Предпосылки
Почему истоки кризиса 2021 года
уходят корнями в ХХ век
Волны холода 1989 года
История энергетического кризиса 2021 года начинается за несколько десятков лет до самого происшествия. Задолго до того как в Техасе стали развивать ветровую и солнечную энергетику, в декабре 1989 года в США произошла серия волн холода, аномальные морозы продлились около двух недель.
Из-за сильных холодов электростанции (тогда почти вся генерация была на ископаемом топливе) либо работали на пониженной мощности, либо не работали вовсе, из-за чего потребителей пришлось отключать от электроснабжения. Это был первый случай таких отключений в истории Техаса.
В те дни из сети «выпало» более 12 ГВт мощности — снабжение газом происходило с перебоями из-за замёрзшего оборудования. Тогда Совет по надёжности электроснабжения (ERCOT) выпустил ряд рекомендаций по подготовке к зиме электростанций и электроэнергетической системы в целом.
Аномальные морозы 2011 года
Спустя 21 год, 2 февраля 2011 года многие техасцы вспомнили 1989-й. Полярное струйное течение проникло в южные широты, возник холодный циклон. Температура воздуха сильно понизилась, снежные бури возникали от Мексики до восточной части Канады.
В Техасе нагрузка на электросети снова превысила возможности генерирующих компаний. Начались веерные отключения электроэнергии.
ERCOT совместно с Федеральной комиссией по регулированию энергетики (FERC) в августе 2011 года выпустили «Отчёт об отключениях и ограничениях во время наступления холодов на Юго-Западе», в котором дала около 30 рекомендаций, в том числе по подготовке энергетических сетей к холодной погоде. Из отчёта следовало, что из-за холодов в 2011 году из строя вышли те же генерирующие мощности на ископаемом топливе и её снабжающая инфраструктура, что выпали из сети в 1989.
Повышение температуры на планете решит проблему сильных холодов?
Многие думают, раз планета нагревается, то и такие экстремальные холода будут уходить в прошлое. Так думают и обычные люди, и представители компаний, и особенно — политики, когда хотят оправдать своё бездействие. Однако реальность несколько сложнее.
С ростом глобальной температуры на планете экстремальные погодные явления, в том числе и волны холода, наоборот, будут происходить чаще. Рост глобальной температуры на планете нарушает и дестабилизирует климатические системы, повышая вероятность экстремальных погодных явлений, частоту их появления и их силу.
Рекомендации ERCOT и FERC требовали от энергетических компаний определённых капиталовложений, при этом их выполнение не было обязательным. Поэтому рекомендации так и остались словами в отчётах, и практически ничего из списка выполнено не было. Логика компаний проста: зачем тратить большие деньги, если погодные явления, способные причинить большой ущерб, случаются нечасто, и никто формально не обязывает готовиться к ним.
А некоторые энергетические компании могут ещё и хорошо заработать на таких кризисах, как в 2021 году — произошедшие события показали это очень наглядно.
Как можно было подготовить газовую, атомную и угольную генерацию к холодам
В газовой инфраструктуре замерзают вентили и клапана, конденсат в трубах, газовые скважины и газосборные линии. В атомной генерации из-за мороза могут выходить из строя насосы, прокачивающие воду для охлаждения реактора, угольная генерация останавливается также из-за перебоев с водоснабжением.
Подготовка газовой инфраструктуры к холодам включает целый комплекс мероприятий. Это укрытие уязвимых элементов от осадков, утепление трубопроводов, удаление жидкостей из мест, где она, замерзая, может нарушить работоспособность оборудования, подогрев трубопроводов и других уязвимых элементов.
Комиссия по Железнодорожным путям Техаса, которая отвечает в том числе за доставку природного газа потребителям, выпустила ряд общих рекомендаций по подготовке к холодам газовой инфраструктуры. Среди них есть, например обеспечение бесперебойного электропитания объектов, для чего комиссия, среди прочего, предлагает использовать накопители электроэнергии и ветряные турбины.
Комплекс подготовительных мероприятий для угольной и атомной генерации в основном сводится к обеспечению бесперебойной подачи воды, то есть исключению её замерзания в трубопроводах, исключению повреждения и блокировки замёрзшей водой вентилей и клапанов и так далее. То есть в данном случае могут быть применены те же методы по утеплению, подогреву и укрытию от осадков чувствительных элементов системы.
