ВИЭ VS ископаемое топливо
Как работали генерирующие мощности в кризисных условиях?
15 февраля, в разгар кризиса, все виды генерации оказались в экстремальной ситуации. Выработка электроэнергии падала, хотя и по-разному:
- электростанции на газу потеряли 13 ГВт (60,2% от всей выпавшей из сети мощности);
- угольные электростанции — 3 ГВт (13,9%);
- атомные электростанции — 1,3 ГВт (один из четырёх энергоблоков, 6% от выпавшей мощности);
- ветрогенерация — 3,7 ГВт (17,1%);
- солнечные электростанции — 0,6 ГВт (2,8%).
Как показано на графике, в соответствии с данными сетевого оператора ERCOT, ветровая генерация вела себя относительно предсказуемо и было понятно, на какую выдаваемую мощность от ветряков можно было рассчитывать. Согласно существовавшему на тот момент подходу, прогнозируемое падение мощности должны были закрыть, в основном, тепловые станции на ископаемой энергии. Теоретически эту задачу могут решать накопители энергии, но в то время их не существовало в необходимом объёме.
По данным, доклада Texas Power Failures: What Happened In February 2021 And What Can Be Done, тепловые станции недодали в сеть к полудню 15 февраля свыше 30 ГВт с учётом мощности, недопоставленной за несколько дней до катастрофы.
Что остановилось раньше — ветровые или газовые турбины?
По имеющимся данным видно, что в ночь с 14 на 15 февраля падение происходило и на газово-угольной, и на ветровой, и на атомной генерации. Но в первые часы кризиса ветровая генерация тем не менее выдавала в сеть мощность выше прогнозной. Затем в течение суток мощность ветровой генерации была снижена на 2–4 ГВт, после чего вернулась к прогнозным значениям в соответствии с метеоусловиями.
Ветер и солнце — прерывистые источники энергии, реальная вырабатываемая мощность которых зависит от метеоусловий. Для этих типов генерации параметр установленной мощности имеет большее значение при оценке возможной выработки электроэнергии за какие-то значительные промежутки времени, например, в среднем за год (с соответствующими поправками на количество ветра и солнца). Для коротких периодов гораздо большее значение имеет параметр ожидаемой мощности, который учитывает прогнозируемые метеоусловия в идеале за несколько часов. И, как показывает График 1, выданная мощность ветровой генерации была близка к прогнозируемой. А мощность солнечной генерации во время кризиса, по данным исследования Cascading risks: Understanding the 2021 winter blackout in Texas даже превысила ожидаемую более чем в два раза.
Иными словами, работа возобновляемой энергетики подверглась негативным эффектам морозной погоды так же, как и все другие типы генерации, но она находилась в пределах ожиданий системного оператора ERCOT.
В нормальных погодных условиях ВИЭ могут и занимают значительную долю генерации в энергосистеме Техаса.
Ископаемое топливо оказалось непредсказуемее ВИЭ
По опыту кризиса 2011 года системный оператор ERCOT ожидал падение мощности тепловой генерации в пределах 14 ГВт, тогда как в реальности это падение оказалось в два с лишним раза больше ожидаемого и достигло 30 ГВт.
Традиционная генерация на ископаемом топливе должна была удовлетворить возросший спрос на электричество в условиях кризиса и заполнить ожидаемую выпадающую генерацию ВИЭ, как это происходило до и после 14–19 февраля. Но во время кризиса тепловая генерация не только не смогла сделать этого, но и «упала» в 1,5 раза.
При этом, как показано выше, доля и абсолютное снижение мощности ВИЭ в объёме генерации составляли на момент падения мощности в сети не настолько существенную часть (абсолютное падение примерно с 8 до 4 Гвт), чтобы можно было говорить о её критическом влиянии на ситуацию. Проблемы в энергосети стали заметны только с отключением именно газовой генерации в объёме порядка 13 ГВт с 14 по 15 февраля.
Как любая катастрофа, Техасский энергетический кризис стал возможен из-за совокупности многих факторов. Кроме погодных условий, важные роли сыграли недостаточное количество резервов, недооценка климатических факторов и их возможного влияния на энергетическую инфраструктуру, недостаток контроля над энергосистемой, небрежное отношение к рекомендациям, сделанным после предыдущих блэкаутов, особенности работы энергосистемы и ценообразования в ней, недостаточное качество коммуникации в цепочке поставок газа и производства электроэнергии и многие другие факторы.
Принимая во внимание объёмы выпавшей из сети генерации разных типов, общую последовательность тех событий и историю развития энергосети Техаса, становится очевидно, что главной причиной случившегося кризиса было отключение именно газовой электрогенерации из-за отсутствия должной подготовки её к зимним условиям. А череда событий, приведшая к кризису, за три десятилетия, с декабря 1989 года, стала лавиной, набравшей силу и обрушившейся на техасцев в феврале 2021 года.