону: АЭС, в принципе, не предусмотрены к работе по регулированию мощности. И конструкция реакторов, и особенности турбин, которые работают не на перегретом паре, как турбины ТЭС, а на влажном - не способствуют маневренности такого оборудования: его нагрузка практически постоянна. То есть, вращающийся резерв обеспечивается только мощностями ТЭС и, в меньшей мере, ГРЭС. Возникает вопрос - какова же его величина?
В одной из прошлых работ мы пытались спрогнозировать его значение на лето, и получили 2-4 тыс. МВт, однако, судя по всему, фактическое значение меньше. Попробуем косвенно рассчитать его для того же 4 мая. Поскольку точное распределение нагрузки между отдельными станциями нам не известно, то придется принимать приближения. В работе находились 27 энергоблоков и 2 полублока, что эквивалентно работе 28 блоков. При этом выдаваемая мощность от ТЭС составила 6392 МВт. По некоторым косвенным признакам можно предположить, что эквивалентная располагаемая мощность условного блока в этот период составляла примерно 260 МВт. Фактическая же мощность этого блока равнялась отношению выработки к числу блоков, то есть, 230 МВт. В этом случае величина вращающегося резерва для 28 блоков ТЭС была равна 840 МВт, то есть 11,5 % от располагаемой мощности. Если принять этот же коэффициент к мощности ГЭС, которая в тот день составляла 3338 МВт, то вращающийся резерв на этих электростанциях был равен 380 МВт. Суммарная величина вращающегося резерва тогда оказывается равной примерно 1,2 тыс. МВт (а если уж совсем все учитывать, в том числе, мираж резерва подгрузки АЭС, то получим значение 1,9 тыс. МВт, что является заведомым ограничением сверху).
Полученное значение, весьма близкое к 1 тыс. МВт, а также фактически возникшая угроза развала ОЭС Украины 11 апреля при отключении блока мощность 1 тыс. МВт на ЮАЭС, косвенно говорят о том, что диспетчерские службы поддерживают в ОЭС значение вращающегося резерва на минимально допустимом уровне, равном единичной мощности генератора энергоблока АЭС 1000 МВт, и, в любом случае, меньшем чем 2000 МВт. Это означает, что, судя по всему, успех в деле организации развала ОЭС Украины будет способствовать не только при атаке против схемы выдачи мощности ЗАЭС, но и любой иной АЭС с двумя работающими блоками по 1000 МВт каждый. Подхватить выпавшую мощность будет нечем: вращающегося резерва не хватит.
Источник
[Spoiler (click to open)]
Разумеется, останов оборудования крайне нежелателен. Как мы говорили в прошлый раз, при необходимости включить его в дальнейшем в работу, пуск может длиться часами в зависимости от продолжительности нахождения в остановленном состоянии (для российского оборудования нормы можно поглядеть здесь, http://so-ups.ru/fileadmin/files/laws/market_regulations/Tech_requiremen... , Приложение 5). Однако на практике штатный останов оборудования для регулирования выработки потребной электроэнергии применяется, как правило, в тех случаях, когда речь идет о прохождении суточных или недельных провалов потребления (ночь, выходные и праздничные дни). Эти остановы заранее предусматриваются, а время обратного пуска в работу также определяется заранее, исходя из прогноза электропотребления. Это важно с той точки зрения, что в период сниженного потребления проблема необходимости быстрого запуска оборудования остро не стоит. Как правило, действующее оборудование также разгружается, и при необходимости резко увеличить выработку, например, при аварийном отключении крупного генератора, это делается путем нагружения работающего оборудования.
Иная ситуация возникает, когда в энергосистеме наблюдается максимум потребления. При неоптимальной диспетчеризации в эти периоды возможна крупная системная авария, даже при наличии избытков располагаемой мощности. Например, в том случае, когда регулирование ведется так: часть генераторов нагружается до максимальной мощности, а заметная часть прочих - выводится в останов. Тогда при системной аварии, связанной с падением суммарной выработки электроэнергии, восстановить генерацию увеличением нагрузки действующих станций может и не получиться. И понятно почему: оборудование не может выработать энергии больше, чем оно способно. Украинские блоки ТЭС и, в меньшей степени, АЭС, допускают, в принципе, работу с кратковременными перегрузами до 5-7 % номинальной мощности, после чего оборудование будет отключено защитами, прежде всего, по максимальной нагрузке турбогенератора.
То есть, в рассмотренном сценарии, может сложиться такая ситуация: резерв мощности в энергосистеме есть, но оперативно использовать его диспетчер не может. Так как на включение оборудования в работу требуется время, гораздо большее, чем необходимое для развития системной аварии. Этот пример показывает разницу между видами резерва мощности. Ранее мы уже давали их определения (для любителей строгих определений разных видов резерва мощности - глоссарий СО-ЦДУ ЕЭС России: http://so-ups.ru/index.php?id=glossary). Дадим их вновь:
- 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.
Именно третий вид резерва - вращающийся - определяет надежность работы ОЭС в период крупных системных аварий. Представленные выше два пути развития аварии разнятся именно количеством вращающегося резерва. В первом случае - ночью оборудование разгружено, так как потребление снижается - при выпадении даже крупной станции, оно будет компенсировано относительно быстрым перераспределением нагрузки между работающими генераторами. Во втором - днем в период максимальной нагрузки, обеспечивающейся с помощью максимального нагружения части оборудования - подхватить провал будет нечем: то оборудование, что должно было взять на себя нагрузку - стоит в резерве.