Что происходит с ветряной и солнечной генерацией, где вода не используется
Лопасти ветряных турбин при низких температурах с осадками или туманом могут покрываться коркой льда. Это прогрессирующее обледенение значительно ухудшает характеристики лопастей, вплоть до полной потери аэродинамических свойств, необходимых для работы турбины. Даже небольшое обледенение лопасти делает её поверхность шероховатой, снижая аэродинамическую эффективность. Кроме того, при очень низких температурах смазка в редукторе турбины может загустеть.
Есть множество способов избежать этих проблем или существенно снизить их влияние. Это, например, специальные покрытия лопастей, утепление редукторов, обогрев лопастей. Производители ветряных турбин сами встраивают эти технологии в свои изделия по необходимости и там, где это является обязательным требованием.
Солнечные станции также страдают от обледенения и снежных наносов, которые сокращают проникновение солнечных лучей на рабочие поверхности. Для панелей также существуют разные способы борьбы с погодными условиями от механической очистки до специальных покрытий и систем подогрева. Их особенностью является то, что они сами по себе очень хорошо впитывают солнечную энергию, нагреваются ею, и, при определённых условиях, постепенно самоочищаются от снега и льда.
Почему вопрос «Нужно ли готовить энергосистему к зиме» вызывал много споров?
Способы и технологии защиты энергетической инфраструктуры от воздействий неблагоприятных погодных явлений не стоят на месте и постоянно совершенствуются. Главное — использовать эти технологии там, где это необходимо. Но там, где эти технологии необходимы, часто возникает вопрос об экономической оправданности их применения.
Эта оправданность вложений в подготовку к холодам генерирующих мощностей и газораспределяющей инфраструктуры в Техасе вызвала массу споров после событий 2021 года. При этом, если даже газовая инфраструктура, уже неоднократно выходившая из строя, не подготавливалась к зиме, несмотря на периодически выпускаемые рекомендации, то подготовка ветряной генерации вызывала ещё более ожесточённые споры. Ведь к остановке ветряной турбины приводит даже не холод сам по себе (который, наоборот, несколько повышает их производительность), а лишь сочетание холода с осадками или туманом.
Стоимость подготовки газовой инфраструктуры Техаса ещё в 2011 году оценивалась в $85–$200 млн в год. А стоимость ветряной турбины, подготовленной к зимним условиям на 5–10% выше турбины без такой подготовки. Тем не менее, исследования экономистов Федерального резервного банка Далласа показывают экономическую оправданность вложений в подготовку энергетической инфраструктуры к зиме. И это касается всей инфраструктуры, а не только ветровой генерации.
Понимая наличие технологий для подготовки инфраструктуры к зиме, оправданность их использования и, более того, неоднократно выпускаемых рекомендаций по их внедрению, вспоминаются слова автора издания Texas Monthly Рассела Голда:
«Наша глупость обнажилась: как будто мы построили мощную, дорогую машину, а потом пытались экономить, не покупая для неё охлаждающей жидкости».
В 2012 году ряд сенаторов пытались законодательно обеспечить надзор за выполнением планов по подготовке к зиме энергетической инфраструктуры и привести эти планы в соответствие с рекомендациями. Но закон был отклонён. Впрочем, сложно оценить, насколько он мог повлиять на грядущие события, поскольку в законопроекте было допущено одно упущение: в нём не упоминалась подготовка газопроводов к низким температурам. Забегая вперёд, скажем, что именно они сыграли наиболее существенную роль в развитии кризиса 2021 года.
Конечно, история борьбы штата с зимними штормами не ограничивается этими двумя историями. Но они безусловно были показательными и во многом предопределили исход от удара стихии в зимний сезон 2020–2021.
На примерах кризисов 1989 и 2011 годов можно было бы остановиться и дальше не дискутировать о роли ВИЭ в блэкауте 2021 года. Очевидно, что ископаемая энергетика, которая была представлена в Техасе, и стала главной причиной всех блэкаутов. Тем не менее, давайте посмотрим, как это было в 2021 году.