Естественно, что второй сценарий является крайним. В сбалансированной энергосистеме так суточное потребление никто не регулирует. Мы уже говорили, что в азах оперативного управления вбит принцип - вращающегося резерва в энергосистеме должно быть не меньше, чем мощность самого крупного генератора. Для условий Украины речь идет о блоках АЭС мощностью 1000 МВт. К слову аварийное отключение именно такого блока 11 апреля этого года на Южно-Украинской АЭС поставило ОЭС Украины на грань каскадной аварии. Авария произошла в период высоких дневных нагрузок, и только грамотные действия диспетчерского персонала позволили не допустить ее развитие (само оборудование, кстати, не пострадало, и блок был вскоре запущен обратно, http://www.sunpp.mk.ua/uk/news/news_sunpp/2793).
Однако проблема ОЭС Украины, и одновременно удача для тех, кто планирует в ней системную аварию, заключается в том, что она несбалансированна, и сильно несбалансированна. Мы еще в первой части цикла указывали, что установленная мощность электростанций в ОЭС превосходит потребную более чем в два раза (на тот момент 55 тыс. МВт против 26 тыс.). Даже с учетом электростанций, что перестали работать на Донбассе в ходе войны, этот запас по-прежнему высок. И на первый взгляд кажется, что проблемы с вращающимся резервом в ней быть не должно: возможность недогружать электростанции даже в период максимальных нагрузок есть. Однако это не так. Начиная с момента первого прихода к власти нацистов в 2005 г. неуклонно снижалась выработка электроэнергии на газовых ТЭС. Например, примерно с того времени практически постоянно стоят газо-мазутные блоки 800 МВт Запорожской ГРЭС. В целом, на долю такого оборудования в общем балансе мощности приходилось около 3 тыс. МВт. С прошлого года к проблеме дефицита газа добавилась еще и проблема дефицита угля. В результате, многие мощности стоят. На четвертое мая в неработоспособном состоянии из-за отсутствия топлива находились 29 блоков (в работе в тот же день было 27 блоков).
В результате в ОЭС наблюдается серьезная несбалансированность. Основную нагрузку, как днем, так и ночью, несут блоки АЭС, которые практически постоянно выдают около 9000 МВт мощности. Угольные же блоки и ранее работавшие во многом по графику с ежедневными остановами, сейчас останавливаются еще чаще. Фактически, режим работы ОЭС Украины в настоящее время определяется АЭС. Связано это с тем, что атомное топливо гораздо доступнее в настоящий момент, чем угольное, поэтому для экономии запасов угля диспетчера стремятся наибольшую загрузку обеспечить с помощью именно АЭС. Однако такие режимы работы имеют и оборотную сторону: АЭС, в принципе, не предусмотрены к работе по регулированию мощности. И конструкция реакторов, и особенности турбин, которые работают не на перегретом паре, как турбины ТЭС, а на влажном - не способствуют маневренности такого оборудования: его нагрузка практически постоянна. То есть, вращающийся резерв обеспечивается только мощностями ТЭС и, в меньшей мере, ГРЭС. Возникает вопрос - какова же его величина?
В одной из прошлых работ мы пытались спрогнозировать его значение на лето, и получили 2-4 тыс. МВт, однако, судя по всему, фактическое значение меньше. Попробуем косвенно рассчитать его для того же 4 мая. Поскольку точное распределение нагрузки между отдельными станциями нам не известно, то придется принимать приближения. В работе находились 27 энергоблоков и 2 полублока, что эквивалентно работе 28 блоков. При этом выдаваемая мощность от ТЭС составила 6392 МВт. По некоторым косвенным признакам можно предположить, что эквивалентная располагаемая мощность условного блока в этот период составляла примерно 260 МВт. Фактическая же мощность этого блока равнялась отношению выработки к числу блоков, то есть, 230 МВт. В этом случае величина вращающегося резерва для 28 блоков ТЭС была равна 840 МВт, то есть 11,5 % от располагаемой мощности. Если принять этот же коэффициент к мощности ГЭС, которая в тот день составляла 3338 МВт, то вращающийся резерв на этих электростанциях был равен 380 МВт. Суммарная величина вращающегося резерва тогда оказывается равной примерно 1,2 тыс. МВт (а если уж совсем все учитывать, в том числе, мираж резерва подгрузки АЭС, то получим значение 1,9 тыс. МВт, что является заведомым ограничением сверху).
Полученное значение, весьма близкое к 1 тыс. МВт, а также фактически возникшая угроза развала ОЭС Украины 11 апреля при отключении блока мощность 1 тыс. МВт на ЮАЭС, косвенно говорят о том, что диспетчерские службы поддерживают в ОЭС значение вращающегося резерва на минимально допустимом уровне, равном единичной мощности генератора энергоблока АЭС 1000 МВт, и, в любом случае, меньшем чем 2000 МВт. Это означает, что, судя по всему, успех в деле организации развала ОЭС Украины будет способствовать не только при атаке против схемы выдачи мощности ЗАЭС, но и любой иной АЭС с двумя работающими блоками по 1000 МВт каждый. Подхватить выпавшую мощность будет нечем: вращающегося резерва не хватит.
Источник